Резюме на научна статия по медицинско инженерство, автор на научна статия - Юко Фуджита, Шота Гото, Майка Ичикава, Аяко Хамагучи, Кенши Маки

Подобни теми на научна статия в медицинското инженерство, автор на научна статия - Юко Фуджита, Шота Гото, Майка Ичикава, Аяко Хамагучи, Кенши Маки

Академичен изследователски труд на тема "Ефект на диетичния дефицит на калций и променената твърдост на диетата върху растежа на челюстната кост: микро-КТ и костно хистоморфометрично проучване при плъхове"

Съдържание списъци на разположение на ScienceDirect

калций

Архиви на устната биология

начална страница на списанието www.elsevier.com/locate/aob

Ефект на хранителния дефицит на калций и променената твърдост на диетата върху растежа на челюстната кост: Микро-КТ и костно хистоморфометрично проучване при плъхове

Юко Фуджита *, Шота Гото, Майка Ичикава, Аяко Хамагучи, Кенши Маки

Отдел за наука за развитието на стоматогнатичната функция, Департамент за насърчаване на здравето, Стоматологичен университет Кюшу, Китакюшу, Япония

Получава 30 ноември 2015 г. Получава се в преработен вид 2 май 2016 г. Приема се на 31 август 2016 г.

Дъвкателна функция micro-CT

Хистоморфометрия Среднопалатен шев Нискокалциева диета

Цели: Изследвахме ефектите от диета с ниско съдържание на калций и променена твърдост на диетата върху костната архитектура и метаболизма в челюстта и долната челюст.

Материали и методи: Мъжките плъхове (n = 48, на 3 седмици) са разделени в шест групи. Общо на 24 плъхове е дадена нормална калциева диета, а на останалите диета с ниско съдържание на калций. След това всяка група беше разделена на три подгрупи, които бяха хранени с „твърда“ диета в продължение на 8 седмици, с „мека“ матрица в продължение на 8 седмици или преминаха от мека диета след 4 седмици към твърда диета за 4 седмици. Костната архитектура беше анализирана с помощта на цефалометрия и микрокомпютърна томография, освен това костният метаболизъм беше анализиран с помощта на серумни костни маркери и костна хистоморфометрия в челюстта и долната челюст. Нещо повече, моделите на костно образуване бяха оценени с помощта на хистопатологично в средно-палатния шев. Резултати: Диетата с ниско съдържание на калций повлиява костната архитектура чрез увеличаване на костния обмен, а меката диета засяга костната архитектура главно чрез увеличаване на костната резорбция. Меката диета променя хондроцитните клетъчни слоеве във влакнести съединителни тъкани в средно-палатния шев. На 4 седмици след връщането към твърда диета от мека диета, се наблюдава възстановяване на влошаването на костната архитектура в челюстта и долната челюст.

Заключения: Демонстрирахме, че дъвченето с твърда диета е ефективно за възстановяване на срутеното равновесие на оборота на челюстната кост и влошената архитектура на челюстната кост поради лошата дъвкателна функция през периода на растеж.

Известно е, че дъвкателната функция влияе върху растежа на черепно-лицевия комплекс. Много проучвания показват, че намалената дъвкателна функция води до промени с по-малки мандибули, със загуба на костна маса и по-тънък кондиларен хрущял, при растящи животни (Hichijo et al., 2014; Kiliaridis, Engstrom и Thilander, 1985; Mavropoulos, Kiliaridis, Bresin, & Ammann, 2004). В съвременните общества вкусовете на храна на пубертетни деца се променят по целия свят (Kotecha et al., 2013; Maki, Nishioka, Morimoto, Naito, & Kimura, 2001; Poti, Duffey, & Popkin, 2014). Повишената консумация на по-мека храна, представена предимно от преработени храни, води до намаляване на дъвкателната сила и може да доведе до увеличаване на неправилното запушване.

* Автор-кореспондент в: Отдел за наука за развитието на стоматогнатни функции, Департамент за насърчаване на здравето, Стоматологичен университет Кюшу, 2-6-1 Манадуру, Кокуракита-ку, Китакюшу 803-8580, Япония. Имейл адрес: [email protected] (Y. Fujita).

http://dx.doi.org/10.1016/j.archoralbio.2016.08.036 0003-9969/® 2016 Публикувано от Elsevier Ltd.

Обикновено остеопоротичните фрактури се развиват с остаряването. Въпреки това, в Япония честотата на фрактури на костите при деца от началното училище, ученици от средните училища и ученици от гимназията се е увеличила приблизително три пъти през последните 40 години (Omori, 2010). Три основни фактора при костните фрактури са наследствеността, липсата на упражнения и неподходящите хранителни навици. При хранителните навици, неадекватният прием на калций може да доведе до недостатъчна пикова костна маса и да увеличи риска от костни фрактури (Nakagi et al., 2010).

Неотдавнашно проучване показа, че 4-седмичната диета с ниско съдържание на калций и меката диета причиняват значително влошаване на кортикалните и трабекуларните костни структури както в максилата, така и в долната челюст на растящи плъхове (Goto, Fujita, Hotta, Sugiyama и Maki, 2015). Въпреки това, влиянието на тези диети върху костния метаболизъм в костите на челюстта по време на растежа не е напълно изяснено. Освен това не са определени ефектите на меката диета върху формирането на костите и промяната на твърдостта на диетата. По този начин целта на това проучване е да се оценят ефектите от диетичния дефицит на калций и променената твърдост на диетата върху костната структура и костния метаболизъм в челюстта и долната челюст с помощта на микрокомпютърна томография

(микро-CT) и костна хистоморфометрия при растящи плъхове. Нещо повече, ние оценихме моделите на костно образуване хистопатологично в средния палатален шев в отговор на промените в твърдостта на диетата.

2. Материали и методи

2.2. Серумни анализи

Кръв се получава от плъхове под упойка. Серумът се изолира чрез центрофугиране (3000 rpm, 15 min) и се съхранява при -80 ° C. Количествените нива на серумния калций и фосфор се определят с помощта на рутинни лабораторни методи (Nagahama Life Science Laboratory, Shiga, Япония). Серумните нива на остеокалцин, чувствителен биохимичен маркер на костното образуване, се определят с помощта на остеокалцинов ELISA комплект (Rat Osteocalcin ELISA Kit DS; DS Pharma Biomedical Co., Ltd., Osaka, Japan). Количествените нива на С-крайните омрежени телопептиди от тип I колаген (CTX-1), чувствителен маркер на костна резорбция, са количествено използвани с ELISA комплект (RatLaps EIA; Имунодиагностични системи, Болдън, Великобритания).

23. Цефалометрични анализи

При всички плъхове растежът на бедрената кост и черепно-лицевите кости се оценява чрез странични и дорзовентрални цефалометрични рентгенографии с помощта на мека рентгенова машина (SOFTEX ESM-2, SOFTEX Co. Ltd., Токио, Япония) при 28 kVp, 6 mA, 30 -s експозиция и фокус към филм (New Instant Film, Hanshin Technical Lab., Ltd., Nishinomiya, Japan) разстояние от 60 cm (Abbassy et al., 2008 Abbassy, ​​Watari, & Soma, 2008). Като индекс за дължина върху филма с бедрената кост или челюстната кост е използван стоманен калибриращ прът A10 mm и е заснет. Използвайки софтуер за изображения (ImageJ, достъпен от уебсайта на NIH), общата дължина и ширината в средната точка на бедрената кост са измерени в странични равнини. По отношение на челюстните кости, 11-те цефалометрични забележителности също са цифровизирани (фиг. 1). След това бяха получени избрани линейни измервания Kiliaridis et al. (1985).

За да се осигури възпроизводимостта на измерванията, данните са цифровизирани два пъти с интервал от 2 седмици. Грешката на измерването е изчислена съгласно метода на двойно определяне на Dahlberg (Dahlberg, 1940). Дисперсията на грешките при линейните анализи е по-малка от 0,04 mm.

Фиг. 1. Цефалометрични ориентири на рентгенографии.

а, сагитален. Co: най-задната и горната точка на мандибуларния кондил. Върви: най-задната точка на долночелюстния рамус. Mn: най-вдлъбнатата част от вдлъбнатината на долната граница на долночелюстния корпус. Gn: най-долната точка на рамуса, която се намира на перпендикулярна бисектриса на линията Go-Mn. I1: най-предната и горната точка на алвеоларната кост на долночелюстния резец. Mu2: връзката на алвеоларната кост и дисталната повърхност на максиларния трети молар. Iu: най-предно-долната точка на максилата отзад на максиларните резци.

b, напречно (максила). P1 и P2: най-предните и медиалните точки в темпоралните ямки, които произвеждат най-тясната ширина на небцето.

c, напречно (долна челюст). Go1 и Go2: точките на ъгъла на долната челюст, които произвеждат най-широката ширина. M1 и M2: точките на алвеоларната кост при първия долночелюстен молар, които произвеждат най-широката ширина.

Фиг. 2. Триизмерни микро-КТ изображения на горната и долната първа моларна област при плъхове. (За тълкуване на препратките към цвета в тази легенда на фигурата читателят е насочен към уеб версията на тази статия.)

Хоризонтален изглед (а) и изображение на предното напречно сечение (б) на максиларния първи моларен регион. Хоризонтален изглед (c) и изображение на фронтално напречно сечение (d) на първата моларна област на долната челюст. Белите линии показват частите от изображенията, използвани за анализ на максила (а) и долна челюст (в). Жълтите зони означават кортикални зони на кората. Сините области означават трабекуларни области на костната тъкан (b, d). M1, първият молар, M2, вторият молар, M3, третият молар, MB, мезиално-букален корен, IB, междинен букален корен, DB, дисто-букален корен, MP, мезиално-палатинен корен, DP, дисто-палатинен корен, IL, междинен езиков корен, M, мезиален корен, D, дистален корен.

от Американското общество за изследване на костите и минералите (ASBMR) (Bouxsein et al., 2010; Dempster et al., 2013). Изчислява се обемната фракция на трабекуларната кост (BV/TV;%), дебелината на трабекулата (Tb.Th; mm), трабекуларният номер (Tb.N; 1/mm) и трабекуларното разделяне (Tb. Sp; mm). По отношение на кората на кората, кората на кората на кората (Ct.Ar; mm2) и площта на костния мозък (Ma.Ar; mm2) бяха директно измерени. Общата площ на напречното сечение в обвивката на периоста (Tt.Ar = Ct.Ar + Ma.Ar; mm2), средната дебелина на кората (Ct.Th; mm) и фракцията на кората на кората (Ct.Ar/Tt.Ar;%) също са изчислени (Goto et al., 2015). Дисперсиите на грешките на стойностите на микро-КТ са по-малко от 0,008 mm2 (TV, BV, Ct.Ar и Ma.Ar) и 6,5 mm (Ct.Th).

2.5. Подготовка на пробата

След микро-КТ анализи, подрязаните максили и мандибулите се фиксират в 70% етанол и се оцветяват с костно петно ​​Villanueva (Villanueva, 1974). След това костните тъкани бяха дехидратирани в етанол и вградени в метилметакрилат. Фронталните напречни сечения на мезиалния корен на първата моларна област на максилата и долната челюст бяха изрязани (300 mm) и полирани (30 mm) с прецизен костен трион в същата област, използвана при микро-CT анализите (система за шлифоване Exakt; EXAKT Apparatebau, Norderstedt, Германия). За хистоморфометрия се приготвя по един образец от всеки плъх за максила и долна челюст.

След динамични хистоморфометрични измервания всеки образец също се оцветява по метода на Голднер (Goldner, 1938) за хистопатологична оценка.

2.6. Костна хистоморфометрия

Изображенията на максилата и долната челюст са сканирани под светлинен/епифлуоресцентен микроскоп (Carl Zeiss, Thornwood, NY; Фиг. 3a-d). По отношение на трабекуларните и кортикалните кости, областите за измерване са показани на фиг. 3а и b (синя линия, периостална повърхност на кортикалната кост; бели зони, трабекуларна кост) (Fujita, Watanabe, Uchikanbori, & Maki, 2011). Хистоморфометричните параметри бяха измерени при увеличение от 200 пъти, използвайки полуавтоматичен метод (HistometryRT Camera; System Supply, Токио, Япония; Фиг. 3в, d). Измерените първични параметри за трабекуларна кост включват костна повърхност (BS; mm), остеоидна повърхност (OS; mm), повърхност на остеобластите (Ob.S; mm), брой остеокласти (N.Oc; N), повърхност на остеокластите (Oc. S; mm), едномаркирана повърхност (sLS; mm) и двойно обозначена повърхност (dLS; mm). Статичните хистоморфометрични параметри бяха както следва: OS/BS (%), Ob.S/BS (%), N.Oc/BS (N/100; mm) и Oc.S/BS (%). Ob.S/BS и Oc.S/BS бяха измерени като проценти от BS. N.Oc/BS беше идентифициран и количествено определен спрямо BS. Динамичният хистоморфометричен параметър се определя, както следва: минерализираща повърхност, MS/BS = (dLS + sLS/2)/BS; %. Измереният първичен параметър за

Фиг. 3. Хистологични изображения в първите моларни области на максилата и долната челюст. (За тълкуване на препратките към цвета в тази легенда на фигурата читателят е насочен към уеб версията на тази статия.)

Фронтално сечение с оцветяване на Вилануева Голднер на максилата (а) и долната челюст (б). Сините линии показват периосталната повърхност на кортикалната кост. Белите области показват трабекуларните области на костната тъкан. Измерванията за хистоморфометричен анализ бяха направени във вътрешността на зоната на трабекуларната кост (трабекуларна кост) и по протежение на периосталната повърхност (кортикална кост). По-голямо увеличение (200x) на трабекуларната костна тъкан в долната челюст (c). Стрелките показват остеобласти. Стрелките показват остеокласти. Флуоресцентна микрофотография с по-голямо увеличение (200x) на периосталната повърхност в долната челюст (d). Зелена линия показва едномаркирана повърхност. Жълта линия (калцеинът се припокрива с надкостницата) показва двойно маркирана повърхност. Фронтално напречно сечение с оцветяване на костите на Вилануева в средно-палатния шев (д).

кортикална кост е индуцирана повърхност на костната кост (BS; периметър), OS и дължините на sLS и dLS. Тези данни бяха използвани за изчисляване на OS/BS или MS/BS. Използваната терминология е в съответствие с Комитета на ASBMR по хистоморфометрична номенклатура (Dempster et al., 2013).

Зоните за измерване на средно-палатичния шев са показани на фиг. 3д. Измерените параметри за зоните на среднопалатния шев включват средната ширина на шева (mm) и площта на хрущяла (mm2). Средната ширина на шева беше измерена чрез проследяване на интерфейса на хрущялната и трабекуларната костна тъкан, съответстваща на силно оцветените повърхности с оцветяване на костите на Villanueva в двустранните дистални ръбове на хрущялните клетъчни слоеве. Областта на хрущяла се определя като зони на осификация в хрущялните клетъчни слоеве. Измерихме областите, където хондроцитите и хрущялната матрица бяха силно оцветени с оцветяване на костите на Villanueva в хрущяла

клетъчни слоеве (Liu, Tang, Xiao, Liu, & Yu, 2014). Дисперсиите на грешките на всички костни хистоморфометрични параметри бяха