Porozitatea vasculară reflectă tensiunea mecanică regională
Peiorii legați de vascularizația osului, inclusiv golfurile de resorbție și canalele Haversian, sunt produsul modelării și remodelării induse mecanic. Modelarea osoasă implică lame concentrice de os care înconjoară un vas de sânge, producând un osteon primar cu un por central care conține vasculatura (Stout et al., 1999; Burr și Akkus, 2014). Remodelarea osoasă începe cu osteoclastele care tunelizează prin os, formând un „con de tăiere” care, în secțiune transversală, apare ca un por mare, de formă neregulată, numit „golf de resorbție” (Stout și Crowder, 2011; van Oers et al., 2008). În cazul în care tensiunea mecanică și capacitatea fiziologică sunt suficiente pentru a induce formarea de os nou, golful de resorbție este umplut cu lame concentrice de os, producând un osteon secundar cu un por central numit „canal Haversian” (Burr și Akkus, 2014). În cazul în care formarea osoasă nu este completă, golul de resorbție va rămâne ca un por mare. Golurile de resorbție adiacente din apropierea cavității medulare se pot coaliza în pori uriași „trabecularizați” dacă regiunile lor interstițiale sunt resorbite (Zebaze et al., 2009).
Porii vasculari individuali formează o rețea tridimensională complexă interconectată prin evenimente de ramificare și canale transversale, numite uneori „canale Volkmann” (Tappen, 1977; Stout et al., 1999). În timp ce canalele transversale și canalele lui Volkmann sunt uneori folosite ca termeni interschimbabili, Maggiano et al. (2016) remarcă distincția istorică. Descrierea originală a lui Volkmann (1863) s-a referit la canalele vasculare care s-au format în timpul osteomielitei, rupându-se din sistemul lor haversian pentru a canaliza osul adiacent. Prin urmare, aceste canale ale lui Volkmann sunt lipsite de lamelele înconjurătoare (Jaffe, 1929; Cooper et al., 1966). Tappen (1977) descrie canalele transversale care sunt înconjurate de lamele, deoarece sunt învecinate cu un eveniment de remodelare, fie conul de tăiere care se „rupe” lateral dintr-un BMU existent, fie se „balansează” în timpul remodelării. Maggiano et al. (2016) au folosit µCT de sincrotron pentru a determina că, în general, canalele transversale apar prin unul dintre următoarele procese: (1) ramificarea laterală a unui canal cu diametru mai mic dintr-un canal cu diametru mai mare, (2) ramificarea dihotomică, în care un canal se împarte în două canale de dimensiuni similare pentru a produce un osteon în formă de „halteră”, sau (3) remodelarea intraosteonală, care implică un sistem haversian mai tânăr care remodelează un sistem haversian existent, mai vechi și care, potențial, reutilizează vasul său de sânge. Evenimentele de ramificare au fost raportate ca având loc în medie la fiecare 2,5 mm (Beddoe, 1977) până la 3 mm (Koltze, 1951) de-a lungul unui canal.
Conform modelului mecanostat al lui Frost (1990), o tensiune ridicată reprimă resorbția osoasă și ar trebui să reducă porozitatea osoasă, în timp ce o tensiune scăzută este permisivă pentru resorbția osoasă și ar trebui să crească porozitatea osoasă. Deoarece porozitatea este produsul remodelării, variația intrascheletală a porozității ar trebui să reflecte variația intrascheletală a ratei de remodelare (Cho și Stout, 2011). De exemplu, datorită ratelor ridicate de rotație, se consideră că coastele pierd osul mai devreme decât elementele scheletice mai dinamice și care suportă greutatea (Epker et al., 1965; Agnew și Stout, 2012). Cu toate acestea, Hunter și Agnew (2016) nu au găsit diferențe semnificative în ceea ce privește procentul de porozitate între radiusul distal, coasta mediană și femurul median al acelorași indivizi. În mod similar, Cole și Stout (2015) nu au observat diferențe semnificative în ceea ce privește procentul de porozitate la mijlocul axei femurului, tibiei și coastei acelorași indivizi într-un eșantion mic. Cu toate acestea, au constatat că coasta a prezentat o porozitate trabecularizată semnificativ mai mare decât femurul sau tibia, care au format în mod preferențial pori corticali (Cole și Stout, 2015). Coasta suferă o trabecularizare extinsă a cortexului odată cu vârsta, pe măsură ce porii adiacenți endosteului se unesc între ei și cu cavitatea măduvei. Deoarece acești pori sunt uniți cu cavitatea măduvei, este probabil ca aceștia să fie excluși din cuantificarea porilor în timpul analizei, întunecând adevărata relație a porozității cu îmbătrânirea și rezistența osoasă (Hunter și Agnew, 2016; Dominguez și Agnew, 2014). Zebaze et al. (2009) au constatat că excluderea cortexului trabecularizat subestimează porozitatea de ~2,5 ori.
În coastele toracice medii (4-7), sustragerea golurilor poroase face ca suprafața corticală să fie un predictor mai bun al forței maxime, al rigidității structurale și al energiei totale necesare pentru a fractura coasta. Aceste îmbunătățiri sunt semnificative, dar mici, sugerând că pierderea osoasă la nivelul endosteului reflectată în măsurile cantității transversale a osului este mai importantă pentru a prezice rezistența osoasă în coaste (Dominguez et al., 2016). În mod similar, la nivelul radiusului distal, reducerea totală a masei osoase între vârstele de 50 și 80 de ani se datorează în mare parte trabecularizării poroase la nivelul endosteului (47 %), urmată de subțierea osului trabecular (32 %) și apoi de formarea de pori în interiorul cortexului (21 %) (Zebaze et al., 2010). Primatul acestei porozități trabecularizate „invizibile” în unele elemente scheletice ajută la explicarea motivului pentru care anumite condiții patologice par să accelereze formarea porilor intracorticali în unele oase, dar nu și în altele. De exemplu, Villanueva et al. (1966) au constatat că coastele osteoporotice aveau o porozitate intracorticală normală, dar prezentau o expansiune a cavității măduvei cu subțierea corticală asociată. Dimpotrivă, Jowsey (1964) a descris o remodelare intracorticală extinsă cu un număr tot mai mare de osteoni incompleți în femoarele osteoporotice.
S-a demonstrat că porozitatea variază în cadrul unui plan de secțiune transversală în funcție de diferențele regionale de tensiune. Regiunile scheletice endosteale suferă tensiuni de magnitudine mai mică în comparație cu regiunile situate mai aproape de periost și, în consecință, sunt mai poroase. Biologii scheletici au recunoscut de mult timp că porozitatea crește de la periost până la endosteu în diferite oase lungi (de exemplu, Jowsey, 1960; Atkinson, 1965; Martin et al., 1980; Martin și Burr, 1984a; Thomas et al., 2005; Zebaze et al., 2010). Tensiunile sunt cele mai mici la nivelul endosteului, deoarece aceste regiuni sunt cele mai apropiate de axa neutră, unde tensiunea este minimizată (Martin, 1993; Thomas et al., 2005). În timp ce femelele pierd osul în mod preferențial la nivelul endosteului odată cu vârsta, porozitatea este cea mai mare la nivelul endosteului femural pe toată durata vieții la ambele sexe (Bousson et al., 2001). În mod similar, regiunile comprimate ale unei secțiuni transversale sunt supuse unei tensiuni ridicate și sunt mai puțin poroase, în timp ce regiunile tensionate sunt supuse unei tensiuni scăzute și sunt mai poroase, așa cum s-a demonstrat în cazul calcanei căprioarelor din Munții Stâncoși (Skedros et al., 1994b). Studiile bidimensionale ale coastei mediane au constatat că regiunea cutanată este semnificativ mai poroasă și trabecularizată decât regiunea pleurală (Agnew și Stout, 2012; Agnew et al., 2013; Cole și Stout, 2015; Dominguez și Agnew, 2016). Cu toate acestea, nu se știe dacă această diferență este legată de modelarea regională a tensiunii, astfel încât este posibil să nu reflecte adevăratul mediu de încărcare al coastei sau efectele sale asupra structurii tridimensionale a porilor (Dominguez și Agnew, 2016).
.