абстрактно

Основното

Доказано е, че ДР е важен начин за изследване на стареенето - особено за предотвратяване на стареенето. DR може да увеличи както средната, така и максималната продължителност на живота при различни животни, включително гризачи и примати (1). Докато някои проучвания за DR се фокусират върху намаляването на общите калории, без да се компенсира приемът на микроелементи (2-4), други поддържат адекватни и еквивалентни витамини и минерали както за DR, така и за животни ad libitum (5, 6). Има разлики в проучването и изследването в начина и степента на ограничение, в периода на диетични ограничения и във възрастта в началото на ограничението, и допринасят за липсата на консенсус относно ефектите от диетичните ограничения върху костната адаптация.

Talbott et al. (7) използваха „по-млади“ (3-месечни) и „по-стари“ (10-моларни) женски плъхове Sprague-Dawley, които бяха сравнени с телесно тегло и разпределени в една от четирите групи, които представляват две нива на енергия ( изброени в таблицата). като „калоричен“ прием и две нива на прием на калций. Всички плъхове имаха една и съща основна диета (протеини, мазнини, фибри, витамини и други минерали), но се различаваха по калориен прием (нормално спрямо 40% ограничение) с намалено съдържание на въглехидрати или прием на калций (нормално = 78 mg/ден и ниско = 15 %). mg/d). Следователно, плъховете бяха ограничени до калций, калории или калций и калории само за 9 седмици. Диетичните ограничения на калция или енергията водят до повишени нива на костен обмен както при по-млади, така и при по-възрастни плъхове. Само диетичното ограничаване на енергията не е имало значителен ефект върху крайната КМП при по-млади плъхове. Въпреки това, при по-възрастните плъхове крайната КМП е била отрицателно повлияна от DR, което предполага, че въпреки че калцият или DR увеличават костния обмен по подобен начин както при по-младите, така и при по-възрастните плъхове, разликите в ефекта на DR върху BMD все още продължават да съществуват.

В следващото проучване Talbott et al. (8) се занимава с взаимодействието на възрастта и DR във връзка с биомеханичните свойства на костите. Плъхове Sprague-Dawley, по-възрастни (на 5 месеца) и "по-възрастни" (на 12 месеца) женски плъхове, приблизително еквивалентни на 20 и 50 човешки години, са били хранени ad libitum или при 40% ограничение в продължение на 9 седмици. преживява 15% загуба на тегло и намаляване на костната плътност на бедрената кост (32-35%). Въпреки малките намаления на плътността на пищяла и раменната кост и в двете групи, биомеханичните свойства намаляват при по-възрастни, но не и зрели плъхове. Ясно е, че възрастта при появата на DR при плъхове е имала значителен ефект върху костната адаптация.

Допълнителна подкрепа за възрастово чувствителния компонент на промените в костния метаболизъм идва от работата на LaMothe et al. (5), който сравнява DR и ad libitum мъжки Fischer 344 X Brown-Norway F1-хибридни плъхове. Плъховете са изследвани на възраст "млад възрастен" (8 години), "късна средна възраст" (28 месеца) и "стареене" (36 месеца). Групата на плъхове на възраст от 28 месеца е калорично ограничена до 40% на възраст от 14 години. В сравнение с възрастови плъхове ad libitum, 28-годишните DR плъхове са имали значително по-къси дължини на пищяла и намалена обща площ на напречното сечение на костите, площ на кортикалната черупка, фракция на минерална пепел, инерционен момент на напречно сечение, максимално натоварване, твърдост и скованост. В сравнение с плъховете, съответстващи на възрастта ad libitum, DR плъховете също имат значително по-къса височина L6 и по-ниско натоварване при пропорционалната граница и максимум. Те стигнаха до заключението, че DR неблагоприятно влияе на костната геометрия и механика при стари мъжки плъхове F344BN.

Телесното тегло се признава като постоянен предиктор за КМП със загуба на тегло, което води до намаляване на костната маса (6, 7, 9-13). Въпреки че Talbott et al. (7) не успя да открие значително намаляване на КМП при млади плъхове с ограничен прием (3 месеца), ефектите върху скелетните биомеханични и геометрични свойства не са известни. Като се имат предвид значителните ефекти на DR върху възрастови процеси (14, 15) и по въпроси, свързани с възрастта, в която ограничението се прилага най-добре, е важно да се обърне внимание на ефектите от индуцираното от DR намаляване на растежа и общото наддаване на телесно тегло. при млади плъхове.

Изследвани са различни нива на DR, но ограничаването на приема на храна до 50-70% консумирани ad libitum при плъхове е най-често свързано с увеличена продължителност на живота и забавено физиологично влошаване, свързано с възрастта (16-20). Следователно настоящото проучване се стреми да определи ефекта на DR (65% ad libitum) върху механичните и структурни свойства на костите при млади мъжки плъхове Wistar. Важното е, че това проучване изследва колко по-дълго е DR по-дълго от Talbott et al. (8), но по-кратък от този в LaMothe et al. (5) повлиява на скелетните характеристики на млади мъжки плъхове Wistar. Приложено е ограничение от 35% без хранителни добавки и ние предположихме, че растежът и наддаването на тегло при младите плъхове ще надделеят над вредните ефекти, свързани с DR, които се появяват при геометричните и механичните свойства на пищяла и гръбначния стълб, наблюдавани при вековни плъхове.

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ

Животните.

Геометрия на тибиалната кост.

Случайно или дясната, или лявата пищяла от всеки плъх е изобразена с помощта на μCT. След размразяване, тибиите (Skyscan 1073, SkyScan, Aartselaar, Белгия) бяха сканирани при увеличение от 14,07 × (19,73 μm резолюция). Сканирането генерира поредица от равнинни напречни растерни изображения в нюанси на сивото. След сканиране костите се препакетират в напоена с физиологичен разтвор марля и се замразяват (-20 ° C) до биомеханични тестове. Геометрията на костите се определя чрез вмъкване на растерни изображения в потребителския софтуер (Matlab, Natick, MA), с прагови изображения и изчислени геометрични параметри като обща площ на напречното сечение, разстояние от центъра на тежестта до желания ръб на напречното сечение и пресичане - момент на инерция.

Костна геометрия L 6 .

L6 се размразяват при стайна температура (RT) в PBS. Напречните процеси бяха отстранени с ножици за дисекция и нервният гръбначен стълб беше отстранен с диамантена плоча (Buehler Isomet, Lake Bluff, IL). Височината на гръбначния стълб беше измерена с шублер (модел 599-578-1, Браун и Шарп, Ървайн, Калифорния). След това L6 бяха сканирани с μCT (Skyscan 1073) при 30-кратно увеличение (12.73 μm резолюция). Генерирани са растерни изображения и вертебралният център е подготвен за биомеханични тестове. Каудалната и ростралната повърхности бяха изрязани, за да се изчистят междупрешленните дискове и да се осигурят паралелни повърхности за аксиално тестване на смачкване. След обработката се измерва дължината на L6 и след това се препакетира в напоена с физиологичен разтвор марля и се замразява (-20 ° C) до биомеханично изпитване. Геометрията на костите се определя чрез вграждане на растерни изображения в патентован софтуер (Matlab), който прагва изображенията и изчислява геометрични параметри като обща площ на напречното сечение, кортикална костна зона и трабекуларна област.

Биомеханично изпитване на пищяла.

Тибиите се оставят да се размразят в RT физиологичен разтвор за поне 1 час. Дължината на пищяла беше измерена и средният вал беше маркиран. За тестване, кръгла повърхностна кръстовидна сонда със сервоуправляема електромеханична система за изпитване (Модел 1122, Instron Corp., Кантон, Масачузетс) беше в контакт с медиалната тибиална повърхност в надлъжния център и беше приложено отклонение от 1 N. 3 mm) при 25,4 mm/min (5). Редът на тестване беше разделен между групите, за да се елиминират ефектите от тестовия ред. Бяха генерирани криви на деформация на товара (RC Computerscope A/D Board, RC Electronics, Санта Барбара, Калифорния). От тях се изчислява натоварването при пропорционална граница, максимално натоварване и твърдост. Твърдостта се определя като линейна област на кривата на натоварване-деформация. Пропорционалната граница беше точката, в която линейната област на разширената крива натоварване-деформация се отклонява с> 5% от експерименталната крива [процентна разлика = (приета стойност на натоварване - експериментална стойност на натоварване) · 100%/експериментална стойност на натоварване). Сред изчислените свойства бяха напрежение и деформация при пропорционална граница и максимално натоварване и твърдост при огъване (22а).

L 6 биомеханично изпитване.

L6 центровете се размразяват в RT физиологичен разтвор за поне 1 час. Каудалната повърхност на центъра беше поставена върху плоча от неръждаема стомана, леко покрита с минерално масло, за да се улесни неограниченото компресиране. Кръстосаната сонда с плоска повърхност на тестовата система също беше покрита с минерално масло и влезе в контакт с ростралната повърхност на центъра с предварително натоварване 5 N. Центърът беше циклиран с товар от 5 до 10 N, 20 пъти при 0,001%/до избягвайте вискоеластичното пълзене на трабекуларната кост (23) и беше спряно при предварително натоварване от 10 N. След това L6 беше компресиран при висока скорост на натоварване (50%/s) (5). Изчислени са конструктивните свойства (напр. Пропорционално гранично натоварване, максимално натоварване и твърдост), както и напрежението на материала и деформацията L6.

Анализ на пепелта.

Биомеханично тестваните пищяли и прешлени се обезмасляват в ацетон за 7 дни, дехидратират се при 100 ° С (Thermolyne F62700, Barnstead International, Dubuque, IA) в продължение на 48 часа в керамични тигли. Дехидратирани проби (± 0,01 mg; Mettler AE 163, Mettler-Toledo, Inc., Columbus, OH) бяха измерени за определяне на суха костна маса. След това пробите се изгарят при 600 ° С в продължение на 48 часа и се измерва пепелта (24). Теглото на пепелта, разделено на сухо вещество, се определя като част от минералната пепел.

Статистика.

Средните стойности и стандартните отклонения бяха изчислени за всички променливи. Средствата между групите ad libitum и DR бяха сравнени с непараметрични два независими теста за проби (U-тест на Mann-Whitney; SPSS версия 11.0, SPSS Inc., Чикаго, IL). За всички статистически тестове се използва ниво на значимост от p 260% при плъхове ad libitum и> 190% при плъхове DR, като плъховете DR достигат приблизително 70% от крайното телесно тегло на плъхове ad libitum. Структурните свойства на костите са анализирани преди и след корекция на телесното тегло. Костната плътност и размерът на костите са свързани с общото телесно тегло, а минералната плътност на костите влияе върху здравината на костите (25). Поради това са докладвани структурни свойства без и с регулиране на телесното тегло (26). Корекцията на телесното тегло е постигната чрез разделяне на геометричното или структурно свойство от интерес на телесното тегло (26).

ограничения

Общо телесно тегло на мъжки плъхове Wistar, дадени ad libitum и ограничена диета. Дадени са стойности за телесно тегло в началото на експерименталния период и след 5 месеца DR. * Значително различно от крайното телесно тегло на плъхове ad libitum, p BMD: