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拉斐拉g . Feresin莎拉·a·约翰逊,马库斯·l·拦,Jeong-Su Kim达尼亚a·哈利勒Edralin a·卢卡斯,布伦达·j·史密斯,马克·e·佩顿,穆罕默德·Akhter检测组, ”维生素E对骨生物力学的影响和Histomorphometric参数在切除卵巢的老鼠”,骨质疏松杂志, 卷。2013年, 文章的ID825985年, 9 页面, 2013年。 https://doi.org/10.1155/2013/825985
维生素E对骨生物力学的影响和Histomorphometric参数在切除卵巢的老鼠
文摘
目前的研究调查了剂量依赖性效应逆转骨质流失的维生素E切除卵巢的老鼠(Ovx)。Sprague-Dawley老鼠Sham-operated(假的)或Ovx和美联储控制饮食失去骨120天。随后,老鼠被分成5组(/组):假的,Ovx-control,低剂量(Ovx + 300毫克/公斤饮食;LD)、中剂量(Ovx + 525毫克/公斤的饮食;MD),高剂量(Ovx + 750毫克/公斤的饮食;HD)的维生素E和牺牲后100天。动物收到MD和HD的维生素E相比增加了血清碱性磷酸酶Ovx-control组。骨histomorphometry分析表明减少骨吸收增加骨形成和矿化Ovx组补充医学博士和高清的维生素E . Microcomputed断层扫描结果显示没有影响维生素E在第五腰椎的骨小梁。动物接收高清的维生素E有增强第四腰椎质量就是明证提高极限和屈服载荷和应力相比Ovx-control组。这些发现表明,维生素E改善骨质量,减弱骨吸收,增强骨形成率而无法恢复骨密度和骨小梁结构。
1。介绍
卵巢激素缺乏是一个主要危险因素为女性骨质疏松症(1,2]。虽然有几个fda批准的药物预防或逆转骨质疏松症,女性继续寻找更安全、更可行的预防和治疗方案3]。在绝经后妇女骨代谢率的增加,骨吸收的速度超过净骨质疏松,骨形成的结果(4]。在某种程度上,这些事件与免疫细胞的调制介质(细胞因子和前列腺素)和oxygen-derived自由基(ODFR)形成在骨微环境或细胞作为监测前兆如monocyte-macrophage血统的5]。
当地大量的细胞因子和脂质介质如白介素(IL) 1、白介素、肿瘤坏死因子-α(TNF -α),淋巴毒素,白细胞三烯和前列腺素E系列(铂族元素)参与调节骨代谢6- - - - - -8]。卵巢激素缺乏与某些免疫细胞的激活增加导致增加炎症介质,如il - 1 (9,10),il - 6 (9,11),特别是铂族元素2(12- - - - - -17),这是部分负责抑制成骨细胞的活动刺激监测分化,和活动导致骨吸收增加(18]。
Oxygen-derived自由基也由激活免疫细胞,包括单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞(19),据报道已经增加了在慢性炎症性疾病20.),老化(21),和骨质疏松症(22,23]。在活的有机体内和在体外发现(22- - - - - -24]表明,过多的自由基生成的环境增加osteoclastogenesis和骨吸收导致降低骨密度(BMD)和骨质疏松症(25]。氧化应激的作用estrogen-deficiency-induced骨质流失也被证明是卵巢切除术可以显著减少的两个主要硫醇的抗氧化剂,谷胱甘肽硫氧还蛋白,在破骨细胞(26,27]。
维生素E,一种脂溶性抗氧化剂26,28,29日),由于其抑制能力特别感兴趣的某些促炎介质如铂族元素的生产2肿瘤坏死因子-α、il - 1和il - 6 (30.- - - - - -34),与增加骨质疏松(6- - - - - -8,35,防止氧化损伤引起的ODFRs [29日,36]。研究了维生素E和骨之间的关系在某种程度上。徐et al。37)报道,维生素E维护正常的骨骼生长和骨骼建模在年轻的动物和保护软骨细胞脂质过氧化作用。他们还发现,补充维生素E增加骨量降低自由基的浓度,刺激骨吸收和抑制骨形成。维生素E还降低了监测的ODFR刺激骨吸收(22]。此外,管理α生育酚抑制生产ODFRs显示在骨折愈合的早期阶段在兔子38),提高Ovx大鼠抗氧化酶的活性(39),提高骨折愈合的早期(40)和后期阶段(41]在Ovx大鼠和雄性老鼠42]。此外,人口研究结果Melhus et al。43)表示的重要作用适当摄入膳食维生素E在吸烟者降低髋部骨折的风险。另一个横断面研究表明维生素E可能在绝经后妇女骨代谢生化分开,导致骨形成率增加而不影响骨吸收的速度(44]。总的来说,这些观察结果表明,维生素E积极影响骨骼健康。
以前,我们表明,补充维生素E改善骨质量水平以及增强骨基质蛋白在不改变旧雄性小鼠骨密度(45)和orchidectomized (Orx)雄性老鼠46),这两个是男性的普遍接受的模型,老年性骨质疏松症。此外,我们发现,补充剂量的维生素E保护作用在各种骨参数在下肢卸载男性骨质疏松症大鼠模型而不是动态控制大鼠(47]。此外,Norazlina et al。48)报道,维生素E能够维持Ovx大鼠的骨密度。这些研究表明动物身体压力和荷尔蒙缺乏可能受益于额外的饮食中维生素E。因此,本研究的目的是调查是否维生素E摄入量有关逆转骨质疏松Ovx大鼠骨质疏松症模型。
2。材料和方法
2.1。动物和饮食
七十五年12个月大的雌性Sprague-Dawley老鼠住在一个环境控制动物实验室到达。指南的伦理护理和治疗动物的动物保健和使用委员会严格遵守。经过5天的适应,老鼠sham-operated(虚假的;1组;)或切除卵巢的(Ovx;4组)。所有老鼠都保持semi-purified基于酪蛋白饮食(不是93米)包含基础水平的维生素E(75毫克维生素E /公斤饮食)在一段时间内引起骨量减少(120天49]。切除卵巢的老鼠被随机分为4组(/组):Ovx控制和Ovx + 300毫克维生素E /公斤饮食(低剂量、LD), Ovx + 525毫克维生素E /公斤饮食(中等剂量,MD), Ovx + 750毫克维生素E /公斤饮食(高剂量,HD)。动物被pair-fed骗局的平均食物摄入量组和自由进入蒸馏去离子水。老鼠被喂食各自饮食治疗100天,然后最后牺牲的治疗时期。
2.2。尸体剖检和组织处理
一百天治疗后大鼠麻醉与氯胺酮的混合物/甲苯噻嗪(60和3毫克/公斤体重,职责),全身骨密度和骨矿物质含量(BMC)测量使用双能x线吸收仪(DXA对;qdr - 4500精英;Hologic沃尔瑟姆,妈,美国)。通过腹主动脉老鼠然后流血。收集血液样本,被离心分离血清在1500 g×20分钟在4°C。整除的血清冷冻,保存在−20°C后分析。胫骨和腰椎被各种分析。胫骨被存储在70%乙醇histomorphometry而第四和第五腰椎L4和L5, resp。被冻结在−20°C的生物力学性能和微观结构分析,分别。每个老鼠收集的子宫,涂抹,重确认卵巢切除术的成功。
2.3。血清维生素E的分析
血清α生育酚测定使用的方法Bieri et al。50]。简单、样品和标准与己烷提取,氮下蒸发,重组二乙醚/甲醇(1:3,v / v)。α-生育酚醋酸溶液(5毫克/毫升)(西格玛化工有限公司,圣路易斯,密苏里州,美国)添加到200年μL血清或α生育酚乙酸酯(σ化工有限公司,圣路易斯,密苏里州,美国)作为内标。维生素E是重复测量通过高效液相色谱法(水公司,米尔福德,妈,美国)使用Nova-Pak C18柱(3.9×150毫米,4μ米粒子大小;水公司),甲醇:水(95:5,v / v)为流动相,在290 nm和吸光度是监控。内部和interassay变异系数分别为4.3%和4.6%,分别。
2.4。血清碱性磷酸酶(ALP)活性
血清高山活动决心从σcolorimetrically使用工具诊断(圣路易斯,密苏里州,美国)。这个测试进行二Cobas-Fara临床分析器(美国新泽西州蒙特克莱尔)。高山活动时间的测量吸光度的增加在410 nm由于硝基酚的形成。内部和interassay这个过程的变异系数分别为1.9%和2.8%,分别。
2.5。骨Histomorphometry
定量histomorphometry右胫骨进行检查骨的动态变化和骨细胞活动的卵巢切除术和治疗。简而言之,钙黄绿素(8毫克/公斤;σ,圣路易斯,密苏里州,美国)注射在8天,1天,尸体剖检之前,为了prelabel老鼠的骨骼。胫节是在1毫米远tibio-ibula结(TFJ)和19毫米近端TFJ获得的近端部分松质骨histomorphometry和固定在70%乙醇。近端胫骨(5μ米厚)在维拉纽瓦prestained染色,在分级乙醇和丙酮脱水,分别嵌在甲基丙烯酸甲酯。Goldner-stained标本用于确定静态测量和结构而Villanueva-stained标本用于评估荧光染料标记和骨形成的动态测量。锯切片机(型号1600、徕卡、德国)被用来降低嵌入式样本(2 - 4μ米厚)。部分分析了半自动地使用BIOQUANT软件(R&M生物识别技术,纳什维尔,TN,美国)。标准命名法是用来表达histomorphometric值。数据收集区只包含小梁骨和骨髓;主要松质是不包括在内。
2.6。骨小梁结构的评估
的microarchitectural L5椎标本的骨小梁结构评估使用microcomputed断层扫描(μCT40 Scanco医疗、瑞士)。腰椎进行扫描从尾颅结束(530片;16μ米/块)。这个地区包括530名获得的图像从每个椎使用相同的各向同性体元分辨率和积分时间与胫节所述。选择感兴趣的体积是25片远离生长板的外观两端的椎体导致大约300片。小梁的地区使用半自动的轮廓与皮质骨分离。骨小梁的形态学参数评估μCT包括BV表示为一个百分比的总量(BV /电视),小梁数目(Tb.N),小梁厚度(Tb.Th)和小梁分离(Tb.Sp)。非度量参数包括结构模型指数(SMI)这是一个指示器plate-rod安排的骨骼结构和连接密度(Conn.D)。
2.7。生物力学特性
L4椎骨标本清洗和周围软组织的释放。使用DXA对BMD估计,配备适当的软件BMD评估在小实验室动物。
生物力学性能评估其他地方描述(51]。短暂,脊椎强度测量3毫米/分钟的速度英斯特朗5543使用(广州、马、美国)。椎骨进行测试与压缩力应用于颅和尾表面。荷载位移曲线测试期间的记录。屈服载荷,极限荷载和刚度测量每个样品的荷载位移曲线。极限应力、屈服应力和弯曲弹性模量计算的梁弯曲方程。
2.8。统计分析
涉及的数据统计分析手段和平均数标准误差估计(SEM)为每个组。使用混合模型方差分析进行SAS程序(9.2版本,SAS研究所卡里、数控、美国)。如果重要的值被报道,事后测试图基调整进行多重比较的目的。意义是。
3所示。结果
3.1。食物摄入、体重和子宫重量
即使老鼠pair-fed虚假的集团,所有Ovx大鼠体重明显高于决赛()。维生素E治疗对体重(表没有影响1)。卵巢切除术,正如所料,使萎缩的子宫组织()确认双边卵巢切除术(表1)。
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| 行中的值,共享相同的上标字母不显著()不同。值意味着±S.E.M. 高山:碱性磷酸酶。 |
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3.2。血清维生素E水平和高山的活动
平均血清维生素E水平老鼠收到补充维生素E显著提高(比Ovx组(表)1)。Ovx组相比,MD和高清的维生素E显著()增加血清ALP活性约28和30%,分别。
3.3。骨矿物质密度和内容
正如所料,卵巢切除术明显()全身骨密度下降,但没有差异()在四个Ovx组BMD由于维生素E治疗(表2)。没有明显的()观察在全身BMC差异治疗组(表2)。
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| 行中的值,共享相同的上标字母不显著()不同。值意味着±S.E.M. BMC:骨矿物质含量;弹道导弹防御:骨矿物质密度。 |
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3.4。骨Histomorphometry
基于骨静态histomorphometry Ovx控制动物损失了大约75%的近端胫骨松质骨体积(BV /电视)在研究的持续时间(220天)。这个损失不是由任何改善的补充剂量的维生素E(表3)。卵巢切除术引起骨吸收参数的值的增加包括破骨细胞/骨表面(Oc.S / BS)和侵蚀表面/骨表面(ES / BS)在76年和79%,分别。然而,医学以及高清的维生素E显著预防这些增加(表3)。
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| 行中的值,共享相同的上标字母并不显著)不同。值意味着±S.E.M. BV /电视:骨体积百分比的组织体积;Oc。S / BS:破骨细胞/骨表面;ES / BS:侵蚀表面/骨表面;女士/ BS:矿化表面/骨表面;BFR / BV:骨形成率/骨体积。 |
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骨动态histomorphometry表明骨形成参数包括矿化表面/骨表面(女士/ BS)和骨形成率/骨体积(BFR / BV)显著增加是由于卵巢切除术(表3)。补充维生素E在LD和MD / BS女士增加了42个和50%,分别与Ovx相比对照组。BFR / BV收到MD组显著的增加了65%的维生素E与Ovx组相比(表3)。
3.5。小梁Microarchitectural L5脊椎的属性
Ovx的影响和补充剂量的维生素E小梁microarchitectural L5椎骨骼展示在表的参数4。卵巢切除术减少BV /电视,结核病。N,结核病。Th, 37岁,11日,和21%,分别。正如所料,结核病的价值。分别Sp和Conn.D增加了14个和29%,由于卵巢切除术。没有影响维生素E治疗观察BV /电视,结核病。N,结核病。Th和结核病。Sp表明尽管破骨细胞和成骨细胞活动的有利变化观察到在这项研究中,补充维生素E在这个时间点没有逆转Ovx-induced改变骨小梁microarchitectural参数。研究结果还表明没有维生素E对重度精神病的治疗效果。
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| 行中的值,共享相同的上标字母不显著()不同。值意味着±S.E.M. BV /电视:骨体积百分比的组织体积;结核病。Th:小梁厚度;结核病。N:小梁数;结核病。Sp:小梁分离;Conn.D:连接密度;重度:结构模型指数。 |
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3.6。骨密度和生物力学特性
卵巢切除术明显()L4椎BMD下降;然而,没有四Ovx组BMD的差异由于维生素E治疗(表2)。椎体的生物力学属性,如极限和屈服载荷(图1(一))和极限和屈服应力(图1 (b))增加维生素E组接收高清(,,,、职责)。最终,刚度和弹性模量没有影响(,、职责)的任何治疗。
(一)
(b)
4所示。讨论
我们先前的研究的总体结果使用老鼠与维生素E (46,47)和鼠标(45)骨质疏松模型表明,维生素E能够提高骨质量,尤其是在高压条件下如卸货和老化,虽然无法阻止BMD的损失。虽然BMD在最好的预测骨折的发病率约70% (52- - - - - -54),其他因素如骨几何和骨质量是同等重要的。我们的数据表明,改善骨结构性质可能发生在缺乏有利的BMD的变化。这种现象在文献中报道的其他例子包括观察氟化钠增加BMD每年近10%,同时增加了骨折率(55,56]。早些时候在支持我们的观察(45,47,57),这项研究的结果还表明,维生素E改善骨生物力学性能的更高的极限和屈服载荷和应力而不改变BMD。同样,Shuid et al。58)表明,补充维生素E提高股力量就是明证增强极限和屈服载荷和应力在年轻的雄性老鼠。然而,问题是为什么维生素E不能增加骨质疏松发生后BMD值。合理解释这些发现可能与事实,到120年底,天预处理期间,骨小梁仍然太少,这样增加骨形成引起的维生素E,由于upregulation成骨细胞和抑制破骨细胞的骨侵蚀,无法恢复骨小梁结构。
当饮食中维生素E的数量从75毫克/公斤增加饮食(控制饮食)到300年,我们观察到显著增加的平均血清维生素E .然而,剂量的维生素E进一步增加时,维生素E对循环的影响变得无法区分这表明饮食中维生素E水平可能达到阈值的吸收和运输。这是观察到即使在健康个体Traber和sy报道59)指出,维生素E吸收的效率很低,随着剂量的增加吸收减少。事实上,有研究报道,增加剂量的维生素E补充剂(800毫克)未能提高等离子体水平的维生素E (60,61年]。尽管缺乏影响循环维生素E,我们的确看到骨不同的反应。这表明组织水平的维生素E可能已经改变,表明维生素E可能不反映组织的循环水平维生素E水平(62年]。此外,维生素E能剂量依赖性增加血清浓度高山,骨形成的非特异性生物标志物表达成骨细胞的质膜。这些结果支持我们之前研究的结果中,维生素E倾向于增加血清高山的水平(47]。
骨吸收,近端胫骨静态histomorphometry数据表明,补充维生素E降低破骨细胞活动的减少Oc。S / b和ES / BS维生素E-supplemented组相比Ovx-control组。因此,这些发现表明,维生素E补充剂降低骨吸收Ovx大鼠模型。最近的一份报告Fujita et al。63年)表明,维生素E骨量减少相应的野生型小鼠或大鼠,他们的饮食补充α生育酚通过增强骨吸收和破骨细胞大小与野生型骨髓细胞刺激受体活性的核因子kappa-B和处理α生育酚;然而,我们的研究结果与其他研究的结果一致,报告有益的维生素E对骨骼的影响。例如,Hermizi et al。64年)表明,补充维生素E降低Oc。S / b和ES / BS雄性老鼠在收到尼古丁与对照组相比。此外,Ahmad et al。65年)报道,维生素E也能够减少雄性小鼠的ES / BS接收nitriloacetate铁。基于上述发现,我们可以推测,补充维生素E在压力条件下仅仅是有益的。然而,Mehat et al。66年)表明,补充维生素E降低了ES / BS在雄性大鼠与对照组相比表明维生素E在正常情况下也大有裨益。
骨代谢率进行评估使用动态histomorphometry近端胫骨。女士/ BS与维生素E组补充高于Ovx组。此外,补充维生素E MD的骨形成(BFR / BS)增加了65%相比,Ovx组。这些结果表明,补充维生素E增加矿化和骨形成Ovx大鼠模型。这些发现支持Mehat et al。66年]发现高女士/ BS和BFR / BS在雄性大鼠补充维生素E与对照组相比。
补充维生素E是无法逆转的不利改变microarchitectural参数在L5脊椎由于卵巢切除术。这些发现是类似于我们之前的结果(46在维生素E并没有改变BV /电视,结核病。Th和结核病。N在Orx雄性老鼠;然而,它稍微不同于我们的一个早期的发现(47在BV /电视以及结核病。N增加了充足和高剂量的维生素E在雄性大鼠后肢卸载饮食和卸货之间的相互作用进行评估。我们实验室的细微差别的结果可能解释为使用histomorphometry后者与学习μCT在前,本研究;然而,重要的是要注意,在这项研究中,histomorphometry以及μCT数据一致。与我们的研究结果相反,Shuid et al。58)表明,补充维生素E显著增加BV /电视,结核病。Th和结核病。N和减少Tb.Sp。自补充维生素E生物利用度很大程度上依靠形式呈现给肠吸收细胞,这种差异可能部分归因于补充利用在每个研究的不同方法。虽然Shuid et al。58)管理60毫克/公斤体重/天,口服填喂法,我们喂动物的饮食包含300 (LD)、525 (MD)和750(高清)毫克的维生素E /公斤的饮食。此外,Shuid et al。58维生素E)正在调查的能力,防止骨质流失使用正常的雄性老鼠而我们的研究是研究维生素E在逆转骨质疏松的作用。由于使用Ovx大鼠卵巢激素缺乏症。
维生素E的机制之一,影响骨骼健康是通过其抗炎和抗氧化特性。维生素E的角色在这些过程已经明确指出,是重要的预防慢性疾病,包括动脉粥样硬化(67年,68年)和癌症(69年]。巨噬细胞不仅在起始,也涉及在炎症和免疫反应的规定18,70年- - - - - -72年]。促炎的分子从巨噬细胞分泌的增加,如铂族元素2、il - 6、TNF -α(73年),il - 1 (9)可能导致骨吸收的速率的增加,因此,加速骨质流失。例如,维生素E没有抑制铂族元素的合成2并在lipopolysaccharide-stimulated巨噬细胞il - 6 (74年]。这些发现表明,维生素E可能以不同的方式在不同应力条件。的骨头,这可能部分解释Ovx的对比发现,Orx老鼠相比,后肢卸载老鼠。虽然很少有研究报道,维生素E积极影响骨质量(47,58,64年),这些研究考察了维生素E在预防骨质疏松的作用,但不是它的逆转。总之,我们的观察以及其他调查人员表明,补充维生素E能够预防骨质流失和改善骨生物力学性能,尽管它无法逆转骨的损失是由于卵巢激素缺乏症。
确认
这项工作是由美国农业部(USDA)新名词。维生素E是阿彻丹尼尔斯米德兰公司提供的慷慨。
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