Structural and bioenergetic changes in muscle tissue in idiopathic muscular dystonia

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND. Muscular dystonia is a syndrome with localization of the pathological process in the central nervous system and the formation of local muscle hypertonicity. It is relevant to study changes in the muscles involved in hyperkinesis in dystonia as one of the possible symptoms of the disease.

AIM. To identify structural and bioenergetic changes in muscles in patients with idiopathic muscular dystonia.

MATERIAL AND METHODS. 10 patients were examined with a diagnosis of idiopathic segmental and generalized dystonia, including cervical dystonia syndrome. The control group included 5 conditionally healthy individuals. All patients received injections of botulinum toxin type A with a TWSTRS and Tsui efficacy score before injection and 3 weeks after injection. Structural changes in the muscles were assessed by magnetic resonance imaging (MRI) (1.5 Tl). To assess bioenergetic changes, the parameters of mitochondrial respiration were studied, including basal respiration during oxidation of substrates (pyruvate and pyruvate-malate), respiration during oxidative phosphorylation with various participation of respiratory chain complexes, electron transport chain capacity (ETC), ATP-associated respiration in a trapezius muscle biopsy.

RESULTS. Bioenergetic changes in muscle tissue were revealed in the form of a decrease in the indices of initial respiration, basal respiration with the participation of the I complex (KI) ETC in the process of oxidation of pyruvate and pyruvate-malate substrates, oxidative phosphorylation with the participation of KI. Structural changes of muscle tissue in the form of asymmetric hypertrophy and partial fat replacement of the involved muscles are demonstrated. The presence of fat replacement reduced the difference on the TWSTRS scale before botulinum therapy and 3 weeks after injection.

CONCLUSIONS. Patients with dystonia have bioenergetic changes in muscle tissue in the form of a defect in the work of the KI respiratory chain, but these changes do not affect the effectiveness of botulinum therapy. Structural changes in the form of partial fat replacement of muscle tissue reduce the effectiveness of botulinum therapy.

About the authors

Olga O. Bushueva

Privolzhsky Research Medical University; State Hospital No. 33 of the Leninsky district

Author for correspondence.
Email: ol.bushueva@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4942-9348
SPIN-code: 1441-6207

M.D., Assistant, Depart. of Neurology, Psychiatry and Narcology

Russian Federation, Nizhny Novgorod; Nizhny Novgorod

Elena A. Antipenko

Privolzhsky Research Medical University

Email: antipenkoea@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8972-9150
SPIN-code: 7708-9068

M.D., D. Sci. (Med.), Assoc. Prof., Depart. of Neurology, Psychiatry and Narcology

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Pavel V. Pchelin

Privolzhsky Research Medical University

Email: ptch.pv@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7898-8547
SPIN-code: 6781-5255

junior research assistant, Depart. of Molecular and Cellular Technologies

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Irina V. Mukhina

Privolzhsky Research Medical University; National Research Lobachevsky State University

Email: mukhinaiv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8811-0049
SPIN-code: 9377-7297

D. Sci. (Biol.), Prof., Depart. of Normal Physiology

Russian Federation, Nizhny Novgorod; Nizhny Novgorod

Igor A. Lobanov

Medical Center “Tonus LIFE”

Email: igolobano@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1134-439X

radiologist

Russian Federation, Nizhny Novgorod

References

  1. Albanese A, Bhatia K, Bressman SB et al. Phenomenology and classification of dystonia: A consensus update. Mov Disord. 2013;28(7):863–873. doi: 10.1002/mds.25475.
  2. Jinnah HA, Sun YV. Dystonia genes and their biological pathways. Neurobiol Dis. 2019;129:159–168. doi: 10.1016/j.nbd.2019.05.014.
  3. Chen HX, Tang SP, Gao FT et al. Fibrosis, adipoge-nesis, and muscle atrophy in congenital muscular torticollis. Medicine (Baltimore). 2014;93(23):e138. doi: 10.1097/MD.0000000000000138.
  4. Jiang B, Zu W, Xu J et al. Botulinum toxin type A relieves sternocleidomastoid muscle fibrosis in congenital muscular torticollis. Int J Biol Macromol. 2018;112:1014–1020. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.02.077.
  5. Zhang X, Lan D, Ning S et al. Botulinum toxin type A prevents the phenotypic transformation of fibroblasts induced by TGF-β1 via the PTEN/PI3K/Akt signaling pathway. Int J Mol Med. 2019;44(2):661–671. doi: 10.3892/ijmm.2019.4226.
  6. Hao R, Li Z, Chen X, Ye W. Efficacy and possible mechanisms of Botulinum Toxin type A on hypertrophic scarring. J Cosmet Dermatol. 2018;17(3):340–346. doi: 10.1111/jocd.12534.
  7. Zhang S, Li K, Yu Z et al. Dramatic effect of botulinum toxin type A on hypertrophic scar: A promising therapeutic drug and its mechanism through the SP-NK1R pathway in cutaneous neurogenic inflammation. Front Med (Lausanne). 2022;9:820817. doi: 10.3389/fmed.2022.820817.
  8. Benecke R, Strümper P, Weiss H. Electron transfer complex I defect in idiopathic dystonia. Ann Neurol. 1992;32(5):683–686. doi: 10.1002/ana.410320512.
  9. Reichmann H, Naumann M, Hauck S, Janetzky B. Respiratory chain and mitochondrial deoxyribonucleic acid in blood cells from patients with focal and generalized dystonia. Mov Disord. 1994;9(6):597–600. doi: 10.1002/mds.870090603.
  10. Schapira AH, Warner T, Gash MT et al. Complex I function in familial and sporadic dystonia. Ann Neurol. 1997;41(4):556–559. doi: 10.1002/ana.410410421.
  11. Doerrier C, Garcia-Souza LF, Krumschnabel G et al. High-resolution fluorespirometry and OXPHOS protocols for human cells, permeabilized fibers from small biopsies of muscle, and isolated mitochondria. Methods Mol Biol. 2018;1782:31–70. doi: 10.1007/978-1-4939-7831-1_3.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1

Download (143KB)
3. Fig. 2

Download (156KB)

Copyright (c) 2022 Eco-Vector



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».