神経と骨:複雑な関係
最近の研究で、神経の健康と骨の成長の複雑な関係が明らかになったよ。
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目次
骨は単なる硬い構造物じゃないんだ。ダイナミックで、さまざまな要因、例えば機械的ストレスや神経の関与に反応するんだ。最近の研究では、骨の中での神経の役割、変化をどう感じ取るか、骨細胞との相互作用が骨の健康にどう影響するかを見ているんだ。
骨の神経支配
骨には感覚神経と交感神経が含まれてる。これらの神経は中枢神経系とつながっていて、体が痛みを感じたり骨内の血流をコントロールできるようになってる。ほとんどの神経線維は血管の近くや骨の外層、すなわち骨膜にあるけど、内側の血管性のシヌソイドには神経がほとんどないんだ。
研究によって、骨膜には神経線維の数に基づいて3つの異なる神経ニッチが識別された。このニッチは痛みを感じることや骨の成長を助ける役割を果たすかもしれないけど、その正確な機能はまだ不明。さらに、これらの神経は骨細胞がどう機能するか、骨がどう形成されるかを調整するのを助けるかもしれない。
臨床的観察
末梢神経が損傷すると、骨の健康に問題が起きることがあるんだ。たとえば、糖尿病や神経損傷を持つ人は、骨の脆弱性が増すことが多い。これは神経と骨の健康の両方に影響を与える共通の要因があることを示唆してる。興味深いのは、神経が損傷しても骨はストレスに反応することがあるけど、神経の健康と骨の成長の関係は複雑なんだ。
機械的負荷による骨の適応の役割
骨は、体重を支える運動などの機械的ストレスに適応するんだ。これは骨の強度を維持するために重要。骨に負荷がかかると、骨にある特別な細胞、オステオサイトがこのストレスを感知して、他の骨細胞とコミュニケーションを取って骨の形成を促進する。神経系も骨が機械的負荷に反応する方法に関与している可能性があるって考えられてきてる。これは神経損傷を持つ人にとって特に重要で、骨成長を促進するための標準的なプログラムは運動を含むことが多いから。
神経と骨の成長の関係をよく理解するために、いくつかの研究が行われている。一部の研究では神経活動をブロックすると、重い負荷に対する骨の成長が減少することがわかったけど、他の研究では神経を取り除いても骨はストレスに適応することが確認された。この結果のばらつきは、さらに詳しい調査が必要なことを示してる。
神経の影響を調査する技術
神経が骨の成長にどう影響するかを調べるために、研究者は新しい方法を開発している。その一つはRadialQuantというツールで、神経と骨の成長がどう関係しているかを分析するのに役立つんだ。神経活動が骨に現れる特別に育てられたマウスを使って、研究者はストレスがかかるときの神経が骨形成に与える影響を研究するモデルを作ることができる。
実験デザイン
これらの実験で、研究者は神経損傷を模した条件を作って、機械的負荷に対する骨の反応を測定した。技術としては、神経を切断して特定の負荷を骨にかける外科的手法が含まれている。その後の測定によって骨の構造や神経の分布における変化についての洞察が得られた。
骨の成長に関する発見
結果は、神経が骨に存在し、骨の健康に影響を与えるかもしれないけど、骨が機械的負荷に適応するためには必須ではないことを示した。神経が切断されても、骨は適用されたストレスに反応して成長した。ただし、成長する場所の分布は神経を取り除いた後に変化した。いつも成長が起こる場所ではなく、他の骨の表面に移った。
例えば、雌マウスでは骨へのストレスが増えると特定の表面での活動が増えたけど、神経がない肢では外側の表面で骨の成長が見られた。これは、神経が骨の成長をどこで行うかを導くのに役立つかもしれないけど、成長自体には必ずしも必要ないことを示唆してる。
筋肉や他の要因の役割
神経の損傷による動きの変化など、筋肉の活動や他の要因が骨の成長にどう影響するかも考えることが重要だ。神経の損傷は人や動物の動き方を変えることが多く、それが骨にかかるストレスの分配に無意識的な変化をもたらすことがある。だから、これらの動きの変化を理解することで、神経損傷後の骨の反応の変化を説明できるかもしれない。
神経損傷が骨の健康に与える影響
機械的負荷を超えて、神経損傷はさまざまな状態で骨の喪失を増加させることがある。これは神経と骨格系の両方に関与するいくつかの相互に関連した要因が関係しているかもしれない。神経が損傷しても、骨は機械的負荷に反応し続けるけど、成長するパターンや場所に変化があるかもしれない。
臨床設定への影響
この発見は、神経損傷を持つ患者のリハビリテーションや運動プログラムを計画する際に慎重に考慮する必要があることを強調してる。末梢神経障害を持つ人でも、骨の健康を維持するために体重を支える運動を促進することが重要なんだ。神経の問題があっても負荷をかけることで骨の成長を支えることは、神経が最適に機能していない場合でも治療が効果的であり続けることを示してる。
神経と骨の研究の未来
今後の研究では神経と骨の複雑な関係を明らかにすることを目指すべきだ。新しい技術や方法を使うことで、研究者は神経活動と機械的ストレスが骨の適応と健康に与える影響をさらに詳細に検討できる。この知識は、神経と骨の健康に影響を与える状態を持つ人々の治療戦略を改善するのに役立つよ。
結論
神経と骨の健康の関係を理解することは、特に神経損傷を持つ患者にとって骨の強度を維持するための効果的な戦略を開発するために重要なんだ。局所的な神経は骨がストレスに適応する方法に影響を与えることがあるけど、このプロセスが発生するために厳密には必要ではない。だから、体重を支える運動を促進することは、末梢神経の問題を抱えている人にとっても骨の健康の重要な部分であり続けるんだ。この分野での研究の継続は、骨と神経の健康に課題を抱える患者の結果を改善するために不可欠だよ。
タイトル: Spatial histomorphometry reveals that local peripheral nerves modulate but are not required for skeletal adaptation to applied load in mice
概要: Mechanical loading is required for bone health and results in skeletal adaptation to optimize strength. Local nerve axons, particularly within the periosteum, may respond to load-induced biomechanical and biochemical cues. However, their role in the bone anabolic response remains controversial. We hypothesized that spatial alignment of periosteal nerves with sites of load-induced bone formation would clarify this relationship. To achieve this, we developed RadialQuant, a custom tool for spatial histomorphometry. Tibiae of control and neurectomized (sciatic/femoral nerve cut) pan-neuronal Baf53b-tdTomato reporter mice were loaded for 5-days. Bone formation and periosteal nerve axon density were then quantified simultaneously in non-decalcified sections of the mid-diaphysis using RadialQuant. In control animals, anabolic loading induced maximal periosteal bone formation at the site of peak compression, as has been reported previously. Loading did not significantly change overall periosteal nerve density. However, a trending 28% increase in periosteal axons was noted at the site of peak compression in loaded limbs. Neurectomy depleted 88% of all periosteal axons, with near-total depletion on load-responsive surfaces. Neurectomy alone also caused de novo bone formation on the lateral aspect of the mid-diaphysis. However, neurectomy did not inhibit load-induced increases in periosteal bone area, mineralizing surface, or bone formation rate. Rather, neurectomy spatially redistributed load-induced bone formation towards the lateral tibial surface with a reduction in periosteal bone formation at the posterolateral apex (-63%) and enhancement at the lateral surface (+1360%). Altogether, this contributed to comparable load-induced changes in cortical bone area fraction (+4.4% in controls; +5.4% in neurectomized). Our results show that local skeletal innervation modulates but is not required for skeletal adaptation to applied load. This supports the continued use of loading and weight-bearing exercise as an effective strategy to increase bone mass, even in patients with peripheral nerve damage or dysfunction. LAY SUMMARYMechanical loading is required for bone health and can increase new bone formation to optimize strength and reduce fractures. Increased bone formation with loading is primarily mediated by osteocytes, a specialized cell type that is embedded throughout the bone matrix. Local nerve axons, particularly within the periosteum, may also respond to load-induced biomechanical and biochemical cues and could contribute to new bone formation in response to load. However, their role in the bone anabolic response remains controversial. To address this, we studied the adaptation of bone to applied load in the presence of local periosteal nerves, and in settings where the nerves had been surgically removed. Our results show that local skeletal innervation modulates but is not required for skeletal adaptation to applied load. This supports the continued use of loading and weight-bearing exercise as an effective strategy to increase bone mass, even in patients with peripheral nerve damage or dysfunction.
著者: Erica L Scheller, A. T. Beeve, M. G. Hassan, A. Li, N. Migotsky, M. J. Silva
最終更新: 2024-05-14 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.12.593761
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.12.593761.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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