abstract

Principalul

DR s-a dovedit a fi un mod important de investigare a îmbătrânirii - în special prevenirea îmbătrânirii. DR poate crește speranța de viață medie și maximă la o varietate de animale, inclusiv la rozătoare și primate (1). În timp ce unele studii DR s-au concentrat pe reducerea caloriilor totale fără a compensa aportul de micronutrienți (2-4), altele au menținut vitamine și minerale adecvate și echivalente atât pentru animalele DR, cât și pentru animalele ad libitum (5, 6). Există diferențe în studiu și studiu în ceea ce privește modul și gradul de restricție, în perioada de restricție dietetică și în vârsta la debutul restricției și contribuie la lipsa consensului cu privire la efectele restricției alimentare asupra adaptării osoase.

Talbott și colab. (7) au folosit șobolani femele Sprague-Dawley „mai tineri” (în vârstă de 3 luni) și „mai în vârstă” (10 moli), care au fost comparați cu greutatea corporală și repartizați în unul din cele patru grupuri, care reprezintă două niveluri de energie ( enumerate în tabel). ca aport „caloric” și două niveluri de aport de calciu. Toți șobolanii au avut aceeași dietă de bază (proteine, grăsimi, fibre, vitamine și alte minerale), dar au diferit în ceea ce privește aportul caloric (restricție normală față de 40%) cu aport redus de carbohidrați sau calciu (normal = 78 mg/zi și scăzut = 15 %). mg/d). Prin urmare, șobolanii au fost limitați la calciu, calorii sau calciu și calorii numai timp de 9 săptămâni. Limitarea dietetică a calciului sau a energiei a dus la creșterea ratelor de rotație osoasă atât la șobolanii tineri, cât și la cei mai în vârstă. Restricția energetică alimentară singură nu a avut niciun efect semnificativ asupra DMO finală la șobolanii mai tineri. Cu toate acestea, la șobolanii mai în vârstă, BMD finală a fost afectată negativ de DR, sugerând că, deși calciul sau DR a crescut cifra de afaceri osoasă în mod similar atât la șobolanii mai tineri, cât și la cei mai în vârstă, diferențele în efectul DR asupra BMD au persistat.

În următorul studiu, Talbott și colab. (8) s-a ocupat de interacțiunea vârstei și DR în raport cu proprietățile biomecanice ale oaselor. Șobolanii Sprague-Dawley, șobolani femele mai în vârstă (5 luni) și femele „mai în vârstă” (12 luni), aproximativ echivalente cu 20 și 50 de ani umani, au fost hrăniți ad libitum sau cu o restricție de 40% timp de 9 săptămâni. a înregistrat o scădere în greutate de 15% și o scădere a densității osoase femurale (32-35%). În ciuda reducerilor mici ale densității tibiale și humerale în ambele grupuri, proprietățile biomecanice au scăzut la șobolanii mai în vârstă, dar nu maturi. Este clar că vârsta la debutul DR la șobolani a avut un efect semnificativ asupra adaptării osoase.

Un sprijin suplimentar pentru componenta sensibilă la vârstă a modificărilor metabolismului osos provine din lucrările lui LaMothe și colab. (5), care au comparat șobolani hibrizi masculi Fischer 344 X Brown-Norway F1 și AD libitum. Șobolanii au fost studiați la vârsta de „adult tânăr” (8 ani), „vârstă mijlocie târzie” (28 luni) și „îmbătrânire” (36 luni). Grupul de șobolani la vârsta de 28 de luni a fost limitat caloric la 40% de la vârsta de 14 ani. În comparație cu șobolanii ad libitum cu vârsta potrivită, șobolanii cu vârsta de 28 de ani au avut lungimi tibiale semnificativ mai mici și au redus aria secțiunii transversale a osului total, aria învelișului cortical, fracția de cenușă minerală, momentul de inerție al secțiunii transversale, sarcina maximă a sarcinii, rigiditatea și rigiditate. În comparație cu șobolanii corespunzători vârstei ad libitum, șobolanii DR au avut, de asemenea, o înălțime L6 semnificativ mai mică și o sarcină mai mică la limita proporțională și maximă. Au ajuns la concluzia că DR afectează negativ geometria și mecanica osoasă la șobolanii vechi masculi F344BN.

Greutatea corporală este recunoscută ca un predictor consistent al DMO cu scăderea în greutate, ducând la scăderea masei osoase (6, 7, 9-13). Deși Talbott și colab. (7) nu a reușit să detecteze o reducere semnificativă a DMO la șobolanii tineri cu aport limitat (3 luni), efectele asupra proprietăților biomecanice și geometrice scheletice nu sunt cunoscute. Având în vedere efectele semnificative ale DR asupra proceselor legate de vârstă (14, 15) și asupra problemelor legate de vârsta la care restricția este cel mai bine aplicată, este important să abordăm efectele reducerii creșterii induse de DR și a creșterii totale în greutate corporală. la șobolani tineri.

Au fost studiate diferite niveluri de DR, dar limitarea consumului de alimente la 50-70% consumat ad libitum la șobolani este cel mai frecvent asociată cu speranța de viață crescută și cu întârzierea deteriorării fiziologice legate de vârstă (16-20). Prin urmare, prezentul studiu a urmărit să determine efectul DR (65% ad libitum) asupra proprietăților mecanice și structurale ale osului la șobolanii Wistar masculi tineri. Important, acest studiu a examinat cât de lung este DR mai lung decât Talbott și colab. (8), dar mai scurt decât în ​​LaMothe și colab. (5) au afectat caracteristicile scheletice ale șobolanilor Wistar masculi tineri. A fost aplicată o restricție de 35% fără suplimente nutritive și am emis ipoteza că creșterea și creșterea în greutate la șobolanii tineri ar depăși efectele nocive asociate cu DR care apar în proprietățile geometrice și mecanice tibiale și vertebrale observate la șobolanii vechi.

MATERIALE ȘI METODE

Animalele.

Geometria osului tibial.

În mod aleatoriu, tibia dreaptă sau stângă a fiecărui șobolan a fost realizată cu ajutorul μCT. După decongelare, tibiile (Skyscan 1073, SkyScan, Aartselaar, Belgia) au fost scanate la o mărire de 14,07 × (rezoluție 19,73 μm). Scanarea a generat o serie de imagini bitmap transversale plane în nuanțe de gri. După scanare, oasele au fost reambalate în tifon înmuiat în ser fiziologic și congelate (-20 ° C) până la testarea biomecanică. Geometria osoasă a fost determinată prin inserarea imaginilor bitmap în software-ul utilizatorului (Matlab, Natick, MA), cu imagini de prag și parametri geometrici calculați, cum ar fi aria secțiunii transversale totale, distanța de la centrul de greutate la marginea secțiunii transversale dorite și traversarea - moment de inerție.

Geometria osoasă L 6 .

L6 au fost decongelate la temperatura camerei (RT) în PBS. Procesele transversale au fost îndepărtate cu foarfece de disecție și coloana nervoasă a fost îndepărtată cu o placă de diamant (Buehler Isomet, Lake Bluff, IL). Înălțimea vertebrală a fost măsurată cu un etrier (model 599-578-1, Brown și Sharpe, Irvine, CA). L6 au fost apoi scanate cu μCT (Skyscan 1073) la mărire 30x (rezoluție 12,73 μm). Au fost generate imagini bitmap și centrul vertebral a fost pregătit pentru testare biomecanică. Suprafețele caudale și rostrale au fost tăiate pentru a curăța discurile intervertebrale și pentru a oferi suprafețe paralele pentru testarea axială. După procesare, lungimea L6 a fost măsurată și apoi reambalată în tifon înmuiat în ser fiziologic și congelată (-20 ° C) până la testarea biomecanică. Geometria osoasă a fost determinată prin încorporarea imaginilor bitmap în software-ul proprietar (Matlab) care pragea imaginile și a calculat parametrii geometrici, cum ar fi aria secțiunii transversale totale, zona osului cortical și zona trabeculară.

Testarea biomecanică tibială.

Tibiile au fost lăsate să se dezghețe în soluție salină RT timp de cel puțin 1 oră. Lungimea tibialului a fost măsurată și arborele din mijloc a fost marcat. Pentru testare, o sondă circulară cu cap transversal de suprafață cu un sistem de testare electromecanică servo-controlată (Modelul 1122, Instron Corp., Canton, MA) a fost în contact cu suprafața tibială medială la centrul longitudinal și a fost aplicată o polarizare de 1 N. 3 mm) la 25,4 mm/min (5). Ordinea testării a fost împărțită între grupuri pentru a elimina efectele ordinii de testare. Au fost generate curbe de deformare a încărcăturii (RC Computerscope A/D Board, RC Electronics, Santa Barbara, CA). Din acestea s-a calculat sarcina la limita proporțională, sarcina maximă și rigiditatea. Rigiditatea a fost definită ca regiunea liniară a curbei sarcină-deformare. Limita proporțională a fost punctul în care regiunea liniară a curbei extinse de sarcină-deformare s-a deviat cu> 5% de la curba experimentală [diferență procentuală = (valoare de sarcină presupusă - valoare de sarcină experimentală) · 100%/valoare de sarcină experimentală). Printre proprietățile calculate s-au numărat tensiunea și tensiunea la limita proporțională și sarcina maximă și rigiditatea la încovoiere (22a).

L 6 testarea biomecanică.

Centrii L6 au fost decongelați în soluție salină RT timp de cel puțin 1 oră. Suprafața caudală a centrului a fost plasată pe o placă de oțel inoxidabil, ușor acoperită cu ulei mineral pentru a facilita compresia fără restricții. Sonda transversală de suprafață plană a sistemului de testare a fost, de asemenea, acoperită cu ulei mineral și a contactat suprafața rostrală a centrului cu o preîncărcare de 5 N. Centrul a fost ciclat cu o sarcină de 5 până la 10 N, de 20 de ori la 0,001%/23 ) și a fost oprit la o preîncărcare de 10 N. L6 a fost apoi comprimat la o rată mare de deformare (50%/s) (5). S-au calculat proprietățile de proiectare (de exemplu, sarcina limită proporțională, sarcina maximă și rigiditatea), precum și stresul materialului și tensiunea L6.

Analiza cenușei.

Tibia și vertebrele testate biomecanic au fost degresate în acetonă timp de 7 zile, deshidratate la 100 ° C (Thermolyne F62700, Barnstead International, Dubuque, IA) timp de 48 de ore în creuzete ceramice. Probele deshidratate (± 0,01 mg; Mettler AE 163, Mettler-Toledo, Inc., Columbus, OH) au fost măsurate pentru a determina masa osoasă uscată. Probele au fost apoi incinerate la 600 ° C timp de 48 de ore și cenușa (24) a fost măsurată. Greutatea cenușii împărțită la substanța uscată a fost determinată ca fracțiunea de cenușă minerală.

Statistici.

Au fost calculate mediile și abaterile standard pentru toate variabilele. Mijloacele dintre grupurile ad libitum și DR au fost comparate cu două teste de eșantionare independente non-parametrice (testul Mann-Whitney U; versiunea SPSS 11.0, SPSS Inc., Chicago, IL). Pentru toate testele statistice, un nivel de semnificație de p 260% a fost utilizat la șobolanii ad libitum și> 190% la șobolanii DR, șobolanii DR atingând aproximativ 70% din greutatea corporală finală a șobolanilor ad libitum. Proprietățile structurale osoase au fost analizate înainte și după ajustarea greutății corporale. Densitatea osoasă și dimensiunea osoasă sunt legate de greutatea corporală totală, iar densitatea minerală osoasă afectează rezistența osoasă (25). Prin urmare, au fost raportate proprietăți structurale fără și cu ajustarea greutății corporale (26). Corectarea greutății corporale a fost realizată prin împărțirea proprietății geometrice sau structurale de interes la greutatea corporală (26).

mecanica

Greutatea corporală totală a șobolanilor masculi Wistar cărora li se administrează ad libitum și o dietă restricționată. Valorile sunt date pentru greutatea corporală la începutul perioadei experimentale și după 5 luni de DR. * Semnificativ diferit de greutatea corporală finală a șobolanilor ad libitum, p BMD: