文摘
2型糖尿病与增加骨折率比非糖尿病的人口甚至与正常或提高骨密度(BMD)。因此,骨质量起着重要的作用在骨骼脆弱由于2型糖尿病的发病机制。本研究分析了骨小梁微结构的变化导致2型糖尿病在不同时间点nonovariectomized和切除卵巢的老鼠。动物被分为四组:(I)控制(假的),(2)糖尿病(假的),(III)切除卵巢的,(IV)切除卵巢的糖尿病患者。小梁股骨头的微体系结构是使用微ct特征。8点组之间的差异进行了分析,10,14周开始的2型糖尿病使用双向方差分析和事后多重比较。糖尿病组有或没有切除了显著增加小梁分离和降低骨体积分数,小梁的号码,和厚度。BMD下降在切除卵巢的糖尿病动物在14周的二型糖尿病的发病。没有发现明显的变化在连接密度和各向异性程度组。结构模型指数表明糖尿病动物的变化对一个较弱的棒状结构。 The data obtained suggested that T2DM affects the trabecular structure within a rat’s femoral heads negatively and changes are most significant at a longer duration of T2DM, increasing the risk to hip fractures.
1。介绍
糖尿病(DM)虽然确定了半个多世纪前与骨骼脆弱已站到了最前沿只在过去的十年中作为一种重要的骨质疏松症的危险因素。糖尿病患者患有这两种类型的风险增加骨质疏松和骨折1,2]。尽管骨折风险增加,骨骼脆弱DM仍是一个被低估了的并发症。
绝经后骨质疏松症,由于雌激素缺乏,是最常见的原发性骨质疏松症的妇女。雌激素缺乏失衡导致增加骨吸收和骨重建周期25 - 30%的骨质破坏5至10年期间(3]。
在美国,1000万年 年龄估计有骨质疏松症的臀部(基于 - - - - - -得分≤2.5−),每年约有150万骨质疏松性骨折(3]。骨质疏松和骨折相关的社会经济成本高,预计未来几十年由于增加显著增加寿命。骨质疏松性髋部骨折与增加死亡率和减少糖尿病患者的生活质量和更多的问题由于破坏骨折愈合4]。最近的一份报告表明,焦虑的负面影响糖尿病患者的HRQoL长时间(5]。
评估骨质疏松症的标准诊断技术和监测治疗双x线吸收仪(DXA对)测量骨密度(BMD)。弹道导弹防御可以预测股骨骨强度和骨折风险在某种程度上,但没有股骨骨折患者BMD值重叠(4,6]。骨质疏松性变化和增加骨折在1型糖尿病(T1DM)与骨矿物质密度减少(2]。然而,数据在2型糖尿病(T2DM)病人体内的骨骼异常出现矛盾和确切的解释这仍然是未知的。二型糖尿病患者较低,正常,或增加骨密度,增加骨折在不同骨骼网站(7- - - - - -9]。因此,骨头数量测量骨密度并不是唯一的因素,导致骨质疏松症,但骨质量的变化也应该被认为是预测骨折风险。
骨质量涉及骨微观结构的分析。在一个高质量的骨,骨小梁有着良好的社会关系,数量更大,更厚,更弹性板10]。有更少的疲劳损伤,更高层次的矿化,在皮质骨和平衡的孔隙度,骨细胞的健康中起着重要作用[11]。骨质疏松症骨的微观结构恶化尤其是在小梁网站,尤其是在椎骨,肋骨和臀部。
我们假设,糖尿病是一种慢性疾病,也可减少骨质量在一段时间内。当前研究的目的是调查2型糖尿病对绝经后骨质疏松症的影响。数据用于2型糖尿病对骨骼的影响变量,并没有多少数据结合雌激素缺乏和糖尿病的影响。
骨折的风险增加糖尿病具有明显的倾向于近端股骨,股骨头的研究评估显微结构的变化由于2型糖尿病发生和缺乏雌激素(绝经后)和二型糖尿病的综合效应在不同时间点和绝经后骨质疏松症。切除卵巢的老鼠(OVX)作为绝经后骨质疏松症模型。
Microcomputed断层扫描(ct机)用于调查的变化在股骨头骨小梁。ct机是一种非侵入性技术,被视为一个有价值的技术调查骨的微体系结构。
2。材料和方法
2.1。动物模型
三个月大的女Wistar鼠( )得到的动物房设施在阿拉伯联合酋长国大学这项研究。动物被单独安置在笼子在标准条件下12 h光明与黑暗交替周期(22 - 24°C),在50 - 60%湿度和提供免费获取标准的鼠粮和水随意在两周的适应环境。所有的努力都是尽量减少动物痛苦和减少实验用动物的数量。所有动物程序批准的阿拉伯联合酋长国大学动物伦理委员会(ERA_2017_5597)。
2.2。实验设计
实验动物随机分为四组( 为每个组):全科医生。我控制/ sham-operated,全科医生。II-sham-T2DM,全科医生。III-OVX,全科医生。IV-T2DM + OVX。
2.3。建立2型糖尿病大鼠模型
动物( )被喂食高热量饮食(D12492饮食;美国研究饮食,Inc .)为3周之后,两个低剂量的注射链脲霉素(STZ)(30毫克/公斤腹腔内)在每周的间隔。(12]。三天最后一次注射后,尾静脉血糖测定空腹5 h后使用血糖仪(Accu-Chek性能;美国罗氏诊断)。老鼠有血 被认为是糖尿病和被用于我们的研究12]。胰岛素抵抗糖尿病动物是通过胰岛素耐量试验进一步证实了12]。高脂肪饮食是持续在整个实验周期糖尿病动物群体。血糖浓度和体重监控隔周去一次。
2.4。手术
老鼠接受了双边切除两周后发病糖尿病使其性激素不足和刺激加速骨丢失。程序是按标准协议(13]。简单,操作是由其背表面上放置一个麻醉动物后。手术被清理过的面积与乙醇(默克公司、印度)。小横向切口腹膜是用解剖刀叶片中间部分的腹部略向右,右二乳头附近的鼠鼠打开腹腔。脂肪组织是离开,直到正确的输卵管和卵巢包围一个变量数量的脂肪被确定。左卵巢的过程重复通过相同的切口。识别卵巢和子宫角后,远端结扎和卵巢子宫角被移除。远端子宫角都回到了卵巢切除后腹膜腔的,和皮肤缝合。控制老鼠只接受虚假的过程。所有动物术后进行随访。
所有的动物( )牺牲在6、8和12周( 每个时间间隔)手术后8的效果看,10,14周骨样本的糖尿病的发病。所有骨头切割、清洗、固定,并保存在存储进行进一步分析。右股骨解剖了这项研究。
2.5。ct机测量
股骨是首先在缓冲福尔马林固定,然后存储在磷酸盐(PBS)检查由内阁cone-beam ct机(μCT 50, SCANCO医疗AG)、Bruttisellen、瑞士)。测试进行了锥束源自5μm焦斑x射线管电压设定在70千伏峰值电流强度为200μ答:使用标准的0.5毫米厚铝过滤器。扫描区域是约。10毫米,视野是10.24毫米。积分时间设置为800 ms。光子被CCD-based区域检测器检测,和投影数据computer-reconstructed成使用Scanco 3 d V4.2图像矩阵。对于每一个扫描,一堆2000年截面重建。重建的图像 每个像素。
2.6。评价股骨头内骨小梁结构
根据样本分割灰度值的CT片。开发一个算法来生成一个立方体的面具在股头的中心。提取感兴趣的体积只包含骨小梁的形态学分析。小梁厚度从分段计算示例使用最大拟合球面方法(14,15]。孔隙直径被计算应用相同的方法在倒生的分割图像。请注意,这不是真正的孔隙大小,而是当地的厚度的毛孔。脚本执行的分析始于一键操作SCANCO评估程序。
以下结构参数测量的骨小梁的形态学分析:TV-total卷(毫米3);BV-bone卷(毫米3);BV / TV-relative骨体积(%);骨表面密度的比值来衡量分割骨表面的总量的BS /电视;Conn-Dens-connectivity密度、定额的电视(1 /毫米3);SMI-structure模型指数(0为平行板,3圆柱棒);结核病。N-trabecular数量(1 /毫米);结核病。Th-trabecular厚度(mm);Tb.Sp: (毫米)。这些指标计算假设任何关于骨骼的形状(即。,没有板模型的假设)。所有参数计算三维(3 d)基于计算像素点。骨矿物质密度计算的意思是1包括体素值体积内的一切感兴趣的(骨和背景的混合物)的骨扫描校准的mg公顷/ ccm单元。
2.7。统计分析
数据分析了双向方差分析和未配对 - - - - - -测试使用GraphPad棱镜5 (GraphPad软件公司,圣地亚哥,美国)。Bonferroni多重比较的测试是用来评估团体之间的差异以及如果有任何的变化定义小梁结构参数在不同的时间段。数据表示为 。建立了统计学意义 。调整值( , )。
3所示。结果
血糖水平( )对糖尿病大鼠之间 来 (更易/升) 来 Gp(更易/升)。二世和全科医生。第四,分别。非糖尿病大鼠的血糖水平的全科医生。我是 来 (更易/升) 来 (更易/升)的医生。三世(见补充文件(提供完整的数据在这里))。
图的所有测量ct机的结构参数和3 d图像扫描每个四组骨小梁的在三个不同的时间点数据所示1和2,分别。表1显示了 值和百分比差异显著的数据测量的结构参数。三维评价小梁结构在大鼠的股骨头8的同期相比,10,14周医生的二型糖尿病的发病。我控制/ sham-operated,全科医生。II-sham-T2DM,全科医生。III-OVX,全科医生。IV-T2DM + OVX。每组动物的数量是8任何一次性段。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(我)
BV /电视降低了 在全科医生。二世和全科医生。第四骨头样品与控制Gp相比。我10到14周后糖尿病的发病。在Gp BV /电视。二世(14周内)sham-diabetic动物大大减少( )比非糖尿病患者切除卵巢的动物医生。三世(14周内)。显著降低BV /电视也观察到全科医生。四世与Gp相比。三世( )在14周的DM(图1(一))。
BS /电视增加全科医生。三世在14周的糖尿病的发病在医生发现相比,各自的控制。我( )(图1 (b))。
结核病。N下降( )在全科医生。二世在10到14周的DM的发病与数据集相比获得8个月糖尿病动物从同一组。结核病。N发现减少( )在全科医生。四14周后暴露在糖尿病Gp相比各自的控制。三世。然而,结核病。N在尽早骨样本来自Gp。第三是显著提高( )相比与全科医生。我和医生。二世和获得全科医生。四世( )(图1 (c))。结核病。Th(图1 (d)在全科医生。二世和全科医生。第四在14周显著降低( )比控制在全科医生。我。
骨小梁中的孔隙度测量Tb.Sp。它增加了( )在全科医生。二世在10周相比,其各自的控制在全科医生。我也与在Gp相比。三世在14周( )。此外,增加小梁分离被发现在糖尿病组(Gp。(二)的持续时间增加糖尿病患者和变化是重要的( )8至10周医生的糖尿病的发病。二世。小梁在Gp分离。第四是显著提高( )比医生。三世在糖尿病的发病(图14周1 (e))。全科医生的数据。三世是异构的,尽管小梁分离随时间增加(8 - 10周内),变化不显著,在14周,骨样本显示减少骨小梁分离与控制(Gp相比。我)( 在同一时间点)。
的意思是1代表vBMD尽早骨样本中显著降低医生。四世与Gp相比。我和医生。第三, 和 ,分别(图1 (f))。
更高的负值重度非糖尿病患者控制groups-Gp被发现。我和医生。三世。Gp的重度药物被发现会增加。四8和14周后出现糖尿病与Gp相比。二世和全科医生。三世在同一时间点(图1 (g))。
无显著差异被发现在任何连接密度(图比较1 (h))和各向异性的程度(DA)(图1(我))。不同的群体之间的交互和持续时间的影响在不同的组织也被认为是不重要的( )。没有任何显著的变化的结构参数被发现与独处的时间控制(Gp。我)。
4所示。讨论
脆弱性骨折是骨质疏松症的常见并发症影响老年人口主要是女性在绝经后雌激素损失后的年龄。与雌激素相关的骨质疏松缺陷通常被归因于骨吸收和形成之间的不平衡导致骨量的丧失和退化的骨小梁微体系结构(16- - - - - -18]。
PMO的重要性非常清楚与老年人口的增加,髋部骨折的并发症,如到2050年将增加两倍,至六百万零一年(19]。2型糖尿病是随着年龄的增长越来越普遍,因此,经常与老年性骨质疏松(共存20.,21]。糖尿病的患病率增加跌倒的风险因素和随后的伤害,包括视力低下,周围神经病变,和中风。数据表明,增加下降的趋势和更高的跌落受伤的风险不能完全解释骨折风险增加糖尿病和患有2型糖尿病的风险增加脆性骨折尽管正常或增加骨密度。因此,最近的研究重点是分析骨微体系结构的变化,骨质量恶化,可能导致糖尿病整骨疗法的一个重要因素。
患有糖尿病会增加在早期的脆弱性骨折发生率比非糖尿病的人口(21- - - - - -23]。估计糖尿病和髋部骨折的风险比为1.38 (95% CI, 1.25 - -1.53), 2型糖尿病(22]。小梁骨丢失更突出PMO由于其巨大的表面体积比,它显示了一个周转率高于皮质骨(18,24,25]。本研究中使用ct机小梁结构的变化特征的大鼠的股骨,由于不同持续时间的2型糖尿病,调查2型糖尿病对绝经后骨质疏松症的影响。在这项研究中收集的数据使用动物模型;然而,人类进一步的研究来证实这些结果是非常必要的。
在这项研究中使用的切除卵巢的老鼠模型是一种行之有效的绝经后骨质疏松症的动物模型,因为这些动物的骨质流失是模仿的绝经后妇女(24]。小梁骨微体系结构的研究调查了变化的股骨内控制/ sham-operated sham-T2DM OVX, 2型糖尿病+ OVX女性成熟大鼠使用ct机。微ct检查是一种非侵入性、非破坏性的方法检查骨以高分辨率的微体系结构(26,27]。
骨结构参数测量类似histomorphometry分析,如骨体积分数(BV /电视)、骨表面密度(BS /电视),小梁数目(Tb.N),小梁厚度(Tb.Th)和小梁分离(Tb.Sp)。非度量参数,如结构模型指数(SMI),连接密度(Conn-Dens)程度的各向异性(DA),意思是1,或者vBMD也测量。(27]。
BV /电视显示的分数(VOI,即给定体积的兴趣。,the total volume (TV)) that is occupied by the mineralized bone (bone volume). It was evaluated to detect relative changes if any in bone volume density that occurred following ovariectomy (OVX) and diabetes (T2DM). The results have shown that T2DM negatively affects bone volume density as it is significantly decreased in bones of diabetic animals with and without ovariectomy. The bone volume density significantly decreased with an increase in the duration of diabetes with 在14周的DM的发病与糖尿病(表切除卵巢的动物1)。
骨头表面密度(BS /电视)测量的比例分割骨表面的总量感兴趣的区域(14,15)是增加切除卵巢的老鼠没有糖尿病(Gp。III)经过14周的接触糖尿病相比,其各自的控制从全科医生。我在这学习。骨表面影响破骨细胞和成骨细胞的活性吸收缺损周边单位长度大于类骨质覆盖或静止的骨头28]。这是增加骨营业额在切除卵巢的动物早期的研究报道29日,30.]。
骨小梁的数量(Tb.N)下降后14周的糖尿病的发病postdiabetic切除卵巢的组织相比,各自切除卵巢的非糖尿病的控制。此外,我们发现的骨小梁数量减少与增加患糖尿病的时间nonovariectomized糖尿病组。小梁厚度的影响下也减少了DM在糖尿病大鼠有或没有卵巢切除术在早期研究中发现(24]。
但是,与先前的研究[31日- - - - - -33),我们发现小梁数目的增加样本来自一个切除卵巢的动物。这不同的结果可能是由于骨质疏松症的暂态在骨小梁的我们的样品并没有完全再吸收,并在分解的过程。
小梁的分离意味着相邻骨小梁之间的距离的增加,需要穿孔和删除整个小梁的元素。这个研究与之前的研究一致表明,骨头越来越多孔分离与小梁在糖尿病组与和没有切除(34]。小梁分离增加是最重要的( )在切除卵巢的动物在14周的糖尿病的发病。小梁分离的持续时间增加糖尿病患者增加nonovariectomized组显著变化观察到骨在10周的DM的发病比骨头在8周的糖尿病的发病。34]。普里查德et al。34]还发现增加整体的平均尺寸在桡骨远端骨小梁网的建议有助于更高的骨折风险在2型糖尿病人群。Kerckhofs et al ., (35)相反,发现骨小梁厚度的增加和无显著变化在糖尿病小鼠的近端胫骨骨小梁分离相比,控制。
意味着1或vBMD代表什么是通常被称为“体积骨密度”,更确切地说叫明显的骨矿物质密度。具体地说,它是总骨矿物质感兴趣的内容包含在体积除以总数量(电视)感兴趣的地区。这是推荐的方法(27]报告BMD的松质骨,因为它直接关系到骨骼强度。它显示趋势类似于BV /电视。
骨骼异常数据在2型糖尿病和其直接与骨密度的关系是矛盾的,和确切的解释,这仍然是未知的。在不同的研究中,骨密度值增加,减少,或保持正常36]。小和他的同事们(8]报道高BMD患者老年2型糖尿病相比同龄non-DM志愿者。相比之下,其他几个调查人员报告的负面影响2型糖尿病在弹道导弹防御9,37]。
本研究发现BMD倾向于减少与增加患糖尿病的时间nonovariectomized糖尿病动物,和重大变化( )被记录在8周出现DM相比,其各自的控制。最重要的( )负postovariectomized糖尿病组BMD的变化被认为经过14周的DM的发病与各自的控制在非糖尿病患者相比切除卵巢的控制。这项研究的结果表明,2型糖尿病影响BMD负面报道在早期研究[9,37,38]。
然而,我们并没有发现任何显著减少的股骨BMD的头部切除卵巢的非糖尿病患者组报道别人(30.)的近端胫骨干骨后端切除卵巢的老鼠相比,对照组。大量异构数据中最有可能是由于不同的研究设计和使用不同的动物模型或骨骼网站。
结构模型指数(SMI)定义一个参数来描述“板”和“棒状”松质骨中骨小梁的体系结构。它通过计算三维图像分析基于微分三角形骨表面的分析。棒的相对比例的盘子对骨小梁骨被认为是重要的机械能力,与板块被认为是机械优于棒。松质骨结构的恶化由于衰老和疾病的特点是转换板杆元素的元素。最真实的小梁结构将介于理想板和理想杆结构,和值介于0和3,根据棒的体积比和盘子。可能样本可能有相似的体积密度但不同重度的数量取决于trabaculae的板片状和棒状架构。
我们的研究结果显示重度值显著增加的股骨获得postdiabetic切除卵巢的动物相比,nonovariectomized动物没有糖尿病与糖尿病和切除卵巢的动物在8到14周,分别。重度精神价值的增加表明,小梁结构正在从更多的平板状弱棒状骨小梁进行射孔和/或稀疏机制[39]。
高负被发现在非糖尿病患者控制组织的全科医生。我和医生。三世对应高BV /电视值在这些团体。希尔德布兰德et al。40)还表明,小梁结构主要是平板状的头部,股骨。消极的重度值也在早前的一项研究报告(40在远端股干骨后端与BV /电视超过35%。骨体积分数降低,骨小梁倾向于更加棒状。然而,在非常高或低BV /电视值,定义范围之外的重度可能(27]。负值代表更多的平板状,更强晶格和被最伟大的力量和减少骨折风险41]。
连接密度(Conn-Dens)代表一个方面的骨小梁导致骨强度估算他们的互连。它代表有多少分支节点之间可以削减在结构完全分离。连接密度往往与老化减少每组在这项研究中;然而,内部没有发现统计上的显著差异或其他群体相比。
各向异性的程度(TRI-DA)被描述为1是各向同性和各向异性> 1。骨组织是一个描述各向异性材料,这意味着它可以显示不同的机械行为应用负载在不同的方向42]。中所有组织研究显示一个没有重大变化的各向异性骨结构由于切除或由于糖尿病的股骨内的各向异性程度与其他研究[2,43)显示的各向异性程度的增加绝经后骨质疏松症的晚期由于选择性骨质流失。结果的差异可能是由于小样本大小在每个组在这个研究。
5。结论
本研究显示糖尿病的一个重要影响骨小梁结构和股骨骨密度的头部,从成熟女性获得Wistar鼠和没有切除。因此,2型糖尿病应该考虑一个重要的髋部骨折的危险因素。从临床的角度来看,老年人女性与2型糖尿病骨折的风险;因此,需要相关的测量骨密度与结构参数的测量。大多数小梁微结构和骨矿物质密度的变化被发现在长期患糖尿病。更好的血糖控制在早期阶段的糖尿病可以预防或延迟骨微体系结构和维持骨质量的恶化和骨骼数量。更好的理解骨微观结构和代谢将帮助我们找到各种骨骼脆弱参与糖尿病的机制,将有助于提高其诊断、治疗及疗效评估骨质疏松症的治疗。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项研究是支持的创业(G00001885)由阿拉伯联合酋长国大学授予,艾恩,阿联酋。
补充材料
补充数据显示 体重(gms)和血糖水平(更易/ l) GP的变化。我,全科医生。第二,全科医生。第三,全科医生。四8、10和14周的牺牲前糖尿病的发病。(补充材料)