A diéták keménységében és kalciumtartalmában mutatkozó különbségek hatása a patkányokban a craniofacialis csont növekedésére

Shota Goto, Yuko Fujita, Maika Hotta, Ayako Sugiyama, Kenshi Maki; A diéták keménységében és kalciumtartalmában mutatkozó különbségek hatása a patkányokban a craniofacialis csont növekedésére. Angle Orthod 2015. november 1 .; 85 (6): 969–979. doi: https://doi.org/10.2319/102214-765.1

Hivatkozási fájl letöltése:

ABSZTRAKT

A puha étrend és az alacsony kalciumtartalmú étrend hatásainak vizsgálata a maxilla és a mandibula craniofacialis növekedésére és csontfelépítésére.

A hím patkányokat (n = 20, 3 hetesek) négy csoportba osztottuk. Tíz patkány normál kalciumtartalmú étrendet, a többi patkány pedig alacsony kalciumtartalmú étrendet kapott. Ezután minden csoportot két alcsoportra osztottak, amelyeket kemény vagy lágy étrenddel tápláltak. Négy hét elteltével a craniofacialis növekedést és a maxilláris és a mandibularis csont felépítését cefalometriával, mikrokomputertomográfiával és hisztopatológiával elemeztük.

Az alacsony kalciumtartalmú étrend nem volt hatással a szérum kalciumszintre. Az alacsony kalciumtartalmú étrend volt a legnagyobb hatással a craniofacialis csontnövekedésre, míg a lágy étrend számos csont helyének növekedését befolyásolta, amelyek a masszírozó izomhoz kapcsolódnak. Az alacsony kalciumtartalmú étrend a trabekulák összekapcsolódásának romlását eredményezte a maxilláris és a mandibuláris első moláris furkációs régiójában, míg a lágy diéta a trabeculák diffúz eltűnését eredményezte a furcációs régiók központi részén. A midpalatalis varratban az alacsony kalciumtartalmú étrend a porcos csontosodás gátlását eredményezte, bár a midpalatalis varratnak normális volt a porcos szerkezete. A lágy étrend keskenyebb porcsejt-rétegeket eredményezett a középső palatális varratban.

Kimutattuk, hogy az alacsony kalciumtartalmú étrend és a lágy étrend a csontstruktúrák romlását eredményezte mind a maxillában, mind az alsó állcsontban; a hatások hátterében álló mechanizmusok azonban eltérőek voltak a diéták között.

BEVEZETÉS

Az elmúlt évtizedekben a gyermekek és serdülők étkezési szokásai számos változáson mentek keresztül az életmód diverzifikálása miatt. 1,2 Yanagisawa et al. 2 arról számolt be, hogy a rágási gyakoriság és az étkezési idő csökkent a lágy, modern ételek, például a feldolgozott ételek megjelenése miatt, amelyek gyorsan lenyelhetők és emészthetők. Számos állatkísérlet kimutatta, hogy a rágófunkció csökkenése gátolja a craniofacialis csontok és különösen az állcsont lineáris növekedését. 3,4 Így a klinikusokat egyre több gyermek aggasztja, akiknél a „puha” étrend miatt rosszul záródás és rossz rendellenesség alakulhat ki. Erről azonban kevés bizonyíték áll rendelkezésre, és a puha étrend által potenciálisan érintett állcsontstruktúrák részletei továbbra sem ismertek.

Japánban a Nemzeti Egészségügyi és Táplálkozási Felmérés arról számolt be, hogy a csecsemő- és serdülőkorú férfiak átlagos kalciumfelvétele 439, illetve 550 mg/nap volt 2012-ben, 5 összehasonlítva az 500, illetve 650 mg/nap becsült átlagigénnyel. 6 Feltételeztük tehát, hogy ezeknek az egyéneknek problémái lehetnek az állcsont egészségével. Ismeretes, hogy a növekedés során megfelelő kalciumbevitelre van szükség a megnövekedett csonttömeghez és a csonttörések megelőzéséhez. 7 Azonban a csont felépítésében bekövetkezett változásokat, beleértve a maxilla és a mandibula patogén mechanizmusait, amelyeket a növekedés során alacsony kalciumtartalmú étrend befolyásolt, még nem határozták meg. Jelen tanulmányban megvizsgáltuk az alacsony kalciumtartalmú étrend és a lágy étrend, valamint ezek kölcsönhatásának hatását a koponya-arc növekedésére, valamint a maxilla és az állcsont csontfelépítésére.

ANYAGOK ÉS METÓDUSOK

Állatgondozás

Húsz 3 hetes hím patkányt vásároltunk a Charles River Japan-tól (Kanagawa, Japán). Az állatokat 12 órás/12 órás világos-sötét ciklus alatt, egyenként 22 ± 1 ° C állandó hőmérsékleten és 50 ± 5% páratartalom mellett helyeztük el. A patkányokat véletlenszerűen négy csoportba osztottuk (n = 5 mindegyik). Tíz patkánynak 510 mg/100 g kalciumot (AIN-93G) tartalmazó normál kalcium-étrendet adtak, 8-nak, a többi patkánynak pedig 144 mg/100 g kalciumot tartalmazó alacsony kalciumtartalmú étrendet. 9 Ezenkívül két alcsoportra osztották őket, akik kemény vagy puha étrendet kaptak. A „kemény” diétás csoportok pellet formájában kapták az étrendet, míg a „lágy” diétás csoportok porokat kaptak. Minden étrendet az Oriental Yeast Co-tól (Tokió, Japán) vásároltak. A vizsgálat során a patkányok ad libitum hozzáférést kaptak az élelemhez és a csapvízhez. A testsúlyt minden héten feljegyezték. 4 hét elteltével az összes patkányt pentobarbitál-nátrium alkalmazásával eutanizálták, a maxillákat és a mandibulákat összegyűjtötték és megtisztították a tapadó szövetektől. Az összes állatkísérletet a Kyushu Fogorvosi Egyetem laboratóriumi állatainak gondozásával és felhasználásával foglalkozó bizottság hagyta jóvá (13-020).

Szérumelemzések

Vért kaptak patkányokból altatásban. A szérumot centrifugálással izoláltuk (3000 fordulat/perc, 15 perc) és -80 ° C-on tároltuk. A szérum kalcium- és foszforszinteket rutin laboratóriumi módszerekkel számszerűsítettük (Nagahama Life Science Laboratory, Shiga, Japán).

Kefalometrikus elemzések

Valamennyi csoportban a craniofacialis növekedést laterális és dorsoventralis cefalometriai röntgenfelvételek segítségével értékeltük lágy röntgengéppel (SOFTEX ESM-2, SOFTEX Co Ltd, Tokió, Japán) 28 kVp, 6 mA, 30 másodperces expozícióval és fókuszált filmre vetíteni (New Instant Film, Hanshin Technical Lab, Ltd, Nishinomiya, Japán) 60 cm távolság. 10,11 10 mm-es acél kalibráló rudat alkalmaztunk hosszúsági indexként, amelyet az állkapocscsonttal rögzítettünk a filmre, és lefényképeztük. A cefalometriai tereptárgyakat (1. táblázat; 1a, b ábra) a rágcsálókon végzett korábbi vizsgálatokból származtatták. 10–13 Képalkotó szoftver (ImageJ, elérhető az Országos Egészségügyi Intézet webhelyéről) segítségével digitalizálták a 26 cefalometriai tereptárgyat. Ezután kiválasztott lineáris méréseket kaptunk (2. táblázat).

Kefalometriai tereptárgyak a röntgenfelvételeken. a) Nyilas. b) keresztirányú.

A radiográfiai pontok meghatározása

A koponyacsontos csontváz mérései

Mikro-számítógépes tomográfia

Háromdimenziós mikro-komputertomográfiai képek az első és az első moláris régiókról. Fehér vonalak jelzik a maxilláris és a mandibuláris első molárisok (a, c) elemzéséhez használt képek részeit. A fehér területek a kérgi csontterületeket, a szürke területek pedig a trabekuláris csontterületeket (b, d) jelzik. M1 jelentése az első moláris; M2, a második moláris; M3, a harmadik moláris.

Háromdimenziós mikro-komputertomográfiai képek az első és az első moláris régiókról. A fehér vonalak jelzik a maxilláris és a mandibuláris első molárisok (a, c) elemzéséhez használt képek részeit. A fehér területek a kérgi csontterületeket, a szürke területek pedig a trabekuláris csontterületeket (b, d) jelzik. M1 az első molárisat jelöli; M2, a második moláris; M3, a harmadik moláris.

Szövettan

Mikro-CT elemzés után a maxillákat és az állcsontokat 10% semleges pufferelt formalinban rögzítettük, 3 hétig meszeltük 10% EDTA-val (pH 7,4), növekvő koncentrációjú etanollal dehidráltuk, és paraffinviaszba ágyazottuk. A paraffin viasz blokkok szakaszait 3 µm vastag elülső szakaszokra vágtuk. Ezeket a metszeteket hematoxilinnal és eozinnal festettük. A képeket Eclipse E200 mikroszkóp kamerarendszerrel készítettük (Nikon, Tokió, Japán).

Módszer hiba

A mérések megismételhetőségének biztosítása érdekében az adatokat kétszer digitalizáltuk, 2 hetes időközönként. Két módszert ismételtek a módszer hibájának értékelésére. 15 Két replikált esetet írtak le a módszer hibájának becsléséhez szükséges számként. A véletlenszerű hibát Dahlberg 16. képlete szerint számoltuk:

ahol Se a szórás, d az ismétlődő mérési párok közötti különbség, és n az esetek száma. A cefalometriai mérések hibavarianciájának tartománya 0,01-0,05 mm volt. A mikro-CT elemzési hibák eltérései 0,002 és 0,062 mm2 (TV, BV, Ct.Ar és Ma.Ar) és 4,3 µm (Ct.Th) között voltak.

Statisztikai analízis

Minden adat átlagként és szórásként jelenik meg. Kétirányú varianciaanalízist alkalmaztak mind a kísérleti tényezők (alacsony kalciumtartalmú étrend és lágy étrend), mind az esetleges kölcsönhatások fő hatásainak vizsgálatára. Az eredményt statisztikailag szignifikánsnak tekintették a 3. táblázatban.

Az alacsony kalciumtartalmú és lágy étrend főbb hatásai és kölcsönhatásai a testsúlyra és a szérum paraméterekre a

A craniofacialis csontváz cefalometriai értékelése

Az alacsony kalciumtartalmú étrend szignifikánsan befolyásolta az összes mért értéket, az occipitalis csonthossz (Ba-CB1), az orrhossz (EN), az elülső korpusz hossza (Ml-Il), a koponya maximális szélessége (C1-C2) és a palatális szélesség (P1-P2; 4. táblázat). A lágy étrend jelentősen befolyásolta a hátsó korpusz hosszát (Go-Mn), a ramus magasságát (Co-Gn), a bigonialis szélességet (Go1-Go2) és a bizigomatikus szélességet (Z1-Z2). Megállapították, hogy az alacsony kalciumtartalmú étrend és a lágy étrend közötti jelentős kölcsönhatás és szinergikus hatás befolyásolja a Co-Gn-t (4. táblázat).

Az alacsony kalciumtartalmú étrend és a lágy étrend főbb hatásai és kölcsönhatásai a cefalometriai paraméterekre a

Mikrotomográfiai hisztomorfometria

A maxilla kérgi csontjában az alacsony kalciumtartalmú étrend és a lágy étrend jelentősen befolyásolta a Ct.Ar/Tt.Ar és a Ct.Th-t. Megállapították, hogy az alacsony kalciumtartalmú étrend és a lágy étrend közötti jelentős kölcsönhatás és szinergikus hatás befolyásolja ezeket a paramétereket (5. táblázat; 3. ábra). Trabecularis csontban az alacsony kalciumtartalmú étrend a BV/TV, a Tb.Th és a Tb.Sp. A lágy étrend jelentősen rontotta az összes mért paramétert. Jelentős kölcsönhatást találtak az alacsony kalciumtartalmú étrend és a lágy étrend között a Tb.N és a Tb.Sp; az alacsony kalciumtartalmú étrend a Tb.N romlásához vezetett csak a puha étrendet fogyasztóknál, és szinergetikus hatást találtak az alacsony kalciumtartalmú étrend és a lágy étrend között a Tb.Sp tekintetében (5. táblázat; 3. ábra).

Patkány maxilláris alveoláris csontjának és kemény lemezének mikroszámítógépes tomográfiai képei. A kemény lemez frontális keresztmetszetének reprezentatív képei a normál kalciumtartalmú (a, kemény; b, lágy) és alacsony kalciumtartalmú (c, kemény; d, lágy) étrenden táplált patkány maxilláris első moláris régiójában.

Az alacsony kalciumtartalmú és lágy étrend főbb hatásai és kölcsönhatásai a maxilláris alveoláris és palatális csontokra Mikro-CT hisztomorfometriai paraméterek a

A mandibula kérgi csontjában az alacsony kalciumtartalmú étrend és a lágy étrend jelentősen befolyásolta a Ct.Ar/Tt.Ar és Ct.Th-t (6. táblázat; 4. ábra). Trabecularis csontban az alacsony kalciumtartalmú étrend és a lágy diéta az összes mért érték jelentős romlását eredményezte. Jelentős kölcsönhatást és szinergetikus hatást találtak az alacsony kalciumtartalmú étrend és a lágy étrend között a Tb.Th, a Tb.N és a Tb.Sp esetében (6. táblázat; 4. ábra).

Patkány mandibularis alveoláris csontjának mikroszámítógépes tomográfiai képei. Reprezentatív képek a mandibuláris első moláris furcációs régiójának frontális keresztmetszetéről a normál kalciumtartalmú (a, kemény; b, lágy) és alacsony kalciumtartalmú (c, kemény; d, lágy) étrenden táplált patkánynál.

Patkány mandibularis alveoláris csontjának mikroszámítógépes tomográfiai képei. Reprezentatív képek a mandibuláris első moláris furcációs régiójának frontális keresztmetszetéről a normál-kalcium (a, kemény; b, lágy) és alacsony kalciumtartalmú (c, kemény; d, lágy) étrenden táplált patkánynál.

Az alacsony kalciumtartalmú és lágy étrend főbb hatásai és kölcsönhatásai a mandibuláris alveoláris csont mikro-CT hisztomorfometriai paramétereire

Szövettani értékelés

Az alacsony kalciumtartalmú étrendet és lágy étrendet fogyasztó patkányoknál a csontos trabeculák elvékonyodását figyelték meg a velőüregek nyilvánvaló megnagyobbodásával és a trabecularis csont felépítésének romlásával (5b – d. Ábra). A normál kalciummal és lágy étrenddel táplált patkányok csontjainak szakaszai a trabekulák diffúz eltűnését mutatták ki, különösen a maxilláris első moláris furcációs szöveti területének központi részén. A parodontális szalaghoz kapcsolódó trabekulák megmaradtak (5b. Ábra). Megállapítottuk azonban, hogy az alacsony kalciumtartalmú étrend a trabecularis csontmennyiség csökkenését eredményezte a furcációs régió teljes szöveti területén (5c. Ábra). Az alacsony kalciumtartalmú étrend és a mandibula lágy étrendje miatti trabecularis csontvesztés mintázata nagyon hasonló volt a maxillaéhoz (6a – d. Ábra).

A hematoxilinnal és eozinnal festett szövet mikroszkópos fényképei, amelyek szemléltetik a maxilláris első moláris furcációs régióját a normál kalciumot (a, kemény; b, lágy) és alacsony kalciumtartalmú (c, kemény; d, lágy) étrendet fogyasztó patkányokban. B jelzi a csontot; BM, csontvelő; PL, parodontális szalag területe. Bar = 100 um.

A hematoxilinnel és eozinnal festett szövet mikroszkópos fényképei, amelyek szemléltetik a mandibuláris első moláris furkációs régióját a normál kalciumtartalmú (a, kemény; b, lágy) és alacsony kalciumtartalmú (c, kemény; d, lágy) étrendben. B jelzi a csontot; BM, csontvelő; PL, parodontális szalag területe. Bar = 100 um.

A két porcszövet közötti középső részen a középvonal varrat mentén prekartikuláris sejtek helyezkedtek el az összes szakasz részben (7. ábra). A kemény táplálékkal etetett patkányok szakaszain tipikus porcosodás következett be, mint például egy növekedési lemez szerkezete, amely a sejtek szaporodását, hipertrófiáját és mátrix meszesedését mutatja (7a., C. Ábra). A lágy táplálékkal etetett patkányok szakaszaiban a palatális varrat porcos területei sokkal szűkebbek voltak, mint a kemény táplálékkal etetett patkányokban (7b, d ábra). Különösen a porcos sejtréteg és a csontosodás tűnt el a szájüreg közelében a normál kalciumot és lágy étrendet tápláló patkányok palatális csontjában (7b. Ábra).

Midpalatalis varrás csont és porc. A normál kalciumtartalmú (a, kemény; b, lágy) és alacsony kalciumtartalmú (c, kemény; d, lágy) étrendet tápláló patkányok midpalatalis varratainak frontális szakaszainak hematoxilin- és eozinfestése. Az e – h az a – d nagyobb nagyítása, ill. P jelzi a periosteumot a midpalatalis varrat orális régiójában; B, csont; BM, csontvelő; SC, varratporc. Bar = 100 um.

Midpalatalis varrás csont és porc. A normál kalciumtartalmú (a, kemény; b, lágy) és alacsony kalciumtartalmú (c, kemény; d, lágy) étrendet tápláló patkányok midpalatalis varratainak frontális szakaszainak hematoxilin- és eozinfestése. Az e – h az a – d nagyobb nagyítása, ill. P a periosteumot jelzi a midpalatalis varrat orális régiójában; B, csont; BM, csontvelő; SC, varratporc. Bar = 100 um.

VITA

Jelen eredmények szerint a lágy étrend elnyomta a buzális irányú növekedést a zigomatikus ívben, a növekedést a hátsó irányban a korpuszban, a növekedést a felső irányban a ramusban, és a növekedést a buccalis irányban a gonialis szögben. Ezek a régiók mind a masszírozó izom kapcsolódási pontjai. Általánosan elfogadott, hogy a rágási erők csökkenése befolyásolja a csontok és izmok szerkezetét. 13 Kawai et al. A 19. számolt be arról, hogy a lágy étrend a növekvő patkányoknál a rostok keresztmetszeti területének csökkenését és a felületes masszírozó izom rost típusú összetételének váltakozását eredményezte. Úgy gondoljuk, hogy az aktivitás csökkenése, a masszírozó izomrostok mennyiségének csökkenése vagy mindkettő részt vesz a csontnövekedés gátlásában lágy táplálékkal etetett patkányokban.

A mikro-CT elemzések során a lágy étrend a kortikális csont keresztmetszeti területének és a kéreg vastagságának csökkenését, valamint a trabecularis csont építészetének romlását eredményezte mind a maxillában, mind az alsó állcsontban. Ezenkívül a szövettani leletek trabekuláris csontvesztést és a csontvelő üregének megnagyobbodását mutatták; azonban a parodontális szalaghoz kapcsolódó trabekulák megmaradtak a normál kalciumot és lágy étrendet fogyasztó patkányokban. Shimizu és mtsai. A 20. ábra azt mutatta, hogy az okklúziós hipofunkció által kiváltott alveoláris trabecularis csontvesztés a térfogatát a minimálisan szükségesre csökkentette az alveoláris csontot stimuláló erők hiányában növekvő patkányokban. Ezek a megállapítások azt mutatták, hogy a megmaradt (nem felszívódó) trabeculák helyei a lágy étrenddel összefüggésben voltak a maxillában található okklúziós erő terhelési irányával, valamint a növekvő patkányok állkapcsával.

A cefalometriai elemzések azt mutatták, hogy az alacsony kalciumtartalmú étrend és a lágy étrend nem volt hatással a patkány palatális szélességére. A midpalatalis varrat szövettani eredményei azonban azt mutatták, hogy az alacsony kalciumszintű és lágy étrend jelentősen befolyásolta a porcos csontosodást. Az étrendi kalciumhiány nemcsak a csontreszorpció növekedését, hanem az eozin elleni gyengébb reakcióképességet is előidézte a porcszövetekben, bár a középső palatális varrat melletti lemezcsont látszólag normális porcszerkezetből állt. Ezek a megállapítások oka lehet az extracelluláris mátrix szintézisének gátlása, ideértve a II. És X. típusú kollagéneket is, érett és hipertrófiás kondrocita sejtrétegekben, valamint a porcos meszesedés gátlásának. Tehát azt javasoljuk, hogy az étrendi kalciumhiány szintetikus rendellenességet váltott ki az extracelluláris mátrixban, amely elengedhetetlen a porc anyagcseréjéhez, különösen az érett és hipertrófiás kondrocita sejtrétegekben, ami a porcos csontosodás gátlását eredményezte a midpalatalis varratban.

Másrészt a lágy étrend szűkebb porcsejt-rétegeket és a szájüreghez közeli porcsejt-rétegek eltűnését eredményezte a midpalatalis varratban, ami arra utal, hogy a lágy étrend gátolta a differenciálatlan mesenchymális sejtek kondrocitákká való differenciálódását és gátlását. a chondrocytás fejlődés és érettség a midpalatalis varrat régióban.

KÖVETKEZTETÉSEK

Az alacsony kalciumtartalmú étrend és a lágy étrend mind a maxilla, mind az alsó állcsont csontstruktúrájának romlását okozta.

Ezenkívül szinergetikus hatásokat találtak az alacsony kalciumtartalmú étrend és a lágy étrend között a belső csontstruktúrák romlásában.

A csontszerkezet romlásának hátterében álló mechanizmusok azonban eltérőek voltak az étrendek között.

ELISMERÉS

Ezt a munkát a Japán Oktatási, Kulturális, Sport-, Tudományos és Technológiai Minisztérium segélyszervezete támogatta.