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Papel de la matriz extracelular en la adaptación del tendón y el músculo esquelético a la carga mecánica

Kjær, Michael. “Role of extracellular matrix in adaptation of tendon and skeletal muscle to mechanical loading.” Physiological reviews 84.2 (2004): 649-698.

https://doi.org/10.1152/physrev.00031.2003

La matriz extracelular (MEC) colocada en el tejido del tendón, así como periand intramuscularmente, asegura un enlace funcional entre la célula del músculo esquelético y el hueso. A pesar de este importante papel, es sorprendente lo poco que se sabe sobre la MEC en comparación con la visión de la biología del músculo esquelético y el hueso. El papel de los filamentos contráctiles en el músculo esquelético es muy apreciado en relación con el desarrollo de la fuerza ( 286 ,  319 ,  415 ,  445 ), al igual que el papel del tejido tendinoso adyacente que funciona como una estructura pasiva en la transformación de esta fuerza desarrollada del músculo al músculo hueso con carga mecánica ( 459 ,  525 ,  532), lo que permite el movimiento articular del cuerpo ( 16 ,  69 ,  70 ,  116 ,  282 ,  283 ,  459 ,  550 ). Las señales de la carga mecánica iniciarán una cascada que va desde la expresión génica, la transcripción, la traducción y la modificación del proceso postraduccional hasta la integración de eventos para proporcionar síntesis de proteínas en la MEC ( 699) Sin embargo, estos mecanismos solo se entienden parcialmente. Además, en qué medida el tejido conectivo y el tejido muscular comparten vías de señalización que aseguran una transformación óptima coordinada de la actividad de carga (tanto el estiramiento del tejido como la actividad contráctil) en la adaptación estructural y funcional de las fibras musculares y el tejido extramuscular no está muy bien descrito ( 163 ,  417 ,  654 ).

El ECM consiste en una variedad de sustancias, de las cuales las fibrillas de colágeno y los proteoglicanos son verdaderamente ubicuos ( 153 ). Además de los proteoglicanos (PG), la ECM hidrófila incluye ( 164 ,  339 ,  581 ) una variedad de otras proteínas, como las glucoproteínas no colágenas ( 582 ,  583 ). Se sabe que la transmisión de fuerza del complejo músculo-tendón depende de la integridad estructural entre las fibras musculares individuales y la MEC ( 48 ), así como de la disposición fibrilar del tendón y su capacidad de absorción y carga de energía ( 15 ,  dieciséis) Además, está bien descrito que la resistencia a la tracción de la matriz se basa en enlaces cruzados intra e intermoleculares, la orientación, la densidad y la longitud de las fibras y fibras de colágeno ( 57 ,  447 ,  496 ,  497 ,  630 – 632 ,  640 ). Sin embargo, las señales que desencadenan las células del tejido conectivo en respuesta a la carga mecánica, y la posterior expresión y síntesis de proteínas específicas de la matriz extracelular, así como su acoplamiento a la función mecánica del tejido se describen solo en parte ( 51 – 53 ,  173 ,  181 ).

Esta revisión se centra en el papel fisiológico de la ECM, especialmente el colágeno, para la interacción tendón-músculo y la adaptación a la carga mecánica. En contraste con la visión clásica de que el tejido ECM es relativamente estático e inerte, está evolucionando la evidencia de que los tendones y el tejido conectivo intracelular son estructuras más dinámicas que se adaptan a la variedad de demandas funcionales a las que está sometido el sistema musculoesquelético, y que este tejido se adapta de manera estructural y funcional a la carga mecánica ( 53 ,  173 ,  386 ,  630) El desarrollo reciente de técnicas refinadas in vivo ha subrayado que el tejido conectivo del músculo esquelético y el tendón es una estructura viva con un recambio dinámico de proteínas y que posee la capacidad de adaptarse en gran medida a los cambios en el entorno externo, como la carga mecánica o la inactividad y el desuso.

CONVERSIÓN DE CARGA MECÁNICA EN ADAPTACIÓN DE TEJIDOS DE TENDÓN Y MATRIZ EXTRACELULAR DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO: EL CONCEPTO GENERAL

La mecanotransducción es un mecanismo importante por el cual el estrés mecánico actúa sobre una célula e inicia la señalización intracelular, promueve el crecimiento y la supervivencia celular ( 222 ,  530 ,  544 ,  556 ,  625 ), gobierna la morfología y la arquitectura en varios tipos de células ( 125 ,  197 ,  589 ,  639 ,  697 ) e influye en las respuestas metabólicas ( 287 ). Varias células responden de manera diferente a los desafíos mecánicos, y la base molecular de la mecanotransducción, especialmente relacionada con la membrana celular, ha sido un tema para una revisión reciente y no se tratará más aquí ( 254) Sin embargo, está claro que con respecto a la MEC del tendón y el músculo esquelético, se sospecha que cualquier estímulo mecánico inicie una adaptación que haga que el tejido sea más resistente al daño para garantizar una transmisión de fuerza óptima con contracciones musculares.

El ECM es un conglomerado de sustancias en el que las propiedades bioquímicas y biofísicas permiten la construcción de una red flexible que integra la información de la carga y la convierte en capacidades mecánicas ( 152 ,  494 ,  690 ). Sirve como armazón para la adhesión de células mediadas por integrinas, distroglicanos y proteoglicanos en la superficie celular y de los receptores de tirosina quinasa ( 98 ,  290 ). La interacción entre el ECM y las moléculas de adhesión conduce a la activación de las vías de señalización intracelular y al reordenamiento del citoesqueleto ( 52 ,  82 ,  114) En combinación con esto, los PG con sus cadenas laterales de glicosaminoglicanos pueden unirse y presentar factores de crecimiento a sus receptores relevantes, y además, el ECM puede liberar factores de crecimiento tras una estimulación mecánica relevante. Las vías de señalización completas responsables de las respuestas de mecanotransducción aún no se han descrito, pero se han sugerido varios candidatos a partir de investigaciones sobre una variedad de fibroblastos en la dermis, la vasculatura y el músculo cardíaco ( 166 ,  396 ,  667 ). Las moléculas de integridad son componentes estructurales principales de los complejos de adhesión en la membrana celular que une la ECM con el citoesqueleto ( 108 ,  128 ,  541) De esta forma, las integrinas establecen un continuo mecánico a lo largo del cual las fuerzas pueden transmitirse desde el exterior hacia el interior de la célula, y viceversa ( 238 ,  290 ,  291 ,  667 ,  668 ). Se cree que las integrinas son los sensores de la tensión de tracción en la superficie celular ( 290 ). Ingber y col. ( 291 ) han sugerido que las integrinas junto con el citoesqueleto forman un orgánulo mecánicamente sensible. En la unión miotendinosa, la falta de expresión de integrina conducirá a daños estructurales durante la contracción muscular ( 442) Las integrinas son componentes estructurales importantes de los complejos de adhesión en la membrana celular, y juegan un papel crucial en la vinculación de la MEC con el citoesqueleto ( 227 ,  412 ,  418 ,  419 ,  579 ). De este modo, proporcionan un puente a través del cual se pueden transmitir fuerzas entre el interior y el exterior de las celdas en un principio de calle de doble sentido. El hecho de que las integrinas pueden convertir señales mecánicas en respuestas adaptativas en la célula ( 115 ,  591 ) proporciona evidencia adicional de esto . Además de las integrinas, también el complejo distrofina-glicoproteína juega un papel importante en la mecanotransducción de tejido muscular y tendinoso ( 107 ,  130,  288 ). El dominio citoplásmico β-subunidad de la integrina está interactuando con el citoesqueleto, y la demostración de α 7 β 1 -integrina vinculado a la laminina en el ECM es importante para la transducción de señales ( 81 ,  309a ,  309b ), y la falta de la α 2 – La laminina conduce a la distrofia muscular. Curiosamente, la sobreexpresión de α 7 β 1 -integrina en ratones con deficiencia de distrofina conduce a la reducción de los síntomas distróficos, lo que indica que existen algunos efectos de sustitución entre la integrina y la laminina ( 107 ). Se sabe que los ligandos de la matriz extracelular para las integrinas son colágenos, fibronectina, tenascina y laminina (412 ). Varios estudios han demostrado que la expresión de varios otros componentes de ECM está controlada por el nivel de carga mecánica. Por ejemplo, se ha demostrado que el colágeno XII y la tenascina C, que están presentes tanto en el tendón como en otras estructuras del tejido conectivo como los ligamentos, aumentan su expresión y síntesis cuando los fibroblastos se estiran in vitro y se suprimen en las células que quedan en un ambiente relajado. estado ( 127 ,  129 ). Aunque todavía no se ha confirmado, es probable que las integrinas sean candidatas para detectar el estrés a la tensión en la superficie celular ( 290 ,  683 ,  694 ,  698) Por lo tanto, cierta evidencia indica que las proteínas asociadas a la integrina están involucradas en la señalización de las respuestas celulares adaptativas a la carga mecánica del tejido, y es probable que esto también tenga lugar en los fibroblastos relacionados con ECM del tendón y el músculo esquelético ( 531 ).

Se han sugerido varias vías intracelulares para la señalización de mecanotransducción, incluidas la quinasa de adhesión focal (FAK), la paxilina, la quinasa unida a integrina (ILK-1) y la proteína quinasa activada por mitógeno (MAPK) ( 127 ,  206 ,  207 ,  241 ,  451 ,  618 ). MAPK es crucial para la conversión de la carga mecánica a la adaptación del tejido que induce la señalización del citosol al núcleo. Está bien descrito que varios tipos de células y subconjuntos de MAPK como la quinasa 1 y 2 regulada por señal extracelular (MAPK-erk1 + 2, p44), las proteínas quinasas activadas por estrés p38 (MAPK-p38), c- jun  NH 2-kinasa terminal (MAPK-jnk, p54), y la quinasa 5 regulada por señal extracelular (MAPK-erk5) puede activarse por estrés mecánico, así como por pH bajo, factores de crecimiento, hormonas y especies reactivas de oxígeno ( 250 ,  414 ,  678 ,  693 ,  696 ). Con respecto a la carga mecánica, se ha demostrado en el músculo que MAPK puede activarse como resultado de la contracción muscular activa ( 36 ,  37 ,  559 ) y después del estiramiento pasivo ( 161 ,  439) La activación de MAPK da como resultado no solo una producción de factores de transcripción, que median así la expresión génica, sino también una activación de la síntesis de proteínas en el nivel traduccional a través de factores de iniciación y alargamiento eucariotas ( 229 ). Además, se ha sugerido que el modo de carga mecánica está acoplado a un cierto tipo de activación MAPK. En línea con esto, recientemente se ha demostrado en células de músculo esquelético de rata que la activación concéntrica del músculo asociada con cambios metabólicos e iónicos dio como resultado un aumento preferencial en MAPK-erk1 + 2, mientras que la intensa carga excéntrica de tensión con apenas cualquier cambio metabólico resultó en un marcado aumento en MAPK-p38 (así como en MAPK-erk 1 + 2) ( 693) En otro estudio que también utilizó músculo esquelético de rata, se encontró una fuerte relación entre la tensión máxima (ya sea activa y / o pasiva) y MAPK-jnk ( 439 ). Esto coincide con la demostración de la activación de MAPK-jnk y la inducción de genes tempranos inmediatos por estrés mecánico en las células del músculo liso ( 253 ). Todavía es discutible si se observa algún aumento marcado en MAPK-p38 en el músculo esquelético. Mientras que un estudio no pudo encontrar ningún aumento en MAPK-p38 en el músculo de la rata durante la actividad muscular concéntrica, de estiramiento o excéntrica ( 439 ), otro estudio encontró un aumento marginal y tardío en MAPK-p38 ( 37 ,  241 ) mientras que un tercer estudio encontró Activación MAPK-p38 en músculo esquelético humano ejercitado ( 674) Se ha demostrado que la activación en el músculo esquelético de MAPK-p38 es específica del tipo de fibra ( 243 ). En contraste con el músculo, parece muy claro que en el tejido conectivo MAPK-p38 se activa principalmente con el estiramiento mecánico del tejido ( 127 ). Los hallazgos sobre la regulación de la activación de la metaloproteinasa de matriz (MMP) en fibroblastos apuntan hacia una interacción diferenciada entre MAPK, en la que MAPK-p38 es importante para la inducción de MMP, mientras que MAPK-erk1 + 2 media la represión ( 534) Aunque no son concluyentes, estos hallazgos son compatibles con las vías MAPK dependientes del patrón de estrés tanto en las células musculares como en los fibroblastos y sugieren una interacción íntima entre las células musculares y el tejido conectivo intramuscular en respuesta a la carga mecánica. Evidentemente, tales vías no descartan de ninguna manera otras vías mecanicistas (por ejemplo, vías dependientes del calcio) que también estén involucradas en la mecanotransducción ( 36 ).

En conjunto, es probable que modos separados de carga de tejido y, por lo tanto, de entrenamiento físico estimulen diferencialmente los subtipos de MAPK tanto en miocitos como en fibroblastos. Lo más probable es que la resistencia, como la carga oxidativa de tejido, estimule MAPK-erk, mientras que el tipo de ejercicio de fuerza es más probable que use la vía MAPK-jnk ( 693 ). Además, el estiramiento pasivo tanto en el músculo como en el tejido conectivo da lugar preferentemente a la estimulación de MAPK-p38 ( 89 ). En modelos humanos, el estiramiento no causa un aumento de la síntesis de proteínas musculares y, por lo tanto, no produce ningún efecto hipertrófico en el músculo ( 211) El hecho de que el estiramiento de las células musculares y de los fibroblastos muestre activación paralela de MAPK sugiere que los procesos adaptativos en el tejido conectivo intramuscular interactúan estrechamente con los del tejido muscular esquelético cuando se someten a una carga mecánica.

CONTENIDO DE LA MATRIZ EXTRACELULAR DE MÚSCULO TENDÓN Y ESQUELETO: ORGANIZACIÓN Y FUNCIÓN FISIOLÓGICA

A. Componentes del tendón

Los tendones consisten en una organización sistemática y densa de tejido conectivo dominado por colágeno organizado en fibrillas, fibras, haces de fibras y fascículos, así como por la presencia de otras proteínas ECM. La naturaleza de los componentes individuales del tendón está equipada para soportar altas fuerzas de tracción ( 224 ,  627 ,  632 ). La división de los tendones en fibrillas asegura que un daño menor no se extienda necesariamente a todo el tendón, y también proporciona una alta resistencia estructural total ( Fig. 1 ). El tendón consta de 55–70% de agua, y una parte sustancial de esto está asociada con proteoglicanos en la MEC ( 187 ,  307 ,  546 ,  659 , 660 ). Del peso seco del tendón, 60–85% es colágeno. Este colágeno es predominantemente de tipo I (∼60%) dispuesto en fibras resistentes a la tracción y compuesto de dos cadenas α 1 y una α 2 . Estos son productos de genes separados en lugar de una modificación postraduccional de una sola molécula. Además, los tipos de colágeno III (reportados entre 0 y 10%), IV (∼2%) ( 12 ,  260 ), V y VI están presentes ( 72 ,  74 ,  307 ,  324 ,  652 ,  653 ). Además de esto, hay una pequeña cantidad de fibras de elastina (∼2% del peso seco) ( 194 ,  195 ,  307) Además de una cantidad muy pequeña de sustancia inorgánica (<0.2%), la sustancia restante consiste en diferentes proteínas (que representan ∼4.5%) ( 660 ), pero hay muy poca información sobre la contribución relativa de estas ( 10b ). Se ha demostrado que la sustancia inorgánica está dominada por PG, especialmente proteínas pequeñas ricas en leucina, de las cuales decorina (hasta 1%) ( 164 ,  307 ,  660 ) y proteína de matriz oligomérica de cartílago (COMP, hasta 1%) ( 465 ,  601 ,  604) son probablemente los más abundantes. Además, otras pequeñas PG ricas en leucina como la fibromodulina, biglycan (hasta 0.5%) y lumican, junto con osteoadherin, tenascin-C, prolina argininerich terminan la proteína repetida rica en leucina, optican, queratocan, epiphycan, syndican, perlecan , agrina, fibronectina, laminina, vercican y agrecan están presentes en el tejido tendinoso ( 300 ,  307 ,  537 ). Se cree que los PG y el agua tienen un papel espaciador y lubricante para el tendón, mientras que el papel de varios de los PG de leucinerich pequeños y no reguladores es más incierto. Los proteoglicanos también parecen jugar un papel importante en la fusión de fibrillas, al igual que las moléculas de fibrilina que se alinean a lo largo de las fibrillas ( 50) Los tendones varían notablemente en diseño, muy probablemente acoplados a su función. En los cuádriceps se puede encontrar que el tendón es corto y grueso, mientras que varios de los tendones de los dedos de las manos y los pies son largos y delgados. Además, los tendones pueden variar en grosor a lo largo de su longitud y, a menudo, están rodeados de tejido conectivo laxo revestido con células sinoviales, el paratenón, para permitir grandes movimientos del tendón. El epitenon es la lámina de tejido conectivo que rodea inmediatamente al tendón, y consiste en tejido areolar suelto, graso que permite que el tendón junto con la lámina del tendón, el peritendón, se deslice contra el tejido adyacente ( 574 ).

higo.  1)
higo. 1. Estructura del tejido tendinoso. Secciones de tejido tendinoso. Arriba a la izquierda : una sección transversal de un tendón teñido con hematoxilina y eosina. En el centro de la sección se ve un fascículo con fibroblastos rodeado de endotenón de tejido conectivo laxo (flecha). Arriba a la derecha : una imagen de microscopía confocal de escaneo láser de una sección transversal del tendón. La vista de alta potencia de una reconstrucción tridimensional muestra fibroblastos adyacentes dentro de un fascículo. Es notable que las celdas tengan procesos en forma de láminas entre sí. Inferior izquierda  y  derecha: sección transversal y longitudinal, respectivamente, de un tendón teñido con etiqueta de inmunnofluorescencia para la proteína de unión gap, connexin43 (verde, indicado por flechas amarillas en la vista longitudinal,  abajo a la derecha ). Las secciones se contratiñen con yoduro de propidio (rojo) para indilsecar los núcleos de fibroblastos. Esto indica el acoplamiento de unión entre huecos entre los fibroblastos tendinosos y apoya la vista de una red comunicativa de células tendinosas. [Modificado de Benjamin y compañeros de trabajo ( 62 ,  447 ,  528 ) y comunicación personal con M. Benjamin.]

B. Señalización de fibroblastos tendinosos

Los tendones están dominados por fibroblastos. Además, también otros tipos de células como las células endoteliales y los mastocitos, así como los axones, junto con el ECM, también están presentes en los tendones. Se ha demostrado que los fibroblastos tendinosos se encuentran en hileras longitudinales y tienen numerosas extensiones de células en forma de lámina que se extienden lejos en la MEC ( 447 ) ( Fig. 1 ). Los fibroblastos tendinosos aislados responden a la carga inducida mecánicamente con la expresión de varios componentes de ECM ( 53 ). En el tendón intacto, las células están unidas entre sí a través de uniones huecas, como lo demuestra el inmunomarcaje para connexin32 y connexin43 ( 447 ,  528) Donde este último representa la reunión de los procesos celulares, así como donde los cuerpos celulares se encuentran, el primero solo representa el contacto entre los cuerpos celulares. En total, la arquitectura de los fibroblastos del tendón y su interconexión proporciona una red tridimensional que rodea las fibrillas de colágeno y proporciona una base para la interacción de célula a célula. In vitro, las células tendinosas regulan al alza el colágeno y la producción de la unión de brecha bajo carga cíclica mecánica, y la inhibición farmacológica de la unión de brecha conduce a la pérdida de esta respuesta ( 52 ,  662 ). Las uniones huecas deben estar bajo carga para poder soportar altas cargas y se ha demostrado que están acopladas al citoesqueleto de actina ( 394 ,  395 ,  695 ).

En condrocitos articulares y regiones de tendones comprimidos, se ha demostrado una organización sensible a la compresión de filamentos intermedios ( 179 ,  528 ,  529 ). También se han demostrado filamentos y fibras de actina en los discos intervertebrales en desarrollo y en el tejido conectivo cicatricial ( 194 ). Sin embargo, la demostración de estos no se ha puesto en una perspectiva funcional ( 331 ,  469 ). Se ha demostrado que en ratones inactivados para el filamento intermedio vimentina, la organización de la actina del músculo liso α es anormal en los fibroblastos dérmicos y que su capacidad contráctil se ve afectada ( 180 ). Recientemente, se ha demostrado que los tendones tienen una interacción célula-célula basada en actina (515 ) y que las fibras de estrés de actina corren a lo largo de las filas de fibroblastos ( 529 ). Cuando se cargan mecánicamente, los componentes de unión n-cadherina y vinculina se elevaron junto con tropomiosina, sin ningún cambio en los niveles de actina. El aumento de la cadherina y la vinculina sugiere un aumento de la adhesión célula-célula o adhesión de la matriz celular. Esto sugiere que la carga mecánica transforma las fibras en componentes parcialmente contráctiles que pueden contribuir a un mecanismo activo en la recuperación después del estiramiento y que estas estructuras pueden mantener la integridad de las filas longitudinales del tendón y controlar la carga de tensión y contribuir en la mecanotransducción durante el ejercicio ( 529 )

C. Vasculatura del tendón y regulación del flujo sanguíneo

En comparación con el músculo, los tendones tienen una vasculatura relativamente limitada, y el área ocupada por los vasos representa ∼1–2% de toda la MEC ( 373 ,  374 ). Los vasos emanan principalmente del epitenón, donde los vasos longitudinales se encuentran con el endotenón ( 10c ,  341 ,  373 ,  374 ). El suministro de arterias y arteriolas puede provenir del perimisio en la unión musculotendinosa y los vasos de la unión del hueso del tendón ( 113 ,  137 ,  574 ). Los tendones largos son suministrados por varios vasos a lo largo de su longitud ( 271 ,  341) Debido a la gran excursión (hasta 6 cm) que experimentan algunos tendones durante el movimiento, los vasos a dichos tendones deben ser largos y, a menudo, de naturaleza serpenteante.

El ECM en relación con el músculo y el tendón se llena ampliamente con vasos sanguíneos ( 508 ,  509 ), para proporcionar al músculo contratante oxígeno y sustrato para la producción de energía, y para asegurar un flujo de salida de la musculatura de los productos de combustión. Sin embargo, sigue sin resolverse en qué medida el flujo sanguíneo al tejido conectivo se altera con la carga mecánica del tejido. En el estado de reposo, se ha demostrado que los tendones de conejo tienen un flujo tendinoso de alrededor de un tercio de eso en el músculo, y se sabe que el flujo sanguíneo en los tendones y ligamentos aumenta con el ejercicio y durante la curación en animales ( 46).) Tanto con el uso de la técnica de lavado con xenón radiomarcado del tejido peritendónico como con la aplicación de espectroscopía de infrarrojo cercano y la infusión simultánea de sustancia de contraste ( 95 ), ha sido posible demostrar en modelos humanos que el flujo sanguíneo dentro y alrededor del tejido conectivo tendinoso aumenta hasta siete veces durante el ejercicio, tanto en individuos jóvenes, de mediana edad y ancianos ( 93 ,  94 ,  377 ,  378 ,  381 ). Este aumento es mucho menor que el aumento de 20 veces en el flujo sanguíneo del músculo esquelético adyacente en condiciones de ejercicio similares ( 93 ,  94) Sin embargo, en comparación con la actividad metabólica del tendón durante el ejercicio, podría ser adecuado. Además, se puede demostrar que el flujo sanguíneo del músculo esquelético durante el ejercicio máximo está cerca de lo que se puede lograr con la hiperemia reactiva postoclusión, mientras que el flujo en el tendón todavía es solo el 20% de eso durante el ejercicio máximo ( 93 ,  94 ). Esto implica que el flujo del tendón no es simplemente una función del flujo sanguíneo del músculo esquelético y que su regulación representa un sistema regulador separado.

Los agentes vasodilatadores se han medido simultáneamente en el músculo esquelético y su tendón adyacente durante la carga mecánica in vivo, y se ha descubierto que las concentraciones de adenosina aumentan de manera dependiente de la intensidad en el músculo, mientras que los cambios en el tendón fueron menos marcados y sin relación con la intensidad ( 375 ). Además, las concentraciones de bradiquinina aumentaron en paralelo en los dos tejidos durante el ejercicio, y ya provocaron su respuesta máxima a bajas cargas de ejercicio ( 375 ). Los cambios en las concentraciones de bradiquinina en los tejidos están en el rango que se ha encontrado que causa un efecto vasodilatador en el endotelio ( 554) Estos hallazgos indican que estas dos sustancias están involucradas en la regulación del flujo sanguíneo en el músculo esquelético y el tendón con el ejercicio y que la bradiquinina está involucrada en el aumento del flujo sanguíneo durante las cargas de trabajo más bajas tanto en el tendón como en el músculo. Si la bradiquinina ejerció su efecto vasodilatador directamente sobre la vasculatura ( 109 ) o más indirectamente mediante la liberación de otras sustancias como el óxido nítrico (NO) ( 490 ), prostaglandinas ( 58 ) o factor de hiperpolarización derivado del endotelio (EDHF) ( 279 ,  458 ) Aún no se ha establecido.

Curiosamente, se ha demostrado que las concentraciones de prostaglandinas aumentan tanto en el músculo ( 214 ,  317 ) como en el tejido conectivo peritendinoso ( 385 ) con el ejercicio. Mientras que la inhibición de la síntesis de prostaglandinas por sí sola no inhibió el flujo total durante el ejercicio en el músculo esquelético, pero lo hizo solo si también se realizó un bloqueo simultáneo de la síntesis de NO ( 96 ), el flujo sanguíneo peritendinoso y tendinoso durante el ejercicio disminuyó en un 40-50% en comparación con el ejercicio de control sin bloqueo ( 376) Se puede hipotetizar que esta regulación diferenciada de la regulación del flujo sanguíneo en el músculo esquelético y el tejido del tendón, respectivamente, implica también una regulación diferenciada del flujo sanguíneo dentro del músculo esquelético mismo. Esto sería así si partes de la vasculatura en el músculo se ubican en regiones con abundancia de MEC, es decir, aponeurosis y tejido perimisial. El hallazgo de la heterogeneidad del flujo dentro del músculo esquelético, así como la demostración de vasos nutritivos y no nutritivos en el músculo esquelético ( 94 ,  95 ,  137) ciertamente respaldan la evidencia de tal idea. También explicaría una función separada durante el ejercicio para los vasos que respondían muy bien a la vasodilatación dependiente de la carga de trabajo y, por lo tanto, proporcionaban la máxima suplementación de sustrato y oxígeno al músculo y, por otro lado, la vasculatura ubicada en el tejido conectivo, tanto dentro del músculo como en relación con el tejido tendinoso, donde el flujo está acoplado a la actividad inflamatoria en los procesos de reparación de la MEC. Este último también serviría como una especie de derivación con el potencial de limitar en parte su vasodilatación para compartir sangre con los vasos nutritivos durante el ejercicio.

Con respecto al ECM, la pregunta principal sigue siendo si el aumento en el flujo es suficiente para satisfacer las necesidades oxidativas del tendón y sus células durante el ejercicio. Determinación de la saturación de oxígeno y el contenido de la región del tendón de Aquiles en los seres humanos se ha realizado utilizando la espectroscopia de infrarrojo cercano con la adición de un método de dilución de colorante ( 94 – 96 ). Cuando se realizó un registro simultáneo de la oxigenación de los tejidos y el flujo sanguíneo de las regiones del tendón humano tanto en reposo como durante las contracciones musculares, se puede demostrar que existe una estrecha correlación entre el aumento del flujo sanguíneo y la disminución de la saturación del tejido de oxígeno ( 334 ) ( Fig. 2) Esta correlación podría indicar un acoplamiento y encaja muy bien con lo que se encuentra en el músculo esquelético durante el ejercicio ( 96 ). Esto ilustra que durante el ejercicio, la absorción estimada de oxígeno en las regiones de los tendones humanos aumenta varias veces en comparación con el estado de reposo y que incluso durante la carga mecánica intensa de los tendones, no hay indicios de isquemia tisular.

higo.  2)
higo. 2. Flujo sanguíneo durante el descanso y el ejercicio en tendones y músculos humanos. La correlación entre la saturación de oxígeno de la espectroscopía infrarroja cercana (SRS) resuelta espacialmente y el flujo sanguíneo en el músculo gastrocnemio de la pierna o en la región del tendón de Aquiles. El flujo de tejido regional se determinó con el uso de una infusión de tinte verde de indocianina en combinación con SRS, y valores durante el reposo (∼2 ml · 100 g –1 · min –1  en el tendón) y durante el ejercicio gradual de flexión plantar creciente con el músculo de la pantorrilla hasta el agotamiento . La correlación fue probada para significancia mediante el uso de la prueba de Spearmann. Tenga en cuenta que incluso durante el ejercicio intenso, la  saturación media de O 2 en el tejido no disminuyó por debajo del 57% para el músculo esquelético y el 52% para el tejido tendinoso. [De Boushel y compañeros de trabajo (93 ,  94 ) y Kjær et al. ( 334 ) con permiso.]

D. Componentes de ECM en músculo esquelético

El tejido conectivo intramuscular tiene múltiples funciones ( 301a ,  407 ) ( Fig. 3 ). Primero, proporciona un soporte mecánico básico para vasos y nervios. En segundo lugar, el tejido conectivo asegura la respuesta pasiva elástica del músculo. En tercer lugar, ahora está claro que la transmisión de fuerza desde las fibras musculares no solo se transforma en el tendón y el hueso posterior a través de las uniones miotendinosas, sino también a través de la transmisión lateral entre las fibras vecinas y los fascículos dentro de un músculo ( 228 ,  338 ,  415 ,  626) Se ha demostrado que la tensión desarrollada en una parte muscular puede transmitirse a través de enlaces de corte a otras partes del músculo, y que incluso el corte de una aponeurosis en un músculo pennate aún mantiene gran parte de la transmisión de fuerza ( 401 ). El perimisio es especialmente capaz de transmitir fuerza de tracción ( 631 ). Aunque los estudios también han demostrado un potencial del endomisio para la transmisión de fuerza, la orientación y la curvilinealidad de las fibras de colágeno proporcionan altas cantidades de elasticidad y, por lo tanto, no suficiente rigidez para funcionar de manera óptima como transmisor de fuerza.

higo.  3)
higo. 3. Estructura del tejido conectivo intramuscular. Red extracelular del músculo esquelético (músculo semitendinoso bovino) que se muestra al escanear micrografías electrónicas después de la eliminación de la proteína del músculo esquelético. La parte superior izquierda  muestra el epimisio (EP), y la  parte inferior  ilustra el perimisio (P) y el endomisio (E). En la  parte superior derecha , se muestra el endomisio que rodea una fibra muscular esquelética individual. [Modificado de Nishimura et al. ( 483 )]

El tejido conectivo intramuscular representa del 1 al 10% del músculo esquelético y varía considerablemente entre los músculos ( 208 ,  301 ,  391 ,  628 ) ( Fig. 3 ). Mientras que el endomisio encierra cada fibra muscular individual con una disposición aleatoria de fibrillas de colágeno para permitir el movimiento durante la contracción, el perimisio multicapa se extiende transversalmente a las fibras y mantiene grupos de fibras en su lugar, mientras que el epimisio está formado por dos capas de fibrillas de colágeno onduladas para formar una estructura en forma de lámina en la superficie del tendón. Se ha demostrado en los músculos bovinos que el contenido endomisial puede variar entre ∼0.5 y 1.2% del peso seco muscular, mientras que el perimisio representa entre 0.4 y 4.8% (520 ). Esta variación relativamente pequeña en el contenido de tejido conectivo endomisial en comparación con perimisial entre los músculos podría indicar que al menos algunas diferencias funcionales entre los grupos musculares relacionados con el contenido de tejido conectivo se definen principalmente por las características perimisiales. El tejido conectivo intramuscular está dominado por colágeno y asegura no solo una organización en fasículas y fibras, sino que contribuye de manera importante a la transmisión de la fuerza ( 39 ). Se han identificado varios tipos de colágeno en el tejido conectivo intramuscular (hasta 7) ( 174 ,  410 ,  411 ), y mientras que el tipo IV domina la membrana basal adyacente a la membrana plasmática del sarcolema ( 12 ,  342), el colágeno fibrilar tipo I y III (y hasta cierto punto tipo V) domina el epi-, peri- y endomysium (la capa reticular). Con mucho, el colágeno tipo I domina el contenido de colágeno intramuscular (reportado desde ~ 30% y hasta 97% del colágeno total) ( 47 ,  48 ,  257 ,  407 ). En el otro extremo de la escala, los tipos de colágeno II, VI, IX, XI-XVI y XVIII-XIX representan solo cantidades muy pequeñas ( 88a ,  167 ,  252a ,  410 ,  411 ,  440 ,  471 ,  486) Es probable que la diferencia en el contenido relativo de tejido conectivo en músculos específicos se acople a la función y al papel del tejido conectivo ( 247 ,  248 ). Las diferencias entre los músculos con respecto a su contenido relativo y tipo de colágeno ya están presentes temprano en el desarrollo ( 483 ,  485 ), y en el ganado, la concentración de hidroxiprolina y de colágeno tipo I y III alcanzan sus niveles más altos de dos tercios a través de gestación ( 411 ). Curiosamente, las mayores concentraciones de colágeno se alcanzan en el momento en que los miotubos se someten a su primera fase de diferenciación morfológica y contráctil ( 411) Además, pequeños proteoglicanos ricos en leucina del tejido conectivo intramuscular se expresan en paralelo con el desarrollo del músculo esquelético ( 506 ). El ARNm de decorina y fibromodulina estuvo notablemente elevado durante unos días, y biglycan y lumican durante 1 semana después del parto ( 485 ). Curiosamente, durante este período, la estructura del tejido conectivo intramuscular cambia notablemente, por lo tanto, la estructura neonatal está menos organizada que la que se ve solo 2-3 semanas después ( 672 ). Los aumentos en la expresión de PG son paralelos a los aumentos en la expresión de miostatina y el factor de crecimiento transformante β (TGF-β) y podrían sugerir una interacción entre el desarrollo del músculo esquelético y el tejido conectivo intramuscular ( 485 ,  672 ).

E. Implicaciones funcionales de la MEC en tendones y músculos

Es importante aceptar que tanto el tendón como el tejido conectivo intramuscular interactúan estrechamente con los elementos contráctiles del músculo esquelético para transmitir fuerza ( 521 ,  562 ,  566 ,  567 ,  573 ,  610 ,  675 ,  691 ). Las dimensiones de los tendones influirán en la capacidad de estiramiento, y la capacidad del tendón y el tejido conectivo intramuscular para almacenar y liberar energía elástica durante el movimiento reduce la necesidad total de energía al caminar o correr ( 15 ,  71) Parte de la evidencia de la importancia funcional de los componentes de ECM proviene de estudios de modelos mutantes inactivados. Dado su importante papel en la formación de la membrana basal, podría ser obvio que los ratones que carecen de laminina provocarán retraso en el crecimiento y distrofia muscular. Además, las mutaciones de las integrinas también conducirán a la distrofia muscular y en el colágeno tipo VI a la miopatía ( 303 ,  442 ). En ratones que carecen de colágeno tipo IX o XI, se encontrarán fibrillas de colágeno anormales especialmente en relación con las articulaciones ( 199 ,  397 ), mientras que en animales que carecen de condrodisplasia de colágeno tipo X se desarrollarán ( 666 ). Además, un defecto en el colágeno tipo IV, IX, XIII y tipo XV causará sintomatología de miopatía ( 87).,  88a ,  185 ,  367 ). Los modelos knockout para colágeno tipo I, especialmente cuando van acompañados de carga mecánica, han sido difíciles de estudiar, ya que estos animales desarrollan osteogénesis imperfecta severa ( 126 ). Finalmente, algo interesante, en modelos para defectos de proteoglicanos en forma de un ratón sin fibromodulina, se observaron fibrillas de colágeno irregulares en la estructura del tendón, mientras que no se detectaron cambios en el hueso o el cartílago ( 615 ). Los ratones que carecen de biglycan y fibromodulina experimentarán osificación del tendón ectópico ( 27 ). En línea con esto, en ratones que carecen de COMP, no se pudieron encontrar anomalías musculotendinosas claras, mientras que en humanos sin COMP, se observaron displasias esqueléticas (267 ). La limitación de estos modelos es el concepto de redundancia, un fenómeno que probablemente esté presente también en la MEC, ya que puede demostrarse para la regulación de la circulación y la liberación de hormonas en relación con el ejercicio ( 333 ,  334 ).

Un papel importante en la unión de los elementos fibrosos de la MEC, ya sea en el músculo o en el tendón, son los proteoglicanos ( 111 , 572,  581 ,  583 ,  584 ,  673 ). Dentro del músculo, se ha demostrado que las PG en el perimisio son ricas en condroitina y sulfato de dermatán. Por el contrario, las PG que están presentes en el endomisio y la membrana basal están dominadas por heparán sulfatos ( 484 ). Además, se ha demostrado que la decorina está presente en al menos el músculo bovino estrechamente asociado con el sulfato de condroitina ( 183 ,  480 ), y esto es dominante en los músculos durante el estado embrionario y postnatal temprano ( 644 , 645 ), mientras que el heparán sulfato es dominante en el estado embrionario tardío. Aunque varias de las sustancias de ECM además del colágeno se han localizado en el tendón (y el músculo), se ha proporcionado poca información sobre su papel funcional. Uno de los pequeños proteoglicanos ricos en leucina que envuelve las fibrillas de colágeno es la decorina ( 583 ). La eliminación de la decorina sugiere la participación de la decorina en la formación de fibrillas de colágeno y, en cierta medida, controla el diámetro de la fibrilla y evita cualquier fusión lateral de las fibrillas de colágeno ( 111 ,  156 ). Además, la inhibición de la decorina produce fibrillas de colágeno más grandes y mayores propiedades mecánicas en los ligamentos curativos ( 478 ,  479) El papel claro de la decorina, o cualquier efecto coordinado de fibromodulina o lumican situado en la misma región que la decorina, pero que tiene diferentes sitios de unión ( 268 ,  616 ), no está definitivamente claro ( 119 ,  196 ,  616 ). Más recientemente, se ha demostrado en el tendón embrionario de pollo que pequeñas PG ricas en leucina como la decorina están unidas al colágeno incluso antes del ensamblaje de fibrillas de colágeno, y esto sugiere una participación mucho más temprana de la decorina y otras PG de lo que se pensaba hasta ahora ( 245) A pesar de que los PG y los glicosaminoglicanos son importantes para la función del tendón, se ha sugerido que ni estos ni el tamaño de la fibrilla de colágeno en sí mismos pueden explicar las capacidades biomecánicas del tejido tendinoso, lo que sugiere una interacción más compleja que involucra factores y componentes del tejido tendinoso aún por ser descrito.

Uno de los grandes PG de sulfato de condroitina, el agrecano, se regula en gran medida por la carga compresiva del tejido tendinoso, mientras que la decorina solo responde a la carga de tracción ( 548 ,  549 ), y es probable que esté involucrado en la preferencia de sintetizar colágeno tipo II en regiones de tendones que están sujetos a fuerzas de compresión ( 61 ,  62 ,  528 ). Se encuentra que las áreas comprimidas del tendón tienen mayores cantidades de PG de mayor peso ( 200 ,  557 ). Esto ilustra la respuesta diferenciada a la carga de tracción y compresión, respectivamente, en proteoglicanos de colágeno y ECM ( 663 ,  664 ).

REGULACIÓN DEL COLÁGENO Y OTRAS SÍNTESIS DE PROTEÍNA DE LA MATRIZ EXTRACELULAR: INFLUENCIA DE LOS CAMBIOS EN LA CARGA MECÁNICA

A. Pasos de la síntesis de colágeno: consideraciones metodológicas

El componente principal de la ECM, el colágeno, se produce principalmente por los fibroblastos, ya sea en los ribosomas unidos a la membrana del retículo endoplásmico rugoso (ER) o colocados dentro de la ECM, respectivamente. La biosíntesis de colágeno se caracteriza por la presencia de una gran cantidad de modificaciones co y postraduccionales de las cadenas de polipéptidos, que contribuyen a la calidad y estabilidad de la molécula de colágeno ( Fig. 4 ). Intracelularmente, la traducción del ARNm de preprocolágeno ocurre en los ribosomas y el ensamblaje de procolágeno en el retículo endoplasmático ( 437 ,  443 ,  661) Los dominios C-propéptidos de las cadenas α del polipéptido se pliegan, y la trimerización inicia la formación de la triple hélice en los tipos de colágeno fibrilar. Estos eventos dependen de una interacción bien adaptada de enzimas ER como prolil-4-hidroxilasa (P-4-H), galactosilhidroxi-lisil-glucosiltransferasa (GGT), lisilhidroxilasa, prolil-3-hidroxilasa, hidroxilisilgalactosiltransferasa, así como en calor proteína de choque 47, proteína reguladora de glucosa 94 y proteína disulfuro isomerasa ( 201 ,  202 ,  368 ,  473 ,  539 ,  561 ,  568 ,  604) La información genética para la formación de la cadena de procolágeno se divide en varios exones en el ADN separados por áreas de intrón relativamente grandes y, por lo tanto, exige un procesamiento extenso del ARN antes de que ese ARNm maduro esté disponible para la síntesis de proteínas ( 661 ). Procolágenos se transfieren de ER al espacio extracelular a través del aparato de Golgi y contienen NH 2 péptidos de extensión-terminal y COOH-terminales en los extremos respectivos de la molécula de colágeno ( 264 ). El hecho de que el procolágeno sea mayor que las vesículas de transporte convencionales requiere transporte dentro del aparato de Golgi ( 88 ).

higo.  4)
higo. 4. Síntesis y degradación de colágeno tipo I. Representación esquemática de las vías involucradas en la síntesis de colágeno. Se indican los posibles candidatos a factores de crecimiento que funcionan como reguladores importantes de la activación genética. TGF-b, factor de crecimiento transformante-β; IGF / IGF-BP, factor de crecimiento similar a la insulina y sus proteínas de unión; IL, interleucina; FGF, factor de crecimiento de fibroblastos; PG, prostaglandina; VEGF, factor de crecimiento endotelial vasoactivo. La proteína quinasa activada por mitógeno (MAPK) desempeña un importante papel regulador para el inicio de la señalización génica, y las metaloproteinasas de matriz (MMP) son los principales reguladores de la degradación del colágeno en relación con la carga mecánica.

Después de la secreción en el espacio extracelular, los aminopropéptidos se escinden mediante proteinasas específicas y los colágenos se autoensamblan en fibrillas u otras estructuras supramoleculares ( 516 ) ( Fig. 3 ). La síntesis de fibrillas de colágeno ocurre primero como un paso intracelular con el ensamblaje y la secreción de procolágeno, seguido de un paso extracelular que convierte el procolágeno en colágeno y la posterior incorporación en fibrillas de colágeno reticuladas estables ( Fig. 3) La síntesis del colágeno tipo I se usa aquí para ilustrar la formación de colágeno fibrilar, debido a su dominio en el tejido conectivo del tendón y el músculo, pero la síntesis de otros tipos de colágeno comparte muchas similitudes con la del colágeno tipo I, pero se describe más adelante en esta reseña. Después de la transcripción de genes que codifican la formación de colágeno tipo I, las cadenas pro-α sintetizadas inicialmente sufren marcadas reacciones postraduccionales. Primero, la hidroxilación convierte los residuos en 4-hidroxiprolina o 3-hidroxiprolina por tres hidroxilasas diferentes ( 473) Curiosamente, las hidroxilasas solo actúan sobre sustratos no helicoidales y no actúan sobre colágeno o péptidos similares al colágeno que son triplemente helicoidales. Los polipéptidos de colágeno recién sintetizados se glucosilan, y este proceso termina antes del plegamiento de colágeno en una estructura de triple hélice. Finalmente, el procesamiento intracelular se completa con la síntesis de enlaces disulfuro intracadena e intercadena ( 170) Este último proceso no se inicia antes de que se complete la traducción y probablemente no antes de que las cadenas se liberen del ribosoma. El procolágeno es luego secretado por la célula, y está bien descrito que la tasa de secreción depende del procesamiento intracelular de la proteína. Si se evita el plegado de las cadenas pro-α en la confirmación helicoidal triple, la secreción de la proteína se retrasa. Las tres cadenas de polipéptidos forman una estructura triple helicoidal. Las cadenas α que forman la estructura están compuestas por secuencias de aminoácidos repetitivas Gly-XY, donde el residuo de glicina permite que las tres cadenas α se enrollen entre sí. Los residuos de prolina y 4-hidroxiprolina aparecen frecuentemente en las posiciones X e Y, respectivamente, y promueven la formación de enlaces cruzados intermoleculares. La estabilidad y calidad de la molécula de colágeno se basa en gran medida en los enlaces cruzados intra e intermoleculares. La formación de 4-hidroxiprolina es catalizada por P-4-H y es una característica única del colágeno. Por lo tanto, su ensayo es adecuado para evaluar el contenido de colágeno. Los niveles de actividad de P-4-H generalmente aumentan y disminuyen con las tasas de biosíntesis de colágeno, y los ensayos de la actividad enzimática se han utilizado para estimar los cambios en la tasa de biosíntesis de colágeno en diversas condiciones experimentales y fisiológicas (256258318474569571619620).

Sin embargo, la ubicación exacta del procesamiento de procolágeno en colágeno podría ser más compleja que eso ( 533 ). La N-proteinasa de procolágeno (llamada ADAMTS-2) se ha clonado recientemente ( 142 ,  143 ), y se ha documentado que la proteinasa de procolágeno C es idéntica a la proteína morfométrica ósea (BMP-1) ( 327 ,  398 ) en la que, al menos en el tendón embrionario de ratón, se expresan las tres variantes proteicas de BMP-1 ( 541 ,  580) Experimentos recientes en el tendón de pollo embrionario usando pulso-persecución seguido de extracción secuencial han revelado que tanto los grupos intra y extracelulares de procolágeno C-proteinasa activa (BMP-1) están presentes en los fibroblastos, mientras que la N-proteinasa se encuentra muy cerca o dentro de la membrana plasmática ( 91 ,  111 ). La conversión de procolágeno extracelular en colágeno se evitó cuando se bloqueó la procolágeno C-proteinasa, mientras que, por otro lado, se observaron fibrillas de colágeno en vesículas y túbulos post-Golgi ( 111).) Por lo tanto, a pesar de que la conversión demostrada de procolágeno a colágeno se completa extracelularmente, se puede completar algo de formación de colágeno intracelular y la secuencia de proteinasa C y N en la conversión de procolágeno en colágeno parece ser más aleatoria de lo que se pensaba hasta ahora ( 111 ).

Segmentos de fibrillas son requisitos previos para la formación de fibrillas ( 496 ,  497 ) y se ha demostrado que aumentar en longitud desde unas pocas micras a ~ 100 micras ( 76 – 78 ), y desarrollar gradualmente creciente diámetro ( 203 ,  204 ). Es probable que las fibrillas se desarrollen en diferentes perfiles de masa, donde algunas son lineales regulares, algunas son muy cortas y con forma de huso, y algunas son fibras de fusión intermedias ( 245 ,  492 ). Las moléculas de colágeno se disponen de forma unipolar o bipolar ( 245 ,  312 ,  313 ) y se fusionan de extremo a extremo ( 77 ,  78) Lo más probable como resultado de la actividad de MMP de los fibroblastos, esta fusión de extremo a extremo es seguida por una mayor formación de decorina ( 77 ,  78 ) y la eliminación del colágeno tipo XIV de las superficies de fibrillas ( 703 ). La estructura fibrilar y la resistencia del tejido a la carga aún no se han aclarado ( 135 ,  231 ), pero se sabe que los tendones deficientes en enlaces cruzados son menos resistentes a la carga ( 680 ) y que el alargamiento del tendón depende de la capacidad molecular. deslizándose dentro de las fibrillas de colágeno ( 215 ,  519 ). Los proteoglucanos son importantes para la fibrilogénesis ( 156 ,  164 ,  702), y cuando se inhibe la unión de decorina / fibronectrina, aumenta la longitud del tendón ( 112 ). La determinación de piridinolina (Pyr), que representa componentes importantes de enlaces cruzados de fibras de colágeno maduras dentro de la MEC, ha demostrado que el contenido de Pyr es especialmente alto en tendones y ligamentos, y curiosamente también que aparece la relación Pyr-colágeno tener un alto contenido en tendones y ligamentos en comparación con, por ejemplo, hueso ( 237 ). Esto subraya la probable importancia de los enlaces cruzados en estas estructuras ( 339 ) y destaca la complejidad en el estudio de la relación estructura-función con respecto al tejido conectivo como tendones, ligamentos y, en cierta medida, músculo esquelético ( 194 ).

B. Determinación de la rotación de colágeno en humanos

Para determinar las tasas de rotación del colágeno, se han introducido aminoácidos radiomarcados ( 387 – 389 ). Estos permiten el etiquetado de sustancias como la prolina, que se incorporan al colágeno. Si se infunden, darán lugar a un aumento en la actividad específica de cierto tejido eliminado de la especie experimental en un punto de tiempo seleccionado. Sin embargo, el cálculo de las tasas de rotación inicialmente se basó en curvas de descomposición de primer orden que se basan en el requisito previo de que todas las moléculas de colágeno tengan la misma probabilidad de degradarse. Si, como se ha demostrado, el grupo de colágeno se subdivide en un grupo de intercambio más rápido y más lento, es probable que este método ofrezca una imagen pesimista de la capacidad de reponer el colágeno ( 387) Más recientemente, el uso de técnicas de “inundación” del conjunto de precursores para reducir o eliminar la reutilización y el uso de la infusión en un tiempo relativamente corto se ha realizado con éxito ( 44 ).

La microdiálisis de los músculos y el tejido conectivo se ha realizado con la intención de imitar la función de un vaso sanguíneo capilar perfundiendo un tubo delgado de diálisis con un fluido fisiológico implantado en el tejido ( 384 – 386) Esto permite la recolección de líquido extracelular tanto en animales como en humanos in vivo, tanto con el organismo en un estado basal como durante las condiciones en las que se realizan perturbaciones fisiológicas, ya sean químicas o mecánicas. La recolección de dializado permite el cálculo de la concentración intersticial de sustancias no unidas que pueden atravesar la membrana del catéter, siempre que la técnica se complemente con métodos de calibración que permitan la cuantificación de este. El uso de fibras de microdiálisis a lo largo del peritendón también brinda la posibilidad de estudiar durante el ejercicio. Para varios parámetros metabólicos se ha demostrado que las determinaciones reflejan peritendinosamente los cambios que ocurren intratendinosamente ( 379 ).

C. Respuestas al aumento de carga: ejercicio agudo y crónico

Se sabe que el colágeno muscular y tendinoso y la red de tejido conectivo responden a niveles alterados de actividad física ( 347 – 350 ,  507 ,  612 ,  613 ,  623 ,  658 ,  682 ,  688 ,  706 ). Se sabe que las actividades específicas y el contenido de los componentes del colágeno son mayores en el músculo sóleo antigravedad que en el dorsiflexor tibial anterior, que no es tónicamente activo ( 349 ,  569 ). Además, se sabe que la MEC en el músculo esquelético responde al aumento de carga causado por el entrenamiento de resistencia ( 348 ,  349,  619 ,  711 ), ejercicio agudo ( 474 ) o hipertrofia compensatoria experimental ( 676 ) por aumento de la expresión de colágeno, síntesis y acumulación de colágeno en el músculo. Se sabe que el ejercicio extenuante, especialmente el ejercicio de levantamiento de peso agudo que contiene componentes excéntricos, causa daño muscular ( 33 ). La regulación de la síntesis de colágeno puede ser parte del proceso de reparación, pero también puede ocurrir sin evidencia de daño muscular ( 256 ). La aceleración de la biosíntesis de colágeno después del ejercicio puede reflejar tanto la adaptación fisiológica como la reparación del daño.

Se ha encontrado en ratones que el ejercicio agudo aumenta las actividades de las enzimas del recambio de colágeno 48 h después del ejercicio. Las enzimas responsables de la síntesis de colágeno aumentaron, y la mayoría de los músculos estaban dominados por fibras musculares rojas en lugar de blancas ( 474 ,  650 ,  651 ). Esto encaja con la demostración de un mayor contenido de colágeno, medido por la cantidad de hidroxiprolina, en los músculos dominados por fibras musculares rojas versus blancas, y con un alto reclutamiento de músculos de fibras rojas durante el protocolo de ejercicio específico ( 349 ). Curiosamente, los cambios en las actividades enzimáticas del colágeno fueron acompañados por un aumento en el contenido de hidroxiprolina y colágeno del músculo ejercitado, que persistió hasta 3 semanas después del ejercicio ( 474,  650 ,  651 ). Estudios posteriores han demostrado que la expresión de colágeno de tipo I y III aumentó a nivel de ARNm en 1 día ( 257 ,  345 ) y la de colágeno de tipo IV tan pronto como 6 h después del ejercicio agudo ( 344 ).

La conversión extracelular de procolágeno en colágeno requiere al menos dos enzimas: una aminoproteasa de procolágeno que elimina los aminopéptidos y una carboxiproteasa de procolágeno que elimina los propéptidos carboxi. La escisión del carboxipeptido permite la determinación indirecta de la formación de colágeno tipo I. El desarrollo de ensayos para tales marcadores de síntesis de colágeno tipo I [el propéptido terminal de COOH del colágeno tipo I (PICP)] y la degradación [la región telopéptida terminal de COOH del colágeno tipo I (ICTP)] ha permitido estudiar el efecto de ejercicio sobre el recambio de colágeno tipo I ( 99) Cuando se determinan en la sangre circulante, se ha demostrado que estos marcadores son relativamente insensibles a un solo período de ejercicio, mientras que el ejercicio prolongado o las semanas de entrenamiento mostraron un aumento en el recambio de colágeno tipo I y la formación neta ( 383) Sin embargo, como el hueso es el principal contribuyente general de los marcadores de procolágeno para el recambio de colágeno tipo I en la sangre, y como los niveles séricos de PICP e ICTP no permiten la detección de la ubicación del tipo específico de región o tejido en el que se producen cambios en el recambio. están teniendo lugar, a partir de estos estudios no se puede concluir si se producen cambios en el recambio de colágeno del tejido relacionado con el tendón o el tejido conectivo intramuscular. El uso de la técnica de microdiálisis se ha aplicado recientemente al espacio peritendinoso del tendón de Aquiles en corredores antes, inmediatamente después y 72 h después de 36 km de carrera ( 386 ) ( Fig. 5 ). Con esta técnica se demostró que el ejercicio agudo induce cambios en la actividad metabólica e inflamatoria de la región peritendinosa ( 386) Además, el ejercicio agudo causó una mayor formación de colágeno tipo I en el proceso de recuperación, lo que sugiere que la carga física aguda conduce a adaptaciones en el colágeno no relacionado con los huesos en humanos.

higo.  5)
higo. 5. Síntesis y degradación de colágeno tipo I en respuesta al ejercicio agudo y crónico. Concentraciones intersticiales de propéptido carboxi-terminal (PICP) y región telopéptida (ICTP) de colágeno tipo I en el tejido peritendinoso del tendón de Aquiles humano. Se usó microdiálisis para obtener concentraciones de tejido, y PICP se usó como un indicador para la síntesis de colágeno tipo I, mientras que ICTP fue un marcador para la degradación del colágeno tipo I. Los  paneles superiores  muestran valores obtenidos en individuos altamente entrenados antes (descanso), inmediatamente después de 36 km de carrera (recuperación), así como 72 h después de la finalización del ejercicio (72 h). Tanto PICP como ICTP disminuyeron inicialmente después del ejercicio, y se detectó un marcado aumento en la síntesis de colágeno 72 h después del ejercicio. Los  paneles inferiores mostrar valores obtenidos en humanos sanos antes, así como 4 y 11 semanas de entrenamiento físico diario. Tanto la síntesis como la degradación aumentaron después de 4 semanas de entrenamiento físico, mientras que después de 11 semanas solo la síntesis de colágeno, y no la degradación de colágeno, fue crónicamente elevada. * Valores significativamente ( P  <0.05) diferentes de los niveles basales (descanso). [Adaptado de Langberg y colaboradores ( 382 ,  386 ).]

Además, cuando se estudió la síntesis y degradación del colágeno tipo I en el tejido conectivo del espacio peritendinoso de Aquiles antes y después de 4 y 11 semanas de entrenamiento físico intenso, se encontró una respuesta adaptativa del metabolismo del colágeno tipo I del tejido peritendinoso alrededor del tendón de Aquiles humano en respuesta al entrenamiento físico ( 382 ) ( Fig. 5) El aumento en las concentraciones intersticiales de PICP aumentó dentro de las 4 semanas posteriores al entrenamiento y se mantuvo elevado durante todo el período de entrenamiento, lo que indica que la síntesis de colágeno tipo I se elevó crónicamente en respuesta al entrenamiento. Como los valores sanguíneos para PICP no cambiaron significativamente durante el período de entrenamiento, es razonable sospechar que el aumento de la formación de colágeno tipo I ocurre localmente en el tejido conectivo del tendón no óseo en lugar de reflejar un aumento general en la formación de colágeno tipo I en todo el cuerpo ( 382) Además, las concentraciones de ICTP en los tejidos aumentaron en respuesta al entrenamiento, pero este aumento fue transitorio, y los niveles intersticiales de ICTP volvieron a los niveles basales con un entrenamiento más prolongado. Tomados en conjunto, los resultados indican que la respuesta inicial al entrenamiento es un aumento en el recambio de colágeno I, y que esto es seguido por un predominio de procesos anabólicos que resultan en una síntesis neta aumentada de colágeno tipo I en tejido conectivo no óseo como tendones ( 382 ). El patrón de estimulación tanto de síntesis como de degradación con el proceso anabólico que domina en respuesta al ejercicio en el tejido conectivo relacionado con el tendón es un patrón que está de acuerdo con los eventos que ocurren con las proteínas musculares en respuesta a la carga ( 540 ). Como individuos en el estudio de capacitación (382 ) estaban entrenando a diario, puede ser difícil diferenciar los efectos de cada serie de ejercicio agudo de la adaptación crónica al entrenamiento. Los episodios agudos previos de ejercicio influirán en el resultado de cada uno posterior. Esto probablemente explica por qué los corredores altamente entrenados (entrenamiento de hasta 12 h / semana) en un estudio tenían altos niveles basales de niveles intersticiales de PICP ( 386 ). Por lo tanto, no puede excluirse que el efecto sobre el metabolismo del colágeno encontrado durante un programa con entrenamiento diario simplemente refleje un efecto sobre la formación de colágeno desde el último entrenamiento, en lugar del efecto crónico del entrenamiento.

Sobre la base de estos hallazgos, se puede concluir que se observa un aumento en el recambio de colágeno en respuesta al entrenamiento y que con el entrenamiento prolongado se espera una síntesis neta de colágeno tipo I. Si una síntesis neta de colágeno tipo I se transforma en aumentos morfológicamente detectables en el tamaño del tendón está lejos de ser clara. Sin embargo, de acuerdo con este punto de vista, se ha demostrado en modelos animales que el entrenamiento resulta en un aumento del diámetro del tendón ( 74 ,  605 ,  689 ). Además, las observaciones transversales recientes en corredores entrenados versus humanos sedentarios han demostrado que el área transversal del tendón de Aquiles determinada por resonancia magnética (MRI) se amplió en individuos entrenados en comparación con controles no entrenados (553 ). También se puede especular que el entrenamiento inicialmente da como resultado una mayor rotación de colágeno tipo I para permitir la reorganización del tejido y que un entrenamiento más prolongado resulta en un aumento neto en el tejido del tendón y probablemente alteraciones en la resistencia del tejido.

No existe una relación clara de dosis-respuesta entre el tipo y la cantidad de entrenamiento y las respuestas adaptativas de la formación de colágeno, pero en el tendón equino se ha encontrado de manera interesante que en el tendón sometido a estrés repetitivo de bajo nivel (tendón extensor) el nivel de colágeno es mayor que en tendones flexores sometidos a alta tensión ( 497 ). Esto indica que la intensidad y el patrón de carga, incluidos los períodos de recuperación entre los entrenamientos, probablemente juegan un papel importante en la adaptación de la ECM. Se ha demostrado que la hipertrofia inducida por estiramiento del músculo esquelético de pollo aumenta el recambio de colágeno muscular utilizando métodos trazadores ( 389), que está de acuerdo con los hallazgos actuales en humanos en los que la síntesis de colágeno aumentó notablemente al comienzo del entrenamiento. A partir de los estudios de Laurent y colaboradores ( 387 – 389 ), se concluyó que se desperdició una gran cantidad de colágeno recién sintetizado, lo que resultó en una tasa desproporcionada de rotación de colágeno alta en comparación con la magnitud de la síntesis neta de colágeno. Del mismo modo, en el músculo humano, la degradación del colágeno tipo IV, como lo indica un aumento de MMP-2, aumentó durante un período de 1 año con la estimulación eléctrica de las personas con lesión de la médula espinal, sin ningún cambio detectable en el contenido del tipo IV, lo que indica un aumento en el recambio de colágeno. tasa sin o muy poca síntesis neta ( 342) La medición de la racemización e isomerización de su telopéptido C (CTx) se ha utilizado para determinar el recambio de colágeno tipo I. Como estos procesos están acoplados al recambio de proteínas, es probable que reflejen un índice de recambio de colágeno ( 237 ). Con este método, se ha demostrado en tejidos de cadáveres humanos que tejidos como el tendón y el ligamento tienen una tasa de renovación comparable a la del hueso, y que la renovación del colágeno tipo I es, de hecho, bastante pronunciada en el músculo esquelético ( 237 ). Estos datos concuerdan con los estudios que utilizan prolina / hidroxiprolina radiomarcada en animales que muestran un recambio relativo (3%) de colágeno por día en el músculo esquelético ( 389 ).

Los estudios actuales en humanos y animales apoyan la idea de una activación simultánea tanto de la formación como de la degradación en el colágeno del tejido muscular y del tendón en respuesta a la carga. Curiosamente, para el colágeno tipo I en el tendón, en el tiempo, esto es seguido por un desequilibrio más pronunciado a favor de la formación y que resulta en una síntesis neta de colágeno, mientras que en el músculo, el colágeno tipo IV no parece revelar ninguna síntesis neta. Además de una mayor rotación de colágeno, la evidencia indirecta de carga aumentó tanto las tasas de síntesis como de degradación también se ha demostrado para los componentes sin colágeno de la MEC ( 53 ,  537 ,  549 ).

Un paso importante en la formación de colágeno tipo I es la regulación enzimática por procolágeno C-proteinasa (PCP) de la escisión de PICP y PINP de procolágeno para formar colágeno insoluble ( 311 ). Se ha demostrado que la carga mecánica puede mejorar la expresión del gen PCP, pero no de la proteína potenciadora de la C-proteinasa de procolágeno (PCPE) en los fibroblastos dérmicos ( 498 ). Además de esto, se demostró que tanto la síntesis como el procesamiento del procolágeno se potenciaron mediante la carga in vitro. Se demostró que este efecto es específico ya que la síntesis de proteínas sin colágeno en ese estudio no fue elevada ( 498) Además, se encontró un procesamiento mejorado de procolágeno a colágeno insoluble, como es evidente por un aumento mayor en la cantidad real de colágeno insoluble producido en comparación con el aumento en la síntesis de procolágeno. Curiosamente, en ese estudio se demostró que los cambios descritos anteriormente solo ocurrían si las células estaban en cultivos de tejidos que contenían TGF-β o suero ( 498 ), lo que indica que la carga mecánica por sí sola no puede causar cambios a menos que haya ciertos factores de crecimiento. .

D. Inmovilización y rotación de colágeno

A diferencia de la carga física, la inmovilización de la extremidad posterior de la rata conduce a una disminución de las actividades enzimáticas de la biosíntesis de colágeno tanto en el músculo esquelético como en el tendón ( 569 ,  570 ), lo que sugiere que la biosíntesis de la red de colágeno disminuye como resultado de una reducción muscular y muscular. actividad tendinosa ( 181 ). La tasa de síntesis total de colágeno depende principalmente del equilibrio proteico total del tejido, pero parece estar afectada positivamente por el estiramiento tanto en el músculo como en el tendón ( 569 ,  570) Los cambios en el contenido total de colágeno del músculo, medido como contenido de hidroxiprolina, generalmente son pequeños o están ausentes durante la inmovilización y duran unas pocas semanas, lo que probablemente se deba a la tasa de renovación del colágeno ( 257 ). Se ha demostrado que la expresión de colágeno durante la inmovilización está regulada al menos parcialmente a nivel pretraduccional ( 11 ). Los ARNm para colágenos tipo I y III ya habían disminuido después de 3 días de inmovilización, mientras que el estiramiento parecía contrarrestar esta disminución ( 11 ). El contenido de colágeno tipo IV también se redujo como resultado de la inmovilización ( 12 ).

En otros estudios de ratas, se estudiaron cantidades de colágeno en el músculo esquelético en respuesta a la inmovilización al aumentar la longitud muscular para causar atrofia o hipertrofia ( 569 ). Mientras que la P-4-H disminuyó y la actividad enzimática proteolítica aumentó en el músculo acortado, no se pudo detectar un aumento en la P-4-H o GGT en el músculo alargado ( 569 ). La estimulación eléctrica podría, al menos en algunos músculos, contrarrestar la caída inducida por la inmovilización de la masa muscular junto con la disminución del contenido de hidroxiprolina y las actividades enzimáticas relacionadas con el colágeno ( 571 ). Para cierta sorpresa, se descubrió que la denervación de los músculos en ratas resultó en una elevación del contenido de hidroxiprolina y en las actividades musculares P-4-H y GGT ( 571) Aunque las proteínas no colágenas del músculo atrofiado se degradaron a una velocidad alta durante la denervación, esto no podría explicar únicamente el aumento del contenido de colágeno y la actividad enzimática con la denervación. En los tendones del músculo inmovilizado y desnervado, las actividades de las enzimas sintetizadoras de colágeno disminuyeron durante la inmovilización en la posición acortada, pero no se vieron afectadas cuando se inmovilizaron en la posición alargada ( 571) Esto indicó que la regulación de la síntesis de colágeno a la carga mecánica variable poseía similitudes en el músculo esquelético y el tejido tendinoso. Otros estudios sobre la movilización del músculo esquelético después de 1 semana de inmovilización en ratas mostraron que las actividades de P-4-H y GGT, así como las concentraciones de hidroxiprolina (HP) aumentaron en unos días, mientras que el ejercicio de movilización no causó ningún aumento en el tendón P- 4-H o GGT ( 318 ). Esto podría implicar que aunque la actividad puede activar la síntesis de colágeno tanto en el tendón como en el músculo esquelético, se necesita una mayor actividad para estimular el tendón que el músculo.

DEGRADACIÓN DEL TEJIDO CONECTIVO EN TENDÓN Y MÚSCULO ESQUELÉTICO: EFECTOS DE CAMBIOS EN LA CARGA MECÁNICA

La degradación del colágeno representa un paso obligatorio de renovación y remodelación del tejido conectivo y durante la carga mecánica de fibroblastos y estructuras de la matriz extracelular. Tanto las vías de degradación intracelular como extracelular están presentes, utilizando fagocitosis lisosómica o proteinasas ECM, respectivamente ( 193 ) ( Fig. 4 ).

A. MMP

La degradación del colágeno se inicia extracelularmente por MMP (o matrices), que se presentan en los tejidos principalmente como proMMP latentes ( 38 ,  49 ,  475 ). Hay evidencia que respalda que las MMP [y los inhibidores tisulares de las metaloproteinasas de la matriz (TIMP)] no están implicados en mayor medida en la fagocitosis lisosómica intracelular, sino que funcionan extracelularmente ( 192 ). Los procesos de degradación del colágeno están bien descritos en situaciones de remodelación rápida, por ejemplo, inflamación o daño tisular ( 140 ,  295 ,  436 ), pero se desconoce su papel durante la estimulación fisiológica normal para aumentar el recambio tisular, como después de una carga mecánica ( 192) Mientras que las colagenasas (MMP-1 y MMP-8) tradicionalmente se piensa principalmente para iniciar la degradación del colágeno tipo I y III y, por lo tanto, deberían ser más relevantes para el tendón, las gelatinasas (MMP-2 y MMP-9) descomponen principalmente el colágeno no fibrilar tipo IV y otros compuestos de la ECM. Aunque existe cierta preferencia por las diferentes MMP con respecto a los tipos de colágeno, la especificidad de ciertas MMP hacia los tipos de colágeno puede ser menor de lo que se pensaba hasta ahora. Como ejemplo, MMP-2 también puede degradar el colágeno tipo I ( 13 ), muy probablemente en una forma de dos pasos ( 500 ), y todo el papel de las MMP en el metabolismo de la matriz tisular parece mucho más complejo ( 475) Las MMP se producen a partir de fibroblastos de endotenón y fibroblastos de matriz intramuscular, aunque la secreción es algo menor que la de las células sinoviales ( 526 ).

La inmovilización conduce a un aumento en la expresión de MMP tanto a nivel pre como postraduccional, lo que sugiere una descomposición acelerada del colágeno, que puede prevenirse parcialmente mediante procedimientos de estiramiento. La regulación de las MMP en relación con el ejercicio aún no se comprende por completo, pero se sabe que las integrinas específicas (α 2 β 1 ) son reguladores de la expresión del gen MMP-1 en fibroblastos cultivados en gel de colágeno retráctil ( 475 ). Además, se sabe que la expresión de MMP-1 puede ser modulada por factores de crecimiento, citocinas inflamatorias y fármacos que alteran el citoesqueleto como la citocalasina D. Sin embargo, no se ha evaluado el papel de la contracción y la relajación del estrés. En un gel de colágeno retráctil, MMP-1 se expresa como resultado de la tensión en el tejido (369 ) y mediada a través de α 2 β 1 -integrinas ( 545 ).

Se ha demostrado que el aumento del flujo de fluido in vitro aumenta la expresión de MMP-1 y MMP-3, junto con una activación de los genes de interleucina (IL) -1β y ciclooxigenasa (COX) -2 ( 29 ,  32 ). Recientemente se ha demostrado que la expresión del gen MMP-1 estimulado por la relajación del estrés mecánico depende de la síntesis de proteínas de novo, aunque se produce independientemente de la activación de un bucle de retroalimentación autocrina de IL-1 ( 370 ,  371 ). Se sabe que el estiramiento mecánico provoca un aumento en la expresión del gen MMP ( 29 ,  32) sin ningún aumento obligatorio en la expresión de colágeno tipo I o indicación de cambios en meditores inflamatorios in vitro. Sin embargo, la IL-1β pudo inducir aumentos marcados en la expresión de MMP, y se observó un efecto sinérgico de la IL-1β y el estiramiento ( 29 ,  32 ). Esto encaja con los hallazgos en el tejido del tendón humano donde IL-1α y oncostatina causaron una mayor producción de MMP-1 ( 117 ). En los fibroblastos de pulmón, se encuentra que el estiramiento aumenta la activación de MMP-9 directamente en ausencia de mediadores inflamatorios ( 617 ). Curiosamente, el estrés cortante provocado por la presión del fluido sobre los fibroblastos del tendón de conejo provoca la expresión y liberación de MMP-1 y -3, en ausencia de cualquier cambio en la concentración de calcio intracelular ( 29).,  32 ). Se sabe que MMP-2 y -9 están sobreexpresadas y presentes en cantidades más altas en pacientes con miopatías inflamatorias ( 329 ), lo que puede aumentar la degradación de la ECM y, por lo tanto, facilitar la adhesión de los linfocitos ( 132 ). Además, la unión del colágeno tipo I a los fibroblastos cultivados aumentó la producción de MMP-2 y MMP-9, un efecto que fue bloqueado por la dexametasona ( 547 ). Finalmente, MMP-2 se colocaliza con las integrinas colocadas en los vasos ( 102 ), y la proteólisis mediada por MMP de las proteínas de la membrana basal capilar es importante para las respuestas de angiogénesis fisiológica a la carga crónica del músculo esquelético, y una mayor producción de MMP-2 y MT1-MMP es crucial para la formación de nuevos capilares durante el estímulo mecánico (251 ,  252 ,  641 ). En conjunto, varias de las adaptaciones relacionadas con el ejercicio y el entrenamiento se combinan con procesos que implican respuestas MMP ( 409 ). Recientemente, se ha demostrado que el ejercicio agudo resultó en cantidades intersticiales elevadas de MMP-2 y MMP-9 en el tejido peritendinoso humano ( 346 ), lo que respalda la opinión de que las MMP (y sus inhibidores) juegan un papel en la adaptación de ECM al ejercicio en tejido tendinoso

B. TIMPs

Los TIMP inhiben las actividades de MMP ( 198 ). De los cuatro TIMP identificados hasta ahora, TIMP-1 y TIMP-2 son capaces de inhibir las actividades de todas las MMP con preferencia por inhibir MMP-2 y MMP-9, respectivamente. Pro-MMP-2 se regula al alza tanto a nivel pretraduccional como postraduccional después de un solo período de ejercicio, lo que sugiere un aumento en la degradación del colágeno ( 343 ,  345 ). En línea con esto, la relajación por estiramiento en los fibroblastos dérmicos da como resultado una mayor actividad de MMP-2 a través de vías mediadas por integrinas ( 369 ,  372 ). Como se mencionó anteriormente, una mayor actividad de MMP y, por lo tanto, una mayor degradación del colágeno a menudo es paralela a la activación estimulada de la síntesis de colágeno ( 345) Curiosamente, los TIMP a menudo se activan junto con MMP en respuesta a la actividad física ( 345 ), lo que indica estimulación simultánea e inhibición de la degradación. En lugar de considerar esto como una acción competitiva, es probable que la actividad de MMP preceda a la actividad de TIMP y, por lo tanto, TIMP sirve como reguladores de la terminación de la degradación para garantizar una cantidad limitada de degradación. Para respaldar aún más que existe una respuesta integrada de MMP y TIMP, se ha demostrado que TIMP-2 es importante para la activación de pro-MMP-2 in vivo ( 670 ). Se ha encontrado que TIMP-1 está correlacionado con ICTP en pacientes con cáncer, lo que indica actividad y control de las vías degradantes de colágeno ( 701 ). 

ESTRUCTURA DE LA MATRIZ EXTRACELULAR EN TENDON Y MUSCULO: RELACION CON LAS PROPIEDADES MECANICAS Y VISCOELASTICAS

A. Extensibilidad de los tendones

Los tendones varían en su capacidad de estiramiento, desde 1 a 2% de alargamiento del extensor radial radial del carpo hasta 3 a 4% del alargamiento del tendón flexor cubital del carpo y hasta 16% de alargamiento del tendón de Aquiles del conejo ( 403 ) Los datos de cadáveres humanos implican que el alargamiento máximo del tendón humano es de hasta 5-6% cuando se estira pasivamente ( 413 ). En asociación con esto, la aponeurosis del músculo adyacente generalmente muestra una excursión mecánica más grande en comparación con el tendón libre bajo estiramiento pasivo (10-12%) ( 403) Aunque es indicativo del potencial viscoelástico del tejido cuando se desafía a la carga pasiva, estos hallazgos no tienen en cuenta las características in vivo durante la actividad muscular. Algunos estudios han demostrado que el tendón libre y la aponeurosis del tríceps surae del gato tienen propiedades mecánicas comparables durante la contracción isométrica ( 585 ,  629 ). En contraste, la rigidez de la aponeurosis es menor que la del tendón libre durante la contracción, mientras que otros han encontrado lo contrario, a saber, que la tensión del tendón fue del 2% mientras que la tensión de la aponeurosis fue del 8% durante la carga pasiva ( 403 ) ( Fig. 6) Sin embargo, tales hallazgos no tienen en cuenta que durante la contracción muscular in vivo en humanos es probable que el aparato contráctil del músculo limite las excursiones de la aponeurosis. Los intentos de separar el movimiento de la aponeurosis y el movimiento del tendón libre in vivo han mostrado resultados variables ( 296 ,  422 ). Algunos estudios no encontraron diferencias entre el tendón de Aquiles y la aponeurosis adyacente ( 225 ,  226 ,  355 ,  356) Sin embargo, en esos estudios el tendón de Aquiles se definió como el tendón libre más la aponeurosis del sóleo. En un estudio sobre el tendón libre anterior del tibial, esto solo se tensó un 2%, mientras que la aponeurosis se tensó hasta un 7% durante la contracción isométrica submáxima ( 422 ). En contraste, se ha demostrado para el tendón de Aquiles humano que la tensión del tendón libre fue de seis a siete veces mayor que la de la aponeurosis durante la activación isométrica intensa del músculo de la pantorrilla ( 427 ) ( Fig. 6) La diferencia entre los estudios de las propiedades viscoelásticas del tendón libre y la aponeurosis del músculo esquelético puede explicarse por la limitación de la medición, como la explicación de la actividad antagonista, la rotación articular y el hecho de que la metodología es limitada en su capacidad de observar tridimensional fenómeno ( 85 ,  425 ). La marcada diferencia entre la tensión en el tendón libre y la aponeurosis en la región de Aquiles humano sugiere que su papel funcional durante la transmisión de fuerza difiere. En este contexto se sugiere que el tendón libre permite el almacenamiento y la liberación de energía, mientras que la aponeurosis asegura la transmisión efectiva de las fuerzas contráctiles.

higo.  6)
higo. 6. Relación carga-deformación para la aponeurosis tendinosa y muscular durante la contracción muscular pasiva y activa. Arriba : determinación de la tensión de carga en la semitendinosis de la rana durante la carga pasiva de estructuras hasta una tensión igual a la tensión isométrica activa máxima (P o ). Se da la relación para tendón, unión hueso-tendón (BTJ) y aponeurosis, y la carga pasiva se expresa en% P o . Tenga en cuenta que la tensión de la aponeurosis es muy superior a la del tendón. Fondo: tensión de carga del tendón en tendón de Aquiles humano y aponeurosis del tríceps surae determinado en tendón / músculo humano con ecografía durante la contracción del músculo de la pantorrilla. Tenga en cuenta que en el estado activo y contractivo, la tensión del tendón libre es varias veces mayor que la de la aponeurosis adyacente. [De Lieber et al. ( 403 ) ( arriba ) y Magnusson et al. ( 427 ) ( abajo ), con permiso.]

B. Carga repetitiva y propiedades del tendón

Se encuentran disponibles varios sistemas in vitro para la determinación de respuestas celulares al estrés mecánico por tracción. Una forma de estudiar la carga mecánica de fibroblastos es sembrar células sobre un sustrato flexible que permita un fácil control de la tensión, mientras que las fuerzas reales aplicadas a la célula individual no se pueden cuantificar con precisión ( 221 ,  418 ). Otro método para cultivar fibroblastos es en una matriz de colágeno tridimensional nativa en la que se unen y tiran de fibrillas de colágeno. Este último método permite determinar la fuerza de tracción desarrollada, mientras que la deformación está más mal definida ( 221) Está claro que los cultivos de fibroblastos sometidos a carga mecánica biaxial a menudo resultan en una tensión y carga desiguales a través de la placa, y este modelo solo obtiene resultados que representan una media de los diferentes rangos de movimientos ( 498 ). Los sistemas in vitro evidentemente tienen grandes ventajas con respecto a las mediciones localizadas y las posibilidades de intervención; sin embargo, todavía representa un sistema simplificado que no siempre abarca todos los factores de crecimiento que se necesitan en la fase de transformación desde la carga mecánica hasta la síntesis de proteínas ECM como el colágeno.

Los tendones responden a la carga mecánica, y los estudios en animales han proporcionado alguna evidencia de que el entrenamiento de resistencia influirá en su morfología y propiedades mecánicas ( 106 ,  190 ,  355 ,  652 ,  687 ,  689 ). En conejos, se ha demostrado que la curva de deformación de carga del tendón de Aquiles no se vio afectada por 40 semanas de entrenamiento, lo que implica que el entrenamiento no influyó en las propiedades estructurales ( 652) Sin embargo, el mismo grupo también mostró con un entrenamiento similar que el tendón tibial posterior mostraba una curva de deformación de carga que se alteró sin ningún cambio detectable en el volumen o la masa del tendón, lo que sugiere que la carga mecánica resultó en cambios cualitativos más que cuantitativos ( 653 ) . En contraste, 12 semanas de entrenamiento en cerdos aumentaron las propiedades tanto de deformación de carga como de esfuerzo-tensión de los tendones extensores digitales, junto con un aumento en el área de la sección transversal (CSA) y el contenido total de colágeno del tendón ( 687 ,  689) Esto respalda la opinión de que tanto las propiedades estructurales como las mecánicas se mejoran con el entrenamiento. Curiosamente, en un modelo similar, este fue el caso solo después de 12 meses, pero no después de 3 meses de entrenamiento, y el período de entrenamiento más corto de hecho redujo el tamaño del tendón ( 687 ). En apoyo de esta adaptación fundamental de la morfología del tendón, los estudios de entrenamiento en caballos revelaron que 5 meses de entrenamiento no influyeron en el CSA del tendón de Aquiles, mientras que 18 meses de entrenamiento lo aumentaron en un 14% ( 74 ,  502 – 504 ). Finalmente, en ratas, el CSA del tendón de Aquiles se redujo después de 1 mes, pero aumentó después de 4 meses de entrenamiento ( 505) En ambos últimos estudios se obtuvo una relación cuasi dosis-respuesta en que el entrenamiento de baja intensidad no cambió la morfología del tendón, pero sí lo hizo el entrenamiento intenso. En dos estudios adicionales, el entrenamiento no alteró el peso seco del tendón rotuliano de las ratas ( 638 ) o del tendón de Aquiles de pollo ( 153 ). Un estudio en pavos mostró que a pesar de solo un cambio mínimo en el área CSA del tendón después del entrenamiento, las propiedades mecánicas cambiaron y se encontró una mayor rigidez del tendón ( 106).) Teóricamente, esto produciría una mayor cantidad de energía almacenada en el tendón y, por lo tanto, mejoraría la economía de locomoción. Sin embargo, esto requeriría una fuerza mayor sobre el tendón, que es poco probable a la misma velocidad absoluta de funcionamiento, y por lo tanto, se sugirió que las propiedades alteradas podrían contribuir a una mayor resistencia del tendón hacia la fatiga del material y el daño posterior.

En contraste con otros estudios, la ejecución en ratones dio como resultado una resistencia a la tracción sin cambios del tendón rotuliano ( 330 ), pero hay que reconocer que los ratones no eran adultos, como ha sido el caso en otros estudios ( 652 ,  687 ,  689 ) . Finalmente, se descubrió que el tendón de Aquiles de rata aumenta la resistencia a la tracción y la rigidez después de 30 días de entrenamiento ( 655) Además de las curvas de tensión-deformación clásicas, se han realizado intentos para abordar el daño acumulado y el desarrollo de fatiga en el tejido del tendón que se carga repetidamente con fuerzas que están por debajo de la tensión de tensión final. Se descubrió que el tiempo de ruptura entre los tendones era similar cuando los tendones estaban sujetos a una carga que correspondía a la contracción voluntaria máxima de su músculo correspondiente ( 324 – 326 ). Esto significaría que todos los tendones parecen igualmente propensos a la rutina de fatiga, y se sugiere que cualquier CSA de un tendón se acople al logro de una cierta rigidez.

Solo un estudio ha tratado de comparar el entrenamiento de fuerza y ​​resistencia, y en las ratas encontraron que 38 semanas de entrenamiento se asociaron con una disminución relacionada con la edad en la carga máxima al fracaso que fue contrarrestada por el entrenamiento de natación, pero no se observó ningún efecto en respuesta al entrenamiento de fuerza ( 595 ). Se podría argumentar que el protocolo de fuerza fue limitado en ese estudio y que otro inconveniente importante fue la falta de determinación del área o volumen del tendón, lo que impidió la evaluación de cualquier efecto cuantitativo versus cualitativo del entrenamiento. Solo unos pocos estudios han abordado el efecto del entrenamiento en estructuras intratendinosas ( 159 ), y aunque un estudio muy temprano no demostró ningún aumento de fibrillas intratendinosas como resultado del entrenamiento en ratas ( 292), un estudio posterior demostró un aumento del diámetro de la fibrilla después del entrenamiento ( 453 ,  454 ). En el caballo, un programa de entrenamiento de 18 meses no resultó en ningún cambio significativo en el diámetro de fibrillas de colágeno del tendón flexor profundo del caballo ( 502 ,  504 ). Como se ha demostrado que los caballos aumentan el CSA del tendón en respuesta a un entrenamiento tan prolongado ( 74 ), indica que se aumentó el número de fibrillas de colágeno. Esto también se encontró en un estudio después de 10 semanas de entrenamiento ( 454 ), y además, un estudio demostró fibrillas más densas y alineadas como resultado del entrenamiento ( 655 ).

Se ha demostrado con la ecografía en humanos que el cumplimiento del complejo de aponeurosis-tendón del músculo vasto lateral es menor en los corredores de larga distancia en comparación con el de los sujetos no entrenados ( 355 ). Se dijo que esto permitió que el complejo almacenara energía y la reutilizara más eficientemente en corredores en comparación con sus homólogos sedentarios. En contraste con esto, no se encontraron diferencias en el cumplimiento entre los velocistas y los individuos de control con respecto al complejo de tendones-aponeurosis del cuádriceps y tríceps surae ( 356) Esto es interesante, ya que los velocistas son un grupo de atletas que necesitarían capacidad para reutilizar la energía elástica. Sin embargo, los mismos autores encontraron que 8 semanas de entrenamiento de fuerza isométrica, pero no 4 semanas, aumentaron la rigidez del músculo vasto lateral en humanos, lo que indica un efecto de la duración del entrenamiento sobre las propiedades de la aponeurosis tendinosa ( 354 ). Sin embargo, debe recordarse que el método de ecografía utilizado en esos estudios no puede separar claramente las propiedades del tendón per se de las del complejo combinado tendón-aponeurosis.

Se sabe que la carga de tensión más alta tolerable de un tendón depende de su CSA en relación con el CSA del fascículo integrado del músculo adyacente, y esta relación varía entre los tendones de diferentes especies pero también entre los tendones de un individuo determinado ( 63 ,  64 ,  325 ,  326 ,  512 ). A este respecto, es interesante que un estudio transversal descubrió que el CSA de los corredores de larga distancia era 20-30% más grande que los controles no entrenados, mientras que la curva de deformación de carga del complejo de aponeurosis-tendón del tríceps no era diferente ( 553 ) . Cuando la proporción entre el músculo y el área del tendón (multiplicada por 0.3 MPa como un número elegido para el estrés isométrico máximo, Ref.  325) se relacionó con una cierta carga, se observaron diferencias en la resistencia a la fatiga al fallo entre diferentes tendones ( 326 ) ( Fig. 7 ). Curiosamente, si los tendones individuales se sometieron a una carga individual dependiente de la capacidad del músculo adyacente relevante, el tiempo de ruptura fue similar entre los tendones ( 326 ). Esto implica que la fatiga y la resistencia a la ruptura se unen al patrón de carga del tendón, que se demostró cuando los tendones de alto y bajo estrés en las ovejas desarrollan su capacidad funcional para satisfacer las demandas de trabajo del tendón ( 510) Si combinamos esto con los datos obtenidos en humanos de diversos grados de entrenamiento, el CSA más grande del tendón entrenado resulta en una tensión más baja en el tendón durante la fuerza isométrica máxima en individuos entrenados en comparación con individuos no entrenados ( 553 ), y por lo tanto proporciona un potencial más tendón resistente a lesiones ( Fig. 8 ). Se ha encontrado que el factor de seguridad (estrés de fractura establecido en 100 MPa dividido por el estrés durante la actividad intensa) es ∼8 en general para la mayoría de los tendones ( 325 ). Se demostró en humanos in vivo que el factor de seguridad era solo 2-3 durante la contracción isométrica máxima ( 431) Por lo tanto, la hipertrofia tendinosa parecería útil para contrarrestar la sobrecarga y prevenir las rupturas. Estos datos se ajustan a las observaciones previas en individuos viejos donde hay una tendencia hacia un CSA mayor de los individuos bien entrenados ( 314 ,  426 ).

higo.  7)
higo. 7. Tiempo de ruptura del tendón en los tendones animales durante la carga mecánica. Arriba : tiempo de ruptura en los tendones de las extremidades de wallaby cuando se somete a un estrés constante de 50 MPa. Se da una regresión lineal con intervalos de confianza del 95%. Abajo : tiempo de ruptura en situaciones de estrés relacionadas con personas experimentadas en la vida. “Estrés en la vida” se define como la relación de área entre el área de la sección transversal del músculo (CSA) y el CSA del tendón adyacente, y multiplicada por 0.3, para ilustrar una comparación más relativa entre los tendones. Curiosamente, cuando se utiliza el estrés de por vida, el tiempo de ruptura es casi idéntico para todos los tendones medidos (∼4 h). Esto indicaría que todos los tendones necesitarán una adaptación estructural hacia la carga para contrarrestar la sobrecarga y las lesiones posteriores. [De Ker et al. (326).]
higo.  8)
higo. 8. Carga mecánica de tendones humanos físicamente entrenados y no entrenados. Arriba : área de sección transversal (CSA) del tendón de Aquiles en corredores y no corredores habituales (control) ( izquierda ) según se determina a partir de imágenes de resonancia magnética a 6 cm por encima de la inserción del calcáneo ( derecha ). Los corredores mostraron CSA significativamente más grande que los controles. Medio : curva de carga-deformación durante la contracción isométrica gradual del tríceps surae, obtenida por ultrasonografía en el tendón de Aquiles humano. No se encontraron diferencias estadísticas significativas entre los grupos. Se da la media ± SE. Fondo: relación tensión-tensión del tendón de Aquiles humano en corredores y controles sedentarios. Se da la media ± SE. El hecho de que los corredores tengan un CSA más alto contribuye al estrés máximo significativamente más bajo en los corredores (triángulos) en comparación con los controles (círculos) y, por lo tanto, puede indicar un estrés relativo más bajo en el tendón en atletas bien entrenados en comparación con sus contrapartes sin entrenamiento. [Modificado de Rosager et al. ( 553 )]

La evaluación ecográfica del tendón de Aquiles ha demostrado que el CSA del tendón es mayor en individuos con antecedentes activos de entrenamiento físico que en sus contrapartes sedentarias ( 700 ). Lo más probable es que el aumento en el CSA del tendón en humanos requiera una anamnesis de entrenamiento muy prolongada, ya que 6 meses de entrenamiento de carrera recreativa en individuos previamente no entrenados no fueron suficientes para aumentar el CSA del tendón de Aquiles ( 428 ).

En el músculo, el movimiento pasivo del perimisio es viscoelástico, pero no implica ningún movimiento de reorientación importante de las fibras de colágeno en una matriz de proteoglicanos ( 519 ). Más bien, el patrón viscoelástico para estirarse depende de los procesos de relajación dentro de las fibras de colágeno o en la interfase de la matriz de fibra. En el tendón se ha demostrado que el empaque molecular del colágeno se extiende al estirar la cola de la rata ( 215 ,  460) Esto podría deberse al enderezado molecular y el deslizamiento de las moléculas de colágeno. Sin embargo, la tensión dentro de las fibrillas de colágeno siempre es menor que el estiramiento de toda la estructura (es decir, el tendón), lo que implica que se produce un deslizamiento adicional a nivel interfibrilar. La demostración de que las fibrillas no corren a lo largo de un tendón sino que dependen en gran medida de la reticulación ( 630 ,  632) respaldan que otras estructuras distintas de las fibrillas de colágeno están involucradas en la resistencia a la tensión y están sujetas a lesiones) En línea con esto, se ha demostrado que las muestras de tendones más cortas son más resistentes a la ruptura al determinar el tiempo de falla hacia un esfuerzo de prueba dado, lo que indica que se agregan estructuras de fortalecimiento y cada vez más importante cuando se estudian tendones más largos ( 669 ). La reticulación entre las moléculas de colágeno paralelas incluye tanto la aldimina como la cetoimina, de las cuales la primera domina durante el desarrollo del tendón ( 47 ,  48 ). Más tarde, otros enlaces cruzados unen moléculas de colágeno, incluida la piridinolina, y con el envejecimiento entra en juego un enlace cruzado inespecífico a través de la glicación ( 54) Solo unos pocos estudios han analizado la importancia de estos enlaces cruzados, pero se ha demostrado que la preparación química del tendón para reducir el número de enlaces cruzados de almidina aumenta la resistencia del tendón y disminuye la relajación del estrés, lo que implica que estos enlaces están involucrados en la relajación del estrés ( 160 ).

C. Envejecimiento, desuso y ECM

Con el envejecimiento del tejido conectivo o en estados enfermos con niveles elevados de glucosa (p. Ej., Diabetes), la reticulación inespecífica mediada por la condensación de un azúcar reductor con un grupo amino y da como resultado la acumulación de productos finales de glicación avanzada (AGE) en el tejido del tendón ( 297 ,  535 ,  587 ). Se ha demostrado que los tendones glicosilados podrían soportar más carga y tensión de tracción que los tendones no unidos ( 535 ), pero el tejido se vuelve más rígido ( 648 ). En los condrocitos se ha demostrado que no solo un recambio relativamente bajo de colágeno en el tejido es un requisito previo para la formación de AGEs ( 648), pero que la presencia de retroalimentación de AGE para reducir tanto la síntesis de colágeno como la MMP iniciaron la degradación del colágeno ( 162 ). Cuando los marcadores bioquímicos (pentosidina y fructosamina) de los AGE se correlacionan con la determinación microscópica de fibrillas de colágeno en el tendón de la cola de la rata, se puede demostrar que grandes cantidades de AGE se acoplan a una estrecha unión y fusión de las fibrillas, mostrando así diámetros de fibrillas de colágeno mayores que en los sanos ( 293 ,  489 ). Del mismo modo, la imagen morfológica y bioquímica de los tendones en los que los AGE fueron inducidos por la incubación de glucosa fue notablemente similar a los tendones de animales diabéticos ( 361 ,  489) La acumulación de AGE con el envejecimiento indica una estructura de ECM intramuscular y tendón más rígida y resistente a la carga, pero por otro lado reduce la capacidad de adaptarse a la carga alterada, ya que la tasa de rotación del colágeno se reduce notablemente ( 360 ). Además de esto, se ha demostrado que los AGEs regulan al alza el factor de crecimiento del tejido conectivo (CTGF) en los fibroblastos, lo que favorece la formación de fibrosis con el tiempo en personas mayores y pacientes con diabetes ( 636 ).

Está bien descrito en animales que el diámetro promedio de la fibrilla aumenta durante el desarrollo ( 118 ,  496 ,  497 ) pero disminuye con el envejecimiento ( 476 ) y el desuso ( 477 ). El efecto del entrenamiento sobre esto es variable ( 453 ,  501 – 504 ). En contraste con los datos en animales, el CSA general del tendón de Aquiles es mayor en los ancianos que en los individuos más jóvenes ( 426 ). El fenómeno puede reflejar un aumento compensatorio en la MEC para reducir el estrés en el tendón debido a la disminución de la calidad del tendón relacionada con la edad y, por lo tanto, en la carga máxima tolerable ( 426) Esto es interesante, ya que hay observaciones de expresión reducida y síntesis de colágeno en fibroblastos envejecidos ( 47 ,  124 ,  239 ). Además, se sabe que los enlaces cruzados intramoleculares covalentes aumentan el módulo elástico y reducen la tensión al fallo, pero no influyen en el estrés de ruptura ( 47 ,  168 ,  624 ). Este fenómeno es más pronunciado en los tendones flexores de alta carga en comparación con los tendones extensores de bajo estrés ( 47 ,  73 ). Curiosamente, la reticulación y la rigidez aumentan con el envejecimiento, mientras que el entrenamiento de resistencia contrarresta estos fenómenos ( 244).) El mismo efecto contrarrestante se encuentra en ancianos con entrenamiento de resistencia de baja carga ( 357 ), pero no se encuentra con entrenamiento de fuerza muy intenso ( 538 ). El hecho de que, en asociación con el aumento de la rigidez del tendón con el envejecimiento, la densidad mineral ósea está disminuyendo, lo que podría explicar por qué las personas mayores son más propensas a tener avulsiones del hueso en lugar de rupturas del tendón en comparación con sus contrapartes más jóvenes ( 692 ).

D. Propiedades integradas de ECM músculo-tendón

Determinación in vivo del comportamiento viscoelástico de una unidad de tendón-músculo estirado ( 423 ,  424 ). En ausencia de cualquier actividad de electromielograma (EMG) detectable en los músculos estirados pasivamente, y durante el estiramiento dinámico se encontró un aumento curvilíneo en la resistencia al estiramiento, mientras que se demostró una respuesta de relajación de estrés no lineal que disminuye la resistencia en un 25-35% durante el 45 s de fase de carga estática ( 433 ). Este efecto no tiene influencia en los procedimientos de estiramiento posteriores ( 424 ,  435 ,  443) Además, cuando se llevaron a cabo una serie de procedimientos de estiramiento, se descubrió que esto disminuía agudamente la rigidez y el almacenamiento de energía pasiva durante el estiramiento dinámico, pero que el efecto desapareció 1 h después de detener el régimen de estiramiento ( 432 – 434 ). Esto apoya la noción de que el estiramiento pasivo del tendón muscular no tiene un efecto crónico sobre las propiedades viscoelásticas del tejido. Si este es el caso, el estiramiento crónico de la unidad de tendones musculares en asociación con el entrenamiento físico no debería causar ninguna propiedad pasiva alterada de la unidad de tendones musculares y, por lo tanto, desafiar la creencia clínica común ( 227) En una investigación en la que los sujetos realizaron ejercicios de estiramiento repetidos dos veces al día durante 3 semanas, no se encontraron cambios en las propiedades pasivas de la unidad de tendón muscular. Se demostró que el entrenamiento mejoraba la flexibilidad máxima, pero esto se logró a expensas de una alta resistencia al estiramiento ( 434 ). En la actualidad se desconoce qué mecanismo subyace a este fenómeno. Evidentemente, las propiedades pasivas interactúan con la contracción muscular activa de una manera muy compleja. En preparaciones aisladas de tendón de aponeurosis muscular muscular animal se ha demostrado que el alargamiento rápido de la estructura pasiva del tendón se produce tras la estimulación muscular y el acortamiento ( 404) Potencialmente, esto crea un escenario en el que las fibras musculares se acortan a alta velocidad y reducen el desarrollo de la fuerza en la fase inicial de contracción. Cuando la estructura pasiva como el tendón alcanza posteriormente su punto de mayor resistencia al estiramiento, la velocidad de acortamiento del músculo disminuirá notablemente y, por lo tanto, permitirá una mayor producción de fuerza del músculo ( 404 ). Quizás, dependiendo de las cualidades del tejido, el tendón y / o el músculo serán más frágiles hacia la ruptura con una carga alta, y esa ruptura muscular puede ocurrir en un momento tardío de la contracción. Además, se ha demostrado que la transferencia quirúrgica del tendón en el brazo humano influye en el rendimiento funcional del músculo-tendón dependiendo de la longitud a la que se inserta quirúrgicamente el complejo músculo-tendón ( 219) Por lo tanto, un intento de estirar demasiado el músculo del tendón cuando se inserta hará que la longitud del sarcómero del músculo sea una longitud subóptima con respecto al desarrollo de la fuerza ( 219 ).

CARGA Y SOBRECARGA DE ESTRUCTURAS DE TEJIDOS CONECTIVOS EN TENDON Y MUSCULO ESQUELETAL: PAPEL DE LOS FACTORES DE CRECIMIENTO

La adaptación inducida por la carga de ECM y especialmente la síntesis de colágeno depende de las hormonas reguladoras y los factores de crecimiento que, junto con las integrinas, el citoesqueleto y ciertos canales iónicos, pueden ser responsables de la señalización celular inducida mecánicamente ( 127 ). El papel de los factores de crecimiento para la síntesis de colágeno está de acuerdo con los hallazgos de que factores de crecimiento circulantes específicos, como TGF-β, IL-1, IL-6 e IL-8, factor de crecimiento similar a la insulina I (IGF-I), factores de crecimiento de fibroblastos (FGF), NO, prostaglandinas, factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) y factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF), todos tienen efectos positivos en la activación de fibroblastos in vitro, cuando se usan fibroblastos de diferentes tejidos ( 14 ,  25 ,  68 ,  234,  259 ,  262 ,  518 ,  633 ). Sin embargo, en la mayoría de los estudios no se ha realizado ningún intento aislado para comparar este efecto con cualquier función separada o simultánea de la carga mecánica tras la liberación o síntesis de dichos factores de crecimiento ( 536 ). En un estudio, se demostró que la importancia del PDGF y la tensión mecánica estaban relacionadas con el PDGF ( 51 ). Se sabe que los factores de crecimiento similares a la insulina (IGF-I y -II) influyen en los fibroblastos in vitro ( 7 ,  8 ,  10 ,  51 ,  121 ,  576) y es probable que representen un importante factor de crecimiento, pero su papel exacto para la síntesis de colágeno del tendón y el músculo humano aún no se ha dilucidado. Además, se ha demostrado que la carga mecánica induce una mayor secreción de TGF-β, PDGF y FGF básico (bFGF), así como la expresión de factores de crecimiento a partir de fibroblastos de tendones humanos ( 598 ). Otros fibroblastos cargados mecánicamente dan como resultado una mayor expresión génica para los componentes de colágeno y ECM ( 53) El efecto de factores de crecimiento específicos o componentes séricos en combinación con la carga mecánica sobre la síntesis de procolágeno y la regulación génica del propéptido de procolágeno indican una sinergia entre las vías de señalización con respecto a la expresión y el procesamiento del gen de procolágeno, similar a lo que se ha documentado en los fibroblastos cardíacos ( 110 ). Curiosamente, en un estudio en el que se analizaron los injertos tendinosos utilizados para la cirugía reconstructiva después de la ruptura del ligamento cruzado anterior para determinar el contenido de factores de crecimiento, solo el bFGF estaba presente en la situación de control ( 359 ). Después de la reconstrucción, se observaron niveles aumentados de inmunotinción de TGF-β y PDGF durante las siguientes semanas y volvieron a los niveles iniciales después de 12 semanas ( 359 ).

Solo algunos de los factores de crecimiento más importantes para la MEC en tendones y músculos se tratarán en la siguiente sección. Sin embargo, esto no debería distraer el hecho de que otros también desempeñan papeles importantes y que se sugieren aún más factores, pero permanecen sin explorar. Como ejemplo, el papel del NO y las prostaglandinas parece claro con respecto a la mediación de la señalización mecánica en el proceso de formación de hueso en el esqueleto ( 134 ), y se ha demostrado que esto implica un esfuerzo de corte de la pared inducido por el fluido ( 599 ) y que la osteogénesis actúa a través de vías dependientes de COX-2 ( 708 ). Esto encaja con los hallazgos de una mayor liberación de prostaglandinas de los fibroblastos de tendones humanos que han sido estimulados mecánicamente in vitro ( 24) y del tejido del tendón humano in vivo durante la carga mecánica ( 385 ), y sugiere un papel para las prostaglandinas en la adaptación de la MEC en el tejido del tendón ( 543 ).

A. TGF-β y CTGF

Se sabe que el TGF-β con sus tres isoformas de mamíferos funcionan como moduladores de las proteínas ECM y causan la inducción de la activación del gen de colágeno y la formación de proteínas a través de proteínas Smad ( 28 ,  123 ,  158 ,  289 ,  304 ,  408 ,  487 ,  513 ,  657 ,  707 ). Se ha demostrado un acoplamiento entre la carga mecánica y el TGF-β en estudios in vitro en varios tipos de células y tejidos. Los estudios in vitro con cultivos de células humanas mostraron expresión de TGF-β inducida por estiramiento en tendones ( 598 ) y fibroblastos cardíacos ( 558 ), células de músculo liso ( 249,  488 ), y células similares a osteoblastos ( 136 ,  336 ). En los fibroblastos cardíacos se demostró in vitro que la carga mecánica y el TGF-β tenían efectos sinérgicos en la formación de procolágeno, a pesar de que la carga mecánica en ausencia de factores de crecimiento no resultó en ninguna estimulación de la formación de colágeno ( 110 ). Además, tanto los estudios en animales in vivo como in vitro respaldan una conexión entre la tensión mecánica y la expresión de TGF-β ( 151 ,  396 ,  481 ,  656 ,  710 ), y en el fibroblastos caródicos existe una correlación positiva entre el grado de carga celular y expresión de TGF-β ( 394) Los estudios también han demostrado que la síntesis de colágeno tipo I inducida mecánicamente se puede eliminar mediante la inhibición de la actividad de TGF-β ( 249 ,  408 ). En un modelo humano que utiliza microdiálisis alrededor del tendón de Aquiles, se descubrió que tanto los niveles locales como circulantes de TGF-β aumentaron en respuesta a 1 h de funcionamiento, lo que indica un papel de esta citocina en la respuesta a la carga mecánica in vivo ( 269 ,  270) Además, la relación temporal entre la respuesta de TGF-β y los indicadores de la síntesis local de colágeno tipo I apoyó el papel de TGF-β en la regulación de la síntesis local de colágeno tipo I en el tejido conectivo relacionado con el tendón sometido a carga mecánica. En vista de la fuerte relación entre la carga mecánica y la síntesis de TGF-β observada en varios tipos de células ( 100 ,  101 ,  136 ,  151 ,  488 ,  598 ,  698), esto podría indicar una liberación de TGF-β de los tejidos que se activan mecánicamente durante el ejercicio, incluidos los huesos, los músculos, los tendones y posiblemente los tejidos cardíacos y vasculares. El aumento en las concentraciones de TGF-β en el líquido intersticial después del ejercicio podría indicar una liberación local de TGF-β en el tejido relacionado con el tendón, pero también podría ser el resultado del aumento en el contenido de TGF-β en el torrente sanguíneo circulante. Se sabe que la activación plaquetaria estimula la liberación de TGF-β del gránulo α, y se sabe que el ejercicio prolongado causa activación plaquetaria ( 172) No se puede excluir que los aumentos en el tejido TGF-β podrían estar relacionados con una activación plaquetaria causada por el daño tisular local inducido por el ejercicio. Esto está respaldado por estudios in vivo que han demostrado aumentos inmediatos en los niveles de TGF-β en la rata en respuesta al ejercicio de resistencia ( 100 ,  233 ). El TGF-β aumenta en la circulación con el ejercicio ( 614 ,  665 ) y con el entrenamiento diario de fuerza durante 21 días ( 272 ). Tomados en conjunto, los aumentos simultáneos en TGF-β tanto en circulación como localmente en el tejido sometido a carga son compatibles con un papel de TGF-β en la regulación de la síntesis de proteínas ECM como el colágeno tipo I.

Además de estimular la síntesis de colágeno con carga, también se ha demostrado que el TGF-β aumenta la expresión y síntesis de otras proteínas ECM, por ejemplo, PG ( 548 ). Tanto el contenido de proteínas agrecan y biglycan como la expresión de mRNA de agrecan, biglycan y colágeno tipo I fueron altos después de la administración de TGF-β. Curiosamente, en este modelo in vivo, ni la contracción, el TGF-β ni una combinación de los mismos estimulan la decorina. A partir de modelos de curación, se sabe que la decorina puede unirse al TGF-β y neutralizar su actividad biológica ( 90 ). Por lo tanto, es probable que la decorina requiera otros factores de crecimiento en combinación con la carga para sintetizarse.

Aunque el TGF-β se ha apreciado durante mucho tiempo como un factor de crecimiento central en la formación y el mantenimiento de la ECM, se cree que es un jugador clave en enfermedades fibróticas progresivas como la esclerodermia y la formación de queloides, y recientemente se encontró un papel independiente para el CTGF en estos procesos ( 83 ,  178 ,  393 ,  461 ,  577 ). Aunque se sabe que TGF-β puede estimular la síntesis de CTGF, se ha demostrado que la activación de la expresión génica de CTGF depende más de la carga mecánica que de los cambios en los niveles de TGF-β ( 273 ,  275 ,  577), y se sugiere que CTGF desempeñe un papel importante en la acumulación de la síntesis de colágeno tipo I y otras proteínas de la matriz en fibroblastos cargados mecánicamente ( 577 ). Por lo tanto, CTGF también representa una sustancia efectora para la actividad profibrolítica del TGF-β en el mantenimiento y la regeneración del tejido conectivo en condiciones fibróticas (p. Ej., Formación de una cicatriz) ( 393 ).

TGF-β estimula la formación de colágeno y reduce la degradación al estimular los TIMP junto con una supresión de MMP, favoreciendo así una acumulación de ECM y especialmente de colágeno ( 182 ,  493 ). En muchos sentidos, el TGF-β se considera un factor de crecimiento de “espada de dos filos”, ya que un aumento temprano agudo de TGF-β se considera fisiológico después de, por ejemplo, la carga mecánica de tejido, mientras que un aumento prolongado de TGF-β se asocia con formación incontrolada de tejido fibrótico ( 393) En varios modelos, se ha demostrado que el papel de TGF-β en la proliferación de fibroblastos y la síntesis de colágeno parece ser que los niveles bajos estimulan mientras que las altas concentraciones de TGF-β inhiben la síntesis de colágeno y la proliferación de fibroblastos. Se ha demostrado que la inhibición de la proliferación de fibroblastos a altas concentraciones de TGF-β puede estar mediada por la estimulación autocrina de la síntesis de prostaglandinas (PGE 2 ) ( 444 ). Por lo tanto, un bloqueo de la inflamación en relación con la actividad contráctil podría conducir teóricamente a la formación de colágeno sin oposición y favorecer la fibrosis, un fenómeno que se ha demostrado en los fibroblastos de pulmón ( 323) Alternativamente, un bloqueo de la formación de prostaglandinas inhibiría la estimulación inmediata mediada por TGF-β y / o CTGF del colágeno y conduciría a una recuperación subóptima después de una lesión tisular relacionada con el ejercicio. En el tejido conectivo pulmonar, el TGF-β estimula la síntesis de colágeno, y esto puede inhibirse mediante la secreción de prostaglandinas ( 518 ). Curiosamente, este efecto de la prostaglandina (PGE 2 ) probablemente se deba a un bloqueo de la transcripción de CTGF, pero muestra que existen mecanismos dependientes e independientes de CTGF por los cuales el TGF-β y la prostaglandina regulan la expresión de colágeno tipo I.

B. FGF

De las diversas formas de FGF que existen, la que tiene un punto isoeléctrico básico (bFGF o FGF 2) y, en menor medida, el FGF ácido (o FGF 1) son potentes estimuladores de la proliferación de fibroblastos, la síntesis de colágeno y la formación de tejido de granulación ( 264 ). El efecto de bFGF se ha estudiado principalmente en relación con la lesión del tendón, donde se ha demostrado que los procesos de curación están positivamente relacionados con la administración de bFGF ( 120 ,  176 ). También se ha demostrado que la expresión de bFGF está presente en los tendones intactos normales, pero está marcadamente regulada en los tendones lesionados ( 121).) Esta regulación positiva se observó tanto en los tenocitos dentro del tendón como en los fibroblastos de la vaina del tendón y las células inflamatorias infiltrantes. Se ha demostrado que la carga mecánica induce la liberación de FGF in vitro desde las células del músculo esquelético, y su crecimiento se inhibió mediante la administración de un anticuerpo neutralizante hacia la actividad de FGF ( 138 ). En contraste, un estudio que utilizó estiramiento mecánico cíclico de fibroblastos de tendones humanos durante 15 minutos no pudo demostrar ninguna síntesis de bFGF por encima de la de los fibroblastos de control ( 598 ). Sin embargo, debe reconocerse que la concentración en su modelo aumentó 10 veces con el tiempo, pero a pesar de esto, no se pudo detectar ninguna diferencia estadística entre el control y los fibroblastos estimulados mecánicamente ( 598) Curiosamente, se ha descubierto que bFGF estimula la conexina43, que se sabe que se encuentra en las uniones entre los fibroblastos en los tendones ( 169 ). Esto sugiere un papel de FGF para la comunicación intercelular en relación con la conversión de la carga mecánica en actividad bioquímica que conduce a la reestructuración de la ECM. Parte del efecto de FGF está mediado a través de PDGF, que se sabe que estimula la síntesis de procolágeno de, por ejemplo, fibroblastos de la arteria pulmonar ( 79 ), y se ha demostrado que una combinación de bFGF y PDGF da como resultado una mayor síntesis de ADN en fibroblastos sinoviales ( 255 ) Finalmente, en los condrocitos, se ha encontrado que bFGF inhibe el efecto de IGF-I y TGF-β en la síntesis de colágeno tipo II ( 165 ).

C. IL-1 e IL-6

Se sabe que la citocina IL-6 se libera de los fibroblastos ( 642 ) y se ha sugerido que participa en el metabolismo del colágeno en el tejido óseo ( 246 ). IL-6 es producida por células de los linajes de ostoblastos y osteoclastos y recientemente se ha demostrado que mejora tanto la expresión como el contenido de proteínas de IGF-I en los osteoblastos ( 213 ). Esto no se vio afectado solo por IL-6, sino que requirió la presencia del receptor soluble de IL-6 y probablemente dependía de la prostaglandina para ser efectivo ( 499 ). En el tendón, se ha encontrado que la secreción de IL-6 es inducida significativamente por 15 minutos de estiramiento biaxial cíclico in vitro y se mantuvo elevada durante al menos 8 h ( 598) En humanos, se han realizado experimentos utilizando la técnica de microdiálisis, donde las concentraciones de IL-6 se obtuvieron simultáneamente en plasma, músculo esquelético y tejido conectivo peritendinoso en respuesta al ejercicio prolongado ( 380).) Se demostró que los aumentos inducidos por el ejercicio en las concentraciones intersticiales peritendinosas eran 100 veces mayores que en el plasma y de 7 a 8 veces mayores que las concentraciones intersticiales en el músculo esquelético. Esto demuestra que el tejido conectivo alrededor del tendón de Aquiles humano produce cantidades significativas de IL-6 en respuesta a la actividad física prolongada y contribuye a los aumentos inducidos por el ejercicio en la IL-6 que se encuentra en el plasma. Esto no excluye las principales contribuciones del músculo esquelético a los cambios en el plasma, ya que se ha demostrado que el músculo esquelético libera IL-6 con el ejercicio ( 505 ,  607 ,  685 ). Sin embargo, esta liberación de una extremidad en ejercicio sobreestima algo la cantidad de IL-6 que se produce en las células del músculo esquelético (491 ). Por lo tanto, es probable que la discrepancia pueda explicarse por la liberación de IL-6 de, por ejemplo, tejido conectivo intramuscular, tejido adiposo o vasculatura dentro del músculo. De acuerdo con esto, se ha demostrado que los tipos de células que se sabe que se encuentran entre las fibras musculares secretan IL-6 ( 184 ,  220 ,  337 ,  456 ). Además, se ha demostrado que en el tejido adiposo solo el 10% de la liberación total de IL-6 se originó en las propias células adiposas, mientras que el 90% provino de ECM sensible a la colagenasa ( 220 ). Finalmente, el ARNm de IL-6 se elevó rápidamente en fibroblastos y macrófagos después de una lesión muscular inducida experimentalmente ( 315 ).

La IL-6 puede estimular los fibroblastos para aumentar la producción de colágeno y glicosaminoglicanos, ácido hialurónico y sulfatos de condroitina, pero solo media en parte el papel de la IL-1β en el fibroblastos ( 177 ). En los fibroblastos de epitenon, se ha demostrado que las micro heridas provocan la liberación local de citocinas TGF-β, IL-2 e IL-1, y se descubrió que esto afecta positivamente la adhesión celular, la proliferación, el depósito de fibronectina y el tiempo para la cicatrización de heridas ( 686 ) En el tejido conectivo gingival, los niveles de IL-1β, IL-6 e IL-8 fueron más altos en tejido inflamado que no inflamado y se correlacionaron inversamente con la cantidad de colágeno en el tejido ( 696) Además, se ha demostrado que IL-1 funciona como un potente inductor de MMP en fibroblastos, lo que induce la degradación de la ECM ( 637 ). Además, se ha demostrado que IL-1β incide en la actividad de MMP y disminuye la síntesis de colágeno en fibroblastos cardíacos y, por lo tanto, contribuye a la remodelación del colágeno intersticial en el músculo cardíaco ( 597 ). Esto es interesante, ya que la carga mecánica da como resultado IL-1β producida a partir de fibroblastos ( 590 ), y más recientemente esa carga crónica de tendón de conejo dio como resultado niveles crecientes de ARNm para IL-1β ( 30 ). Se ha demostrado que la carga mecánica de las células del tendón humano libera ATP y que esto estimula la expresión de IL-1β (y MMP) ( 634) Además, la respuesta IL-1β está desencadenando respuestas COX-2, IL-6, MMP-1 y MMP-3, un hecho que podría iniciar la degradación y remodelación del tejido en respuesta a la carga mecánica ( 635 ).

D. IGF y proteínas de unión a IGF

IGF-I mejora la síntesis de colágeno en el tendón flexor equino de una manera dependiente de la dosis ( 468 ), y se ha demostrado que la estimulación mecánica de los tendones de rata por vibración produce un aumento de la inmunoreactividad de fibroblastos intratendinosos por IGF-I ( 261 ). A partir de estudios sobre tendones flexores de conejos, se demostró que la administración de IGF-I era capaz de acelerar la síntesis de proteínas ECM, con cierta variación entre segmentos de tendones y entre tendones de varias regiones del cuerpo ( 8 ,  10 ). Esto está de acuerdo con un déficit funcional reducido y una recuperación acelerada después de una lesión del tendón inducida experimentalmente cuando se administró IGF-I ( 360) Finalmente, se demostró que IGF-II es un estimulador tan potente como IGF-I para el recambio de ECM ( 7 ). En los fibroblastos cardíacos, se estudió el efecto combinado de la carga mecánica y los factores de crecimiento. Se descubrió que IGF-I aumenta la expresión del procolágeno tipo I por tres veces más que la estimulación mecánica sola ( 110 ). Además, se ha documentado repetidamente un papel para IGF-I para mediar el efecto de la carga mecánica en las células de la superficie ósea que preceden a la formación de hueso ( 392 ,  524 ). En ratas enanas, la administración de la hormona del crecimiento y el posterior aumento de los niveles circulantes de IGF-I causaron una mayor expresión de colágeno tipo I y III en fibroblastos intramusculares ( 684) Juntos, estos hallazgos indican que IGF-I está directamente involucrado en la síntesis de ECM de tendones y músculos en relación con la carga mecánica. El hecho de que las MMP puedan estimular las proteínas de unión al IGF (BP) para causar una proteólisis de estas sustancias brinda la posibilidad de una regulación de la concentración de IGF-I libre en el tejido y la sangre circulante que se acopla a la actividad en las vías de degradación del colágeno. ( 211 ) IGF-BP-1 puede incrementarse mediante IL-1β, IL-6 o el factor de necrosis tumoral α ( 565 ), que a su vez puede regular la bioactividad de IGF-I. Se ha demostrado que la proteólisis IGF-BP ocurre en respuesta al entrenamiento físico prolongado en humanos ( 555 ).

ACOPLAMIENTO DE CAMINOS REGLAMENTARIOS PARA ROTACIÓN DE MATRIZ EXTRACELULAR Y CÉLULAS MUSCULARES ESQUELETALES PARA CARGA DE TEJIDOS MECÁNICOS

A. Desarrollo de músculo esquelético y ECM intramuscular

Durante el desarrollo muscular está claro que se requieren procesos dentro de las células de la MEC para garantizar la migración, proliferación y diferenciación de mioblastos ( 39 ,  106 ,  448 ). La fibronectina promueve la adhesión y proliferación de mioblastos, pero inhibe la diferenciación ( 210 ) y participa junto con la decorina en la fibrilogénesis del colágeno, proporcionando así la morfogénesis del tejido conectivo intramuscular. Por el contrario, se ha demostrado que la laminina promueve la adhesión, proliferación y formación de miotubos de mioblastos ( 210 ,  352 ,  357a) Un mediador importante de la interacción celular de la matriz es la integrina. Las interacciones observadas entre los mioblastos y los componentes de la MEC como el colágeno tipo I, la fibronectina y la laminina incluían integrinas con el componente β 1 , y el bloqueo de este inhibe la diferenciación de la célula muscular ( 390 ,  391 ). Además, el dominio citoplasmático de la unidad β de integrina está implicado en la interacción entre la célula muscular y sus proteínas del citoesqueleto ( 556 ,  644 ,  645 ,  647) Curiosamente, los estudios in vitro han demostrado que cuando los mioblastos se cultivan en medios con colágeno tipo I formador de fibrillas o colágeno tipo I sin formación de fibrillas, el primero dio lugar a más formaciones de seudópodos y cada vez que estos puntos de adhesión focal de fibrillas de colágeno cruzado se localizaban por tinción de talin ( 390) Estos hallazgos indican que las fibrillas de colágeno ayudan con la orientación y alineación de las fibras musculares. Se desconoce el papel exacto de las pequeñas PG ricas en leucina como la fibromodulina, lumican, biglycan y decorina para el desarrollo de los miocitos, pero podría ser que estas sustancias estimulan factores de crecimiento como TGF-β, miostatina, IGF o hepatocito factor de crecimiento. En general, los hallazgos son indicativos de un acoplamiento cercano entre la miogénesis y el desarrollo de los componentes intramusculares de ECM ( 86 ,  145 ,  578 ).

B. ECM y la interacción del músculo esquelético en el tejido maduro

La siguiente pregunta es si la adaptación a la carga mecánica en el músculo maduro y el tejido conectivo implica una interacción similar a la del músculo en desarrollo ( 277 ,  278 ,  280 ). Dado que el tejido conectivo intramuscular junto con las proteínas del citoesqueleto representa una estructura vital en la transmisión de la fuerza desde los elementos contráctiles en la fibra muscular hasta el movimiento resultante de una articulación, tendría sentido si estos procesos estuvieran algo interconectados. Se sabe que la actividad física intensa, como la contracción excéntrica repetida, está asociada con el daño muscular ultraestructural como la transmisión de la línea Z, los sarcómeros sobreextendidos, la desorganización de los miofilamentos y el daño del túbulo t del tejido del músculo esquelético tanto en animales como en humanos ( 103,  104 ,  218 ,  219a ,  400 ,  402 ,  405 ,  406 ). Además, hay una liberación de creatina quinasa del músculo, así como una caída de la tensión activa y un aumento de la tensión pasiva ( 26 ,  517 ). En línea con esto, la destrucción de las estructuras del citoesqueleto se ve temprano e inmediatamente después de intensas contracciones musculares inducidas eléctricamente ( 406 ), que posteriormente son seguidas por procesos de inflamación y regeneración ( 26 ,  517) Mientras que los estudios en animales en general demuestran cambios bastante marcados en el daño miofibrilar y de la proteína del citoesqueleto ( 55 ,  406 ), los datos en humanos a menudo no muestran ningún cambio miofibrilar o daño citoesquelético ( 149 ,  704 ). En cambio, los datos en humanos demuestran cambios inflamatorios como la tinción positiva para citocinas y la demostración histológica de infiltración celular inflamatoria y alteración tisular en el tejido conectivo intramuscular del endo y perimisio, con una imagen sorprendentemente intacta de las proteínas del citoesqueleto ( 149 ,  704) Como se mencionó anteriormente, un patrón de carga alterado en la musculatura animal produce cambios en la formación y degradación de colágeno intramuscular ( 569 ,  570 ), y el ejercicio muscular excéntrico intenso en ratas aumentará la actividad enzimática de las MMP y sus TIMP responsables de la degradación de colágeno tipo IV en el músculo esquelético ( 346 ). También en el músculo esquelético humano, se ha demostrado que la estimulación eléctrica crónica durante períodos más largos aumenta la actividad de MMP, junto con ningún cambio importante en el contenido de colágeno tipo IV en el músculo ( 342) Se ha encontrado que la expresión de MMP-2 y -9 está regulada positivamente con el músculo esquelético lesionado experimentalmente y en ratones con falta de distrofina, en la forma en que MMP-9 aumentó durante un período prolongado relacionado con la inflamación, mientras que MMP-2 se correlacionó con formación de nuevas miofibras ( 328 ). Además, se ha demostrado que aumenta la concentración de propéptidos de procolágeno en el tejido conectivo endomisial y perimisial, lo que indica un aumento en el recambio de colágeno ( 149 ). Recientemente se han realizado intentos de estudiar simultáneamente la respuesta de la síntesis de proteínas en miofibras y fibroblastos al ejercicio ( 452) Los hallazgos en el músculo del muslo humano indican que la extensión y el curso temporal del cambio en la síntesis de proteínas respaldan la idea de que las miofibras y los fibroblastos reciben información de las vías de señalización comunes, que son responsables de la conversión de la carga mecánica en estímulos anabólicos ( 452 ).

Una forma de ver cualquier posible interferencia entre la carga, el tejido conectivo intramuscular y la adaptación del músculo esquelético es investigar las células madre miogénicas, como la activación de las células satélite. Se ha sugerido que la interrupción de las proteínas del citoesqueleto y, por lo tanto, la integridad celular de la miofibra desencadena la liberación de factores de crecimiento apropiados dentro de la miofibra ( 284 ,  402 ,  416 ,  449 ), y en algunos modelos animales el patrón de tiempo de tales cambios Es compatible con esta hipótesis. La activación de células satelitales ( 147 ,  157 ) normalmente se asocia con daño de miofibras y la interrupción del sarcolema ( 649 ), pero los estudios in vitro ( 26) y los experimentos en humanos, donde se estudió la variación en la actividad de entrenamiento en un diseño transversal o longitudinal ( 310 ,  311 ), han documentado la activación de células satélite en respuesta al ejercicio crónico como lo demuestra la tinción positiva con la molécula de adhesión de células neurales (N -LEVA). Recientemente se ha demostrado que la detección del antígeno fetal 1 (FA1) determina la actividad de las células madre miogénicas ( 205 ,  302 ), y tanto la tinción de FA1 (y N-CAM) ubicada entre la lámina basal y el sarcolema y la concentración intersticial detectable de FA1 en músculo muy ejercitado se encontró que aumentaba en humanos durante al menos 8 días después de una contracción excéntrica vigorosa con una sola pierna ( 149) A pesar de las muestras de microdiálisis y biopsia, no se observaron cambios en FA1 en la pierna de control de reposo contralateral. Acompañando a estas respuestas se observaron aumentos marcados en la creatina quinasa circulante (hasta 50,000 UI / ml), síntomas clínicos pronunciados y ausencia de cambios microscópicos en las proteínas desmina, distrofina o fibronectina. Sin embargo, la activación de las células satélite estuvo acompañada por una mayor tinción para PINP, así como para la tenacina C ( 149 ). Mientras que PINP indica la síntesis de colágeno tipo I en la MEC que se sabe que está acoplada al grado de carga, la tenascina C está controlada por el estrés de tensión y está regulada a nivel transcripcional a través de regiones que actúan en cis sensibles al estiramiento  en el gen promotor ( 207) y refuerza la adhesión lateral de la miofibra al endomisio circundante. A partir de estas observaciones, se puede plantear la hipótesis de que durante la carga muscular intensa en humanos, las tensiones de cizallamiento asociadas con la producción de fuerza axial influyen intramuscularmente en la red de ECM no homogénea, ya sea induciendo un microtear o señalizando a los fibroblastos existentes para liberar factores de crecimiento que posteriormente iniciarán una activación de la células satelitales inactivas ( 446), o iniciando la liberación directa de factores de crecimiento desde el interior de la miofibra. En cualquiera de estas situaciones, se puede plantear la hipótesis de que las tasas de recambio del tejido conectivo intramuscular no son necesariamente idénticas para el tendón y el músculo, pero que el recambio de ECM en el músculo se asocia más al recambio del músculo esquelético como las proteínas miofibrilares.

También queda claro que la activación de células satélite puede iniciarse en ausencia de una interrupción grave de las proteínas del citoesqueleto ( 522 ). Esto no excluye el papel de los cambios en las proteínas del citoesqueleto para la estimulación de la síntesis de proteínas contráctiles musculares. Curiosamente, se ha demostrado que la carga excéntrica en la musculatura de la rata da como resultado la pérdida de la inmunotinción de desmina inmediatamente después de la carga, pero seguido de un marcado aumento de la desmina por encima de los niveles basales ( 55 ). Esto podría sugerir que el sistema de filamentos intermedios del músculo puede, de hecho, adaptarse favorablemente a la carga excéntrica y volverse más resistente a la carga posterior, lo que junto con la adaptación en el tejido conectivo podría explicar el efecto mucho menos dañino en el músculo al posterior ejercicio excéntrico. (517 ). Sin embargo, curiosamente, el mismo grupo de autores mostró que los ratones knockout desmin eran menos propensos a sufrir lesiones que los de control ( 564 ). Aún así, queda claro que las respuestas adaptativas de las proteínas del citoesqueleto y los componentes de ECM probablemente juegan en concierto cuando se someten a una carga mecánica. Esto se puede mostrar durante los procesos de regeneración, donde está claro que la expresión y la formación de distrofina, integrina, así como otras proteínas subsarcolemales y transmembrana juegan un papel importante en la unión interna del citoesqueleto a la membrana plasmática antes de un enlace de las miofibras. a la ECM se produce ( 315 , 320,  643 ).

Se desconoce el mecanismo detrás de una señalización potencial entre el ECM y los componentes miofibrilares en relación con la carga mecánica. Se puede plantear la hipótesis de que las reservas de factores de crecimiento ECM se liberan tras la carga mecánica ( 649 ). En línea con esto, se ha demostrado que los PG (p. Ej., Decorina) se unen a factores de crecimiento y controlan el flujo de factores de crecimiento hacia y desde la MEC ( 646 ,  647 ). Entre los factores de crecimiento propuestos se encuentran el factor de crecimiento hepatocítico (HGF), IGF-I, IL-6, IL-15, insulina, leptina, FGF, factor inhibidor de leucemia (LIF) y testosterona. El hecho de que las células inflamatorias se infiltran en regiones sometidas a una carga pesada proporciona la posibilidad de que la liberación de citocinas desempeñe un papel central. Sin embargo, HGF encontrado en músculo no lesionado ( 621) también es un candidato fuerte.

La razón de la disociación en la localización del daño y la reacción tisular entre modelos utilizados en diferentes especies (por ejemplo, actividad voluntaria en el músculo humano versus alargamiento muscular inducido por la electricidad en animales) podría deberse al grado de sincronización de la unidad motora y, por lo tanto, a la coordinación de la actividad de las células musculares. durante la actividad excéntrica. Como se indica en la  Figura 9 , el ejercicio excéntrico voluntario produce una salida de fuerza alta, pero un patrón de actividad algo bajo y no sincronizado, según se juzga por la sincronización de la unidad motora registrada por EMG ( 189 ,  588 ). Curiosamente, la actividad EMG aumentó y el reclutamiento de unidades motoras se hizo más coordinado en individuos entrenados ( 1) Esto implica que las personas que están sujetas a una contracción excéntrica no acostumbrada muestran un patrón de activación de la unidad motora no coordinado, lo que genera un alto estrés en la ECM intramuscular entre las fibras musculares que se contraen y las que están relajadas. En contraste con esto, la estimulación eléctrica tenderá a activar todas las fibras musculares disponibles independientemente del tipo y el origen de la unidad motora ( 189).) En el último caso, el esfuerzo cortante entre las fibras será menor que en la situación anterior, y si la resistencia a la tracción es lo suficientemente alta, puede causar daños dentro de la propia célula muscular que en el ECM. Aunque queda por demostrar, hay razones para creer que la MEC desempeña un papel más importante en la adaptación muscular al ejercicio voluntario en humanos de lo que se pensaba anteriormente, y por lo tanto contribuye a la mecanosensibilidad y a garantizar la adaptación del tejido conectivo y el músculo esquelético que se coordina para tener La mayor capacidad funcional posible.

higo.  9)
higo. 9. Carga intensa de músculo esquelético y respuestas adaptativas en matriz extracelular. Interacción hipotética entre la matriz extracelular, las proteínas del citoesqueleto y las fibras del músculo esquelético en respuesta a la carga excéntrica de la musculatura contraída, estén o no entrenados o no.

PERSPECTIVAS CLÍNICAS: ENTENDIMIENTO FISIOLÓGICO DEL SOBRECUSO DE TEJIDOS

La sobrecarga y el uso excesivo prolongado de estructuras musculotendinosas conduce a una mala adaptación y daño tisular y a síntomas clínicos. Dentro de las estructuras tendinosas, el desarrollo de dolor crónico asociado con la carga posterior en regiones de, por ejemplo, los tendones de Aquiles, rotuliano y supraespinoso, sigue siendo un desafío etiológico, fisiopatológico y de tratamiento importante ( 66 ,  80 ,  92 ,  122 ,  141 ,  216 ,  232 ,  235 ,  236 ,  240 ,  308 ,  309 ,  340 ,  467 ,  514 , 527 ,  546 ,  609 ,  688 ). En el músculo, el dolor muscular de inicio tardío, después de la carga excéntrica, así como el dolor crónico asociado con el músculo asociado con el uso excesivo a largo plazo, han sido el foco de investigaciones intensas, pero aún requieren mejores explicaciones fisiopatológicas ( 281 ,  517 ).

A. Uso excesivo de tendones

La carga repetitiva de tejido tendinoso humano a menudo conduce a lesiones por uso excesivo que resultan en una sintomatología clínica severa que incluye dolor, hinchazón regional y dolor provocado ya sea en relación con los procedimientos ocupacionales o la actividad deportiva en atletas de élite y deportistas recreativos ( 305 ,  332 ,  351 ,  362 – 365 ,  472 ). Aunque el término  uso excesivo se  refiere al hecho de que la carga repetitiva ha provocado los síntomas y sugiere que la carga física ejercida sobre el tejido es importante para la etiología de este problema clínico ( 585), solo se dispone de un conocimiento limitado sobre las reacciones fisiopatológicas en la MEC en tales condiciones. Esto explica parte de la dificultad que abarca todas las lesiones relacionadas con los tendones en una sola entidad ( 299 ,  316 ).

Sin embargo, queda claro a partir de la presente literatura que algunas de las lesiones por uso excesivo están asociadas con cambios dentro de la sustancia tendinosa debido a una alteración primaria en la composición bioquímica ( 307 ) a una ruptura parcial provocada mecánica anterior ( 4 ,  34 ,  364 , 366), o para desarrollar gradualmente cambios degenerativos ( 5 ,  299 ). Además, algunas lesiones ocurren a lo largo del tendón, a menudo en relación con la lámina del tendón o en la región peritendinosa que contiene tejido conectivo y vasos sueltos, y estas lesiones a menudo se deben al desplazamiento del tendón sobre la estructura ósea o cartilaginosa ( 62).) Finalmente, otras lesiones por uso excesivo relacionadas con el tendón están relacionadas con la inserción del tendón sobre la estructura ósea ( 61 ).

Con respecto a la fisiopatología del desarrollo de lesiones, tres puntos principales merecen más discusión. El primero es la presencia y la importancia potencial de las reacciones inflamatorias con lesiones por uso excesivo, el segundo es la regulación del flujo sanguíneo y el metabolismo de los tejidos en el tejido conectivo usado en exceso, y el tercero es cómo se origina y media el dolor en situaciones con tendones o músculos en exceso.

B. Desarrollo de la lesión del tendón: factores predisponentes

Los factores predisponentes influyen en la frecuencia de los síntomas de sobrecarga del tendón y las rupturas. Como ejemplos, tanto la genética ( 59 ,  596 ), el tipo de sangre ( 306 ,  358 ), la presencia acompañante de enfermedad crónica ( 316 ) y el uso de drogas ( 285 ,  542 ) han demostrado ser factores predisponentes significativos. El papel genético queda por dilucidar, pero los estudios patrimoniales y gemelos han demostrado un papel definitivo ( 59 ,  596) Con respecto a la influencia de las drogas, especialmente el uso de fluoroquinolonas se ha encontrado, al menos en dosis altas, para causar una mayor activación de la actividad de MMP, que proporciona una base para una tasa de degradación acelerada de colágeno tisular ( 679 ). Factores como el alto peso corporal, la desigualdad de la longitud de las piernas, las anormalidades del pie (como el pie cavo o el plano) y la baja flexibilidad de las articulaciones, los tendones o los músculos se identifican como factores moderadamente importantes para el desarrollo de la lesión del tendón, pero la evidencia se basa principalmente en asociaciones en lugar de cualquier demostración de una relación de causa y efecto (366).

Se ha propuesto un posible efecto perjudicial sobre el tejido del tendón provocado por cambios en la temperatura del tejido en relación con la actividad muscular. En los tendones flexores equinos, se ha demostrado que el ejercicio al galope elevó la temperatura intratendinosa entre 5 y 6 ° C, lo que es suficiente para explicar teóricamente algún efecto perjudicial para la actividad de los fibroblastos. Los fibroblastos cultivados del núcleo del tendón flexor digital superficial equino se sometieron a temperaturas de hasta 45 ° C, y se determinó la fracción de supervivencia celular y se comparó con los fibroblastos dérmicos de control y fibroblastos renales ( 72 ,  75) Se demostró que no se produjo una muerte importante de las células del tendón al someter a las células durante períodos más cortos a los aumentos de temperatura fisiológicos observados en el tejido del tendón central que se encuentran durante el ejercicio ( 75 ). Cuando se aumentó la temperatura a 46-48 ° C suprafisiológica, se observó una muerte celular marcada ( 75 ). Estos hallazgos no pueden transferirse directamente a humanos en los que a menudo se ven períodos más largos de exposición a la carga del tendón. Además, la configuración experimental in vitro en los cultivos de fibroblastos equinos se realizó con células en suspensión, lo que se sabe que aumenta su resistencia al calentamiento ( 600 ). Se ha demostrado previamente que los aumentos dramáticos de temperatura alteran las propiedades viscoelásticas de los tendones ( 671) y estructuras pasivas en el músculo esquelético ( 560 ) para, al menos teóricamente, permitir un rango de movimiento más amplio en las articulaciones y una mayor extensibilidad de los tendones. Curiosamente, los cambios fisiológicos en la temperatura que ocurren intramuscularmente durante el ejercicio en humanos no resultan en ningún cambio en las propiedades viscoelásticas del tendón muscular cuando se determinan in vivo ( 423 ). Por lo tanto, en este punto, es poco probable que los cambios de temperatura observados durante el ejercicio den lugar a una extensibilidad alterada en el tendón o el músculo, y es dudoso que los cambios de temperatura sean de gran importancia para la patología del tendón en relación con el ejercicio.

C. Ruptura del tendón: uso excesivo anterior

Los factores predisponentes descritos anteriormente, en un grado muy menor, ofrecen una explicación mecanicista para el desarrollo de la lesión del tendón. Sin embargo, los estudios sobre tejido sobrecargado han proporcionado alguna sugerencia sobre la razón de la sobrecarga de tejido. En individuos que están sujetos a una ruptura del tendón de Aquiles, se ha encontrado que hay una región degenerativa del tendón que precedió a la carga que provocó la ruptura ( 5 ,  316 ,  622 ). Con una lesión por sobrecarga crónica en un tendón, los datos recientes han indicado una regulación positiva tanto en la expresión como en el contenido de colágeno tipo I y III con preferencia por este último, y por lo tanto una disminución de la relación tipo I a tipo III ( 294) Esto encaja con las observaciones sobre el tendón roto, donde la cantidad de tipo III se elevó y la proporción entre el tipo I y III se redujo en el sitio roto en comparación con los tendones de cadáver intactos tanto en humanos como en equinos ( 72 ,  139 ,  146 ,  307 ). Además, se ha demostrado que los fibroblastos cultivados del tendón de Aquiles roto producen más colágeno tipo III que los fibroblastos del tendón normal ( 420 ). Incluso se encontró una prueba más fuerte de una regulación positiva local del colágeno tipo III en un estudio en el que el tejido tendinoso en el sitio roto contenía más colágeno tipo III en comparación con ambos cadáveres y con más sitios distales dentro del tendón roto ( 191).) Además de una regulación positiva del colágeno tipo III en la curación del tendón, la cantidad de fibronectina también aumentó ( 677 ). Una determinación de los propéptidos de procolágeno y fragmentos de colágeno reveló que, aparte de una disminución en la cantidad de PINP, y por lo tanto una síntesis reducida de colágeno tipo I, en el sitio roto, no se encontraron alteraciones para los indicadores de síntesis o degradación de colágeno tipo II ( 191 ) . Esto indica que el aumento en el colágeno tipo III está ocurriendo lentamente y que el proceso responsable de la acumulación de colágeno tipo III en el sitio roto ocurre mucho antes del trauma de ruptura real. Las fibrillas de colágeno tipo III son más delgadas que las fibrillas tipo I ( 563), e interesantemente, el hallazgo de una mayor cantidad de colágeno tipo III en áreas rotas de los tendones se ajusta con las observaciones de Magnusson et al. ( 431 ) que encontraron que había una pérdida relativa específica de fibrillas más grandes en el sitio y, por lo tanto, un aumento relativo en las fibrillas de menor diámetro tanto en la parte profunda como en la parte superficial del sitio de ruptura del tendón.

También de acuerdo con los exámenes bioquímicos, el tamaño de la fibrilla era normal en las partes más proximales y de aspecto saludable del tendón roto ( 431 ). Esto implica, en primer lugar, que los cambios en el contenido de colágeno tipo III y en el diámetro de las fibrillas son específicos del sitio dentro del tendón y, además, sugiere que existe un soporte bioquímico y estructural para una disminución regional en la resistencia del tendón a la carga. En los caballos, se ha observado la aparición de fibrillas de pequeño diámetro en el núcleo de los tendones sometidos a ejercicio intenso a largo plazo, lo que se ha sugerido como resultado del desmontaje de las fibrillas o la división de las fibrillas más grandes existentes ( 601) A partir de los datos humanos disponibles, es el resultado de un contenido gradualmente alterado de las fibrillas del tipo I a las fibrillas tipo III. Se ha descrito que los tendones curativos tienen poblaciones de fibrillas de menor diámetro que en los tendones sanos ( 441), y es probable que pequeños daños mecánicos den como resultado la curación local del tejido tendinoso con una mayor cantidad de colágeno tipo III, que con el entrenamiento continuo se puede cambiar por fibrillas dominadas por colágeno tipo I. Es interesante que en pacientes con dolor prolongado y signos de tendinopatía unilateral, el entrenamiento aumentó su síntesis de colágeno tipo I en comparación con el tendón sano contralateral y, además, mejoró sus síntomas generales al completar un protocolo de entrenamiento prolongado con carga del tendón (M. Kjær, C. Clement, N. Risum y H. Langberg, observaciones no publicadas). A partir de esto, se puede sugerir que entrenar una cantidad razonable aumenta la proporción de colágeno tipo I a III en el tendón con sobreuso crónico y contrarrestará la vulnerabilidad a las rupturas agudas del tendón.203).

Otro hallazgo importante en pacientes con trastorno crónico del tendón de Aquiles es la demostración de niveles más bajos de ARNm de MMP-3, lo que indica que la degradación de la MEC y la remodelación del tejido se ven afectadas en esta situación ( 294 ). Este hallazgo está de acuerdo con la demostración del efecto secundario del dolor y los problemas del tendón, cuando se usa el inhibidor de MMP como fármacos experimentales en ensayos de tratamiento del cáncer ( 171 ). Curiosamente, la disminución de la expresión de MMP en los problemas crónicos del tendón contrasta con el aumento documentado en la expresión y activación de MMP-2 y TIMP-1 y -2 en los tendones del supraespinoso de conejo que experimentan un proceso de curación después de la ruptura quirúrgica ( 131 ).

D. Modelos experimentales de sobreuso de tendones

Varios modelos de ejercicio con animales han intentado crear sobrecarga de tendones. Dichos modelos permitirían la evaluación en las primeras etapas de la sobrecarga de tejidos. Los perros y los conejos se han utilizado para estimular cambios degenerativos e inflamatorios en el tendón con el uso de diferentes tipos de dispositivos de estimulación muscular eléctrica y ergómetro ( 31 ,  45 ,  46 ,  92 ). Con estos modelos, ha sido posible demostrar el engrosamiento y la infiltración de células inflamatorias en el tendón, un mayor número de capilares tanto dentro como alrededor del tendón, y fibrosis en el paratenón después de una carga excéntrica intensa en conejos jóvenes en desarrollo ( 45 ,  46) Por el contrario, un régimen de estimulación más moderado, pero también más relevante fisiológicamente, en conejos adultos durante varias semanas no produjo cambios inflamatorios o degenerativos dentro o alrededor del tendón de Aquiles cargado ( 31 ). En la rata, se han realizado diseños experimentales para estudiar la ruptura del tendón y la lesión muscular ( 33 ,  56 ), pero ha sido algo más problemático crear un modelo que imite el trastorno por uso excesivo crónico que ocurre en los humanos. En un intento, Messner et al. ( 450) sometieron a ratas a ejercicio excéntrico repetitivo inducido por electricidad en una máquina de patadas y descubrieron que solo alrededor de la mitad de los animales lograron cambios histológicos en y alrededor del tendón. Esto ocurrió a pesar de usar un protocolo que anteriormente se usaba para inducir daño muscular en ratas ( 455 ). Además, los cambios fueron discretos y más de naturaleza proliferativa y reparadora que directamente degenerativos ( 450 ). La hipervascularización y el aumento de los elementos neurales se observaron principalmente en el tejido epi y peritendinoso ( 450) En conjunto, los modelos de animales pequeños solo en un grado limitado proporcionan cambios inflamatorios o degenerativos. Además, en los casos en que se demuestran cambios histológicos por uso excesivo, se produjo después de una estimulación artificial y suprafisiológica extremadamente intensa. Cuando se ejercita voluntariamente, parece mucho más difícil crear un modelo de uso excesivo del tendón animal (o tejido conectivo intramuscular). En el caballo, la aparición de lesiones por uso excesivo de tendones parece más similar a la de los humanos, y los signos de uso excesivo en los tendones flexores se asemejan, en cierta medida, al trastorno del tendón de Aquiles en humanos ( 72 ). El hecho es que solo los caballos y los perros galgos ( 502), que se someten a regímenes de ejercicio forzado, muestran lesiones por uso excesivo similares a las de los humanos, mientras que otros animales solo muestran un uso excesivo de tendones cuando se imponen regímenes extremos y no fisiológicos. Por lo tanto, existe un problema desconcertante de por qué los tendones humanos son tan propensos al uso excesivo, y por qué no se proporciona un mecanismo de señalización para que el humano evite entrenarse en problemas de uso excesivo.

E. Uso excesivo e inflamación del tendón

La falta de identificación de células inflamatorias en muestras de tejido de tendones con síntomas de uso excesivo ( 307 ) ha contribuido a una actitud escéptica hacia el concepto de inflamación relacionada con el uso excesivo y ha causado que la terminología general de la lesión cambie de -itis a -osis y -patía. Esto se ve respaldado por el hallazgo de degeneración intratendinosa perioperatoria que incluye mayores cantidades de matriz no colagenosa, variación focal en el contenido celular y vascularización, así como alteraciones en la estructura y disposición de las fibrillas de colágeno en los tendones de individuos con problemas clínicos de tendones a largo plazo ( 4 – 6 ,  34 ,  299 ,  306 ,  462 – 464) La degeneración hialina, mucoide y fibrinoide así como la calcificación y formación de fibrocartilago se han observado con microscopía electrónica ( 61 ,  62 ,  307 ). Sin embargo, ha sido difícil excluir por completo un componente inflamatorio en la lesión por uso excesivo del tendón, y las observaciones clínicas de hinchazón, dolor y calentamiento a lo largo del tendón enfermo en relación con los episodios de carga aguda de un tendón usado en exceso ( 25 ), así como los resultados positivos comprobados. El efecto de la medicación antiinflamatoria dirigida a la inhibición de la síntesis de prostaglandinas mediante el bloqueo de la ciclooxigenasa o el uso de corticosteroides ( 216 ) respalda esta duda.

Hasta ahora, las posibilidades de controlar el grado de inflamación dentro del tejido relevante han sido limitadas. Más recientemente, esta cuestión se ha abordado mediante la determinación de concentraciones tisulares de prostaglandina intratendinosamente tanto en el tendón de Aquiles como en el tendón rotuliano, así como en el codo lateral con microdiálisis, en el que no se ha encontrado un nivel elevado de PGE en ninguna de las regiones durante resto ( 18 – 20 ,  23 ). Esto contrasta con las determinaciones de tejido tendinoso homogeneizado, así como en cultivos de fibroblastos cultivados a partir de tendones humanos en los que se demostró un nivel de concentración detectable y expresión de prostaglandina, y donde los niveles fueron más altos en tendones sobreutilizados en comparación con contrapartes sanas ( 223) Esto fue acompañado por una sobreexpresión del receptor PDGF (PDGFR-β) ( 551 ) y una expresión y producción elevadas de TGF-β1 activo ( 223 ). Esto sugiere una expresión y síntesis alteradas de factores de crecimiento y mediadores inflamatorios en fibroblastos de tendones sobreutilizados. No se ha realizado ninguna investigación de marcadores inflamatorios dentro de los tendones durante el ejercicio, pero los datos sobre las mediciones peritendinosas indican que en la región del tendón lesionado durante el ejercicio, los niveles de prostaglandina fueron significativamente más altos alrededor del tendón de Aquiles de un individuo que se lesionó en exceso en comparación con el tendón contralateral sano ( 376 ). Esto podría implicar que el tendón lesionado representa una estructura vulnerable que debido a las adherencias en la región del peritendón (9 ) muestra más fácilmente reacciones inflamatorias al cargar. No se ha abordado ampliamente si tal aumento de la inflamación tiene un efecto estimulante o perjudicial importante en la regeneración o en los procesos nociceptivos ( 466 ,  709 ).

Se ha demostrado que los antiinflamatorios no esteroideos (AINE) en forma de aspirina, fenilbutazona o indometacina aumentan la fuerza de varias estructuras de colágeno no lesionadas en ratas, lo que está potencialmente relacionado con un aumento de la reticulación del colágeno ( 659 ). Además, la piroxicam de AINE no específica de ciclooxigenasa aumentó la fuerza de curación de los ligamentos de las ratas, pero no influyó en la fuerza final una vez que se completó la curación, ni afectó a los ligamentos no lesionados ( 154 ). En contraste, los estudios recientes sobre los inhibidores específicos de la ciclooxigenasa (COX-2) (celecoxib) indican que se produjo una pequeña reducción en la fuerza del ligamento durante la curación temprana ( 186) En ese estudio no se proporcionaron resultados a largo plazo, y la inhibición de COX-2 no afectó los ligamentos intactos de los animales ( 186 ). Actualmente se desconoce si el bloqueo de las vías araquidónicas para limitar la inflamación tiene algún efecto sobre los procesos de regeneración o curación en tendones sobrecargados in vivo. Es interesante que un estudio reciente documentara el daño tisular y, por lo tanto, el efecto perjudicial de la administración de prostaglandinas al tejido tendinoso animal ( 611 ).

F. Uso excesivo de tendones, flujo sanguíneo y oxigenación de tejidos

El hecho de que la ubicación más frecuente de la afección dolorosa del tendón de Aquiles coincida con el área con la vasculatura más limitada anatómicamente ha llevado a sugerir que un suministro de vasculatura deficiente y, por lo tanto, un flujo sanguíneo insuficiente en condiciones de carga podría conducir a la degeneración del tendón ( 188 ,  266 ) . Se ha encontrado que los tendones de hombro degenerados en humanos tienen una densidad capilar reducida ( 67 ). Curiosamente, el entrenamiento físico en un entorno hipobárico hipóxico dio como resultado un aumento selectivo de la expresión de colágeno tipo III y IV en el músculo ventricular del corazón de la rata, mientras que el colágeno tipo I no cambió ( 507) No se sabe si el mismo patrón está presente en el tendón, pero encajaría con la hipoxia favoreciendo cambios degenerativos y un predominio del colágeno tipo III, y por lo tanto una reducción en la resistencia final del tendón de tracción. Además, se ha demostrado que la isquemia en el cerebro produce la liberación de MMP-9 al tejido extracelular ( 511 ) y que influye en la magnitud del infarto postisquemia. Esto es así, ya que se encuentra que el bloqueo farmacológico de MMP-9 disminuye el volumen del infarto y previene la interrupción de la barrera hematoencefálica asociada al estrés oxidativo ( 230 ,  552 ). Un efecto similar se observa en ratones MMP-9 knock-out ( 38) En relación con las lesiones experimentales de la médula espinal, se ha sugerido además que el aumento de la respuesta de MMP-2 y -9 es beneficioso en la remodelación de tejidos y que puede usarse terapéuticamente ( 175 ). Del mismo modo, en la vasculatura muscular de las extremidades posteriores, la activación de MMP es importante para el inicio de la angiogénesis inducida por isquemia a través de VEGF ( 594 ). Durante la vasodilatación inducida farmacológicamente en el músculo esquelético de la rata, MMP-9 aumenta, y la presencia de MMP-2 y MT1-MMP son importantes para el inicio de la angiogénesis inducida por el entrenamiento en el músculo esquelético ( 251 ,  252 ). Potencialmente, este efecto está mediado por fragmentos proteolíticos derivados del colágeno ( 438) Por lo tanto, se puede suponer que la isquemia en el tendón o el músculo puede iniciar procesos de degradación del colágeno.

Se demostró una mayor concentración de lactato en el líquido intersticial del tendón humano mediante microdiálisis en pacientes con tendinosis crónica dolorosa en comparación con tendones sanos sin dolor ( 17 ). Esto podría indicar un metabolismo anaeróbico más alto en los tendones sobreutilizados, que es un fenómeno que podría estar relacionado con un área de degeneración de ECM más densa en el núcleo del tendón, que conduciría a una neovascularización compensatoria en otras regiones, similar a la encontrada en La parte ventral del tendón de Aquiles ( 489a ). Hablar contra la hipoxia del tendón como factor contribuyente para el desarrollo de lesiones por uso excesivo es el hecho de que no se puede encontrar una isquemia demostrable intratendinosamente incluso con una carga intensa de tejido tendinoso sano ( 93 , 94 ) Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el tendón humano puede ser muy heterogéneo a lo largo de su longitud con respecto a la vascularización y la morfología. Se ha demostrado en el tendón de Aquiles que la parte distal y proximal tiene la densidad vascular más alta, y la más baja se encontró en la parte media del tendón ( 705 ). Asimismo, el CSA del tendón de Aquiles humano era más grueso en la parte distal y más delgado en la parte proximal ( 430 ). La combinación de CSA variable y vascularización a lo largo de la longitud del tendón puede indicar que la adaptabilidad al entrenamiento del tendón también es específica de la región ( 430) Curiosamente, la diferencia en el CSA del tendón entre atletas e individuos sedentarios fue más pronunciada en la parte distal del tendón, lo que respalda la idea de una hipertrofia específica de la región en respuesta a la carrera habitual, y además puede proporcionar la base para identificar las regiones del tendón que son vulnerables al desarrollo de lesiones ( 430 ).

G. Lesión del tendón y dolor

Se ha demostrado que los tendones sobreutilizados poseen niveles elevados de glutamato cuando se investigan en estado de reposo mediante microdiálisis en Aquiles y tendones rotulianos ( 18 ,  23 ). Además, el análisis inmunohistoquímico de las biopsias de tendones reveló la presencia del receptor de glutamato ionotrófico  N -metil-d-aspartato (NMDA) en relación con los nervios ( 18 ,  19 ). El papel exacto de estas respuestas no está claro, pero se sabe que el neurotransmisor excitador glutamato es un potente modulador del dolor en el sistema nervioso central humano, por lo que el glutamato es un candidato para causar dolor con el uso excesivo en los tendones. Además, se sabe que su función nociceptiva es aditiva con la de la sustancia P ( 8).), una sustancia que se ha demostrado en la región peritendinosa de ratas ( 450 ) y conejos ( 8 ). En animales, se ha demostrado que el daño experimental al tendón de Aquiles introduce tejido vascular y nervioso en el propio tendón y, por lo tanto, aumenta el contenido de la sustancia P ( 8 ). Debe enfatizarse que en los tendones intactos sin ruptura parcial, no se ha demostrado ningún signo de sustancia P dentro del tendón.

Además de estos hallazgos, también se encuentra que la carga mecánica provoca concentraciones intersticiales aumentadas del agente nociceptivo bradiquinina en el tejido peritendinoso del tendón humano ( 375 ), lo que se suma a la hipótesis de que las alteraciones en los niveles de varios agentes nociceptivos actúan en concierto para provocar el uso excesivo, los síntomas de dolor relacionados con lesiones se originaron principalmente peritendinosamente. En asociación con la liberación de la sustancia P, CGRP también se ha demostrado en animales ( 8 ,  450 ). Se ha encontrado que los niveles de esta sustancia están relacionados con la vasculatura y son relativamente más altos en el tendón en comparación con el ligamento y la cápsula articular ( 8).) Además, el aumento de los niveles de tejido de CGRP se asoció con daño mecánico del tejido debido a la sobrecarga en el tendón animal ( 8 ). Se desconoce si este es el caso en humanos, pero podría contribuir a explicar la hiperemia e hiperperfusión tendinosa que se encuentra en los tendones sobrecargados en humanos ( 6 ). Junto con CGRP, también la prostaglandina y las prostaciclinas también podrían contribuir a la hipervascularización en los tendones en exceso. Curiosamente, el aumento inducido por el ejercicio de la prostaglandina tisular puede ser bloqueado por agentes bloqueantes de la ciclooxigenasa, y se ha demostrado que el aumento del flujo sanguíneo peritendinoso se inhibe en aproximadamente un 40% cuando se bloquea la síntesis de prostaglandina ( 96 ).

H. Perspectivas para el tratamiento

El tratamiento de las lesiones por uso excesivo de los tendones y las afecciones musculares dolorosas aún se debaten ampliamente debido a la falta de comprensión completa de los procesos subyacentes. Con respecto a los problemas crónicos del tendón (tendinopatía), varios tratamientos conservadores como la inmovilización, la fisioterapia, el estiramiento y el tratamiento farmacológico con AINE, así como los procedimientos quirúrgicos, de ninguna manera han producido resultados impresionantes ( 307 ,  420 ). Algo sorprendente, se ha demostrado que el uso de ejercicios de resistencia intensos mejora los síntomas en estos pacientes. Se demostró que el ejercicio de resistencia tenía un efecto positivo sobre los síntomas en pacientes con dolor tendinoso prolongado y que el entrenamiento excéntrico era superior al ejercicio concéntrico ( 421 ,  482) y que se obtuvieron resultados significativos en pacientes con tendinopatía de Aquiles a largo plazo en espera de intervención quirúrgica sometidos a un programa de entrenamiento de 12 semanas ( 22 ). Además, los resultados a largo plazo respaldan un efecto duradero de este tipo de intervención ( 592 ). El mecanismo detrás del efecto de agregar carga a una condición crónica sobrecargada y dolorosa no está claro, y los niveles intratendinosos de glutamato en reposo determinados por microdiálisis en la tendinosis de Aquiles humana no cambian en respuesta a un programa de entrenamiento de 12 semanas como ese ( 21)) Puede ser que la carga de cierta magnitud junto con el estiramiento de la estructura relevante induzca una mayor reorganización de las estructuras de colágeno, lo que resultó en una nueva síntesis de colágeno especialmente tipo I. En línea con esto, los experimentos recientes en atletas de élite que tenían dolor unilateral del tendón de Aquiles y signos de tendinopatía, el desempeño de un programa de entrenamiento excéntrico de 12 semanas con ejercicio diario agregado a su patrón de actividad normal, resultó en un aumento en la síntesis de colágeno tipo I en el tendón lesionado, mientras que no se observó ningún cambio en el tendón contralateral no lesionado que no fue entrenado (H. Ellingsgaard, J. Jensen, T. Madsen, H. Langberg y M. Kjær, observaciones no publicadas).

PERSPECTIVAS FUTURAS

La inhibición de la actividad de MMP se ha utilizado en ensayos clínicos con el objetivo de contrarrestar el crecimiento del cáncer ( 84 ,  105 ,  313a ). La activación de MMP potencialmente involucrada en los procesos de apoptosis en función del aumento de la expresión del gen p53 en la ruptura prematura de las membranas fetales ( 209 ). Sin embargo, a pesar de los posibles efectos intuitivos que tales fármacos deberían tener para contrarrestar la degradación de las mebras del sótano y limitar la invasión tumoral y la metástasis, ni el uso de inhibidores de MMP inespecíficos ( 192 ) o más específicos ( 60 ,  65) hasta ahora ha demostrado ser muy exitoso. Una de las razones de esto es que el papel de MMP en el cáncer es mucho más complejo de lo que se pensaba hasta ahora e implica la angiogénesis en el tejido sano, su producción en fibroblastos y células inflamatorias en el tejido que rodea el tumor, así como su acción autocrina que controla el crecimiento celular. , muerte y migración ( 148 ,  713 ). MMP podría desempeñar un papel fundamental en los procesos regenerativos. Esto se ve respaldado por el hallazgo de una curación mejorada y un número reducido de fugas de anastomosis después de la cirugía de colon cuando se administran inhibidores de MMP a los pacientes, mientras que el bloqueo de MMP retrasó la curación de las heridas cutáneas ( 2 ,  3) Por lo tanto, parece difícil aclarar el papel de MMP (y TIMP) en relación con la carga mecánica y diferenciar su papel en las perturbaciones fisiológicas del estado estacionario del fibroblastos y la MEC, de su papel en procesos patológicos como la curación después de una lesión muscular o tendinosa. . Se puede sugerir que las enzimas que degradan el colágeno como MMP y su actividad es uno de los puntos clave en la adaptabilidad del tejido a la carga y el entrenamiento. Esto es al menos compatible con el hallazgo de que los inhibidores de MMP utilizados en ensayos clínicos revelan síntomas musculoesqueléticos como su efecto secundario más destacado ( 148 ,  274 ,  276) La tendinitis, la mialgia y la artralgia se observan especialmente a menudo, a pesar del cambio en el nivel de actividad de los pacientes estudiados. Por lo tanto, se puede plantear la hipótesis de que una alta actividad de MMP es un requisito previo para la adaptación rápida a la carga crónica de tendones y músculos y que los estímulos que superan esta capacidad en cualquier cantidad darán lugar a una adaptación de tejido subóptima y, por lo tanto, a síntomas crónicos. El acoplamiento estrecho de la actividad de MMP y la deposición de colágeno está respaldado por observaciones en el músculo cardíaco, donde la MMP y sus reguladores son cruciales en la remodelación después del infarto de miocardio ( 150 ,  155 ) y para el desarrollo de fibrosis miocárdica en la insuficiencia cardíaca, y que esto puede modificarse por fármacos moduladores de MMP ( 399 ,  606) Además, IL-1β y TNF-α disminuyen la síntesis de colágeno y activan las MMP 2, 9 y 13 ( 597 ).

Las dimensiones y la arquitectura de un tendón influyen en las respuestas adaptativas de colágeno a la carga mecánica. Se sabe que la microestructura del tendón a lo largo del tendón refleja diferencias en la carga mecánica, ya sea debido a la tensión sinovial externa ( 9 ) o la compresión directa contra las estructuras óseas ( 61 ,  548), pero se desconoce en qué medida el deslizamiento intratendinoso (p. ej., debido a la interrupción del endotenón) contribuye a las respuestas patológicas a la carga durante la actividad muscular diferencial. Tal fenómeno también puede desempeñar un papel en circunstancias en las que el tendón se carga diferencialmente por la actividad de diferentes grupos musculares (como el tríceps surae, cuando el gastrocnemio está fatigado antes que el sóleo) bajo fatiga. Dentro del músculo se puede plantear la hipótesis de que en situaciones con patrones de ejercicio desacostumbrados, como la carga excéntrica, la activación desigual de la unidad motora produce un esfuerzo cortante del tejido conectivo intramuscular y “ahorra” las estructuras del citoesqueleto y la miofibra. Por el contrario, en circunstancias en las que todas las fibras musculares se contraen de manera coordinada,Fig. 9 ). Además de esto, se desconoce qué papel relativo juegan los diferentes tipos de colágeno en la adaptación tisular a la carga crónica ( 133 ). Se han realizado investigaciones preliminares en humanos con defectos de colágeno ( 430 ) o con enfermedades musculares inflamatorias ( 353 ), pero se desconoce una investigación más sistemática del papel del ejercicio para las respuestas adaptativas de los tejidos en enfermedades que interfieren con la MEC. A ese respecto, la capacidad de las técnicas de imagen relativamente no invasivas permitirá realizar investigaciones perspicaces mejores y más mecanicistas en el futuro ( 608 ,  712 ).

La cantidad intramuscular de ECM probablemente puede aumentar con el entrenamiento físico ( 350 ,  507 ), un fenómeno interesante ya que la importancia beneficiosa de las estructuras pasivas en la contracción muscular con respecto a la producción de fuerza se ha subrayado recientemente ( 273 ,  680 , 681). El equilibrio entre la presencia de elementos contráctiles y la fuerza extracelular que transmite la matriz que mejora la energía aún no se ha establecido, pero hasta ahora apunta a una interacción más íntima para una función óptima del músculo esquelético. Es interesante observar que durante la remodelación del tejido muscular, las sustancias ECM pueden sustituirse en cierta medida entre sí, por ejemplo, la agrina puede sustituir a la distrofina ( 457) Esto abre una posibilidad no solo para comprender el fenómeno redundante en la adaptación de ECM a la carga mecánica, sino que abre amplias perspectivas con respecto a la interferencia en enfermedades que involucran errores de ECM o citoesqueléticos.

La influencia del estiramiento mecánico crónico de la MEC en tendones y músculos merece más observaciones. Con el uso de nuevas modalidades de visualización como la defracción de rayos X in situ, ha sido posible demostrar que la tensión total de un tendón supera la de las fibrillas individuales, y se propone que se produzca un movimiento importante entre las fibrillas ( 523 ). Esto sugiere que las fibrillas y la matriz interfibrilar forman un sistema viscoelástico acoplado. Además, con el uso de la microscopía láser confocal, recientemente ha sido posible demostrar la deformación mecánica del fibroblastos del tendón durante la carga, un fenómeno que puede explicar muy bien la magnitud de las respuestas en la vía de transducción de señales mecánicas de ECM en el tendón y el músculo ( 35).) Finalmente, el mecanismo detrás de la flexibilidad unilateral aumentada después de los ejercicios de estiramiento crónicos, a pesar de las propiedades viscoelásticas pasivas inalteradas de la unidad del tendón muscular ( 434 ), requiere investigar el mecanismo de retroalimentación periférica de los receptores relevantes en el músculo y el tendón, y su posible interacción con las vías centrales involucradas en Percepción de estiramiento. Hasta que estos mecanismos se describan en detalle, solo sabemos que el estiramiento mejorará la flexibilidad, pero no tenemos soporte para usar el entrenamiento de flexibilidad como una medida preventiva para el desarrollo de lesiones deportivas agudas o crónicas debido a las propiedades mecánicas pasivas alteradas del tejido.

El hecho de que los datos tienden a respaldar un mecanismo de adaptación en la ECM a la carga que incluye adaptaciones tanto estructurales como funcionales con un potencial de aumentar la resistencia a la fatiga y la ruptura de los tejidos plantea la última pregunta de cómo se lleva a cabo esta adaptación ( 575 ). ¿Está el ECM, y el colágeno especialmente, sometido a microtrauma repetido que resulta en daño tisular y procesos de reparación posteriores ( 324 ,  470 ,  593 ), o está impulsado por procesos bioquímicos y fisiológicos que se rigen por un aumento inducido por el ejercicio en la degradación de proteínas seguido por una estimulación de la síntesis de proteínas de sustancias relevantes ( 540) Ninguno de los dos mecanismos se excluyen entre sí, pero se presume que, mientras que el primero tiene lugar principalmente cuando el tendón y el músculo están sujetos a altas cargas repentinas en el límite de carga de la estructura y causan un deslizamiento terciario, el último es el evento más común que ocurre en relación con la carga repetida donde el tiempo de recuperación es demasiado corto para permitir una adaptación fisiológica. Esto también sugiere que la lesión por sobreuso del tejido conectivo es un desajuste entre las vías bioquímicas sintetizadoras y degradantes. Claramente, además de investigar las adaptaciones tisulares asociadas a la carga, los hallazgos tendrían que estar relacionados con la posibilidad de que ciertas expresiones de genes de colágeno tengan más probabilidades de adaptarse a la carga alterada que otras ( 144 ).

Recién estamos comenzando a comprender los factores que provocan la síntesis de colágeno y otras proteínas estructurales de la MEC en el tendón y el músculo esquelético en respuesta a la carga mecánica. Los experimentos in vitro están siendo apoyados gradualmente por experimentos humanos in vivo [por ejemplo, mediante el uso de microdiálisis ( 685 ), isótopos estables y varias técnicas de imagen] que permiten determinar el patrón de tiempo de las respuestas al ejercicio y la correlación entre el crecimiento factores y síntesis de colágeno ( 44) Sin embargo, tales estudios de ninguna manera prueban que existe una relación causal entre el fenómeno, y se necesitan estudios futuros que usen la administración de factores reguladores potenciales administrados sistémicamente o localmente en el tejido en concentraciones fisiológicas para comprender la regulación aguda del crecimiento tisular de la MEC del tendón y músculo. Esto debe realizarse tanto en estado de reposo como durante el ejercicio. Además, para diferenciar la adaptación del tejido a la carga prolongada, el desarrollo de modelos de uso excesivo en humanos será crucial. Solo de esta manera será posible definir y estudiar el límite entre la adaptación fisiológica óptima con el fortalecimiento del tendón y la MEC en el músculo esquelético, y su mala adaptación que finalmente conduce a cambios en los tejidos y síntomas asociados con una lesión por uso excesivo. Los modelos in vivo, en combinación con las técnicas moleculares modernas, pueden ayudarnos no solo a lograr una visión mecanicista, sino que también, en un sentido fisiológico, nos proporcionarán herramientas para integrar la comprensión de estos procesos y lo más importante para colocar los diferentes procesos moleculares en un jerarquía de respuestas tisulares a la carga mecánica. Este será un requisito previo para mejorar los regímenes de tratamiento y evaluar la intervención farmacológica en la sobrecarga de tejidos ( pero también, en un sentido fisiológico, nos proporcionará herramientas para integrar la comprensión de estos procesos y, lo más importante, ubicar los diferentes procesos moleculares en una jerarquía de respuestas tisulares a la carga mecánica. Este será un requisito previo para mejorar los regímenes de tratamiento y evaluar la intervención farmacológica en la sobrecarga de tejidos ( pero también, en un sentido fisiológico, nos proporcionará herramientas para integrar la comprensión de estos procesos y, lo más importante, ubicar los diferentes procesos moleculares en una jerarquía de respuestas tisulares a la carga mecánica. Este será un requisito previo para mejorar los regímenes de tratamiento y evaluar la intervención farmacológica en la sobrecarga de tejidos (40).

RESUMEN

El ECM, y especialmente el tejido conectivo con su colágeno, une los tejidos del cuerpo y juega un papel importante en la transmisión de fuerza y ​​el mantenimiento de la estructura del tejido, especialmente en tendones, ligamentos, huesos y músculos. El recambio de ECM está influenciado por la actividad física, y tanto la síntesis de colágeno como la actividad de las enzimas metaloproteasas degradantes aumentan con la carga mecánica. Tanto la transcripción como las modificaciones postraduccionales, así como la liberación local y sistémica de factores de crecimiento, mejoran después del ejercicio. Para los tendones, se demuestra que la actividad metabólica, las respuestas circulatorias y el recambio de colágeno son más pronunciados en los humanos que hasta ahora se pensaba. Por el contrario, la inactividad disminuye notablemente el recambio de colágeno tanto en el tendón como en el músculo. La carga crónica en forma de entrenamiento físico conduce tanto a un aumento en el recambio de colágeno como a un cierto grado de síntesis neta de colágeno, dependiendo del tipo de colágeno en cuestión. Estos cambios modificarán las propiedades mecánicas y las características viscoelásticas del tejido, disminuirán su estrés y probablemente lo harán más resistente a la carga. La reticulación en el tejido conectivo implica una interacción íntima y enzimática entre la síntesis de colágeno y los componentes proteoglicanos de ECM durante el crecimiento y la maduración e influye en las propiedades funcionales derivadas del colágeno del tejido. Con el envejecimiento, la glicación contribuye a la reticulación adicional, que modifica la rigidez del tejido. Las vías de señalización fisiológica desde la carga mecánica hasta los cambios en la ECM probablemente implican una señalización de retroalimentación que da como resultado alteraciones rápidas en las propiedades mecánicas de la ECM. En el desarrollo del músculo esquelético, existe una interacción importante entre las células musculares y el ECM, y cierta evidencia del músculo humano adulto sugiere vías de señalización comunes para estimular los componentes contráctiles y ECM. Las respuestas de sobrecarga no acostumbradas sugieren un papel importante de la MEC en la adaptación de las estructuras miofibrilares en el músculo adulto. El desarrollo de lesiones por uso excesivo en los tendones implica cambios morfológicos y bioquímicos que incluyen la alteración de la tipificación del colágeno y el tamaño de las fibrillas, las zonas de hipervascularización, la acumulación de sustancias nociceptivas y la actividad deteriorada de la degradación del colágeno. Contrarrestar este fenómeno requiere una carga ajustada en lugar de la ausencia de carga en forma de inmovilización. La comprensión completa de estos procesos fisiológicos proporcionará la base fisiológica para comprender la sobrecarga de tejidos y las lesiones observadas tanto en los tendones como en los músculos con actividad física repetitiva en el trabajo y el tiempo libre.