Вступ

Незважаючи на прогрес у розумінні патогенезу тендинопатії, результати традиційних консервативних і медикаментозних втручань залишаються непослідовними, багато пацієнтів відчувають наполегливу біль і функціональні обмеження. Широко цитована модель континууму, запропонована Джилл Кук, припускає, що дегенеративна частина сухожилля є структурно незворотною. Однак нові структурні та механобіологічні докази ставлять під сумнів це припущення, вказуючи на те, що тканина сухожилля може зберігати більшу здатність до пристосування та ремоделювання, ніж вважалося раніше.

У цьому огляді досліджується вплив механічного навантаження на пристосування сухожилля та біологічні механізми, що лежать в основі дегенерації, з особливим акцентом на клітинну сигналізацію, ремоделювання матриксу та шляхи механотрансдукції. Інтегруючи останні експериментальні дані, він має на меті забезпечити біологічно обґрунтовану основу для призначення фізичних вправ при лікуванні тендинопатії. Це теоретичний синтез слугує основою для майбутнього огляду, в якому розглядаються стратегії вправ з високим навантаженням і представляється новий протокол навантаження при тендинопатії для клінічного застосування.

Методи

Цей наративний огляд узагальнює результати численних експериментальних досліджень, переважно проведених на тваринних моделях.

Результати

Біологічні основи будови сухожилля

Колаген I типу (COL1/Col1a1) є основним структурним білком сухожилля і зв'язки, що забезпечує міцність на розрив. Після травми синтез колагену збільшується, однак відкладення матриксу під час проліферативної фази часто буває дезорганізованим. У той час як у здорових сухожиллях колагенові фібрили вирівняні паралельно механічним силам, патологічні сухожилля містять менші, менш зшиті та дезорганізовані фібрили. Хоча колаген І типу забезпечує вищий опір порівняно з колагеном ІІІ типу, сухожилля, що підлягають загоєнню, часто містять більшу частку колагену ІІІ типу. Матричні металопротеїнази (ММР), ферменти, що відповідають за деградацію колагену, одночасно активні під час ремоделювання тканин.

Травмовані сухожилля дорослих зазвичай стають висококлітинними і розвивають дезорганізований матрикс колагену, що характеризується фібрилами малого діаметру, що призводить до дегенеративного фенотипу тканини.

Регенерація тканин та рекапітуляція розвитку

У відповідь на травму відбувається повторна експресія генів, які зазвичай активні під час ембріонального розвитку. Стовбурові та проліферативні клітинні популяції розширюються і диференціюються у спеціалізовані тканини; однак, дорослі сухожилля, як правило, не можуть повністю регенерувати, часто залишаючи залишковий дегенеративний матрикс. На противагу цьому, неонатальні моделі демонструють більшу здатність до функціонального відновлення, а організація тканин нагадує процеси розвитку. Ці дані свідчать про те, що регенеративна здатність може залежати від здатності до рекапітуляції програм розвитку, яка виявляється більш стійкою у молодих організмах і деяких експериментальних моделях, ніж при загоєнні сухожилля у дорослих людей.

Властивості матеріалу відображають механічні вимоги

Сухожилля можна класифікувати відповідно до їх механічної функції як структури, що зберігають енергію, або як структури, що займають положення. Енергоакумулюючі сухожилля, такі як ахіллове сухожилля, поглинають і повертають механічну енергію для підвищення ефективності опорно-рухового апарату. Позиційні сухожилля, наприклад, переднє великогомілкове сухожилля, в першу чергу займаються положенням суглобів і полегшують рухи, такі як розведення стопи під час ходи. Ці функціональні відмінності відображаються на структурних властивостях: сухожилля, що накопичують енергію, зазвичай мають більшу площу поперечного перерізу, що компенсує меншу жорсткість матеріалу для забезпечення еластичного накопичення енергії. Сухожилля в межах одного кінетичного ланцюга також можуть мати різні механічні характеристики. Наприклад, сухожилля квадрицепса і сухожилля надколінка працюють послідовно, але мають різні властивості жорсткості, причому сухожилля квадрицепса приблизно вдвічі менш жорсткі. Ця різниця, ймовірно, відображає їх механічне середовище - вставка в кістку для сухожилля надколінка та кріплення до м'язів для сухожилля квадрицепса - які накладають різні моделі навантаження, а отже, впливають на адаптацію сухожилля до навантажень та вимоги до матеріалів. механічне навантаження на пристосування сухожилля та вимоги до матеріалів.

Компресія

Сили стиснення часто діють на сухожилля, особливо там, де вони обертаються навколо кісткових або ретинакулярних структур. Експериментальні дослідження на тваринних моделях демонструють, що зняття стискаючого навантаження зменшує жорсткість сухожилля і змінює його структурне пристосування, вказуючи на те, що сухожилля, які зазнають стискання, ремоделюються, щоб пристосуватися до цього механічного середовища. У людей стиснуті ділянки сухожилля часто мають фіброзно-хрящові особливості, багаті на колаген II типу, спеціалізований для опору силам стиснення.

Зсув

Сили зсуву виникають внаслідок відносного ковзання між сухожиллями, зв'язками, м'язами та прилеглими тканинами. В ахілловому сухожиллі диференційоване ковзання між пучками полегшує передачу сили, але з віком воно може зменшуватися, що потенційно сприяє зменшенню діапазону руху і погіршенню розподілу сили. Таке зниження здатності до ковзання може частково пояснити вищу частоту розривів ахіллового сухожилля у людей похилого віку. Як і у випадку пристосування до стиснення, зменшення механічного навантаження може сприяти дегенеративним змінам, підвищенню ризику травм і дезадаптації. 

Специфічні сили керують певними молекулярними програмами

Доля клітин і склад тканин зазнають сильного впливу механічного середовища через шляхи механотрансдукції, що підкреслює важливість механічного навантаження на пристосування сухожилля. Механічні сили ініціюють біологічні та метаболічні пристосування, які регулюють структуру та функцію тканин, хоча конкретні шляхи, що регулюють загоєння сухожилля, залишаються не до кінця вивченими. У наступних розділах розглядаються біомеханічні ефекти різних режимів навантаження на пристосування та репарацію сухожилля.

Напруга

Маніпуляції з механічним середовищем, включаючи механічне навантаженнямає центральне значення для ремоделювання та функціонального пристосування сухожилля. Навантаження на розтягнення стимулює ремоделювання тканин, але баланс між корисними та потенційно шкідливими навантаженнями залишається критично важливим. Тому більш глибоке біомеханічне розуміння стратегій навантаження має важливе значення для оптимізації реабілітації та пристосування сухожилля.

Склераксис (Scx) є ключовим транскрипційним фактором, що бере участь у розвитку сухожилля та регуляції колагену. Під час ембріогенезу Scx сприяє синтезу колагену I типу (COL1) шляхом зв'язування з регуляторними ділянками гена Col1a1. На його експресію впливають м'язова активність і механічне навантаження. Однак у дорослих сухожиллях Scx виявляється менш важливим для адаптивного росту. Кілька теногенних генів, включаючи Col1a1, теномодулін (Tnmd), фібромодулін (Fmod) і ірокез (Mkx), можуть бути посилені у відповідь на навантаження без відповідних змін в експресії Scx. Це дозволяє припустити, що пристосування сухожилля може відбуватися незалежно від Scx і що його основна роль може бути пов'язана з раннім утворенням фібрил, а не з подальшим ростом фібрил. На противагу цьому, Mkx сприяє збільшенню та дозріванню фібрил у відповідь на механічну стимуляцію, що підтверджує його роль у структурному пристосуванні сухожилля.

Дорослі сухожилля, що піддаються загоєнню, часто мають ознаки, що нагадують тканину розвитку, включаючи колагенові фібрили малого діаметру та підвищену експресію Scx. Однак, на відміну від ембріонального розвитку, матрикс загоєння часто не дозріває до організованої, несучої тканини. Одне з пояснень полягає в тому, що механічні сигнали можуть не передаватися належним чином через рубцевий матрикс, що узгоджується з феноменом екранування стресу (більш детально обговорюється нижче). Порушення механічної сигналізації може знижувати активацію механочутливих шляхів, таких як Mkx, обмежуючи дозрівання колагенових фібрил і сприяючи формуванню механічно неповноцінної рубцевої тканини.

Компресія

Сила стиснення регулює диференціацію клітин сухожилля та склад матриксу. Регіони, що піддаються стисненню, такі як ентезіс і сухожилля, зазвичай розвивають фіброзно-хрящові ознаки, що характеризуються експресією хрящових маркерів, включаючи Col2a1 і агрекан. У процесі розвитку попередники сухожилля спочатку коекспресують Scx і Sox9 (хондрогенний фактор транскрипції), а потім розділяються на клітини сухожилля, адаптовані до напруги, і клітини фіброхряща, адаптовані до стиснення. Експериментальні докази показують, що тривале стиснення може індукувати утворення хрящоподібної тканини в сухожиллі, тоді як навантаження на розтягнення сприяє експресії генів, специфічних для сухожилля, і пригнічує хондрогенні шляхи. За відсутності Mkx розтягнення може парадоксальним чином сприяти експресії хондрогенних генів, що призводить до утворення ектопічного фіброхряща. Ці дані вказують на те, що клітини сухожилля мають мультипотентний потенціал і що механічне навантаження регулює диференціацію за допомогою транскрипційних програм, чутливих до напруги та стиснення.

Стрижка

Лубрицин і гіалуронова кислота є важливими медіаторами ковзання сухожилля і опіру до зсуву. Однак їх біологічна регуляція та відповідь на механічне навантаження залишаються недостатньо вивченими, що обмежує розуміння їх ролі в патології та пристосуванні сухожилля.

Просторове розташування 

Організація колагену має важливе значення для функції сухожилля і сильно регулюється механічною напругою. Під час розвитку сили розтягування клітини та колагенові фібрили вирівнюють за допомогою спеціалізованих структур (фібріпозіторів), створюючи паралельну архітектуру, характерну для здорових сухожилля. Навіть у клітинних колагенових матрицях розтягнення може збільшити вирівнювання та щільність фібрил, і ці зміни можуть зберігатися після розвантаження. Однак постійність ремоделювання залежить від зшивання матриксу, що може знижувати пристосування при старінні або метаболічно змінених тканинах, таких як діабет. Навантаження на розтягнення також підвищує опір до деградації колагену та активує біохімічні шляхи (включаючи Mkx), які підтримують дозрівання фібрил. Таким чином, пристосування сухожилля відображає взаємодію пасивного механічного вирівнювання та активної клітинної сигналізації у відповідь на механічне навантаженняпроцес, який керує структурним ремоделюванням та функціональною оптимізацією.

Відсутні та аберантні сили відіграють певну роль у дегенерації сухожилля та зв'язки 

Сухожилля, що піддаються загоєнню, часто нагадують незрілу або ембріональну тканину, демонструючи підвищену експресію Scx, підвищений вміст фібрилогенних колагенів (III, V, XI), колагенових фібрил малого діаметру, високу клітинність, васкуляризацію та наявність попередників Scx+/Sox9+. Ці особливості свідчать про те, що травмоване сухожилля реактивує програму розвитку, але не може досягти повного механічного дозрівання, ймовірно, через змінену механічну сигналізацію. Механічне навантаження має важливе значення для належної регуляції генів сухожилля: параліч або розвантаження знижує рівень ключових механочутливих факторів транскрипції, таких як Egr1, і порушує TGF-β-опосередковану сигналізацію Scx, погіршуючи регенеративну здатність. Навантаження на розтягнення сприяє експресії генів, специфічних для сухожилля, пригнічуючи при цьому гени хряща, тоді як стиснення або розвантаження зміщує баланс у бік хондрогенних або дегенеративних фенотипів. Хоча колаген III зазвичай асоціюється з рубцевою тканиною, докази з регенеративних моделей показують, що його рання регуляція є частиною нормального відновлення. Наполегливе піднесення, особливо в умовах розвантаження, відображає невдале дозрівання, а не причину дегенерації. Навіть мінімального розтягнення достатньо для регулювання експресії матриксних генів та покращення механічного одужання, що підкреслює надзвичайну чутливість клітин сухожилля до середовища, в якому вони перебувають. Разом ці дані свідчать про те, що як відсутні, так і аберантні механічні сили порушують нормальне прогресування від ранньої репаративної матриці до зрілого, механічно компетентного сухожилля.

Захист від стресу

По мірі прогресування тендинопатії дегенеративні ділянки сухожилля можуть стати симптоматичними і піддаватися стресовому екрануванню. При механічному навантаженні більш жорсткі та здорові ділянки сухожилля переважно несуть навантаження, в той час як більш податливі дегенеративні ділянки розвантажуються. Це біомеханічне явище ще більше зменшує механічну стимуляцію ураженої тканини і може сприяти порушенню функції та ремоделюванню. Оскільки дегенеративна частина отримує мало ефективного навантаження, її здатність до пристосування сухожилля через механічне навантаження зменшується.

Сухожилля демонструють в'язкопружну поведінку, яку можна використовувати в цілях терапії. Двома ключовими властивостями є релаксація напруги - поступове зменшення внутрішнього напруження під час тривалого розтягування - і повзучість, залежна від часу деформація тканини під постійним напруженням. Ці властивості дозволяють припустити, що контрольовані стратегії тривалого навантаження можуть сприяти механічній стимуляції дегенеративних ділянок, незважаючи на захист від стресу.

Ізометричні скорочення можуть являти собою цінний спосіб навантаження. Експериментальні моделі продемонстрували, що ізометрія може регулювати експресію теногенних генів. Тривалі ізометричні скорочення можуть викликати релаксацію стресу в здорових ділянках сухожилля, дозволяючи при цьому повзучість і механічне розтягнення в дегенеративних ділянках. Це може полегшити передачу навантаження на рубцеву тканину і потенційно підтримати біологічне та структурне пристосування.

Питання та думки

Tam et al. (2025) припускають, що при тендинопатії піддатлива рубцева тканина може розташовуватися паралельно з більш жорстким здоровим сухожиллям і стати механічно "захищеною від стресу", тобто при нормальних фізіологічних рівнях розтягнення менша кількість колагенових волокон і резидентних клітин у рубці фактично відчуває стрес на розтягнення. Оскільки ключові теногенні регулятори є чутливими до навантаження, недостатня передача стресу може перешкоджати дозріванню рубця і натомість сприяти збереженню незрілого або фіброзно-хрящового фенотипу. Для клінічної практики ця модель підтверджує доцільність ретельно дозованого механічного навантаження, а не тривалого розвантаження: було показано, що повна депривація стресу викликає порушення експресії теногенних генів і механічного одужання. Автори також припускають, що тривале навантаження, яке дозволяє в'язкопружну повзучість (наприклад, ізометрія), може сприяти передачі напруги в рубець і активації теногенних шляхів, тоді як невідповідне або відсутнє навантаження може увічнити дегенерацію. Однак важливо підкреслити, що хоча ця механобіологічна концепція дає правдоподібне пояснення того, чому контрольоване навантаження може бути корисним і чому страх перед будь-яким навантаженням може бути недоречним, прямі клінічні докази того, що певні стратегії навантаження "долають" захист від стресу у людей, в рамках цієї статті ще не встановлені.

Ізометричне навантаження є перспективним методом реабілітації сухожиль, але оптимальні параметри тренувань залишаються невизначеними. У цьому дослідженнідо спортсмена з хронічною тендинопатією надколінника застосовували комбіновану програму ізометрії і протокол дієтичних добавок. Дієтична стратегія складалася з 15 г желатину з 225 мг вітаміну С, який вживався приблизно за годину до тренування з метою підтримки синтезу колагену.

Програма ізометричних вправ була спрямована на середнє навантаження на сухожилля, використовуючи вправи з відкритим ланцюгом (розгинання ніг і жим ногами) і закритим ланцюгом (іспанське присідання). Ізометричні утримання спочатку призначалися на 10 секунд і поступово збільшувалися з кроком у 5 секунд до максимальної тривалості 30 секунд. Обсяг тренувань варіювався від одного до трьох підходів по два-чотири повторення з інтенсивністю, що перевищувала 80% від одноповторного максимуму (1 ПМ), який перераховувався щомісяця. Сеанси тривали приблизно 10 хвилин, а тривалість утримання була обрана на основі доказів, які показують, що напруга сухожилля надколінка зменшується приблизно на 60% протягом 30 секунд після тривалого скорочення і лише незначно після цього.

Протягом 18-місячного втручання прогресивне збільшення навантаження та тривалості утримання асоціювалося з покращенням сили у всіх вправах з опором (розгинання ніг, жим ногами та іспанське присідання). Магнітно-резонансна томографія (МРТ) на початковому етапі, через 12 місяців та 18 місяців продемонструвала зменшення реактивності сухожилля, збільшення діаметру сухожилля в середній частині та зменшення товщини в проксимальному відділі імплантату, що відповідає структурному ремоделюванню. Пацієнтка повідомила про прогресуюче зменшення болю і відсутність болю через 18 місяців спостереження.

Ці спостереження свідчать про те, що ізометрія, особливо в поєднанні з харчуванням, що підтримує синтез колагену, може сприяти пристосуванню сухожиль і поліпшенню ознак. Однак докази залишаються обмеженими експериментальними дослідженнями та окремими повідомленнями про випадки. Для визначення ефективності та оптимальних параметрів ізометричних протоколів необхідні більш масштабні контрольовані дослідження. Крім того, властивості сухожилля змінюються залежно від анатомічного розташування, площі поперечного перерізу та механічного середовища, що може впливати на в'язко-пружну поведінку та відповідні стратегії навантаження. Як підкреслюється в цьому огляді, успішна реабілітація, ймовірно, залежить від досягнення відповідного балансу між недостатнім і надмірним навантаженням, що підкреслює потребу в надійних клінічних інструментах для моніторингу механічних навантажень для адаптації сухожилля. механічного навантаження для пристосування сухожилля.

Поговори зі мною про ботаніку

Хоча наративні огляди схильні до властивих їм упереджень, таких як упередженість відбору, цей огляд надає важливий біологічний контекст, який може допомогти фізіотерапевтам краще зрозуміти структуру сухожилля та механобіологію в лікуванні тендинопатії. Знання генетичної регуляції, транскрипційних шляхів, динаміки амінокислот і ремоделювання білків сприяють глибшому розумінню процесів загоєння та пристосування сухожилля, що може допомогти у розробці стратегій реабілітації. Однак більшість механістичних доказів отримано на тваринних моделях, а пряма екстраполяція на патологію сухожиль людини залишається обмеженою.

Хоча для зміцнення доказової бази необхідні більш досконалі клінічні дослідження, в наступній статті цієї серії будуть розглянуті дані дослідження 2022 року, в якому вивчався протокол вправ з високим навантаженням, спрямований на збільшення площі поперечного перерізу сухожилля, поліпшення болю і функції у пацієнтів з Ахілловою тендинопатією.

Повідомлення на пам'ять

• Сухожилля - це живі, адаптивні тканини. Вони реагують на механічне навантаження за допомогою клітинної сигналізації та ремоделювання матриксу. Механічні подразники стимулюють структурне пристосування - сухожилля не є інертними структурами.
• Біомеханічне навантаження має важливе значення для пристосування. Відповідне механічне навантаження сприяє здоров'ю та ремоделюванню сухожилля, підтримуючи функціональне одужання та структурне покращення через механічне навантаження на пристосування сухожилля.
• Захист від стресу обмежує пристосування. Дегенеративні ділянки сухожиль можуть бути розвантажені, коли більшу частину механічного навантаження несуть здорові тканини. Це знижує ефективність механічної стимуляції і може перешкоджати одужанню.
• Реабілітація повинна подолати екранування стресу. Стратегії навантаження повинні бути спрямовані на передачу механічних зусиль на дегенеративну тканину, уникаючи при цьому надмірного розтягнення. В'язкопружні властивості (релаксація напруги та повзучість) забезпечують біомеханічну основу для контрольованих терапевтичних навантажень.
• Баланс навантаження є ключовим. Сухожилля потребують достатнього механічного стимулу для пристосування, але вразливі до недостатнього навантаження (що призводить до постійного невикористання) та перевантаження (що може погіршити ознаки). Індивідуалізоване, прогресивне навантаження має важливе значення.
• Клінічні наслідки для фізіотерапії. Реабілітація повинна бути зосереджена на вимірюваних і прогресивних стратегіях навантаження, які відновлюють механічну стимуляцію уражених тканин і адаптивність сухожиль.
• Наступні кроки. У майбутній статті ці біомеханічні принципи будуть перекладені на мову клінічних стратегій, розглянуті протоколи тренувань з високим навантаженням і практичні підходи до оптимізації пристосування сухожиль, зменшення болю і функціонального одужання при тендинопатії.

Цей ресурс від Physiotutors надає додаткові відомості про біологію та механобіологію сухожиль, пропонуючи клінічно релевантну інформацію про функцію та пристосування сухожиль.

Посилання

Tam KT, Baar K. Використання навантаження для покращення інженерії тканин сухожилля/зв'язок та розробки нових методів лікування тендинопатії. Matrix Biol. 2025 Feb;135:39-54. doi: 10.1016/j.matbio.2024.12.001. Epub 2024 Dec 5. PMID: 39645093.