Határok az endokrinológiában

Csontkutatás

Ez a cikk a kutatási téma része

A csontvelő zsírszövete: kialakulása, működése és hatása az egészségre és a betegségre Az összes 16 cikk megtekintése

Szerkesztette

Ann Schwartz

Kaliforniai Egyetem, San Francisco, Egyesült Államok

Felülvizsgálta

Jan J. Stepan

Károly Egyetem, Csehország

Roberto J. Fajardo

A Texasi Egyetem Egészségtudományi Központja, San Antonio, Egyesült Államok

A szerkesztő és a lektorok kapcsolatai a legfrissebbek a Loop kutatási profiljukban, és nem feltétlenül tükrözik a felülvizsgálat idején fennálló helyzetüket.

Cikk letöltése
- PDF letöltése
- ReadCube
- EPUB
- XML (NLM)
- Kiegészítő
  Anyag
Exportálás
- EndNote
- Referencia menedzser
- Egyszerű TEXT fájl
- BibTex

OSZD MEG

Eredeti kutatás CIKK

1 Csont- és ásványi betegségek osztálya, Orvostudományi Tanszék, Washington Egyetem, St. Louis, MO, USA
2 Molekuláris és Integratív Élettani Tanszék, Michigani Egyetem, Ann Arbor, MI, USA
3 Ortopédiai Sebészeti Osztály, Michigani Egyetem, Ann Arbor, MI, USA
4 Osteoporosis és csontbiológiai osztály, Garvan Orvostudományi Kutató Intézet, Darlinghurst, Sydney, NSW, Ausztrália
5 Gyermek endokrinológiai osztály, Gyermekgyógyászati és Fertőző Betegségek Tanszék, Michigani Egyetem Orvostudományi Kar, Ann Arbor, MI, USA
6 Immunológiai diplomás program, University of Michigan, Ann Arbor, MI, USA

Bevezetés

Az elmúlt két évtizedben az elhízás gyakorisága nőtt a nyugati országokban (1, 2). Az Egyesült Államokban jelenleg

A felnőttek 68,6% -a és körülbelül egyharmada (

A gyermekek 31,8% -a) túlsúlyos vagy elhízott (3). Az elhízás társbetegségekkel jár, beleértve a szív- és érrendszeri és anyagcsere-betegségeket, az autoimmun rendellenességeket és néhány rákot (1, 4–6). A legújabb munkák szerint az elhízás szintén káros a csontok egészségére (7–11), csontváltozásokkal, amelyek a fogyás után is fennmaradhatnak (10, 12).

Korábban azt feltételezték, hogy az elhízás pusztán pozitív hatást gyakorol a csonttömegre (13–15); a megnövekedett testtömeg mechanikai stimulációt biztosít, ami csontvázterhelést és csontfelhalmozódást eredményez. Ehhez azonban van egy újonnan felismert metabolikus komponens, mivel maga a zsírszövet negatív hatást gyakorolhat a csontra (14). A testtömeg-index (BMI) növekedése a csont ásványianyag-sűrűségének (BMD) csökkenésével és a törések kockázatának növekedésével társult elhízott serdülőknél és felnőtteknél (9, 16), valamint elhízott gyermekeknél (17). Az elhízás hatása a törések kockázatára helyspecifikus. A zsírból származó lágyrész-párnák jelenléte hozzájárulhat a törések kockázatának csökkenéséhez egyes területeken (pl. Csípő), míg a nem védett helyek, például a végtagok (pl. A humerus és a boka) fokozott kockázatúak (18–20).

A korábbi klinikai vizsgálatok keresztmetszeti jellege csak az elhízás és a csont közötti összefüggéseket képes azonosítani, ezért a rágcsáló modelleket széles körben alkalmazzák az elhízás és a csontváz kapcsolatának hátterében álló mechanizmusok feltárására. Megalapozott, hogy az egerek magas zsírtartalmú etetése a csonttömeg csökkenéséhez vezet (7, 12, 21, 22). Ezt közvetítheti a leptin által kiváltott szimpatikus tónus, amely a sejtes csontvesztés erős közvetítőjeként szerepel (23–25). Összehasonlításképpen, a kortikális fenotípus a magas zsírtartalmú étrendre (HFD) reagálva rágcsálókban továbbra is tisztázatlan, néhány tanulmány szerint a kérgi csonttömeg növekedése (11), változása (12, 21, 22, 26) vagy csökkenése ( 10, 27). A csontvázban helyezkednek el a csontvelő adipocitái; legújabb tanulmányok szerint a velő zsírszövetének (MAT) tágulása magas zsírtartalmú táplálkozás során következik be (28, 29). Hogy az elhízás során a MAT terjeszkedése és a csontvesztés valamilyen módon összefügg-e, még mindig nem világos; egyes tanulmányok szerint ezek a vonalak összefüggenek (29–31), míg Doucette és mtsai. nemrégiben beszámolt a MAT expanziójáról az étrend által kiváltott elhízás során, amely a csontfenotípustól függetlenül következett be (28).

Az elhízás csontra gyakorolt hatása mellett a testsúlycsökkentő beavatkozások káros hatással vannak a csontanyagcserére is, amint azt Brzozowska et al. (32) Számos beavatkozás létezik, beleértve a korlátozott kalóriatartalmú étrendet, a testmozgás rendjét, a gyógyszereket és a bariatrikus műtétet (32, 33). Mindegyik beavatkozás célja a testzsír csökkentése és az anyagcsere-betegségek javítása; az a tény, hogy ezek a folyamatok mennyire változtathatják meg a MAT-t és a csonttömeget az elhízás összefüggésében, nagyrészt nem ismert. A bariatrikus műtétek műtéti beavatkozásai (Roux-en Y gyomor bypass, állítható laparoszkópos gyomorszalagok és hüvely gastrectomia) mind az anyagcsere-egészség javulása ellenére a csonttömeg csökkenésével jártak (32). A műtéti súlycsökkenéssel szemben a testmozgás meglehetősen előnyösnek bizonyult a csontsűrűség szempontjából a megnövekedett izomterhelés miatt (34–36). A leggyakoribb kezdeti beavatkozás klinikailag a kalória-korlátozás vagy a „diéta”. Kevés tanulmány vizsgálta a rágcsáló modellek fogyását az étrend „váltásán” keresztül. Egy elvégzett tanulmány kimutatta, hogy a magas zsírtartalmú etetést követően a chow étrendre való áttérés megmentheti a csontvesztést (12); ezekben a modellekben azonban a MAT válaszát és a MAT kölcsönhatását a csontvesztéssel nem vizsgálták.

A tanulmány célja a MAT és a csont közötti kölcsönhatás vizsgálata volt a magas zsírtartalmú táplálkozás összefüggésében, és megvizsgálta ezeknek a szöveteknek az étkezési súlycsökkenésre adott válaszát. Bemutatjuk, hogy a magas zsírtartalmú táplálás a perifériás zsírfelesleghez, a MAT terjeszkedéséhez, a csonttömeg csökkenéséhez és a csont szilárdságának romlásához vezet. A súlycsökkenés az egész test zsírosságának jelentős csökkenéséhez vezetett, és blokkolta a MAT terjeszkedését; azonban nem sikerült teljesen megmenteni a csontváz morfológiájának és biomechanikájának hibáit. Ez a munka kezd foglalkozni a csontváz zsírszövetének azon képességével, hogy hatással legyen a csontra - a perifériás zsírokkal ellentétben, belülről kifelé dolgozzon.

Anyagok és metódusok

Állatok

A hím C57Bl6/J egereknek (Jackson Laboratories) normál chow-étrendet (ND) (13,5% zsírkalória; LabDiet 5LOD) vagy 60% magas zsírtartalmú étrendet (HFD) (Research Diets D12492) 6 hetes korban, egy ideig tartottak. 12, 16 vagy 20 hét. Az egerek harmadik csoportját 12 hétig HFD-re, majd 8 hétre ND-re helyeztük [testsúlycsökkenés (WL) csoport]. Az állatokat egy specifikus kórokozótól mentes létesítményben helyeztük el, 12 órás fény/12 órás sötét ciklus mellett

22 ° C-on, és szabad hozzáférést kap az ételhez és a vízhez. Minden állat felhasználása összhangban volt a Laboratóriumi Állatkutatási Intézet laboratóriumi állatok gondozására és felhasználására vonatkozó előírásaival, amelyet a Michigani Egyetem Állatainak Használatával és gondozásával foglalkozó egyetemi bizottság hagyott jóvá. A sípcsontot longitudinális elemzéseinkhez választottuk, mivel felhasználható az rMAT (proximális sípcsont) és a cMAT (disztális sípcsont) változásainak egyidejű monitorozására egy mintán belül (37). Ahhoz, hogy összehasonlítsuk a sípcsont csontváltozásait a combcsont változásával, amint arról korábban beszámoltunk (12), elemeztük a combcsontokat is a 20 hetes csoportokban.

Mikro-számítógépes tomográfia

A sípcsontokat 48 órán át formalinban rögzítettük, majd foszfáttal pufferolt sóoldatba (PBS) helyeztük. A mintákat 1% -os agarózba ágyaztuk, és egy 19 mm átmérőjű csőbe helyeztük, és a csont hosszát Micro Computed-Tomography (microCT) rendszerrel (μCT100 Scanco Medical, Bassersdorf, Svájc) szkenneltük. A beolvasási beállítások a következők voltak: voxel mérete 12 μm, közepes felbontás, 70 kVp, 114 μA, 0,5 mm AL szűrő és integrációs idő 500 ms. A sűrűségméréseket a gyártó hidroxiapatit-fantomjára kalibráltuk. Az elemzést a gyártó kiértékelő szoftverének felhasználásával hajtották végre.

A combcsontokat PBS-sel áztatott gézbe csomagolás után eltávolítottuk és lefagyasztottuk, majd microCT-vel elemeztük. A femorákat vízben kúpnyaláb-komputertomográfiával vizsgáltuk (fedezze fel a Locus SP, GE Healthcare Pre-Clinical Imaging, London, ON, Kanada). A beolvasási paraméterek közé tartozott egy 0,5 ° -os szög, négy képkocka átlagolása, egy 80 kVp és 80 μA röntgenforrás 0,508 mm-es AI-szűrővel a sugárkeményedés visszaszorítására, valamint a mintatartó körüli sugáregyengetés. Az összes képet rekonstruáltuk és 18 μm izotróp voxel méretben kalibráltuk a gyártó által szállított levegő, víz és hidroxiapatit fantomjához (38).

Biomechanikai értékelés

A microCT-vizsgálatot követően a combcsontokat négypontos hajlítással szervohidraulikus tesztgéppel (MTS 858 MiniBionix, Eden Prairie, MN, USA) töltöttük be. Valamennyi mintát hidratálva tartottuk laktátos gyűrűs oldatban áztatott gézben a mechanikai vizsgálatig. Ugyanebben a közepes diaphysealis régióban, amelyet μCT elemzett, a combcsontot négypontos hajlítással terheltük, a hátsó felülettel feszültség alatt. A széles, felső támaszok közötti távolság 6,26 mm, a keskeny, alsó támaszok közötti távolság pedig 2,085 mm volt. A négypontos hajlító készülék függőleges elmozdulási sebessége elülső és hátsó irányban 0,5 mm/s volt. Az erőt 50 lb-os mérőcella (Sensotec) rögzítette, a függőleges elmozdulást pedig egy külső lineáris változó differenciál-jelátalakítóval (LVDT, Lucas Schavitts, Hampton, VA, USA), mindkettőt 2000 Hz-en. Egyéni MATLAB szkriptet használtak a nyers erő-elmozdulás adatok elemzésére és az összes négypontos hajlítási paraméter kiszámítására. A μCT elülső és hátsó tehetetlenségi adatainak és a négypontos hajlítás mechanikai merevségével ötvözve a becsült rugalmassági modulust a korábban ismertetett standard fénysugár elmélet alkalmazásával számítottuk (38). A rugalmassági modulust korábbi módszerek alapján származtattuk, az „L” értéket 3,57-re, az „a” -ot 0,99-re állítva (39).

Trabekuláris és kortikális paraméterek számszerűsítése microCT-vel

Sípcsont. Az érdeklődésre számot tartó régiók (ROI) mind a kortikális, mind a trabecularis paramétereknél megtalálhatók voltak. Az elemzéseket a Scanco Medical (Bassersdorf, Svájc) által biztosított MicroCT szoftverrel végeztük. A közép-diaphysealis kérgi ROI meghatározása szerint a növekedési lemez és a sípcsont/fibula találkozás közötti távolság 70% -ánál ér véget. Ehhez a régióhoz legközelebb 360 μm-t (30 szelet) átfogó ROI-t standard pluginokkal elemeztünk, 280-as küszöbérték alkalmazásával. A trabekuláris ROI-t úgy határoztuk meg, hogy 60 μm (5 szelet) kezdődjön a növekedési lemeztől disztálisan és 600 μm összérték után fejeződjön be. (50 szelet). A trabekuláris elemzéseket standard Scanco beépülő modulokkal végeztük, 180-as küszöbértékkel.

Combcsont. A ROI mind a kortikális, mind a trabecularis paramétereknél megtalálható volt. A teljes combhossz 18% -át átfedő diaphysealis kérgi ROI a distalis növekedési lemez és a harmadik trochanter között félúton volt. A kérgi csontot 2000 Hounsfield egység rögzített küszöbértékkel izoláltuk minden kísérleti csoport esetében. A kéreg vastagságát, az endostealis és a periostealis kerületet, a keresztmetszeti területet, a velőterületet, az összterületet, az elülső – hátsó tehetetlenségi nyomatékot és a szövetek ásványi sűrűségét (TMD) tartalmazó paramétereket a kereskedelemben kapható szoftverekkel (MicroView v2.2 Advanced Bone Analysis Application) számszerűsítettük., GE Healthcare Pre-Clinical Imaging, London, ON, Kanada). A combcsont teljes hosszának 10% -át kitevő trabekuláris ROI közvetlenül a disztális combcsont növekedési lemez közelében helyezkedik el, és splining algoritmussal határozható meg a belső kérgi felület mentén. A trabecularis metaphysealis csontot 1200 Hounsfield egység rögzített küszöbértékkel izoláltuk.

A velő zsírszövet mennyiségi meghatározása

A velő zsírszövet térfogatát a sípcsonton a korábban leírtak szerint értékeltük (37, 40). A kezdeti microCT-vizsgálat után a csontokat 14% EDTA-oldatban (pH 7,4) mészkőmentesítettük 14 napig, 4 ° C-on. A vízkőmentesített csontokat 1% -os ozmium-tetroxid-oldattal festettük Sorensen foszfátpufferben (pH = 7,4) szobahőmérsékleten 48 órán át. Az ozmiummal festett csontokat újból szkenneltük a fent leírt Scanco microCT beállításokkal. A sípcsonton belüli MAT elemzéséhez négy régiót határoztak meg az alábbiak szerint: (1) a sípcsont proximális vége és a növekedési lemez közötti proximális epifízis, (2) a proximális metafízis, kezdve 60 μm-től (5-szelet) a növekedési lemezt és 600 μm össztömeg után (50 szelet), (3) a növekedési lemezt a sípcsont/fibula kereszteződéséig (GP - T/FJ), valamint a sípcsontot a sípcsont/fibula kereszteződése és a a csont. A MAT mennyiségi elemzéseket standard Scanco beépülő modulokkal végeztük 500-as küszöbértékkel.

Statisztika

A statisztikai összehasonlításokat GraphPad Prism-ben (GraphPad Software, Inc., La Jolla, Kalifornia, USA) végeztük. A következő tervezett összehasonlításokat elvégeztük az 1., 2., 3. és 5. ábra grafikonjain: 12 hetes ND vs. HFD (kétfarkú t-teszt); 16 hetes ND vs. HFD (kétfarkú t-teszt); 20 hetes ND vs. HFD vs. WL (1-utas ANOVA); 12-, 16-, 20 hetes ND (1-utas ANOVA); 12-, 16-, 20 hetes HFD (egyutas ANOVA); 12 hetes HFD vs. 20 hetes WL (kétfarkú t-teszt). Ezeket az eredményeket több összehasonlítással korrigáltuk a Benjamini-Hochberg eljárással, a korábban leírtak szerint (41). A 4., 6. és 7. ábra összehasonlításaihoz egyirányú ANOVA-t alkalmaztunk Tukey korrekciójával. A 8. ábrán lineáris regressziót alkalmaztunk a korrelációk szignifikanciájának tesztelésére. Nyers adatok a csontváz morfológiájához, a velő zsírmennyiségének meghatározásához és a biomechanikai vizsgálatokhoz a Kiegészítő anyag 1–3.

1. ábra A test és a szövetek tömege. (A) Kísérlet vázlata. 6 hetes kortól kezdve az egereket az elemzés előtt legfeljebb 20 hétig etették a jelzett étrenddel. Hét egércsoportot elemeztünk, a szaggatott vonalakkal jelezve. ND: normál chow étrend; HFD: magas zsírtartalmú étrend; WL: fogyás. (B) Testtömeg. N = 7-8 csoportonként. (C) A szövettömeg a 20. héten. N = 4-6 csoportonként. Minden grafikon átlag ± SEM. „A” - szignifikáns vs. 12 hét ugyanazon étrenden. „B” - szignifikáns vs. 16 hét ugyanazon étrenden. „C” - szignifikáns a 12 hetes HFD-vel szemben. *o Kulcsszavak: elhízás, csont, velő zsírszövet, velőzsír, fogyás, leptin, magas zsírtartalmú étrend, törés

Idézet: Scheller EL, Khoury B, Moller KL, Wee NKY, Khandaker S, Kozloff KM, Abrishami SH, Zamarron BF és Singer K (2016) A csontváz integritásának és a velő adipozitásának változásai a magas zsírtartalmú étrend és a fogyás után. Elülső. Endokrinol. 7: 102. doi: 10.3389/fendo.2016.00102

Beérkezett: 2016. május 16 .; Elfogadva: 2016. július 08 .;
Publikálva: 2016. július 27

Ann Schwartz, Kaliforniai Egyetem, San Francisco, USA

Jan Josef Stepan, a prágai Károly Egyetem, Csehország
Roberto Jose Fajardo, a Texasi Egyetem Egészségtudományi Központja, San Antonio, USA