Esplorazione della regolazione del flusso sanguigno all'osso negli esseri umani

Tutti i tessuti del corpo umano richiedono un'adeguata perfusione per fornire ossigeno e sostanze nutritive per soddisfare le richieste metaboliche. È noto da tempo che il sistema arterioso nell'osso è di enorme importanza e che senza flusso sanguigno, l'osso non può mantenere la sua integrità. In effetti, esiste una vasta rete di arterie, arteriole e capillari che forniscono l'osso umano. Inoltre, il flusso sanguigno alle ossa risponde a vari fattori locali e sistemici che possono determinare la salute generale delle ossa. Tuttavia, la perfusione ossea negli esseri umani rimane relativamente poco studiata e quindi i meccanismi sottostanti che regolano il flusso sanguigno osseo non sono ben compresi. I ricercatori propongono di studiare i meccanismi chiave che regolano la perfusione ossea in individui normodotati e di contrastarli con individui con lesioni del midollo spinale (SCI). La SCI rappresenta un "modello" umano di carico ridotto cronico con perdita di regolazione simpatica al di sotto del livello di lesione che probabilmente altera il controllo della perfusione ossea. Di conseguenza, i nostri obiettivi sono: 1) Determinare l'impatto del carico compressivo con e senza contrazioni muscolari associate sulla perfusione tibiale; 2) determinare l'impatto dell'attività simpatica vascolare e della pressione di perfusione sistemica sulla perfusione tibiale; 3) Confrontare i cambiamenti nella perfusione tibiale in risposta a fattori locali e sistemici tra normodotati e quelli con LM.

La maggior parte del lavoro sul flusso sanguigno osseo è stata svolta negli animali e/o si è concentrata sull'associazione tra perfusione adeguata o inadeguata e salute delle ossa. Ad esempio, un flusso inadeguato è stato associato a perdita ossea, crescita ridotta e ritardata guarigione della frattura. Tuttavia, le esigenze metaboliche acute dell'osso dovute al carico, con o senza contrazioni muscolari associate, aumentano sostanzialmente il flusso. Infatti, entro due minuti dalle sole contrazioni muscolari isolate, è stato dimostrato che la perfusione tibiale aumenta in modo significativo. Inoltre, quando c'è un carico compressivo con contrazioni muscolari associate, il flusso verso l'osso può raddoppiare. Allo stesso modo, lo scarico scheletrico per soli dieci minuti dimezza la perfusione femorale. Sebbene non sia chiaro quali fattori locali specifici (ad esempio, sottoprodotti metabolici) con il carico possano essere responsabili della regolazione del flusso sanguigno, questi dati suggeriscono fortemente che la perfusione ossea è altamente reattiva al carico scheletrico. In effetti, sembra che meccanismi regolatori simili possano essere in gioco nel controllo del flusso alle ossa e al muscolo scheletrico durante l'esercizio. Inoltre, la vascolarizzazione ossea è riccamente innervata dai nervi simpatici. L'applicazione di norepinefrina riduce il flusso sanguigno sia all'osso intatto che all'osso isolato. Allo stesso modo, la stimolazione simpatica diminuisce il flusso osseo attraverso l'attivazione del recettore alfa-adrenergico. Inoltre, la muscolatura liscia delle arteriole nell'osso risponde come previsto ai vasodilatatori e ai vasocostrittori. Quindi, l'innervazione simpatica della vascolarizzazione ossea ha uno scopo funzionale nel controllo del flusso. Se così non fosse, indipendentemente dal legame tra metabolismo osseo e flusso osseo, la rete arteriosa nell'osso agirebbe come un semplice sistema passivo di pressione.

Una limitazione critica allo studio del flusso osseo negli esseri umani è stata la mancanza di valutazioni non invasive. Pertanto, è stato difficile chiarire i meccanismi che controllano la perfusione ossea. La natura densa dell'osso rende difficile studiare la perfusione e le tecniche utilizzate per quantificare la circolazione in altri tessuti sono difficili o impossibili da applicare all'osso in vivo. i ricercatori hanno recentemente dimostrato l'efficacia di un sistema di spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS) per rilevare in modo non invasivo i cambiamenti nel contenuto di emoglobina nella tibia. Sebbene il nostro lavoro preliminare abbia mostrato l'utilità del NIRS, non è stato progettato per fornire informazioni sulla regolazione del flusso sanguigno e districare i vari possibili contributori alla perfusione ossea. Qui i ricercatori propongono di studiare diversi meccanismi che controllano il flusso sanguigno alle ossa sia nei soggetti normodotati che in quelli con lesioni del midollo spinale (SCI). La popolazione LM offrirà preziose informazioni sui meccanismi di perfusione in quanto diversi contributori (ad es. carico e controllo vascolare simpatico) sono ridotti o interrotti.