La densità minerale ossea e il cambiamento della microarchitettura durante la crescita scheletrica nelle foche comuni (Phoca vitulina) della costa tedesca

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 7196 (2023) Citare questo articolo

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In tutte le specie, il sistema scheletrico condivide funzioni reciproche, tra cui la protezione degli organi interni, base strutturale per la locomozione, e la funzione di organo endocrino, risultando quindi di fondamentale importanza per la sopravvivenza. Tuttavia, le conoscenze sulle caratteristiche scheletriche dei mammiferi marini sono limitate, soprattutto per quanto riguarda lo scheletro in crescita. Le foche comuni (Phoca vitulina) sono mammiferi marini comuni nel Mare del Nord e nel Mar Baltico e sono indicatori adeguati delle condizioni del loro ecosistema. Qui, abbiamo analizzato la densità minerale ossea areale di tutto il corpo (aBMD) mediante assorbimetria a raggi X a doppia energia (DXA) e le vertebre lombari mediante tomografia computerizzata quantitativa periferica ad alta risoluzione (HR-pQCT) in foche portuali neonate, giovani e adulte. . Lungo la crescita scheletrica, un aumento dell'aBMD bidimensionale mediante DXA è stato accompagnato da una BMD volumetrica tridimensionale mediante HR-pQCT, che potrebbe essere attribuita a un aumento dello spessore trabecolare mentre il numero trabecolare rimaneva costante. Sono state osservate forti associazioni tra dimensioni corporee (peso e lunghezza) e aBMD e microarchitettura trabecolare (R2 = 0,71–0,92, tutti p <0,001). Per convalidare i risultati della misurazione DXA (ovvero il metodo standard utilizzato in tutto il mondo per diagnosticare l'osteoporosi negli esseri umani), abbiamo eseguito analisi di regressione lineare con le misurazioni tridimensionali del metodo HR-pQCT, che hanno rivelato forti associazioni tra le due tecniche di imaging (ad esempio, aBMD e Tb.Th: R2 = 0,96, p < 0,0001). Nel loro insieme, i nostri risultati evidenziano l’importanza di indagini sistematiche sullo scheletro nei mammiferi marini durante la crescita, illustrando l’elevata accuratezza della DXA in questo contesto. Indipendentemente dalla dimensione limitata del campione, è probabile che l’ispessimento trabecolare osservato rappresenti un modello distinto di maturazione dell’osso vertebrale. Poiché le differenze nello stato nutrizionale, tra gli altri fattori, possono influenzare la salute dello scheletro, sembra essenziale eseguire regolarmente valutazioni scheletriche nei mammiferi marini. Collocare i risultati nel contesto delle esposizioni ambientali può consentire misure efficaci per proteggere le loro popolazioni.

Le foche comuni (Phoca vitulina) sono mammiferi marini comuni lungo la costa tedesca e si trovano nel Mare del Nord e nel Mar Baltico. Poiché sono predatori all'apice e mammiferi marini longevi (20–25 anni per i maschi e 30–35 anni per le femmine) e hanno un territorio ristretto, sono un indicatore adeguato delle condizioni del loro ecosistema1,2,3. Numerosi studi riportano diversi impatti antropici e i loro effetti sul sistema immunitario, endocrino e riproduttivo delle foche nel Mare del Nord e nel Mar Baltico2,4,5,6. Tuttavia, solo un numero limitato di studi ha indagato il sistema scheletrico e i potenziali cambiamenti dovuti a vari fattori di stress7,8.

Nonostante le differenze ambientali fondamentali, come tra mare e terra, il sistema scheletrico condivide funzioni simili tra le specie. Si possono definire almeno cinque caratteristiche condivise dello scheletro, tra cui fornire la base strutturale per la locomozione, la protezione degli organi interni, la principale riserva di calcio, l'osso come organo endocrino e la trasmissione del suono durante l'udito9,10. L'osso viene rimodellato per tutta la vita attraverso un equilibrio tra formazione e riassorbimento osseo, che è strettamente accoppiato e portato avanti da due diversi tipi di cellule ossee, vale a dire gli osteoblasti che formano l'osso e gli osteoclasti che riassorbono l'osso11. Accanto a questi due tipi di cellule (cioè osteoblasti e osteoclasti), gli osteociti meccanosensibili incorporati nella matrice rappresentano il tipo di cellula più abbondante, orchestrando il processo di rimodellamento mediante vari processi, inclusa la produzione di proteine ​​di segnalazione e ormoni12,13. Alterazioni specifiche nelle caratteristiche degli osteociti, vale a dire un numero inferiore di lacune osteocitarie per area ossea come area lacunare inferiore, sono state precedentemente dimostrate per i capodogli rispetto ad altre specie di balene, poiché le immersioni profonde possono essere associate a una ridotta vitalità degli osteociti14. Il processo di rimodellamento è molto sensibile ai cambiamenti ambientali e, per questo motivo, è influenzato anche da molteplici fattori, come vitamine, ormoni, nutrienti e sostanze inquinanti, tra gli altri15,16,17. Inoltre, disturbi o alterazioni della qualità ossea possono avere impatti significativi sulla salute o sulla fisiologia generale di un individuo18.