Mécanismes moléculaires et cellulaires de la tendinopathie d'Achille induite par l'exercice

Oct 3 / Arnaud BRUCHARD
La tendinopathie de l'Achille est une pathologie musculo-squelettique de plus en plus répandue, qui affecte notamment les athlètes et la population générale. Cette condition se caractérise par des douleurs et une diminution des performances du tendon d'Achille, souvent liées à une surcharge mécanique excessive. Le tendon d'Achille, qui transmet la force générée par les muscles fléchisseurs plantaires du pied, est le plus épais du corps humain. Il est principalement composé de collagène de type I, organisé en une structure fibreuse hiérarchique complexe.

POINTS CLÉS

  • Dénaturation du collagène par dégradation enzymatique : Contrairement aux attentes, la course n'a pas entraîné de dénaturation mécanique du collagène, mais une dégradation protéolytique pendant le remodelage post-exercice.
  • Activation des cellules tendineuses : l'exercice a induit des changements morphologiques et l'expression accrue de marqueurs d'activation dans les cellules du tendon (ténocytes).
  • Accumulation de collagène dénaturé à long terme
    La course prolongée a conduit à une accumulation progressive de collagène dénaturé, associée à des dommages structurels du tendon.
  • Imagerie des lésions par IRM ciblée
    L'utilisation d'un agent de contraste IRM spécifique du collagène dénaturé a permis de visualiser de manière non invasive les lésions tendineuses.

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ATTENTION

Bien que cette étude ait été réalisée sur des modèles animaux, ses résultats ouvrent des perspectives intéressantes pour la compréhension et la prise en charge de la tendinopathie d'Achille chez l'homme.
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MODÈLES ANIMAUX

Bien que les modèles animaux soient utiles pour étudier les mécanismes physiopathologiques, ces découvertes restent à confirmer chez les patients humains. Les processus moléculaires et cellulaires identifiés, tels que la dégradation enzymatique du collagène et l'activation des cellules tendineuses, pourraient jouer un rôle majeur dans le développement de cette pathologie invalidante.
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PISTES

Ces résultats ouvrent ainsi de nouvelles pistes pour améliorer le diagnostic et la prise en charge de la tendinopathie d'Achille, notamment en utilisant l'imagerie par résonance magnétique ciblant le collagène dénaturé. Des études complémentaires seront nécessaires pour confirmer la transposabilité de ces données à la clinique.


Une des hypothèses majeures pour expliquer le développement de la tendinopathie d'Achille est que la disruption de la structure moléculaire de ce collagène joue un rôle fondamental. En effet, la dénaturation du collagène, c'est-à-dire la perte de sa structure tridimensionnelle native, peut compromettre les propriétés mécaniques du tendon et favoriser la survenue de lésions. Jusqu'à présent, la majorité des études sur ce sujet ont été réalisées in vitro, en soumettant les tissus tendineux à des contraintes mécaniques extrêmes, allant parfois jusqu'à la rupture. Ces travaux ont permis de mettre en évidence que le chargement cyclique peut induire une dénaturation progressive des molécules de collagène. Cependant, on ne sait pas si de tels dommages moléculaires surviennent réellement in vivo lors d'activités physiques plus physiologiques, comme la course.
La course n'a pas entraîné de dénaturation mécanique du collagène, mais une dégradation protéolytique pendant le remodelage post-exercice

Objectifs et approche expérimentale de l'étude


C'est dans ce contexte que s'inscrit la présente étude, qui visait à examiner les changements de la structure moléculaire du collagène dans les tendons d'Achille de rats suite à la course sur tapis roulant, ainsi que les réponses cellulaires associées. Les chercheurs souhaitaient mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques impliqués dans le développement de la tendinopathie d'Achille, et explorer de nouvelles pistes pour son imagerie diagnostique.

Pour répondre à ces questions, les auteurs ont réalisé une série d'expériences in vivo sur des rats. Tout d'abord, ils ont soumis les animaux à une course sur tapis roulant pendant 1 heure, puis ont prélevé leurs tendons d'Achille à différents temps de récupération (0h, 12h, 7 jours). Ils ont ensuite analysé les changements de la structure moléculaire du collagène en utilisant une technique innovante d'hybridation de peptides au collagène dénaturé. Ils ont également caractérisé les réponses cellulaires associées, notamment l'expression de métalloprotéinases (MMPs) impliquées dans le remodelage de la matrice extracellulaire. Enfin, les chercheurs ont étudié les effets d'une course prolongée sur 4 à 12 semaines, afin d'évaluer l'impact d'une surcharge mécanique chronique.

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Dénaturation du collagène dans les tendons d'Achille post-course : Cette figure montre les résultats clés concernant les changements de la structure moléculaire du collagène dans les tendons d'Achille suite à la course. On peut voir que la course n'a pas entraîné de dénaturation mécanique du collagène, contrairement à ce qui était attendu. Cependant, le contenu en collagène dénaturé a augmenté de manière notable 12 heures après la course, avant de revenir au niveau de base après 7 jours de repos. Cette dénaturation du collagène était corrélée à l'augmentation de l'expression des métalloprotéinases (MMPs), suggérant que la dégradation protéolytique du collagène pendant le remodelage post-exercice est le principal mécanisme en jeu.
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Changements morphologiques et expression des MMPs dans les ténocytes post-course : Cette figure illustre les réponses cellulaires observées dans les tendons d'Achille suite à la course. On peut voir que les cellules du tendon (ténocytes) ont subi des changements morphologiques, avec une augmentation de l'expression de l'α-SMA (marqueur des fibroblastes activés). De plus, les MMPs étaient principalement localisées à proximité des ténocytes présentant des noyaux arrondis, indiquant que l'exercice induit une activation et un remodelage de ces cellules, qui jouent un rôle clé dans la dégradation du collagène.
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Accumulation de collagène dénaturé dans les tendons d'Achille lors d'une course prolongée : Cette figure montre les effets d'une course prolongée sur 4 à 12 semaines sur la structure du collagène dans les tendons d'Achille. On observe une accumulation progressive de collagène dénaturé, associée à une désorganisation des fibres de collagène et à l'expression élevée des MMPs. Ces changements histopathologiques caractérisent le développement de la tendinopathie, indiquant que la surcharge mécanique chronique peut conduire à des dommages structurels irréversibles du tendon.

Résultats clés et implications


L'exercice a induit l'activation et le remodelage des cellules du tendon (ténocytes), avec une augmentation de l'expression des MMPs

Les résultats de cette étude ont apporté des éléments inattendus sur les mécanismes de dénaturation du collagène dans les tendons d'Achille soumis à l'exercice. Contrairement à ce qui était attendu, la course n'a pas entraîné de dénaturation mécanique des molécules de collagène in vivo. En effet, aucune augmentation significative du collagène dénaturé n'a été observée même après 3 heures de course continue.

Cependant, le contenu en collagène dénaturé a augmenté de manière notable 12 heures après la course, avant de revenir au niveau de base après 7 jours de repos. Cette dénaturation du collagène était corrélée à l'augmentation de l'expression des MMPs dans les tendons. Ces résultats suggèrent que la dégradation protéolytique du collagène pendant le remodelage post-exercice est le principal mécanisme en jeu, plutôt qu'une simple déformation mécanique.
L'analyse histologique a également révélé des changements morphologiques des cellules du tendon (ténocytes) après la course, avec une augmentation de l'expression de l'α-SMA (marqueur des fibroblastes activés) et une localisation des MMPs à proximité des cellules présentant des noyaux arrondis. Ces observations indiquent que l'exercice induit une activation et un remodelage des cellules du tendon, qui jouent un rôle clé dans la dégradation du collagène.

Au niveau transcriptomique, la course a entraîné une régulation rapide de gènes liés aux réponses aux stimuli mécaniques, à l'inflammation et au remodelage de la matrice extracellulaire. Cela souligne l'ampleur de la réponse cellulaire complexe déclenchée par l'exercice dans le tendon, impliquant notamment des voies de signalisation liées à la détection des forces mécaniques, à l'inflammation et à la dégradation de la matrice.
Lorsque la course était prolongée sur 12 semaines, une accumulation progressive de collagène dénaturé a été observée dans les tendons d'Achille, associée à une désorganisation des fibres de collagène et à l'expression élevée des MMPs. Ces changements histopathologiques caractérisent le développement de la tendinopathie, indiquant que la surcharge mécanique chronique peut conduire à des dommages structurels irréversibles du tendon.

Enfin, l'utilisation d'un agent de contraste IRM ciblant spécifiquement le collagène dénaturé a permis de visualiser de manière non invasive les lésions des tendons d'Achille dans des modèles animaux de tendinopathie induite par la collagénase. Cette approche ouvre la voie à de nouvelles stratégies d'imagerie diagnostique pour la tendinopathie d'Achille.


La course prolongée a conduit à l'accumulation de collagène dénaturé et au développement de caractéristiques histopathologiques de tendinopathie

CONCLUSION

En conclusion, cette étude a apporté des éléments essentiels pour mieux comprendre les mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans la réponse des tendons d'Achille à l'exercice, et la manière dont ces processus peuvent conduire au développement de la tendinopathie. Les résultats obtenus remettent en question certaines hypothèses sur le rôle de la dénaturation mécanique du collagène, et soulignent l'importance des processus de remodelage et de dégradation enzymatique dans ce contexte. Ils ouvrent également de nouvelles perspectives pour l'imagerie diagnostique de cette pathologie.

L'étude

Fang Y, Zhu D, Wei J, Qian L, Qiu R, Jia T, Huang K, Zhao S, Ouyang J, Li M, Li S, Li Y. Collagen denaturation in post-run Achilles tendons and Achilles tendinopathy: In vivo mechanophysiology and magnetic resonance imaging. Sci Adv. 2024 Oct 2;10:eado2015. doi: 10.1126/sciadv.ado2015. PMID: 36577890.

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