Bone Perfusion Alterations in Chronic Kidney Disease

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI)Patients with chronic kidney disease (CKD) are at an alarming risk of fracture and cardiovascular disease-associated mortality. There is a critical need to better understand the underlying mechanism driving altered cardiovascular and skeletal homeostasis, as well as any connection between the two. CKD has been shown to have negative effects on many vascular properties including endorgan perfusion. Surprisingly, exploration of skeletal perfusion and vasculature has not been undertaken in CKD. Alterations in bone perfusion are linked to dysregulation of bone remodeling and mass in multiple conditions. An understanding of the detrimental impact of CKD on bone perfusion is a crucial step in understanding bone disease in these patients. The goal of this series of studies was to test the global hypothesis that skeletal perfusion is altered in CKD and that alterations can be modulated through treatments that affect metabolic dysfunction. These studies utilized a rat model of CKD to conduct metabolic assessments, bone perfusion measurements, bone imaging studies, and isolated vessel reactivity experiments. Our results showed that animals with CKD had higher levels of parathyroid hormone (PTH), leading to substantial bone resorption. Bone perfusion measurements showed CKD-induced elevations in cortical bone perfusion with levels progressing alongside CKD severity. Conversely we show that marrow perfusion was lower in advanced CKD. PTH suppression therapy in animals with CKD resulted in the normalization of cortical bone perfusion and cortical bone mass, but did not normalize marrow bone perfusion. These results show a clear association between bone deterioration and altered bone perfusion in CKD. While the relationship of altered bone perfusion and bone deterioration in CKD necessitates further work, these results indicate that determining the mechanisms of bone perfusion alterations and whether they are drivers, propagators, or consequences of skeletal deterioration in CKD could help untangle a key player in CKD-induced bone alterations

Reperfusion von Knochen und Muskel - eine experimentelle Studie mittels fluoreszierender Mikrosphären

Einleitung: Viele operative Eingriffe werden unter Blutsperre durchgeführt. Postoperativ kommt es gehäuft zu Komplikationen an Muskeln und Knochen, als Post-Tourniquet-Syndrom zusammengefasst. In ihrer Pathogenese spielen wahrscheinlich hämodynamische Veränderungen während der Reperfusion eine bedeutende Rolle. Ziel der vorliegenden Studie war es, die Dynamik der Reperfusion der langen Röhrenknochen und Muskeln nach Ischämie zu klären. Die Blutflussmessung wurde mittels fluoreszierender Mikrosphären durchgeführt. Methodik: 13 Kaninchen wurde eine Blutsperre angelegt und für 60 bzw. 120 Minuten belassen. Die Tiere erhielten in Narkose linksventrikuläre Injektionen von fluoreszierenden Mikrosphären 1, 5, 15, 30, 60 und 90 Minuten nach Lösen der Blutsperre. Beide Femora, Tibiae und Tali sowie Mm. gastrocnemicae und tibialis anteriores wurden nach einem festgelegten Dissektionsschema in Proben aufgeteilt und die Fluoreszenz automatisiert gemessen. Hiermit konnte der Blutfluss errechnet werden. Ergebnisse: Im Knochen und in der Muskulatur trat nach Entfernen der Blutsperre eine sofortige Hyperämie auf. Nach 120 Minuten Ischämiezeit war die Mehrdurchblutung höher und hielt länger an als nach 60 Minuten Ischämiezeit. Im Knochen war der maximale Blutfluss auf das 1,4 fache, im Muskel sogar auf das 6 fache erhöht. Nach einer Stunde Ischämiezeit war der Blutfluss 15 Minuten erhöht und nach 2 Stunden 90 Minuten. Regionale Unterschiede in der Knochendurchblutung nach Ischämie fanden sich nicht. Schlussfolgerung: Diese Ergebnisse belegen die Abhängigkeit der Knochen- und Muskeldurchblutung während der Reperfusion von der Ischämiezeit. Es ergeben sich Unterschiede in der Dynamik und im Ausmaß der Durchblutungsänderung. Dieser Zusammenhang kann zur Klärung der Pathogenese postoperativer Komplikationen nach Blutsperre beitragen