Boushel Metabolic Control of Muscle Blood Flow During Exercise in Humans

Résumé During muscle contraction, several mechanisms regulate blood flow to ensure a close coupling between muscle oxygen delivery and metabolic demand. No single factor has been identified to constitute the primary metabolic regulator, yet there are signal transduction pathways between skeletal muscle and the vasculature that induce vasodilation. A link between muscle metabolic events and microvascular control of blood flow is illustrated by local dilation of terminal arterioles during contraction of muscle fibers and conduction of vasodilation upstream. Endothelial-derived vasodilator mechanisms are known to exert control of muscle vasodilation. Adenosine, nitric oxide (NO), prostacyclin (PGI 2), and endothelial-derived hyperpolarization factor (EDHF) are possible mediators of muscle vasodilation during exercise. In humans, adenosine has been shown to contribute to functional hyperemia as blood flow is reduced under nonselective adenosine-receptor blockade. No clear role has been demonstrated for either NO or PGI 2, based on studies employing selective inhibition of these substances individually, suggesting a redundancy of vasodilator mechanisms. This is supported by recent work demonstrating that combined blockade of NOS and PGI 2, and NOS and cytochrome P450, both attenuate exerciseinduced hyperemia in humans. Combined vasodilator blockade studies offer the potential to uncover important interactions and compensatory vasodilator responses. The signaling 754 R. Boushel is with the Dept. of Exercise Science, Concordia University DA-215, 7141 Sherbrooke St. West, Montreal, QC, H4B 1R6. Blood Flow During Exercise • 755 pathways that link metabolic events evoked by muscle contraction to vasodilatory signals in the local vascular bed remains an important area of study. Au cours de la contraction musculaire, plusieurs mécanismes contrôlent le débit sanguin pour assurer l’harmonisation entre la livraison d’oxygène et l’activité métabolique. La variable constituant le principal régulateur du métabolisme demeure inconnue même si des voies de communication existent entre le muscle squelettique et les vaisseaux sanguins qui se dilatent. L’illustration du lien entre l’activité métabolique intramusculaire et le contrôle microvasculaire du débit sanguin est la dilatation locale des artérioles terminales au cours de la contraction des fibres musculaires et le déplacement de la vasodilatation en amont. Les mécanismes de vasodilatation issus de l’endothélium contrôlent la vasodilatation du muscle. L’adénosine, le monoxyde d’azote (NO), la prostacycline (PGI 2), et le facteur d’hyperpolarisation issu de l’endothélium (EDHF) sont des médiateurs potentiels de la vasodilatation du muscle au cours de l’exercice physique. Chez les humains, nous savons que l’adénosine contribue à l’hyperémie fonctionnelle quand le débit sanguin est réduit à cause d’un blocage non sélectif des récepteurs d’adénosine. On ne connaît pas le rôle précis de NO et de PGI 2, capables séparément d’inhibition sélective, ce qui laisse croire à la redondance des mécanismes de vasodilatation. Des études récentes démontrent que le blocage simultané de NOS et de PGI 2, ainsi que de NOS et du cytochrome P450, réduisent l’hyperémie causée par l’exercice physique chez les humains. Les études sur le blocage simultané de médiateurs de la vasodilatation permettent de découvrir des interactions potentielles importantes et des ajustements vasodilatateurs compensatoires. Les voies de communication reliant l’activité métabolique due à la contraction musculaire aux signaux en provenance du lit vasculaire consituent un important domaine d’étude.