Erforschung der Regulierung des Blutflusses zum Knochen beim Menschen

Alle Gewebe des menschlichen Körpers benötigen eine ausreichende Durchblutung, um Sauerstoff und Nährstoffe bereitzustellen, um den Stoffwechselbedarf zu decken. Es ist seit langem bekannt, dass das Arteriensystem im Knochen von überwältigender Bedeutung ist und dass der Knochen ohne Blutfluss seine Integrität nicht aufrechterhalten kann. Tatsächlich gibt es ein ausgedehntes Netz von Arterien, Arteriolen und Kapillaren, die den menschlichen Knochen versorgen. Darüber hinaus reagiert der Blutfluss zum Knochen auf verschiedene lokale und systemische Faktoren, die die Gesamtgesundheit des Knochens bestimmen können. Die Knochenperfusion beim Menschen bleibt jedoch relativ unerforscht, und daher sind die zugrunde liegenden Mechanismen, die den Knochenblutfluss regulieren, nicht gut verstanden. Die Forscher schlagen vor, Schlüsselmechanismen zu untersuchen, die die Knochendurchblutung bei gesunden Personen regulieren, und sie mit Personen mit Querschnittlähmung (SCI) zu vergleichen. SCI stellt ein menschliches "Modell" für chronisch reduzierte Belastung mit Verlust der sympathischen Regulation unterhalb des Verletzungsniveaus dar, das wahrscheinlich die Kontrolle der Knochenperfusion verändert. Dementsprechend sind unsere Ziele: 1) Bestimmung der Auswirkung der Druckbelastung mit und ohne assoziierte Muskelkontraktionen auf die tibiale Perfusion; 2) Bestimmung des Einflusses der vaskulären sympathischen Aktivität und des systemischen Perfusionsdrucks auf die tibiale Perfusion; 3) Vergleichen Sie die Veränderungen der tibialen Durchblutung als Reaktion auf lokale und systemische Faktoren bei Nichtbehinderten und Personen mit Querschnittlähmung.

Der Großteil der Arbeiten zum Knochenblutfluss wurde an Tieren durchgeführt und/oder konzentrierte sich auf den Zusammenhang zwischen adäquater oder unzureichender Perfusion und Knochengesundheit. Beispielsweise wurde ein unzureichender Fluss mit Knochenverlust, beeinträchtigtem Wachstum und verzögerter Frakturheilung in Verbindung gebracht. Der akute Stoffwechselbedarf des Knochens aufgrund der Belastung entweder mit oder ohne assoziierte Muskelkontraktionen erhöht jedoch den Fluss erheblich. Tatsächlich hat sich gezeigt, dass innerhalb von zwei Minuten allein nach isolierten Muskelkontraktionen die tibiale Durchblutung signifikant zunimmt. Darüber hinaus kann sich bei einer Druckbelastung mit damit verbundenen Muskelkontraktionen der Fluss zum Knochen verdoppeln. In ähnlicher Weise reduziert eine Skelettentlastung für nur zehn Minuten die femorale Perfusion um die Hälfte. Obwohl unklar ist, welche spezifischen lokalen Faktoren (z. B. metabolische Nebenprodukte) bei der Belastung für die Regulierung des Blutflusses verantwortlich sein könnten, deuten diese Daten stark darauf hin, dass die Perfusion zum Knochen stark auf die Belastung des Skeletts anspricht. Tatsächlich scheint es, dass ähnliche Regulationsmechanismen bei der Kontrolle des Flusses zu Knochen und Skelettmuskeln während des Trainings eine Rolle spielen. Darüber hinaus ist das Knochengefäßsystem reich von sympathischen Nerven innerviert. Die Anwendung von Norepinephrin verringert den Blutfluss sowohl zum intakten als auch zum isolierten Knochen. Ebenso verringert die sympathische Stimulation den Fluss zum Knochen über die Aktivierung des alpha-adrenergen Rezeptors. Darüber hinaus reagieren die glatten Muskeln der Arteriolen im Knochen erwartungsgemäß auf Vasodilatatoren und Vasokonstriktoren. Daher dient die sympathische Innervation des Knochengefäßsystems einem funktionellen Zweck bei der Steuerung des Flusses. Wäre dies nicht der Fall, würde unabhängig von der Verbindung zwischen Knochenstoffwechsel und Knochenfluss das arterielle Netzwerk im Knochen als einfaches druckpassives System wirken.

Eine kritische Einschränkung bei der Untersuchung des Knochenflusses beim Menschen war das Fehlen nichtinvasiver Bewertungen. Daher war es schwierig, die Mechanismen aufzuklären, die die Durchblutung des Knochens steuern. Die dichte Beschaffenheit des Knochens macht es schwierig, die Durchblutung zu untersuchen, und die Techniken, die zur Quantifizierung der Durchblutung in anderen Geweben verwendet werden, sind entweder schwierig oder unmöglich in vivo auf Knochen anzuwenden. Die Forscher demonstrierten kürzlich die Wirksamkeit eines Nahinfrarot-Spektroskopiesystems (NIRS) zur nicht-invasiven Erkennung von Änderungen des Hämoglobingehalts im Schienbein. Obwohl unsere Vorarbeiten den Nutzen von NIRS zeigten, war es nicht darauf ausgelegt, einen Einblick in die Regulierung des Blutflusses zu geben und die verschiedenen möglichen Beiträge zur Knochenperfusion zu entwirren. Hier schlagen die Forscher vor, verschiedene Mechanismen zu untersuchen, die den Blutfluss zum Knochen sowohl bei gesunden als auch bei Rückenmarksverletzten (SCI) kontrollieren. Die SCI-Population wird wertvolle Einblicke in die Perfusionsmechanismen bieten, da mehrere Mitwirkende (z. Belastung und vaskuläre sympathische Kontrolle) sind entweder reduziert oder gestört.