Badanie regulacji przepływu krwi do kości u ludzi

Wszystkie tkanki ludzkiego ciała wymagają odpowiedniej perfuzji, aby zapewnić tlen i składniki odżywcze w celu zaspokojenia potrzeb metabolicznych. Od dawna wiadomo, że układ tętniczy w kości ma ogromne znaczenie i że bez przepływu krwi kość nie może zachować swojej integralności. Rzeczywiście, istnieje rozległa sieć tętnic, tętniczek i naczyń włosowatych, które zaopatrują ludzkie kości. Ponadto przepływ krwi do kości jest zależny od różnych lokalnych i ogólnoustrojowych czynników, które mogą determinować ogólny stan kości. Jednak perfuzja kości u ludzi pozostaje stosunkowo niezbadana, więc podstawowe mechanizmy regulujące przepływ krwi w kościach nie są dobrze poznane. Badacze proponują zbadanie kluczowych mechanizmów regulujących perfuzję kości u osób sprawnych fizycznie i porównanie ich z osobami po urazie rdzenia kręgowego (SCI). SCI reprezentuje ludzki „model” chronicznego zmniejszonego obciążenia z utratą regulacji współczulnej poniżej poziomu urazu, który prawdopodobnie zmienia kontrolę perfuzji kości. W związku z tym naszym celem jest: 1) Określenie wpływu obciążenia ściskającego z towarzyszącymi skurczami mięśni i bez nich na perfuzję kości piszczelowej; 2) Określić wpływ naczyniowej aktywności współczulnej i ogólnoustrojowego ciśnienia perfuzyjnego na perfuzję kości piszczelowej; 3) Porównaj zmiany perfuzji kości piszczelowej w odpowiedzi na czynniki miejscowe i ogólnoustrojowe między osobami sprawnymi a osobami po SCI.

Większość prac dotyczących przepływu krwi w kościach przeprowadzono na zwierzętach i/lub skupiono się na związku między odpowiednią lub nieodpowiednią perfuzją a zdrowiem kości. Na przykład nieodpowiedni przepływ jest związany z utratą masy kostnej, upośledzonym wzrostem i opóźnionym gojeniem się złamań. Jednak ostre potrzeby metaboliczne kości spowodowane obciążeniem, z towarzyszącymi skurczami mięśni lub bez, znacznie zwiększają przepływ. Rzeczywiście, w ciągu dwóch minut od samych pojedynczych skurczów mięśni wykazano, że perfuzja kości piszczelowej znacznie wzrasta. Ponadto, gdy występuje obciążenie ściskające z towarzyszącymi skurczami mięśni, przepływ do kości może się podwoić. Podobnie odciążenie szkieletu przez zaledwie dziesięć minut zmniejsza perfuzję kości udowej o połowę. Chociaż nie jest jasne, jakie specyficzne czynniki lokalne (np. Produkty uboczne metabolizmu) związane z obciążeniem mogą być odpowiedzialne za regulację przepływu krwi, dane te zdecydowanie sugerują, że perfuzja kości jest wysoce wrażliwa na obciążenie szkieletu. Rzeczywiście wydaje się, że podobne mechanizmy regulacyjne mogą odgrywać rolę w kontrolowaniu przepływu do kości i mięśni szkieletowych podczas ćwiczeń. Ponadto układ naczyniowy kości jest bogato unerwiony przez nerwy współczulne. Podanie norepinefryny zmniejsza przepływ krwi zarówno do kości nienaruszonej, jak i izolowanej. Podobnie stymulacja układu współczulnego zmniejsza przepływ do kości poprzez aktywację receptora alfa-adrenergicznego. Ponadto mięśnie gładkie tętniczek w kości reagują zgodnie z oczekiwaniami na środki rozszerzające naczynia i zwężające naczynia. Stąd współczulne unerwienie układu naczyniowego kości służy funkcjonalnemu celowi w kontrolowaniu przepływu. Gdyby tak nie było, niezależnie od związku między metabolizmem kostnym a przepływem kostnym sieć tętnic w kości działałaby jak prosty bierny układ ciśnieniowy.

Krytycznym ograniczeniem badania przepływu kostnego u ludzi był brak nieinwazyjnych ocen. Dlatego trudno było wyjaśnić mechanizmy kontrolujące perfuzję do kości. Gęsta natura kości utrudnia badanie perfuzji, a techniki stosowane do ilościowego określania krążenia w innych tkankach są trudne lub niemożliwe do zastosowania do kości in vivo. badacze niedawno wykazali skuteczność systemu spektroskopii w bliskiej podczerwieni (NIRS) w nieinwazyjnym wykrywaniu zmian zawartości hemoglobiny w kości piszczelowej. Chociaż nasza wstępna praca wykazała użyteczność NIRS, nie została zaprojektowana w celu zapewnienia wglądu w regulację przepływu krwi i rozplątania różnych możliwych czynników przyczyniających się do perfuzji kości. Tutaj badacze proponują zbadanie różnych mechanizmów kontrolujących przepływ krwi do kości zarówno u osób sprawnych fizycznie, jak i po urazie rdzenia kręgowego (SCI). Populacja SCI zapewni cenny wgląd w mechanizmy perfuzji jako kilku współpracowników (tj. ładowanie i współczulna kontrola naczyń) są zmniejszone lub zakłócone.