Une étude identifie le problème de la mise à l’échelle musculaire de la science

En science, les découvertes générées par l’étude des petits animaux sont souvent généralisées et appliquées aux humains, qui sont des ordres de grandeur plus grands. Une nouvelle recherche, dirigée par Shirley Ryan AbilityLab et publiée dans le Journal de physiologie, non seulement est le premier à mesurer directement les propriétés contractiles des muscles humains ; c’est aussi le premier à montrer que l’extrapolation de ces informations à l’homme à partir de mesures animales génère des prédictions incorrectes.

La découverte s’est produite initialement lorsque les chercheurs ont exploité une technique chirurgicale unique dans laquelle le muscle gracilis d’un patient humain (un gros muscle de la cuisse) a été transplanté dans le bras pour restaurer la flexion du coude après une blessure au plexus brachial. Au cours du processus, ils ont pu mesurer les propriétés musculaires et tester directement les prédictions architecturales et de mise à l’échelle – une opportunité rare car la prise de telles mesures est assez invasive et doit avoir lieu lors d’une intervention chirurgicale importante effectuée pour d’autres raisons. Ils ont découvert que le muscle gracilis fonctionne en fait comme s’il avait des fibres relativement courtes agissant en parallèle – et non avec des fibres longues, comme on le pensait auparavant sur la base de modèles anatomiques animaux traditionnels. Les scientifiques ont ensuite reproduit les résultats tout au long de l’étude.

Plus précisément, ils ont établi que la tension spécifique aux fibres musculaires humaines est inférieure de 24 % à l’étalon-or utilisé traditionnellement, tel que déterminé à partir de petits mammifères. De plus, ils ont déterminé que la longueur optimale moyenne des fibres gracilis est d’environ la moitié de ce qui avait été compris comme étant le cas sur la base d’études anatomiques détaillées des muscles de cadavres.

“Il y a une raison pour laquelle les scientifiques étudient les animaux”, a déclaré Richard L. Lieber, Ph.D., auteur principal et directeur scientifique de Shirley Ryan AbilityLab. “Les mesures directes des propriétés contractiles des muscles humains ne se produisent pas car elles nécessitent que les muscles soient coupés du corps. En conséquence, les scientifiques doivent étudier les muscles des animaux, puis faire des prédictions en ce qui concerne les humains en mettant à l’échelle les nombres en fonction de la taille.”

Cette étude montre, pour la première fois, qu’une telle extrapolation n’est tout simplement pas exacte. Le gracilis sert de bon cas de test en raison de ses propriétés simples. Parce que ses mesures n’ont pas été prédites avec précision, il est probable que les mesures de tous les systèmes musculaires soient incorrectes, selon les chercheurs.

“Lors de l’extrapolation des souris aux humains, certaines lois d’échelle fonctionnent à merveille, comme lors de la mesure du débit cardiaque et de la pression artérielle”, a déclaré le Dr Lieber, qui est également professeur à l’Université Northwestern et chercheur principal à l’hôpital Edward Hines Jr. VA. . “Cependant, grâce à cette étude, nous avons démontré que les mêmes principes de mise à l’échelle ne s’appliquent pas aux muscles et sont en fait hautement non linéaires. À l’avenir, nous ne devrions pas mener une étude des muscles de la souris, puis simplement multiplier par la taille du corps pour prédire propriétés humaines.”

Ces résultats ont des implications importantes dans toutes les disciplines, y compris la chirurgie, la modélisation musculo-squelettique computationnelle, la performance musculaire et la rééducation. Par exemple, il est essentiel de prévoir les performances d’un muscle après une intervention chirurgicale. De nombreuses procédures (par exemple, l’allongement du tendon, le transfert du tendon, la libération chirurgicale) modifient la longueur et la force du muscle. Cependant, actuellement, seuls les modèles musculo-squelettiques – qui sont basés sur des méthodes de mesure indirectes et extrapolent les données animales à des tailles humaines – peuvent être utilisés pour prédire les résultats chirurgicaux.

Le Dr Lieber, pour sa part, n’est pas découragé par les résultats de l’étude.

“Découvrir que nos prédictions anatomiques pour le muscle humain sont fausses est une grande nouvelle pour la science humaine”, a-t-il déclaré. “Il est essentiel que nous, en tant que scientifiques, testions continuellement nos hypothèses. Désormais, ces connaissances nous mettent sur la voie pour mieux comprendre le potentiel de performance, d’adaptation et de réhabilitation des muscles.”

Fourni par Shirley Ryan AbilityLab