Úvod

Napriek pokroku v chápaní patogenézy tendinopatie sú výsledky po tradičných konzervatívnych a medikamentóznych zákrokoch stále rozporuplné, pričom mnohí pacienti majú pretrvávajúcu bolesť a funkčné obmedzenia. Široko citovaný model kontinua navrhnutý Jill Cookovou predpokladá, že degeneratívna časť šľachy je štrukturálne nezvratná. Nové štrukturálne a mechanobiologické dôkazy však tento predpoklad spochybňujú a naznačujú, že tkanivo šľachy si môže zachovať väčšiu schopnosť adaptácie a remodelácie, ako sa doteraz predpokladalo.

Tento prehľad skúma vplyv mechanickej záťaže na adaptáciu šliach a biologické mechanizmy, ktoré sú základom degenerácie, s osobitným zameraním na bunkovú signalizáciu, remodeláciu matrixu a mechanotransdukčné cesty. Integráciou najnovších experimentálnych zistení sa snaží poskytnúť biologicky podložený rámec na informovanie o predpisovaní cvičenia pri liečbe tendinopatie. Táto teoretická syntéza slúži ako základ pre pripravovaný prehľad, v ktorom sa skúmajú stratégie cvičenia s vysokou záťažou a zavádza sa nový protokol zaťaženia pri tendinopatii na klinické použitie.

Metódy

Tento naratívny prehľad syntetizuje zistenia z viacerých experimentálnych štúdií, prevažne vykonaných na zvieracích modeloch.

Výsledky

Biologické základy štruktúry šľachy

Kolagén typu I (COL1/Col1a1) je hlavným štrukturálnym proteínom šľachového a väzivového tkaniva, ktorý mu dodáva pevnosť v ťahu. Po poranení sa syntéza kolagénu zvyšuje; ukladanie matrix počas proliferačnej fázy je však často neorganizované. Zatiaľ čo zdravé šľachy vykazujú kolagénové fibrily usporiadané rovnobežne s mechanickými silami, patologické šľachy obsahujú menšie, menej zosieťované a dezorganizované fibrily. Hoci kolagén typu I poskytuje vyššiu mechanickú odolnosť v porovnaní s kolagénom typu III, hojiace sa šľachy často obsahujú vyšší podiel kolagénu typu III. Matrixové metaloproteinázy (MMP), enzýmy zodpovedné za degradáciu kolagénu, sú počas remodelácie tkaniva súčasne aktívne.

Poranené šľachy dospelých sa zvyčajne stávajú vysoko bunkovými a vyvíja sa v nich dezorganizovaná kolagénová matrica charakterizovaná vláknami s malým priemerom, čo vedie k degeneratívnemu fenotypu tkaniva.

Regenerácia tkanív a vývojová rekapitulácia

V reakcii na poranenie sa gény, ktoré sú normálne aktívne počas embryonálneho vývoja, znovu exprimujú. Populácie kmeňových a proliferačných buniek sa rozširujú a diferencujú do špecializovaného tkaniva; dospelé šľachy sa však vo všeobecnosti nedokážu úplne zregenerovať a často zanechávajú zvyškovú degeneratívnu matrix. Naopak, modely novorodencov vykazujú väčšiu schopnosť funkčnej regenerácie, pričom organizácia tkaniva sa podobá vývojovým procesom. Tieto zistenia naznačujú, že regeneračná schopnosť môže závisieť od schopnosti rekapitulovať vývojové programy, čo je vlastnosť, ktorá sa zdá byť silnejšia u mladších organizmov a určitých experimentálnych modelov ako pri hojení šliach dospelých ľudí.

Vlastnosti materiálu odrážajú mechanické požiadavky

Šľachy možno kategorizovať podľa ich mechanickej funkcie buď ako štruktúry uchovávajúce energiu, alebo ako polohové štruktúry. Šľachy akumulujúce energiu, ako napríklad Achillova šľacha, absorbujú a vracajú mechanickú energiu na zvýšenie pohybovej účinnosti. Pozičné šľachy, ktorých príkladom je predná holenná šľacha, primárne polohujú kĺby a uľahčujú pohyby, ako je uvoľnenie chodidla počas chôdze. Tieto funkčné rozdiely sa odrážajú v štrukturálnych vlastnostiach: šľachy, ktoré ukladajú energiu, majú zvyčajne väčšiu plochu prierezu, čím kompenzujú nižšiu tuhosť materiálu, aby umožnili pružné ukladanie energie. Šľachy v rámci toho istého kinetického reťazca môžu tiež vykazovať odlišné mechanické vlastnosti. Napríklad šľacha štvorhlavého svalu a šľacha patelárneho svalu pracujú v sérii, ale vykazujú odlišné vlastnosti tuhosti, pričom šľacha štvorhlavého svalu je približne dvakrát menej tuhá. Tento rozdiel pravdepodobne odráža ich mechanické prostredie - v prípade patelárnej šľachy ide o vloženie od kosti ku kosti, v prípade šľachy štvorhlavého svalu ide o úpon od svalu ku kosti - ktoré spôsobuje odlišné modely zaťaženia, a preto ovplyvňuje mechanické zaťaženie na adaptáciu šľachy a požiadavky na materiál.

Kompresia

Na šľachy často pôsobia kompresívne sily, najmä v miestach, kde sa obtáčajú okolo kostených alebo retinakulárnych štruktúr. Experimentálne štúdie na zvieracích modeloch dokazujú, že odstránenie kompresívneho zaťaženia znižuje tuhosť šliach a mení štrukturálnu adaptáciu, čo naznačuje, že šľachy vystavené kompresii sa remodelujú, aby sa prispôsobili tomuto mechanickému prostrediu. Stlačené oblasti šliach u ľudí často vykazujú fibrokartilaginózne vlastnosti bohaté na kolagén typu II, špecializované na odolávanie tlakovým silám.

Shear

Strihové sily vznikajú z relatívneho posúvania medzi šľachami, väzmi, svalmi a priľahlými tkanivami. V Achillovej šľache diferenciálne kĺzanie medzi fasciami uľahčuje prenos sily, ale s vekom sa môže zmenšovať, čo môže prispievať k zníženému rozsahu pohybu a zhoršenému rozloženiu sily. Tento pokles kĺzavej kapacity môže čiastočne vysvetľovať vyšší výskyt ruptúr Achillovej šľachy u starších osôb. Podobne ako pri kompresívnej adaptácii môže znížená mechanická záťaž prispieť k degeneratívnym zmenám, zvýšenému riziku zranenia a desadaptácii. 

Špecifické sily poháňajú špecifické molekulárne programy

Osud buniek a zloženie tkaniva sú silne ovplyvnené mechanickým prostredím prostredníctvom mechanotransdukčných ciest, čo zdôrazňuje význam mechanického zaťaženia na adaptáciu šľachy. Mechanické sily iniciujú biologické a metabolické adaptácie, ktoré regulujú štruktúru a funkciu tkaniva, hoci špecifické cesty, ktorými sa riadi hojenie šliach, nie sú úplne objasnené. V ďalších častiach sa skúmajú biomechanické účinky rôznych spôsobov zaťaženia na adaptáciu a obnovu šliach.

Napätie

Manipulácia s mechanickým prostredím vrátane mechanického zaťaženia, má zásadný význam pre remodeláciu šliach a funkčnú adaptáciu. Zaťaženie v ťahu podporuje remodeláciu tkaniva, ale rovnováha medzi prospešným a potenciálne škodlivým zaťažením zostáva rozhodujúca. Na optimalizáciu rehabilitácie a adaptácie šliach je preto nevyhnutné lepšie biomechanické pochopenie stratégií zaťažovania.

Scleraxis (Scx) je kľúčový transkripčný faktor, ktorý sa podieľa na vývoji šliach a regulácii kolagénu. Počas embryogenézy Scx podporuje syntézu kolagénu typu I (COL1) väzbou na regulačné oblasti génu Col1a1. Jeho expresiu ovplyvňuje svalová aktivita a mechanické zaťaženie. Zdá sa však, že v šľachách dospelých jedincov je Scx menej dôležitý pre adaptívny rast. Niekoľko tenogénnych génov - vrátane Col1a1, tenomodulínu (Tnmd), fibromodulínu (Fmod) a Mohawk (Mkx) - sa môže regulovať v reakcii na záťaž bez zodpovedajúcich zmien v expresii Scx. To naznačuje, že adaptácia šľachy môže prebiehať nezávisle od Scx a že jeho primárna úloha môže súvisieť skôr s ranou tvorbou fibríl ako s ich následným rastom. Naopak, zdá sa, že Mkx prispieva k zväčšovaniu a dozrievaniu fibríl v reakcii na mechanickú stimuláciu, čo podporuje jeho úlohu v štrukturálnej adaptácii šľachy.

Hojiace sa dospelé šľachy často vykazujú znaky pripomínajúce vývojové tkanivo vrátane kolagénových fibríl s malým priemerom a zvýšenej expresie Scx. Na rozdiel od embryonálneho vývoja však hojivá matrix často nedozrieva do organizovaného, nosného tkaniva. Jedným z vysvetlení je, že mechanické signály sa nemusia adekvátne prenášať cez zjazvenú matrix, čo je jav, ktorý je v súlade so stresovým tienením (ďalej opísané nižšie). Zhoršená mechanická signalizácia by mohla znížiť aktiváciu mechanosenzitívnych dráh, ako je Mkx, obmedziť dozrievanie kolagénových vlákien a prispieť k tvorbe mechanicky horšieho tkaniva jazvy.

Kompresia

Kompresívne sily regulujú diferenciáciu buniek šliach a zloženie matrix. V oblastiach vystavených kompresii - ako je entéza a šľachové kladky - sa bežne vyvíjajú fibrochrupkové znaky charakterizované expresiou markerov chrupavky vrátane Col2a1 a agrekánu. Z vývojového hľadiska progenitory šliach spočiatku koexprimujú Scx a Sox9 (chondrogénny transkripčný faktor) predtým, ako sa rozdelia na bunky šliach adaptované na ťah a bunky fibrochrupavky adaptované na kompresiu. Experimentálne dôkazy ukazujú, že trvalá kompresia môže v šľache indukovať tvorbu tkaniva podobného chrupavke, zatiaľ čo zaťaženie ťahom podporuje expresiu génov špecifických pre šľachu a potláča chondrogénne dráhy. Pri absencii Mkx môže ťahová záťaž paradoxne podporovať expresiu chondrogénnych génov, čo vedie k ektopickej tvorbe fibrochrupavky. Tieto zistenia naznačujú, že bunky šliach majú multipotentný potenciál a že mechanické zaťaženie riadi diferenciáciu prostredníctvom transkripčných programov citlivých na napätie a kompresiu.

Strihanie

Lubrikín a kyselina hyalurónová sú dôležitými mediátormi kĺzania šľachových väzív a odolnosti voči strihu. Ich biologická regulácia a reakcia na mechanické zaťaženie však nie sú dostatočne charakterizované, čo obmedzuje pochopenie ich úlohy v patológii a adaptácii šliach.

Priestorové usporiadanie 

Organizácia kolagénu je nevyhnutná pre funkciu šľachy a je silne regulovaná mechanickým napätím. Počas vývoja ťahové sily vyrovnávajú bunky a kolagénové fibrily prostredníctvom špecializovaných štruktúr (fibripozitory), čím sa vytvára paralelná architektúra charakteristická pre zdravé šľachy. Dokonca aj v acelulárnych kolagénových matriciach môže ťahová záťaž zvýšiť usporiadanie a hustotu fibríl a tieto zmeny môžu pretrvávať aj po odľahčení. Trvalosť remodelácie však závisí od zosieťovania matrixu, ktoré môže znížiť adaptabilitu v starnúcich alebo metabolicky zmenených tkanivách, ako je napríklad diabetes. Ťahové zaťaženie tiež zvyšuje odolnosť voči degradácii kolagénu a aktivuje biochemické dráhy (vrátane Mkx), ktoré podporujú dozrievanie fibríl. Adaptácia šľachy preto odráža interakciu pasívneho mechanického vyrovnania a aktívnej bunkovej signalizácie v reakcii na mechanickú záťaž, ktorá riadi štrukturálnu remodeláciu a funkčnú optimalizáciu.

Chýbajúce a aberantné sily zohrávajú úlohu pri degenerácii šliach a väzov 

Hojiace sa šľachy často pripomínajú nezrelé alebo embryonálne tkanivo, pričom vykazujú zvýšenú expresiu Scx, zvýšený výskyt fibrilogénnych kolagénov (III, V, XI), kolagénové fibrily s malým priemerom, vysokú bunkovosť, vaskularizáciu a prítomnosť Scx+/Sox9+ progenitorov. Tieto vlastnosti naznačujú, že poškodená šľacha reaktivuje vývojový program, ale nedokáže napredovať k úplnej mechanickej zrelosti, pravdepodobne v dôsledku zmenenej mechanickej signalizácie. Mechanická záťaž je nevyhnutná pre správnu reguláciu génov šľachy: ochromenie alebo odľahčenie znižuje kľúčové mechanosenzitívne transkripčné faktory, ako je Egr1, a narúša signalizáciu Scx sprostredkovanú TGF-β, čím sa zhoršuje regeneračná schopnosť. Ťahové zaťaženie podporuje expresiu génov špecifických pre šľachu a zároveň potláča gény pre chrupavku, zatiaľ čo kompresia alebo nezaťaženie posúva rovnováhu smerom k chondrogénnym alebo degeneratívnym fenotypom. Hoci sa kolagén III bežne spája s jazvovitým tkanivom, dôkazy z regeneračných modelov ukazujú, že jeho skorá regulácia je súčasťou normálnej opravy. Pretrvávajúca elevácia, najmä v podmienkach bez zaťaženia, odráža skôr neúspešné dozrievanie ako príčinu degenerácie. Dokonca aj minimálna mechanická záťaž stačí na reguláciu expresie matricových génov a zlepšenie mechanického zotavenia, čo poukazuje na extrémnu citlivosť buniek šľachy na ich zaťažujúce prostredie. Tieto zistenia spoločne naznačujú, že absentujúce aj aberantné mechanické sily narúšajú normálny postup od skorého opravného matrixu k zrelej, mechanicky kompetentnej šľache.

Stresové tienenie

S postupujúcou tendinopatiou sa degeneratívne oblasti šliach môžu stať symptomatickými a podliehať záťažovému tieneniu. Pri mechanickom zaťažení tuhšie a zdravšie časti šľachy prednostne znášajú záťaž, zatiaľ čo poddajnejšie degeneratívne oblasti sú nezaťažené. Tento biomechanický jav ďalej znižuje mechanickú stimuláciu chorého tkaniva a môže prispieť k jeho nepoužívaniu a zhoršenej remodelácii. Keďže degeneratívna časť dostáva malú efektívnu záťaž, jej schopnosť adaptácie šľachy prostredníctvom mechanickej záťaže je znížená.

Šľachy vykazujú viskoelastické správanie, ktoré možno terapeuticky využiť. Dve kľúčové vlastnosti sú relaxácia napätia - postupný pokles vnútorného napätia počas trvalého natiahnutia - a creep, časovo závislá deformácia tkaniva pri konštantnom napätí. Tieto vlastnosti naznačujú, že riadené stratégie trvalého zaťažovania môžu podporovať mechanickú stimuláciu degeneratívnych oblastí napriek tieneniu napätím.

Izometrické kontrakcie môžu predstavovať cenný spôsob zaťažovania. Experimentálne modely preukázali, že izometrické zaťaženie môže zvýšiť expresiu tenogénnych génov. Dlhodobé izometrické kontrakcie môžu vyvolať uvoľnenie napätia v zdravších oblastiach šliach a zároveň umožniť tečenie a mechanické namáhanie v degeneratívnych oblastiach. To by mohlo uľahčiť prenos záťaže do zjazveného tkaniva a potenciálne podporiť biologickú a štrukturálnu adaptáciu.

Otázky a myšlienky

Tamtiež et al. (2025) navrhujú, že pri tendinopatii sa poddajné tkanivo jazvy môže nachádzať paralelne s tuhšou zdravou šľachou a stať sa mechanicky "stresovo chráneným", čo znamená, že pri normálnych fyziologických úrovniach napätia menej kolagénových vlákien a rezidentných buniek v jazve skutočne zažíva ťahové napätie. Keďže kľúčové tenogénne regulátory sú citlivé na zaťaženie, nedostatočný prenos stresu môže zabrániť dozrievaniu jazvy a namiesto toho uprednostniť pretrvávanie nezrelého alebo fibrokartikulárneho fenotypu. Pre klinickú prax tento model podporuje opodstatnenosť starostlivo dávkovaného mechanického zaťažovania namiesto dlhodobého nezaťažovania: ukázalo sa, že úplná stresová deprivácia zhoršuje expresiu tenogénnych génov a mechanickú regeneráciu. Autori ďalej naznačujú, že trvalé zaťažovanie umožňujúce viskoelastické creepovanie (napr. izometrické kontrakcie) môže pomôcť preniesť napätie do jazvy a aktivovať tenogénne dráhy, zatiaľ čo nevhodné alebo chýbajúce zaťažovanie môže udržiavať degeneráciu. Je však dôležité zdôrazniť, že hoci tento mechanobiologický rámec poskytuje pravdepodobné vysvetlenie, prečo by kontrolované zaťaženie mohlo byť prospešné a prečo strach z akéhokoľvek zaťaženia môže byť neoprávnený, priame klinické dôkazy o tom, že špecifické stratégie zaťaženia "prekonávajú" stresové štíty u ľudí, ešte neboli v tomto dokumente stanovené.

Izometrická záťaž je sľubnou metódou rehabilitácie šliach, ale optimálne tréningové parametre zostávajú neisté. V tejto prípadovej štúdii, sa na športovca s chronickou patelárnou tendinopatiou aplikoval kombinovaný program izometrickej záťaže a protokol doplnkovej výživy. Stravovacia stratégia pozostávala z 15 g želatíny s 225 mg vitamínu C skonzumovanej približne jednu hodinu pred tréningom s cieľom podporiť syntézu kolagénu.

Program izometrických cvičení bol zameraný na zaťaženie šľachy v strednom rozsahu s použitím cvičení s otvoreným reťazcom (extenzia nohy a leg press) a s uzavretým reťazcom (španielsky drep). Izometrické držania boli spočiatku predpísané na 10 sekúnd a postupne sa predlžovali o 5 sekúnd na maximálne 30 sekúnd. Tréningový objem sa pohyboval od jednej do troch sérií po dvoch až štyroch opakovaniach, vykonávaných s intenzitou presahujúcou 80 % maxima jedného opakovania (1 RM), ktoré sa prepočítavalo každý mesiac. Tréningy trvali približne 10 minút, pričom trvanie držania bolo zvolené na základe dôkazov, ktoré ukazujú, že napätie patelárnej šľachy klesá približne o 60 % do 30 sekúnd trvajúcej kontrakcie a potom už len nepatrne.

Počas 18-mesačnej intervencie bolo postupné zvyšovanie záťaže a trvania držania spojené so zlepšením sily pri všetkých úlohách s odporom (extenzia nohy, leg press a držanie v španielskom drepe). Zobrazenie magnetickou rezonanciou (MRI) na začiatku, 12 mesiacov a 18 mesiacov preukázalo zníženie reaktivity šľachy, zväčšenie priemeru šľachy v strednej časti a zmenšenie hrúbky v mieste proximálneho uloženia, čo zodpovedá štrukturálnej remodelácii. Športovec hlásil postupné znižovanie bolesti a po 18 mesiacoch sledovania bol bez bolesti.

Tieto pozorovania naznačujú, že izometrický tréning, najmä v kombinácii s nutričnými stratégiami podporujúcimi syntézu kolagénu, môže podporiť adaptáciu šliach a zlepšenie symptómov. Dôkazy sú však stále obmedzené na experimentálne štúdie a ojedinelé prípadové správy. Na určenie účinnosti a optimálnych parametrov izometrických protokolov sú potrebné väčšie kontrolované štúdie. Okrem toho sa vlastnosti šliach líšia v závislosti od anatomickej polohy, prierezu a mechanického prostredia, čo môže ovplyvniť viskoelastické správanie a vhodné stratégie zaťažovania. Ako sa zdôrazňuje v tomto prehľade, úspešná rehabilitácia pravdepodobne závisí od dosiahnutia vhodnej rovnováhy medzi nedostatočným a nadmerným zaťažením, čo zdôrazňuje potrebu spoľahlivých klinických nástrojov na monitorovanie mechanického zaťaženia na adaptáciu šľachy.

Hovorte so mnou ako so šprtom

Hoci naratívne prehľady podliehajú prirodzeným skresleniam, ako je selekčná tendencia, tento prehľad poskytuje zásadný biologický kontext, ktorý môže pomôcť fyzioterapeutom lepšie pochopiť štruktúru šliach a mechanobiológiu pri liečbe tendinopatií. Poznatky o genetickej regulácii, transkripčných dráhach, dynamike aminokyselín a remodelácii proteínov prispievajú k hlbšiemu pochopeniu hojenia a adaptácie šliach, čo môže byť základom rehabilitačných stratégií. Väčšina mechanistických dôkazov však pochádza zo zvieracích modelov a priama extrapolácia na patológiu šliach u ľudí zostáva obmedzená.

Hoci sú na posilnenie dôkazovej základne potrebné pokročilejšie klinické štúdie, v nasledujúcom článku tejto série sa preskúmajú údaje zo štúdie z roku 2022, v ktorej sa skúmal protokol cvičenia s vysokou záťažou zameraný na zvýšenie prierezu šľachy a zlepšenie bolesti a funkcie u pacientov s Achillovou tendinopatiou.

Záverečné posolstvá

• Šľachy sú živé, adaptívne tkanivá. Na mechanické zaťaženie reagujú prostredníctvom bunkovej signalizácie a remodelácie matrixu. Mechanické podnety poháňajú štrukturálnu adaptáciu - šľachy nie sú inertné štruktúry.
• Biomechanické zaťaženie je nevyhnutné pre adaptáciu. Vhodné mechanické zaťaženie podporuje zdravie a remodeláciu šliach, podporuje funkčné zotavenie a štrukturálne zlepšenie prostredníctvom mechanického zaťaženia na adaptáciu šľachy.
• Stresové tienenie obmedzuje adaptáciu. Degeneratívne oblasti šliach môžu byť nezaťažené, keď väčšinu mechanickej záťaže znáša zdravšie tkanivo. To znižuje účinnú mechanickú stimuláciu a môže brániť zotaveniu.
• Rehabilitácia musí prekonať ochranu pred napätím. Stratégie zaťažovania by sa mali zamerať na prenos mechanických síl na degeneratívne tkanivo a zároveň sa vyhnúť nadmernému namáhaniu. Viskoelastické vlastnosti (relaxácia napätia a creep) poskytujú biomechanický základ pre kontrolované terapeutické zaťaženie.
• Vyvážené zaťaženie je kľúčové. Šľachy vyžadujú dostatočné mechanické podnety na adaptáciu, ale sú zraniteľné voči nedostatočnému zaťaženiu (ktoré udržuje ich nepoužívanie) a preťaženiu (ktoré môže zhoršiť príznaky). Individuálne, progresívne zaťažovanie je nevyhnutné.
• Klinické dôsledky pre fyzioterapiu. Rehabilitácia by sa mala zamerať na merateľné a progresívne stratégie zaťažovania, ktoré obnovujú mechanickú stimuláciu chorého tkaniva a využívajú adaptabilitu šliach.
• Ďalšie kroky. V nadchádzajúcom článku sa tieto biomechanické zásady premietnu do klinických stratégií, pričom sa preskúmajú protokoly cvičení s vysokou záťažou a praktické prístupy na optimalizáciu adaptácie šliach, zníženie bolesti a funkčnú regeneráciu pri tendinopatii.

Tento zdroj od Physiotutors poskytuje ďalšie pohľady na biológiu šliach a mechanobiológiu, pričom ponúka klinicky relevantné poznatky o funkcii a adaptácii šliach.

Odkaz

Tam KT, Baar K. Using load to improve tendon/ligament tissue engineering and develop novel treatments for tendinopathy (Využitie záťaže na zlepšenie tkanivového inžinierstva šliach/väzov a vývoj nových spôsobov liečby tendinopatie). Matrix Biol. 2025 Feb;135:39-54. doi: 10.1016/j.matbio.2024.12.001. Epub 2024 Dec 5. PMID: 39645093.