Adipogenic and myogenic gene expression in rotator cuff muscle of the sheep after tendon tear

Chronic rotator cuff tendon tears lead to fatty infiltration and muscle atrophy with impaired physiological functions of the affected muscles. However, the cellular and molecular mechanisms of corresponding pathophysiological processes remain unknown. The purpose of this study was to characterize the expression pattern of adipogenic (PPARgamma, C/EBPbeta) and myogenic (myostatin, myogenin, Myf-5) transcription factors in infraspinatus muscle of sheep after tenotomy, implantation of a tension device, refixation of the tendon, and rehabilitation, reflecting a model of chronic rotator cuff tears. In contrast to human patients, the presented sheep model allows a temporal evaluation of the expression of a given marker in the same individual over time. Semiquantitative RT/PCR analysis of PPARgammaã, myostatin, myogenin, Myf-5, and C/EBPbeta transcript levels was carried out with sheep muscle biopsy-derived total RNA. We found a significantly increased expression of Myf-5 and PPARgamma after tenotomy and a significant change for Myf-5 and C/EBPbeta after continuous traction and refixation. This experimental sheep model allows the molecular analysis of pathomechanisms of muscular changes after rotator cuff tear. The results point to a crucial role of the transcription factors PPARgamma, C/EBPbeta, and Myf-5 in impairment and regeneration of rotator cuff muscles after tendon tears in sheep.

Cuff tear arthropathy: Evidence of functional variation in pyrophosphate metabolism genes

We investigated the role of two genes, ANKH and TNAP, in patients with cuff tear arthropathy. These genes encode proteins which regulate the extracellular concentration of inorganic pyrophosphate, fluctuations of which can lead to calcium crystal formation. Variants were detected by direct sequencing of DNA and their frequencies compared with healthy controls. The effect of variants on protein function was further studied by in vitro approaches. Variant genotypes were observed more frequently in the cases when compared with controls in ANKH (45% and 20%) and TNAP (32% and 9%). Variants in ANKH altered inorganic pyrophosphate (PPi) concentrations in transfected human chondrocytes. There was a higher mean serum concentration of TNAP detected in female patients compared with normal ranges. Cuff tear arthropathy is associated with variants in ANKH and TNAP that alter extracellular inorganic pyrophosphate concentrations causing calcium crystal deposition. This supports a theory that genetic variants predispose patients to primary crystal deposition which when combined with a massive rotator cuff tear leads to the development of arthritis.

Association of a large lateral extension of the acromion with rotator cuff tears

BACKGROUND: Factors predisposing to tearing of the rotator cuff are poorly understood. We have observed that the acromion of patients with a rotator cuff tear very often appears large on anteroposterior radiographs or during surgery. The purpose of this study was to quantify the lateral extension of the acromion in patients with a full-thickness rotator cuff tear and in patients with an intact rotator cuff. METHODS: The lateral extension of the acromion was assessed on true anteroposterior radiographs made with the arm in neutral rotation. The distance from the glenoid plane to the lateral border of the acromion was divided by the distance from the glenoid plane to the lateral aspect of the humeral head to calculate the acromion index. This index was determined in a group of 102 patients (average age, 65.0 years) with a proven full-thickness rotator cuff tear, in an age and gender-matched group of forty-seven patients (average age, 63.7 years) with osteoarthritis of the shoulder and an intact rotator cuff, and in an age and gender-matched control group of seventy volunteers (average age, 64.4 years) with an intact rotator cuff as demonstrated by ultrasonography. RESULTS: The average acromion index (and standard deviation) was 0.73 +/- 0.06 in the shoulders with a full-thickness tear, 0.60 +/- 0.08 in those with osteoarthritis and an intact rotator cuff, and 0.64 +/- 0.06 in the asymptomatic, normal shoulders with an intact rotator cuff. The difference between the index in the shoulders with a full-thickness supraspinatus tear and the index in those with an intact rotator cuff was highly significant (p < 0.0001). CONCLUSIONS: A large lateral extension of the acromion appears to be associated with full-thickness tearing of the rotator cuff.

Relationship of individual scapular anatomy and degenerative rotator cuff tears.

BACKGROUND The etiology of rotator cuff disease is age related, as documented by prevalence data. Despite conflicting results, growing evidence suggests that distinct scapular morphologies may accelerate the underlying degenerative process. The purpose of the present study was to evaluate the predictive power of 5 commonly used radiologic parameters of scapular morphology to discriminate between patients with intact rotator cuff tendons and those with torn rotator cuff tendons. METHODS A pre hoc power analysis was performed to determine the sample size. Two independent readers measured the acromion index, lateral acromion angle, and critical shoulder angle on standardized anteroposterior radiographs. In addition, the acromial morphology according to Bigliani and the acromial slope were determined on true outlet views. Measurements were performed in 51 consecutive patients with documented degenerative rotator cuff tears and in an age- and sex-matched control group of 51 patients with intact rotator cuff tendons. Receiver operating characteristic analyses were performed to determine cutoff values and to assess the sensitivity and specificity of each parameter. RESULTS Patients with degenerative rotator cuff tears demonstrated significantly higher acromion indices, smaller lateral acromion angles, and larger critical shoulder angles than patients with intact rotator cuffs. However, no difference was found between the acromial morphology according to Bigliani and the acromial slope. With an area under the receiver operating characteristic curve of 0.855 and an odds ratio of 10.8, the critical shoulder angle represented the strongest predictor for the presence of a rotator cuff tear. CONCLUSION The acromion index, lateral acromion angle, and critical shoulder angle accurately predict the presence of degenerative rotator cuff tears.

Ultrastructure and Pathoanatomy of the Rotator Cuff

The rotator cuff is a complex musculotendinous unit, which plays a major role in glenohumeral joint stability and mobilization. Tears of the rotator cuff tendon and its subsequent changes of the rotator cuff muscle are common, and the incidence increases with age. Several structures such as the muscle, tendon, and bone may contribute to the development of a tear as well as on the outcome following a rotator cuff repair. Knowledge of these structures may help to improve rotator cuff healing after rotator cuff tear. The goal of this chapter is to discuss the evidence which exists with regard to the pathophysiological changes in the muscle, tendon, and bone that lead to a rotator cuff rupture as well as the changes that occur in these structures after a tear has occurred.

Modifications in Early Rehabilitation Protocol after Rotator Cuff Repair : EMG Studies

La déchirure de la coiffe des rotateurs est une des causes les plus fréquentes de douleur et de dysfonctionnement de l'épaule. La réparation chirurgicale est couramment réalisée chez les patients symptomatiques et de nombreux efforts ont été faits pour améliorer les techniques chirurgicales. Cependant, le taux de re-déchirure est encore élevé ce qui affecte les stratégies de réhabilitation post-opératoire. Les recommandations post-chirurgicales doivent trouver un équilibre optimal entre le repos total afin de protéger le tendon réparé et les activités préconisées afin de restaurer l'amplitude articulaire et la force musculaire. Après une réparation de la coiffe, l'épaule est le plus souvent immobilisée grâce à une écharpe ou une orthèse. Cependant, cette immobilisation limite aussi la mobilité du coude et du poignet. Cette période qui peut durer de 4 à 6 semaines où seuls des mouvements passifs peuvent être réalisés. Ensuite, les patients sont incités à réaliser les exercices actifs assistés et des exercices actifs dans toute la mobilité articulaire pour récupérer respectivement l’amplitude complète de mouvement actif et se préparer aux exercices de résistance réalisés dans la phase suivante de la réadaptation. L’analyse électromyographique des muscles de l'épaule a fourni des évidences scientifiques pour la recommandation de beaucoup d'exercices de réadaptation au cours de cette période. Les activités sollicitant les muscles de la coiffe des rotateurs à moins de 20% de leur activation maximale volontaire sont considérés sécuritaires pour les premières phases de la réhabilitation. À partir de ce concept, l'objectif de cette thèse a été d'évaluer des activités musculaires de l'épaule pendant des mouvements et exercices qui peuvent théoriquement être effectués au cours des premières phases de la réhabilitation. Les trois questions principales de cette thèse sont : 1) Est-ce que la mobilisation du coude et du poignet produisent une grande activité des muscles de la coiffe? 2) Est-ce que les exercices de renforcement musculaire du bras, de l’avant-bras et du torse produisent une grande activité dans les muscles de la coiffe? 3) Au cours d'élévations actives du bras, est-ce que le plan d'élévation affecte l'activité de la coiffe des rotateurs? Dans notre première étude, nous avons évalué 15 muscles de l'épaule chez 14 sujets sains par électromyographie de surface et intramusculaire. Nos résultats ont montré qu’avec une orthèse d’épaule, les mouvements du coude et du poignet et même quelques exercices de renforcement impliquant ces deux articulations, activent de manière sécuritaire les muscles de ii la coiffe. Nous avons également introduit des tâches de la vie quotidienne qui peuvent être effectuées en toute sécurité pendant la période d'immobilisation. Ces résultats peuvent aider à modifier la conception d'orthèses de l’épaule. Dans notre deuxième étude, nous avons montré que l'adduction du bras réalisée contre une mousse à faible densité, positionnée pour remplacer le triangle d’une orthèse, produit des activations des muscles de la coiffe sécuritaires. Dans notre troisième étude, nous avons évalué l'électromyographie des muscles de l’épaule pendant les tâches d'élévation du bras chez 8 patients symptomatiques avec la déchirure de coiffe des rotateurs. Nous avons constaté que l'activité du supra-épineux était significativement plus élevée pendant l’abduction que pendant la scaption et la flexion. Ce résultat suggère une séquence de plan d’élévation active pendant la rééducation. Les résultats présentés dans cette thèse, suggèrent quelques modifications dans les protocoles de réadaptation de l’épaule pendant les 12 premières semaines après la réparation de la coiffe. Ces suggestions fournissent également des évidences scientifiques pour la production d'orthèses plus dynamiques et fonctionnelles à l’articulation de l’épaule.

Modifications in Early Rehabilitation Protocol after Rotator Cuff Repair : EMG Studies

La déchirure de la coiffe des rotateurs est une des causes les plus fréquentes de douleur et de dysfonctionnement de l'épaule. La réparation chirurgicale est couramment réalisée chez les patients symptomatiques et de nombreux efforts ont été faits pour améliorer les techniques chirurgicales. Cependant, le taux de re-déchirure est encore élevé ce qui affecte les stratégies de réhabilitation post-opératoire. Les recommandations post-chirurgicales doivent trouver un équilibre optimal entre le repos total afin de protéger le tendon réparé et les activités préconisées afin de restaurer l'amplitude articulaire et la force musculaire. Après une réparation de la coiffe, l'épaule est le plus souvent immobilisée grâce à une écharpe ou une orthèse. Cependant, cette immobilisation limite aussi la mobilité du coude et du poignet. Cette période qui peut durer de 4 à 6 semaines où seuls des mouvements passifs peuvent être réalisés. Ensuite, les patients sont incités à réaliser les exercices actifs assistés et des exercices actifs dans toute la mobilité articulaire pour récupérer respectivement l’amplitude complète de mouvement actif et se préparer aux exercices de résistance réalisés dans la phase suivante de la réadaptation. L’analyse électromyographique des muscles de l'épaule a fourni des évidences scientifiques pour la recommandation de beaucoup d'exercices de réadaptation au cours de cette période. Les activités sollicitant les muscles de la coiffe des rotateurs à moins de 20% de leur activation maximale volontaire sont considérés sécuritaires pour les premières phases de la réhabilitation. À partir de ce concept, l'objectif de cette thèse a été d'évaluer des activités musculaires de l'épaule pendant des mouvements et exercices qui peuvent théoriquement être effectués au cours des premières phases de la réhabilitation. Les trois questions principales de cette thèse sont : 1) Est-ce que la mobilisation du coude et du poignet produisent une grande activité des muscles de la coiffe? 2) Est-ce que les exercices de renforcement musculaire du bras, de l’avant-bras et du torse produisent une grande activité dans les muscles de la coiffe? 3) Au cours d'élévations actives du bras, est-ce que le plan d'élévation affecte l'activité de la coiffe des rotateurs? Dans notre première étude, nous avons évalué 15 muscles de l'épaule chez 14 sujets sains par électromyographie de surface et intramusculaire. Nos résultats ont montré qu’avec une orthèse d’épaule, les mouvements du coude et du poignet et même quelques exercices de renforcement impliquant ces deux articulations, activent de manière sécuritaire les muscles de ii la coiffe. Nous avons également introduit des tâches de la vie quotidienne qui peuvent être effectuées en toute sécurité pendant la période d'immobilisation. Ces résultats peuvent aider à modifier la conception d'orthèses de l’épaule. Dans notre deuxième étude, nous avons montré que l'adduction du bras réalisée contre une mousse à faible densité, positionnée pour remplacer le triangle d’une orthèse, produit des activations des muscles de la coiffe sécuritaires. Dans notre troisième étude, nous avons évalué l'électromyographie des muscles de l’épaule pendant les tâches d'élévation du bras chez 8 patients symptomatiques avec la déchirure de coiffe des rotateurs. Nous avons constaté que l'activité du supra-épineux était significativement plus élevée pendant l’abduction que pendant la scaption et la flexion. Ce résultat suggère une séquence de plan d’élévation active pendant la rééducation. Les résultats présentés dans cette thèse, suggèrent quelques modifications dans les protocoles de réadaptation de l’épaule pendant les 12 premières semaines après la réparation de la coiffe. Ces suggestions fournissent également des évidences scientifiques pour la production d'orthèses plus dynamiques et fonctionnelles à l’articulation de l’épaule.

Rotator cuff muscles lose responsiveness to anabolic steroids after tendon tear and musculotendinous retraction: an experimental study in sheep

Long-standing rotator cuff tendon tearing is associated with retraction, loss of work capacity, irreversible fatty infiltration, and atrophy of the rotator cuff muscles. Although continuous musculotendinous relengthening can experimentally restore muscular architecture, restoration of atrophy and fatty infiltration is hitherto impossible.

Long-term outcome after structural failure of rotator cuff repairs

BACKGROUND: In a previous study, twenty consecutive patients with a rerupture of the rotator cuff, as documented with magnetic resonance imaging, were found to have significantly less pain and better function and strength, compared with the preoperative state, at 3.2 years postoperatively. It was the purpose of this study to determine the clinical and structural outcomes of these reruptures in the same twenty patients after a longer period of follow-up. METHODS: At a mean of 7.6 years postoperatively, the twenty patients were reexamined clinically and with standard radiographs and magnetic resonance imaging with use of the same clinical, radiographic, and magnetic resonance imaging criteria as were utilized in the review at 3.2 years. The mean age at the time of final follow-up was sixty-six years. RESULTS: Nineteen of the twenty patients continued to be either very satisfied or satisfied with the outcome. The relative Constant score averaged 88% and was not significantly different from the score at 3.2 years, which averaged 83%. The mean scores for pain, function, and strength also had not changed significantly. Overall, the twenty reruptures had not increased in size, and eight of them had healed structurally at the time of the 7.6-year follow-up. Seven of these eight reruptures had been of the supraspinatus tendon only, and seven had been smaller than 400 mm(2) at 3.2 years. Twelve reruptures persisted, and five were larger than the preoperative tear. Fatty infiltration of the infraspinatus muscle progressed significantly (p = 0.015) and the acromiohumeral distance decreased significantly (p = 0.006) between the two follow-up periods. Neither fatty infiltration of the supraspinatus and subscapularis muscles nor glenohumeral osteoarthritis progressed significantly. CONCLUSIONS: At an average of 7.6 years, the clinical outcomes after structural failure of rotator cuff repairs remained significantly improved over the preoperative state in terms of pain, function, strength, and patient satisfaction. Overall, the reruptures that had been present at 3.2 years did not increase in size. We also found that reruptures of the supraspinatus that had been smaller than 400 mm(2) had the potential to heal.

Acute flare induced by the calcific tendonitis of the rotator cuff: inhibition of IL-1 a potential therapeutic target?

Introduction: Calcific tendonitis of rotator cuff is observed on plainradiographs in 10% of adults, but remains asymptomatic in half thesecases. Sometimes, these calcifications induce acute flares withmassive inflammation similar to gout or CPPD crisis. Analgesics/anti-inflammatory medications are usually not sufficient to controlssymptoms in these situations. Local steroid infiltration with or withoutremoval of the calcific deposition with a needle aspiration may beuseful. A new approach could be IL-1 inhibitors. Indeed, basic calciumphosphate crystals are capable of stimulating the release of activeIL-1β in vitro. These crystals trigger IL-1β release, in an analogousmanner to MSU crystals in acute gout, suggesting that IL-1β blockademay be clinically useful.Case presentation: This report describes a 70-year old woman withacute rest pain of the right shoulder since 48 hours. On examination,we found massive limitations of active and passive movements. Thepatient evaluated, on the visual scale, her symptoms at 10/10 the nightand 5/10 the day. The radiography and showed a rounded, 8 mmcalcification in the subscapularis tendon. The ultrasound aspectrevealed a heterogeneous calcification partially non solid, surroundedby massive inflammation on Doppler. C-reactive protein anderythrocyte sedimentation rate were high (74 mg/ml, 54 mm/hour).The patient received subcutaneous injections of anakinra: 100 mgdaily for 3 days (D1-D3). We evaluated the patient in our consult at dayD1, D2, D3, D7, D16 and by phone at D70.This treatment rapidly relieved the inflammatory symptoms (within afew hours with no relapse). The mobility of the shoulder, the biologicsparameters improved and the size of the calcification as well thedegree of inflammation regressed on ultrasound after 3 days.Conclusion: This is the first report of a woman with an acute flareinduced by calcific tendonitis who received anakinra. IL-1 inhibitionmay be a therapeutic target in calcific tendonitis. To analyse thisresponse more precisely and elaborate definitive conclusions, aprospective pilot study is on-going in our ambulatory institute.

Evaluation of rotator cuff muscle strength in healthy individuals

OBJECTIVE: To compare the strength generated by the rotator muscles of the shoulder joint between the right upper limb and left upper limb among healthy individuals. METHODS: To evaluate the muscle strength of upper limbs from isometric contractions in the horizontal direction (rotation) an isometric dynamometer was used, equipped with transducers, signal conditioning, a data acquisition board, and finally, a computer. Study participants were 22 male military subjects, aged between 18 and 19 years old, body mass between 57.7 and 93.0 kg (71.8 ± 9.45 kg) and height between 1.67 and 1.90 m (1.75 ± 0.06 m), healthy and without clinical diseases or any type of orthopedic injury in the muscle skeletal system. RESULTS: The internal rotation in the right upper limb (RUL) was higher than the average strength of internal rotation in the left upper limb (LUL) (p = 0.723). The external rotation strength in RUL was lower than the average strength of external rotation in the LUL (p=0.788). No statistical difference was observed by comparing the strength values of all isometric strength tests. CONCLUSION: For the sample and methodology used to assess muscle strength, there was no statistical difference between the strength generated by the muscles of the rotator cuff of the right and left upper limbs. Experimental Study.