Jaleah Hawkins

4 Катедра по хранителни науки, Университет Рутгерс, Ню Брансуик, Ню Джърси; 5 Instituto de Nutrición y Tecnología de los Alimentos, Universidad de Chile, Сантяго, Чили; 6 Изследователски отдел, Болница за специална хирургия, Ню Йорк, Ню Йорк 10021

Мариана Цифуентес

4 Катедра по хранителни науки, Университет Рутгерс, Ню Брансуик, Ню Джърси; 5 Instituto de Nutrición y Tecnología de los Alimentos, Universidad de Chile, Сантяго, Чили; 6 Изследователски отдел, Болница за специална хирургия, Ню Йорк, Ню Йорк 10021

Нанси Л. Плешко

4 Катедра по хранителни науки, Университет Рутгерс, Ню Брансуик, Ню Джърси; 5 Instituto de Nutrición y Tecnología de los Alimentos, Universidad de Chile, Сантяго, Чили; 6 Изследователски отдел, Болница за специална хирургия, Ню Йорк, Ню Йорк 10021

Хасина Амбия-Собхан

4 Катедра по хранителни науки, Университет Рутгерс, Ню Брансуик, Ню Джърси; 5 Instituto de Nutrición y Tecnología de los Alimentos, Universidad de Chile, Сантяго, Чили; 6 Изследователски отдел, Болница за специална хирургия, Ню Йорк, Ню Йорк 10021

Сю А. Шапсес

4 Катедра по хранителни науки, Университет Рутгерс, Ню Брансуик, Ню Джърси; 5 Instituto de Nutrición y Tecnología de los Alimentos, Universidad de Chile, Сантяго, Чили; 6 Изследователски отдел, Болница за специална хирургия, Ню Йорк, Ню Йорк 10021

Свързани данни

Резюме

Ограничаването на енергията намалява костната минерална плътност (КМП) и епидемиологичните проучвания показват, че рискът от загуба на тегло, причинена от загуба на тегло, е по-голям при слабите, отколкото при по-тежките индивиди. Нашата цел в това проучване беше да определим как костната плътност и геометрия реагират на ограничаването на енергията при зрели плъхове със затлъстяване в сравнение с слаби плъхове. На 6 месечна възраст, 36 диети, затлъстели и слаби женски плъхове Sprague-Dawley, бяха разпределени за контрол (CTL; ​​ad libitum; n = 18) и диети с ограничена енергия (EnR; 40%; n = 18). След 10 седмици диетична интервенция, затлъстелите EnR плъхове загубиха повече тегло (-61 ± 14 g), отколкото слабите EnR плъхове (-91 ± 34 g) (P 7 (9-11). Предложени са няколко механизма за загуба на BMD след намаляване на телесното тегло, включително намалено механично натоварване, променени нива на хормони и хранителни фактори като намален прием на калций и енергия (12). Някои хора могат да бъдат по-устойчиви на загуба на кост поради намаляване на теглото от други. че по-младите възрастни нямат костна загуба с умерено намаляване на теглото, когато приемът на микроелементи е постоянен (13,14), а по-голяма загуба на костна маса е показана и при по-възрастни (10 месеца) в сравнение с по-млади (3 месеца) плъхове, които са били изложени на седмично ограничение на енергията (7).

Повечето проучвания показват 1-2% загуба на костна маса с 10% загуба на тегло (12). Наблюдателни проучвания показват, че загубата на костна маса може да бъде по-съществена при по-слаби лица, които губят тегло (15-17). Това може да се дължи на различни фактори, като намалено носене на тегло, по-ниски нива на естроген, по-голяма крехкост или намалена абсорбция на калций в червата (12,18). Разбирането как костта се влияе от ограничаването на енергията, когато първоначалното телесно тегло се различава, е важно, тъй като на хората с наднормено тегло се казва да отслабнат, за да намалят съпътстващите заболявания, свързани със затлъстяването (19), а има и нов интерес към загуба на тегло, дори при тегловни популации поради скорошната му връзка с дълголетието (20). Доколкото ни е известно, нито едно предходно проучване не е разглеждало как костта се влияе от загубата на тегло, когато първоначалното телесно тегло се различава. В това проучване използвахме затлъстял и слаб модел на зрели гризачи, за да определим как ограничаването на енергията, с препоръчителния прием на микроелементи, влияе върху костните променливи, когато първоначалното телесно тегло се различава. В допълнение, костно-регулиращите хормони, които също могат да бъдат повлияни от затлъстяване (12), включително серумен естрадиол (E2), паратиреоиден хормон (PTH) и 25-хидроксивитамин D (25OHD), бяха изследвани в отговор на ограничаването на енергията в постно и затлъстели плъхове.

Материали и методи

Диети.

На 6 месечна възраст слабите и затлъстели плъхове бяха съпоставени с теглото (във всяка група) и след това произволно разпределени или към прием на храна ad libitum [контрол (CTL)] (AIN 93-M) (21), или към 40% EnR диета (Изследователски диети), както е описано по-рано (18). Имаше общо 4 групи за лечение: постно CTL, постно EnR, затлъстело CTL и затлъстело EnR. Диетата CTL се състои от 75,6% въглехидрати, 14,9% протеини и 9,5% мазнини, докато EnR диетата се състои от 59,1% въглехидрати, 25,0% протеини и 15,9% мазнини. Тези проценти са изчислени така, че при хранене по двойки между EnR и CTL плъхове (с различно количество храна, консумирана от всяка група), дневният прием на протеини, мазнини, фибри, витамини и минерали е еднакъв и в двете CTL и EnR групи (Допълнителни маса 1). Например, диетите CTL са имали 5.0 и 3.0 mg/g диета за Ca и P, а EnR диетата съответно 8.1 и 4.9 mg/g за Ca и P, така че с ограничение от 40% приемът не се различава значително между лечебните групи. В допълнение, пречистените диети за тези експерименти са проектирани да бъдат достатъчни във всички хранителни вещества, включително Ca (0,5%) и P (0,3%).

Хормони.

Концентрациите на E2 и 25OHD бяха измерени в серума чрез RIA (двойно антитяло, DPC за E2 и DiaSorin за 25OHD). Серумните интактни нива на PTH се измерват в серума чрез специфична RIA RIA (Immutopics). Интра- и междуанализиращата CV за E2, 25OHD и PTH са съответно ≤5,5, 12,5 и 8,9%. Нивата на серумен хормон бяха оценени на изходно ниво и след 10 седмици консумация на CTL или EnR диети.

Състав на костите.

Съдържанието на протеогликан се изчислява чрез количествено определяне на общите сулфатирани гликозаминогликани. Целите бедрени кости бяха деминерализирани в 1,7 mol/L ледена оцетна киселина в продължение на 3 дни (23). Деминерализираната тъкан се разтваря чрез разграждане на папаин при 60 ° С в продължение на 18 часа. Гликозаминогликаните се анализират, като се използва анализ на свързване с 1,9 диметилметиленово синьо, хондроитин-6-сулфатен стандарт (ICN Biochemicals) и спектрофотометрия при двойна дължина на вълната 540 и 595 nm.

Съдържанието на хидроксипролин се анализира след хидролиза в 6 mol/L HCI при 110 ° С в продължение на 16 h, сушене в ексикатор и разреждане с пробен буфер. Разтворът се центрофугира в продължение на 15 минути при 1000 х g и супернатантата се смесва старателно в съотношение 1: 2: 1 с хлорамин-Т и диметил-аминобензалдехид и след това се инкубира при 60 ° С за 15 минути. Концентрацията на хидроксипролин се измерва чрез спектрофотометрия при 550 nm.

Костите се усвояват с помощта на папаинов буфер, съдържащ 0,05 mol/L EDTA и 0,1 mol/L натриев ацетат, цистеин хидрохлорид (10 mmol цистеин хидрохлорид/L папаин буфер) и папаинов ензим (Sigma Chemical), и се инкубира при 60 ° C в продължение на 18 часа . Разградената цяла кост се измерва за концентрации на пиридинолин (PYD) и дезоксипиридинолин (DPD) чрез обратнофазова HPLC след подлагане на хидролизираните проби на процедура за префракциониране. Пиковете се откриват чрез флуоресценция и се определят количествено от външни стандарти, а CV за PYD и DPD са Фиг. 1 ). Ограничението на енергията доведе до загуба на тегло и по-ниско крайно тегло (P Фиг. 1). Слабите плъхове EnR загубиха по-малко (P Фиг. 2 ), размерът на загубеното тегло от слаби плъхове EnR е по-малък (P † Промяната от изходното ниво до крайното се различава от CTL, P маса 1; P Фигура 2 (т.е. всеки плъх в слабата група, присвоена на EnR, има теглов съвместим постно CTL плъх, както е описано в Методи). Ограничението на енергията е свързано с по-ниска КМП при слаби, но не затлъстели плъхове в сравнение със съответните CTL (P Таблица 2 ). В допълнение, дебелината на трабекулите е по-ниска при всички EnR в сравнение с CTL плъховете (диетичен ефект; P Таблица 2).

МАСА 1

КМП на местата на пищяла и бедрената кост при слаби и затлъстели плъхове, които консумират храна ad libitum или са с 40% енергийно ограничение за 10 седмици 1

P-стойност на постно затлъстяване Костен сайтCTLEnRCTLEnRDietSizeDiet × размер
g/cm 2
Цяла пищяла0,168 ± 0,008 a 0,154 ± 0,006 b 0,163 ± 0,007 ab 0,162 ± 0,013 ab 0,031- 2 0,073
Цяла бедрена кост0,208 ± 0,0220,188 ± 0,0150,211 ± 0,0070,207 ± 0,0170,0960,072-
Дистална бедрена кост0,322 ± 0,021 a 0,262 ± 0,035 b 0,303 ± 0,017 ab 0,312 ± 0,049 a 0,063-0,015
Проксимална бедрена кост0,186 ± 0,012 a 0,167 ± 0,014 b 0,180 ± 0,004 ab 0,174 ± 0,012 b 0,008--
FN 3 0,254 ± 0,032 a 0,218 ± 0,025 b 0,267 ± 0,016 a 0,249 ± 0,021 ab 0,0090,027-
Трабекуларен FN 3 2,51 ± 0,11 a 2,15 ± 0,25 b 2,40 ± 0,29 ab 2,24 ± 0,27 b 0,009--
Медиална кортикална FN 3 2,41 ± 0,152,31 ± 0,202,45 ± 0,142,34 ± 0,17---
Странична кортикална FN 3 2,03 ± 0,24 1,88 ± 0,44 2,24 ± 0,37 2,06 ± 0,48 - - -

ТАБЛИЦА 2

vBMD, фракция на костния обем и трабекуларна дебелина, брой и отделяне на шийката на бедрената кост при слаби и затлъстели плъхове, които консумират храна ad libitum или са с 40% енергийно ограничение за 10 седмици 1

P-стойност на постно затлъстяване Костна променливаCTLEnRCTLEnRDietSizeDiet × размер
vBMD, mg/cm3 479,6 ± 45,9 a 329,8 ± 23,6 b 434,9 ± 45,5 a 441,7 ± 30,7 a 0,0020,0490,050
BV/TV,%58,3 ± 5,4 а 38,0 ± 6,9 b 55,1 ± 6,8 a 51,4 ± 6,1 a 0,004- 2 0,028
Tb.Th, mm0,132 ± 0,0250,092 ± 0,0210,133 ± 0,0210,113 ± 0,0220,026--
Tb.N, mm -1 4,224 ± 0,5394,499 ± 0,0864.254 ± 0.2394,556 ± 0,390---
Tb.S, mm 0,100 ± 0,015 0,124 ± 0,029 0,110 ± 0,018 0,107 ± 0,010 - - -

Състав на костите.

EnR не повлиява значително костното съдържание на хидроксипролин, DPD и гликозаминогликан. PYD омрежванията са склонни (P = 0,07) да бъдат по-ниски при EnR постно (10,6 ± 2,8 ng/mg) и затлъстели (11,8 ± 1,6 ng/mg) плъхове в сравнение с CTL постно (13,7 ± 4,8 ng/mg) и затлъстели (14,0 ± 5,8 ng/mg) плъхове.

Серумни хормони.

Изходното ниво E2 беше по-високо (P Фиг. 3А). След 10 седмици енергийно ограничение, серумният E2 намалява в постната EnR група от изходно ниво до крайно (P Фиг. 3А). Няма значими ефекти от диетата, размера или тяхното взаимодействие върху абсолютната промяна за серума E2, 25OHD или PTH. Крайните концентрации на серума 25OHD показват, че има по-високи нива при затлъстели, отколкото слаби плъхове (ефект на размера; P Фиг. 3B) с тенденция (P Фиг. 3C).

ограничението

Серум E2 (A), 25OHD (B) и PTH (C) за постно CTL (n = 8) и постно EnR (n = 8), и затлъстели CTL (n = 7) и затлъстели EnR (n = 7) плъхове при седмица 0 и след 10 седмици диетична намеса. Баровете са средни ± SEM. В рамките на даден момент (базов или краен), средствата без обща буква се различават, P 1 Поддържа се от NIH-AG12161 до S.A.S. и NIH-AR046121 до N.L.P.

2 Разкриване на авторите: J. Hawkins, M. Cifuentes, N. L. Pleshko, H. Ambia-Sobhan и S. A. Shapses, без конфликт на интереси.

3 Допълнителни фигури 1 и 2 и таблица 1 са достъпни с онлайн публикуването на тази статия на jn.nutrition.org.

7 Използвани съкращения: КМП, минерална плътност на костите; CTL, контролна диета; DPD, дезоксипиридинолин; Е2, естрадиол; EnR, енергийно ограничено; микро-КТ, микрокомпютърна томография; 25OHD, 25-хидроксивитамин D; PTH, паратиреоиден хормон; PYD, пиридинолин; vBMD, обемна костна минерална плътност.