absztrakt

A fő

A DR az öregedés kivizsgálásának fontos módszernek bizonyult - kifejezetten az öregedés megelőzésében. A DR növelheti mind az átlagos, mind a maximális várható élettartamot számos állatnál, beleértve a rágcsálókat és a főemlősöket is (1). Míg néhány DR-tanulmány az összkalória csökkentésére összpontosított, anélkül, hogy kompenzálta volna a mikroelemek bevitelét (2–4), mások megfelelő és egyenértékű vitaminokat és ásványi anyagokat tartottak fenn mind a DR, mind az ad libitum állatok számára (5, 6). Különbségek vannak a tanulmányokban és a korlátozás módjában és mértékében, az étrend korlátozásának időszakában és a korlátozás kezdetének korában, és hozzájárulnak az egyetértés hiányához az étrendi korlátozás csontadaptációra gyakorolt ​​hatásaival kapcsolatban.

Talbott és mtsai. (7) „fiatalabb” (három hónapos) és „idősebb” (10 moláris) nőstény Sprague-Dawley nőstény patkányokat használtak, amelyeket testtömeggel hasonlítottak össze, és a négy energiacsoport két csoportjába sorolták, amelyek két energiaszintet képviselnek ( táblázatban felsorolt). "kalóriabevitelként" és két kalciumbevitelként. Valamennyi patkánynak ugyanaz volt az alapvető étrendje (fehérje, zsír, rost, vitaminok és egyéb ásványi anyagok), de a kalóriabevitel (normál szemben a 40% -os korlátozás) különbözött, csökkent szénhidráttartalommal vagy kalcium-bevitelsel (normális = 78 mg/nap és alacsony = 15) %). mg/d). Ezért a patkányok csak 9 hétig korlátozták a kalciumot, a kalóriákat vagy a kalciumot és a kalóriákat. A kalcium vagy az energia étrendi korlátozása mind a fiatalabb, mind az idősebb patkányokban megnövekedett csontforgalmat eredményezett. Az étrendi energia korlátozás önmagában nem volt szignifikáns hatással a fiatalabb patkányok végső BMD-jére. Idősebb patkányokban azonban a végleges BMD-t negatívan befolyásolta a DR, ami arra utal, hogy bár a kalcium vagy a DR hasonló módon növelte a csontforgalmat mind a fiatalabb, mind az idősebb patkányokban, a DR BMD-re gyakorolt ​​hatásának különbségei továbbra is fennálltak.

A következő tanulmányban Talbott és mtsai. (8) az életkor és a DR kölcsönhatásával foglalkozott a csontok biomechanikai tulajdonságai kapcsán. Sprague-Dawley patkányokat, idősebb (5 hónapos) és "idősebb" (12 hónapos) nőstény patkányokat, kb. 20 és 50 emberévnek felelnek meg, ad libitum vagy 40% -os korlátozással etettek 9 hétig. 15% -os súlycsökkenést és a combcsont sűrűségének csökkenését tapasztalta (32-35%). Annak ellenére, hogy mindkét csoportban kis mértékben csökkent a tibialis és humeral sűrűség, a biomechanikai tulajdonságok csökkentek az idősebb, de még nem érett patkányokban. Nyilvánvaló, hogy a patkányok DR kialakulásának kora jelentősen befolyásolta a csontok alkalmazkodását.

A csontanyagcsere változásainak életkor-érzékeny komponensének további támogatása LaMothe és munkatársai munkájából származik. (5), aki összehasonlította a DR és az ad libitum hím Fischer 344 X Brown-Norway F1-hibrid patkányokat. A patkányokat "fiatal felnőtt" (8 év), "késő középkorú" (28 hónap) és "öregedő" (36 hónapos) életkorban vizsgálták. A 28 hónapos patkányok csoportjának kalóriatartalma 14 éves kortól 40% -ra korlátozódott. Az életkornak megfelelő ad libitum patkányokkal összehasonlítva a 28 éves DR patkányok szignifikánsan rövidebb tibiális hosszúságúak voltak, és csökkent a csont teljes keresztmetszete, a kortikális héj területe, az ásványi hamu frakciója, a keresztmetszeti tehetetlenségi nyomaték, a maximális terhelés, a merevség és merevség. Az ad libitum kornak megfelelő patkányokhoz viszonyítva a DR patkányok L6 magassága szignifikánsan rövidebb volt, és az arányos határértéknél és a maximumnál alacsonyabb a terhelés. Arra a következtetésre jutottak, hogy a DR hátrányosan befolyásolja az öreg hím F344BN patkányok csontgeometriáját és mechanikáját.

A testtömeg a BMD következetes előrejelzőjeként ismerhető el, súlycsökkenéssel, ami a csonttömeg csökkenéséhez vezet (6, 7, 9-13). Bár Talbott és mtsai. (7) nem tudta kimutatni a BMD szignifikáns csökkenését korlátozott bevitelű (3 hónapos) fiatal patkányokban, a csontváz biomechanikai és geometriai tulajdonságokra gyakorolt ​​hatása nem ismert. Tekintettel a DR-nek az életkorral kapcsolatos folyamatokra gyakorolt ​​jelentős hatásaira (14, 15), valamint a korral kapcsolatos kérdésekre, amikor a korlátozás a legjobban alkalmazható, fontos kezelni a DR által kiváltott növekedéscsökkenés és a teljes testtömeg-növekedés hatásait. fiatal patkányokban.

Különböző DR-szinteket vizsgáltak, de a táplálékfelvétel korlátozása a patkányokban az ad libitum elfogyasztott 50-70% -áig leggyakrabban a várható élettartam növekedésével és az életkorral kapcsolatos késleltetett fiziológiai romlással jár (16-20). Jelen tanulmány ezért a DR (65% ad libitum) hatását kívánta meghatározni fiatal hím Wistar patkányokban a csont mechanikai és szerkezeti tulajdonságaira. Fontos, hogy ez a tanulmány azt vizsgálta, hogy a DR mennyivel hosszabb, mint Talbott és mtsai. (8), de rövidebb, mint LaMothe et al. (5) befolyásolta a fiatal hím Wistar patkányok csontvázjellemzőit. Táplálék-kiegészítők nélküli 35% -os határt alkalmaztunk, és feltételeztük, hogy a fiatal patkányokban a növekedés és a súlygyarapodás felülmúlja a DR-hez kapcsolódó káros hatásokat, amelyek az idős patkányokban megfigyelt tibialis és csigolya geometriai és mechanikai tulajdonságokban jelentkeznek.

ANYAGOK ÉS METÓDUSOK

Az állatok.

A sípcsont geometriája.

Véletlenszerűen mindkét patkány jobb vagy bal sípcsontját képeztük μCT alkalmazásával. Felolvasztás után a sípcsontokat (Skyscan 1073, SkyScan, Aartselaar, Belgium) 14,07 × (19,73 μm felbontású) nagyítással vizsgáltuk. A beolvasás egy sík keresztirányú bitkép képsorozatot generált szürke árnyalatokban. Szkennelés után a csontokat sóoldattal átitatott gézbe csomagolták és fagyasztották (-20 ° C) a biomechanikai vizsgálatokig. A csontgeometriát úgy határoztuk meg, hogy bitmap képeket illesztettünk be a felhasználói szoftverbe (Matlab, Natick, MA), küszöbértékű képekkel és számított geometriai paraméterekkel, mint például a teljes keresztmetszeti terület, a tömegközéppont és a kívánt keresztmetszet közötti távolság és keresztezés - tehetetlenségi nyomaték.

Csontgeometria L 6 .

Az L6-ot szobahőmérsékleten (RT) PBS-ben felolvasztjuk. A keresztirányú folyamatokat disszekciós ollókkal, az ideggerincet pedig gyémántlemezzel (Buehler Isomet, Lake Bluff, IL) távolítottuk el. A csigolya magasságát féknyereggel mértük (599-578-1 modell, Brown és Sharpe, Irvine, CA). Ezután az L6-ot μCT-vel (Skyscan 1073) 30-szoros nagyítással (12,73 μm felbontás) pásztáztuk. Bitmap képeket készítettünk, és a csigolyaközpontot előkészítettük a biomechanikai vizsgálatokhoz. A farok- és a rostralis felületeket levágtuk az intervertebrális lemezek megtisztítására és párhuzamos felületek biztosítására az axiális törésvizsgálathoz. Feldolgozás után az L6 hosszát megmértük, majd sóoldattal átitatott gézbe csomagoltuk és fagyasztottuk (-20 ° C) a biomechanikai vizsgálatokig. A csontgeometriát úgy határoztuk meg, hogy bitmap képeket beépítettünk egy saját szoftverbe (Matlab), amely korlátozta a képeket és kiszámította a geometriai paramétereket, például a teljes keresztmetszeti területet, a kortikális csont területét és a trabecularis területet.

A sípcsont biomechanikai vizsgálata.

A sípcsontokat szobahőmérsékleten legalább 1 órán át hagyjuk felolvadni. Megmérettük a sípcsont hosszát, és megjelöltük a középső tengelyt. A teszteléshez egy szervo-vezérelt elektromechanikus tesztrendszerrel ellátott kör alakú keresztmetszetű szonda (1122-es modell, Instron Corp., Canton, MA) érintkezett a mediális tibialis felülettel a hosszanti középpontban, és 1 N előfeszítést alkalmaztunk. 3 mm) 25,4 mm/perc sebességgel (5). A tesztelés sorrendjét felosztották csoportok között, hogy kiküszöböljék a teszt sorrendjének hatásait. Terhelési deformációs görbéket generáltunk (RC Computerscope A/D Board, RC Electronics, Santa Barbara, CA). Ezekből kiszámolták az arányos határon, a maximális terhelésnél és a merevségnél jelentkező terhelést. A merevséget a terhelés-deformáció görbe lineáris tartományaként határoztuk meg. Az arányos határ az a pont volt, ahol a kiterjesztett terhelés-deformáció görbe lineáris régiója> 5% -kal tért el a kísérleti görbétől [százalékos különbség = (feltételezett terhelési érték - kísérleti terhelési érték) · 100%/kísérleti terhelési érték]. A számított tulajdonságok között szerepelt a feszültség és a feszültség arányos határon, a maximális terhelés és a hajlítási merevség (22a).

L 6 biomechanikai vizsgálat.

Az L6 központokat RT sóoldatban legalább 1 órán át felolvasztottuk. A középpont farokfelületét rozsdamentes acéllemezre helyezték, amelyet enyhén ásványolajjal vontak be a korlátlan összenyomás megkönnyítése érdekében. A vizsgálati rendszer lapos felületű keresztszondáját szintén ásványolajjal vonták be, és 5 N előterheléssel érintkezett a központ rostralis felületével. A központot 5-10 N terheléssel, 20-szor 0,001%/kerülje a trabecularis csont viszkoelasztikus kúszását (23), és 10 N előterheléssel leállították. Az L6-ot ezután nagy igénybevétel mellett (50%/s) összenyomták (5). Kiszámolták a tervezési tulajdonságokat (pl. Arányos határterhelés, maximális terhelés és merevség), valamint az anyag igénybevételét és az L6 alakváltozást.

Hamuelemzés.

A biomechanikailag tesztelt sípcsontokat és csigolyákat 7 napig acetonban zsírtalanítottuk, 100 ° C-on dehidratáltuk (Thermolyne F62700, Barnstead International, Dubuque, IA) 48 órán át kerámiatégelyekben. A száraz csonttömeg meghatározásához dehidratált mintákat (± 0,01 mg; Mettler AE 163, Mettler-Toledo, Inc., Columbus, OH) mértünk. A mintákat ezután 48 órán át 600 ° C-on elégették, és megmérték a hamu (24) értékét. Az ásványi hamu frakciójaként meghatároztuk a hamu és a szárazanyag arányát.

Statisztika.

Az összes változóra kiszámolták az átlagokat és a szórásokat. Az ad libitum és a DR csoport közötti eszközöket összehasonlítottuk nem-paraméteres két független mintavizsgálattal (Mann-Whitney U teszt; SPSS 11.0 verzió, SPSS Inc., Chicago, IL). Valamennyi statisztikai tesztnél p 260% -os szignifikanciaszintet alkalmaztunk ad libitum patkányokban, és> 190% -t DR-patkányokban, a DR-patkányok elérték az ad libitum patkányok végső testtömegének körülbelül 70% -át. A csont szerkezeti tulajdonságait elemeztük a testsúly beállítása előtt és után. A csontsűrűség és a csontméret a teljes testtömeggel függ össze, a csont ásványi sűrűsége pedig befolyásolja a csont szilárdságát (25 Ezért a testtömeg-kiigazítás nélküli és a testtömeg-kiigazítással kapcsolatos szerkezeti tulajdonságokról számoltak be (26 A testtömeg korrekcióját úgy értük el, hogy az érdeklődésre számot tartó geometriai vagy szerkezeti tulajdonságokat elosztottuk a testtömeggel (26).

korlátozások

Ad libitum és korlátozott étrendű hím Wistar patkányok teljes testtömege. A testtömeg értékeit a kísérleti időszak elején és 5 hónapos DR után adjuk meg. * Jelentősen eltér az ad libitum patkányok testtömegétől, p BMD: