Pierderea și recuperarea oaselor dependente de vârstă în timpul descărcării membrelor posterioare și reîncărcarea ulterioară la șobolani
Hailey C. Cunningham
1 Grup de absolvenți în inginerie biomedicală, Universitatea din California Davis, Davis, CA SUA
Daniel W. D. West
2 Departamentul de fiziologie și biologie membranară, Universitatea din California Davis, Davis, CA SUA
Leslie M. Baehr
2 Departamentul de fiziologie și biologie membranară, Universitatea din California Davis, Davis, CA SUA
Franklin D. Tarke
3 Departamentul de Chirurgie Ortopedică, Universitatea din California Davis Medical Center, Lawrence J. Ellison Musculoskeletal Research Center, 4635 2nd Avenue, Suite 2000, Sacramento, CA 95817 SUA
Keith Baar
1 Grup de absolvenți în inginerie biomedicală, Universitatea din California Davis, Davis, CA SUA
2 Departamentul de fiziologie și biologie membranară, Universitatea din California Davis, Davis, CA SUA
4 Departamentul de Neurobiologie, Fiziologie și Comportament, Universitatea din California Davis, Davis, CA SUA
Sue C. Bodine
2 Departamentul de fiziologie și biologie membranară, Universitatea din California Davis, Davis, CA SUA
4 Departamentul de Neurobiologie, Fiziologie și Comportament, Universitatea din California Davis, Davis, CA SUA
Blaine A. Christiansen
1 Grup de absolvenți în inginerie biomedicală, Universitatea din California Davis, Davis, CA SUA
3 Departamentul de Chirurgie Ortopedică, Universitatea din California Davis Medical Center, Lawrence J. Ellison Musculoskeletal Research Center, 4635 2nd Avenue, Suite 2000, Sacramento, CA 95817 SUA
Date asociate
Seturile de date utilizate și/sau analizate în timpul studiului actual sunt disponibile de la autorul corespunzător, la o cerere rezonabilă.
Abstract
fundal
Structura și rezistența oaselor se pierd rapid în condiții de încărcare mecanică scăzută, iar oasele îmbătrânite au o capacitate diminuată de adaptare la o încărcare mecanică crescută. Aceasta este o preocupare pentru pacienții mai în vârstă care au perioade de mobilitate limitată sau repaus la pat, dar efectele acute ale neutilizării asupra oaselor pacienților în vârstă nu au fost descrise în detaliu. Studiile anterioare pe animale au examinat în primul rând efectul descărcării mecanice asupra animalelor tinere. Cei care au studiat animale în vârstă s-au concentrat exclusiv pe pierderea osoasă în timpul descărcării și nu pe recuperarea oaselor în timpul reîncărcării ulterioare. În acest studiu, am investigat efectul scăderii încărcării mecanice și reîncărcării ulterioare pe os folosind un model de descărcare a membrelor posterioare la șobolani masculi adulți (9 luni) și în vârstă (28 luni).
Metode
Animalele din ambele grupe de vârstă au fost supuse la 14 zile de descărcare a membrelor posterioare, urmate de până la 7 zile de reîncărcare. Șobolanii în vârstă au fost supuși la 7 zile de exerciții forțate de rulare în timpul reîncărcării sau la un total de 28 de zile de reîncărcare. Structura osoasă trabeculară și corticală a femurului a fost cuantificată utilizând tomografie micro-computerizată ex vivo (μCT), iar proprietățile mecanice au fost cuantificate cu teste mecanice.
Rezultate
Am constatat că șobolanii adulți au scăzut substanțial fracția de volum osos trabecular (BV/TV) după descărcare (- 27%), în timp ce animalele în vârstă nu au prezentat pierderi osoase semnificative după descărcare. Cu toate acestea, animalele în vârstă au avut BV/TV trabecular mai mic după 3 zile de reîncărcare (- 20% comparativ cu valoarea inițială), în timp ce BV/TV trabecular la șobolani adulți nu a fost diferit de valorile inițiale după 3 zile de reîncărcare. BV/TV trabecular al animalelor în vârstă a rămas mai mic decât animalele de control, chiar și cu exerciții fizice în timpul a 7 zile de reîncărcare și după 28 de zile de reîncărcare.
Concluzii
Aceste date sugerează că osul îmbătrânit este mai puțin receptiv atât la încărcarea mecanică crescută, cât și la scăderea și că perioadele acute de neutilizare pot lăsa subiecții mai în vârstă cu un deficit pe termen lung de masă osoasă trabeculară. Aceste descoperiri indică necesitatea unor strategii terapeutice pentru îmbunătățirea sănătății scheletice a pacienților vârstnici în perioadele de neutilizare.
fundal
Osul suferă o descompunere semnificativă și rapidă în structură și rezistență în absența încărcării mecanice [1-3]. În plus, oasele oamenilor și animalelor în vârstă au o capacitate redusă de adaptare la mediul de încărcare mecanică [4, 5], ceea ce face ca exercițiile fizice sau încărcarea mecanică crescută să fie mai puțin eficiente la construirea masei osoase. Acest lucru este deosebit de important pentru subiecții mai în vârstă care suferă în mod obișnuit perioade de mobilitate limitată sau de neutilizare a scheletului în perioadele de boală sau în urma unei leziuni sau a unei intervenții chirurgicale; capacitatea acestor subiecți de a recâștiga masa osoasă după o perioadă de descărcare poate fi compromisă.
Efectul descărcării mecanice asupra osului a fost studiat pe larg atât la modelele umane, cât și la cele animale. La om, o perioadă prelungită de descărcare scade semnificativ volumul și densitatea osoasă, așa cum se ilustrează prin studiile de repaus la pat și zboruri spațiale [2, 6, 7]. De exemplu, femeile care au participat la repaus la pat de 60 de zile au avut scăderi de 3-4% ale densității minerale osoase (BMD) în osul trabecular al femurului și tibiei [8]. În mod similar, astronauții care au petrecut timp îndelungat în spațiu au experimentat o pierdere de 1-2% trabeculară a DMO în șold și coloană vertebrală pe lună în spațiu [9]. În mod similar, primele modele de descărcare la șoareci și șobolani, inclusiv studii de zboruri spațiale și suspensia cozii, au descoperit că volumul osos trabecular și cortical se pierde rapid în perioadele de neutilizare [2, 10-13]. Au fost raportate pierderi de 20-50% din volumul osului trabecular în tibia proximală după două săptămâni de descărcare a membrelor posterioare la șobolani adulți [11, 14]. În plus, perioadele mai lungi de descărcare (28 de zile) s-au soldat cu mici