Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sử dụng Căng Thẳng Cơ Học để Điều Trị Loãng Xương: Tác Động của Kích Thích Điện, Sóng Xung Ngoại Vi Đường Kính và Siêu Âm trên Loãng Xương Thí Nghiệm ở Chuột Cái Sau Phẫu Thuật Cắt Buồng Trứng
Tóm tắt
Các phương pháp điều trị hiện tại cho bệnh loãng xương chủ yếu liên quan đến các loại thuốc điều trị, nhưng thường đi kèm với các tác dụng phụ không mong muốn. Việc sử dụng căng thẳng cơ học có thể kích thích tạo xương một cách không xâm lấn được đề xuất như một phương pháp thay thế cho các điều trị thông thường. Ở đây, chúng tôi đã khảo sát hiệu quả của căng thẳng cơ học do kích thích điện, sóng xung ngoại vi đường kính và siêu âm gây ra trên loãng xương do thiếu estrogen. Chuột cái Wistar được chia thành năm nhóm: nhóm phẫu thuật giả, nhóm không điều trị sau khi cắt buồng trứng, và nhóm được điều trị bằng kích thích điện, sóng xung ngoại vi đường kính hoặc siêu âm bắt đầu sau 8 tuần cắt buồng trứng trong 4 tuần. Kiến trúc xương tổ ong của xương đùi được đánh giá bằng micro-CT và các thuộc tính cơ học của nó được xác định thông qua thử nghiệm cơ học. Xương đùi cũng được đánh giá thêm bằng phân tích hóa mô, hóa miễn dịch mô và PCR thời gian thực. Điều trị bằng sóng xung ngoại vi đường kính và siêu âm đã cải thiện kiến trúc vi mô của xương tổ ong và sức mạnh của xương ở chuột bị loãng xương, nhưng không phải bằng kích thích điện. Sóng xung giảm hoạt động của tế bào hủy xương và sự biểu hiện RANKL. Việc tiếp xúc với siêu âm làm tăng hoạt động của tế bào hình xương và các tế bào dương tính với β-catenin, và làm giảm số lượng tế bào hình xương dương tính với sclerostin. Những phát hiện này cho thấy rằng căng thẳng cơ học do sóng xung ngoại vi đường kính và siêu âm có thể cải thiện sự mất xương và tính dễ gãy của xương do thiếu estrogen thông qua việc thúc đẩy tạo xương hoặc giảm hấp thu xương.
Từ khóa
#loãng xương #căng thẳng cơ học #kích thích điện #sóng xung ngoại vi #siêu âm #chuột cắt buồng trứngTài liệu tham khảo
NIH Consensus Development Panel on Osteoporosis Prevention, Diagnosis, and Therapy (2001) Osteoporosis Prevention, Diagnosis, and Therapy. JAMA 285(6):785–795
Lips P, van Schoor NM (2005) Quality of life in patients with osteoporosis. Osteoporos Int 16:447–455. https://doi.org/10.1007/s00198-004-1762-7
Ensrud KE, Thompson DE, Cauley JA, Nevitt MC, Kado DM, Hochberg MC, Santora AC et al (2000) Prevalent vertebral deformities predict mortality and hospitalization in older women with low bone mass. J Am Geriatr Soc 48:241–249. https://doi.org/10.1111/j.1532-5415.2000.tb02641.x
McClung M, Harris ST, Miller PD, Bauer DC, Davison KS, Dian L, Hanley DA et al (2013) Bisphosphonate therapy for osteoporosis: benefits, risks, and drug holiday. Am J Med 126:13–20. https://doi.org/10.1016/j.amjmed.2012.06.023
Bilezikian JP (2006) Osteonecrosis of the jaw - do bisphosphonates pose a risk? N Engl J Med 355:2278–2281. https://doi.org/10.1056/NEJMp068157
Kohrt WM, Bloomfield SA, Little KD, Nelson ME, Yingling VR (2004) Physical activity and bone health. Med Sci Sports Exerc 36:1985–1996. https://doi.org/10.1249/01.MSS.0000142662.21767.58
Moreira LDF, de Oliveira ML, Lirani-Galvão AP, Marin-Mio RV, dos Santos RN, Lazaretti-Castro M (2014) Physical exercise and osteoporosis: effects of different types of exercises on bone and physical function of postmenopausal women. Arq Bras Endocrinol Metabol 58:514–522. https://doi.org/10.1590/0004-2730000003374
Duncan RL, Turner CH (1995) Mechanotransduction and the functional response of bone to mechanical strain. Calcif Tissue Int 57:344–358. https://doi.org/10.1007/BF00302070
Turner CH (1998) Three rules for bone adaptation to mechanical stimuli. Bone 23:399–407. https://doi.org/10.1016/S8756-3282(98)00118-5
Robling AG, Niziolek PJ, Baldridge LA, Condon KW, Allen MR, Alam I, Mantila SM et al (2008) Mechanical stimulation of bone in vivo reduces osteocyte expression of Sost/sclerostin. J Biol Chem 283:5866–5875. https://doi.org/10.1074/jbc.M705092200
Lam H, Qin Y-X (2008) The effects of frequency-dependent dynamic muscle stimulation on inhibition of trabecular bone loss in a disuse model. Bone 43:1093–1100. https://doi.org/10.1016/j.bone.2008.07.253
Midura RJ, Dillman CJ, Grabiner MD (2005) Low amplitude, high frequency strains imposed by electrically stimulated skeletal muscle retards the development of osteopenia in the tibiae of hindlimb suspended rats. Med Eng Phys 27:285–293. https://doi.org/10.1016/j.medengphy.2004.12.014
Jee WS, Yao W (2001) Overview: animal models of osteopenia and osteoporosis. J Musculoskelet Neuronal Interact 1:193–207
Wang CJ, Yang KD, Wang FS, Hsu CC, Chen HH (2004) Shock wave treatment shows dose-dependent enhancement of bone mass and bone strength after fracture of the femur. Bone 34:225–230. https://doi.org/10.1016/j.bone.2003.08.005
Rompe JD, Rosendahl T, Schöllner C, Theis C (2001) High-energy extracorporeal shock wave treatment of nonunions. Clin Orthop Relat Res. https://doi.org/10.1097/00003086-200106000-00014
Van Der Jagt OP, Van Der Linden JC, Schaden W, Van Schie HT, Piscaer TM, Verhaar JAN, Weinans H et al (2009) Unfocused extracorporeal shock wave therapy as potential treatment for osteoporosis. J Orthop Res 27:1528–1533. https://doi.org/10.1002/jor.20910
Van Der Jagt OP, Waarsing JH, Kops N, Schaden W, Jahr H, Verhaar JAN, Weinans H (2013) Unfocused extracorporeal shock waves induce anabolic effects in osteoporotic rats. J Orthop Res 31:768–775. https://doi.org/10.1002/jor.22258
Koolen MKE, Kruyt MC, Öner FC, Schaden W, Weinans H, van der Jagt OP (2019) Effect of unfocused extracorporeal shockwave therapy on bone mineral content of twelve distal forearms of postmenopausal women: a clinical pilot study. Arch Osteoporos. https://doi.org/10.1007/s11657-019-0650-x
Watanabe Y, Matsushita T, Bhandari M, Zdero R, Schemitsch EH (2010) Ultrasound for fracture healing: current evidence. J Orthop Trauma 24:S56–S61. https://doi.org/10.1097/BOT.0b013e3181d2efaf
Lim D, Ko CY, Seo DH, Woo DG, Kim JM, Chun KJ, Kim HS (2011) Low-intensity ultrasound stimulation prevents osteoporotic bone loss in young adult ovariectomized mice. J Orthop Res 29:116–125. https://doi.org/10.1002/jor.21191
Ferreri SL, Talish R, Trandafir T, Qin Y-X (2011) Mitigation of bone loss with ultrasound induced dynamic mechanical signals in an OVX induced rat model of osteopenia. Bone 48:1095–1102. https://doi.org/10.1016/j.bone.2011.01.002
Warden SJ, Bennell KL, Forwood MR, McMeeken JM, Wark JD (2001) Skeletal effects of low-intensity pulsed ultrasound on the ovariectomized rodent. Ultrasound Med Biol 27:989–998. https://doi.org/10.1016/S0301-5629(01)00376-3
Warden SJ, Bennell KL, Matthews B, Brown DJ, McMeeken JM, Wark JD (2001) Efficacy of low-intensity pulsed ultrasound in the prevention of osteoporosis following spinal cord injury. Bone 29:431–436. https://doi.org/10.1016/S8756-3282(01)00599-3
Leung KS, Lee WS, Cheung WH, Qin L (2004) Lack of efficacy of low-intensity pulsed ultrasound on prevention of postmenopausal bone loss evaluated at the distal radius in older Chinese women. Clin Orthop Relat Res. https://doi.org/10.1097/01.blo.0000137557.59228.4d
Angle SR, Sena K, Sumner DR, Virdi AS (2011) Osteogenic differentiation of rat bone marrow stromal cells by various intensities of low-intensity pulsed ultrasound. Ultrasonics 51:281–288. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2010.09.004
Li JGR, Chang WHS, Lin JCA, Sun JS (2002) Optimum intensities of ultrasound for PGE2 secretion and growth of osteoblasts. Ultrasound Med Biol 28:683–690. https://doi.org/10.1016/S0301-5629(02)00485-4
Kalu DN (1991) The ovariectomized rat model of postmenopausal bone loss. Bone Miner 15:175–191. https://doi.org/10.1016/0169-6009(91)90124-I
Stürmer EK, Seidlová-Wuttke D, Sehmisch S, Rack T, Wille J, Frosch KH, Wuttke W et al (2006) Standardized bending and breaking test for the normal and osteoporotic metaphyseal tibias of the rat: Effect of estradiol, testosterone, and raloxifene. J Bone Miner Res 21:89–96. https://doi.org/10.1359/JBMR.050913
Kawamoto T (2003) Use of a new adhesive film for the preparation of multi-purpose fresh-frozen sections from hard tissues, whole-animals, insects and plants. Arch Histol Cytol 66:123–143. https://doi.org/10.1679/aohc.66.123
McKenzie J, Smith C, Karuppaiah K, Langberg J, Silva MJ, Ornitz DM (2019) Osteocyte death and bone overgrowth in mice lacking fibroblast growth factor receptors 1 and 2 in mature osteoblasts and osteocytes. J Bone Miner Res 34:1660–1675. https://doi.org/10.1002/jbmr.3742
Moriyama H, Kanemura N, Brouns I, Pintelon I, Adriaensen D, Timmermans JP, Ozawa J et al (2012) Effects of aging and exercise training on the histological and mechanical properties of articular structures in knee joints of male rat. Biogerontology 13:369–381. https://doi.org/10.1007/s10522-012-9381-8
Nomura M, Sakitani N, Iwasawa H, Kohara Y, Takano S, Wakimoto Y, Kuroki H et al (2017) Thinning of articular cartilage after joint unloading or immobilization. An experimental investigation of the pathogenesis in mice. Osteoarthr Cartil 25:727–736. https://doi.org/10.1016/j.joca.2016.11.013
Kaneguchi A, Ozawa J, Kawamata S, Yamaoka K (2017) Development of arthrogenic joint contracture as a result of pathological changes in remobilized rat knees. J Orthop Res 35:1414–1423. https://doi.org/10.1002/jor.23419
Livak KJ, Schmittgen TD (2001) Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2-ΔΔCT method. Methods 25:402–408. https://doi.org/10.1006/meth.2001.1262
Faul F, Erdfelder E, Lang A-G, Buchner A (2007) G*Power 3: a flexible statistical power analysis program for the social, behavioral, and biomedical sciences. Behav Res Methods 39:175–191. https://doi.org/10.3758/BF03193146
McElroy JF, Wade GN (1987) Short- and long-term effects of ovariectomy on food intake, body weight, carcass composition, and brown adipose tissue in rats. Physiol Behav 39:361–365. https://doi.org/10.1016/0031-9384(87)90235-6
Tella SH, Gallagher JC (2014) Prevention and treatment of postmenopausal osteoporosis. J Steroid Biochem Mol Biol 142:155–170. https://doi.org/10.1016/j.jsbmb.2013.09.008
Wronski TJ, Lowry PL, Walsh CC, Ignaszewski LA (1985) Skeletal alterations in ovariectomized rats. Calcif Tissue Int 37:324–328. https://doi.org/10.1007/BF02554882
Turner CH, Burr DB (1993) Basic biomechanical measurements of bone: A tutorial. Bone 14:595–608. https://doi.org/10.1016/8756-3282(93)90081-K
Wronski TJ, Cintrón M, Dann LM (1988) Temporal relationship between bone loss and increased bone turnover in ovariectomized rats. Calcif Tissue Int 43:179–183. https://doi.org/10.1007/BF02571317
Gerstenfeld LC, Chipman SD, Glowacki J, Lian JB (1987) Expression of differentiated function by mineralizing cultures of chicken osteoblasts. Dev Biol 122:49–60. https://doi.org/10.1016/0012-1606(87)90331-9
Minkin C (1982) Bone acid phosphatase: tartrate-resistant acid phosphatase as a marker of osteoclast function. Calcif Tissue Int 34:285–290. https://doi.org/10.1007/BF02411252
Wada T, Nakashima T, Hiroshi N, Penninger JM (2006) RANKL-RANK signaling in osteoclastogenesis and bone disease. Trends Mol Med 12:17–25. https://doi.org/10.1016/j.molmed.2005.11.007
Bonewald LF (2011) The amazing osteocyte. J Bone Miner Res 26:229–238. https://doi.org/10.1002/jbmr.320
Jilka RL, Noble B, Weinstein RS (2013) Osteocyte apoptosis. Bone 54:264–271. https://doi.org/10.1016/j.bone.2012.11.038
Tomkinson A, Gevers EF, Wit JM, Reeve J, Noble BS (1998) The role of estrogen in the control of rat osteocyte apoptosis. J Bone Miner Res 13:1243–1250. https://doi.org/10.1359/jbmr.1998.13.8.1243
Verborgt O, Tatton NA, Majeska RJ, Schaffler MB (2002) Spatial distribution of Bax and Bcl-2 in osteocytes after bone fatigue: complementary roles in bone remodeling regulation? J Bone Miner Res 17:907–914. https://doi.org/10.1359/jbmr.2002.17.5.907
Delius M, Draenert K, Al Diek Y, Draenert Y (1995) Biological effects of shock waves: In vivo effect of high energy pulses on rabbit bone. Ultrasound Med Biol 21:1219–1225. https://doi.org/10.1016/0301-5629(95)00030-5
Sapir-Koren R, Livshits G (2014) Osteocyte control of bone remodeling: is sclerostin a key molecular coordinator of the balanced bone resorption–formation cycles? Osteoporos Int 25:2685–2700. https://doi.org/10.1007/s00198-014-2808-0