Шота Гото, Юко Фуджита, Майка Хотта, Аяко Сугияма, Кенши Маки; Влияние на разликите в твърдостта и съдържанието на калций в диетите върху растежа на черепно-лицевата кост при плъхове. Angle Orthodox 1 ноември 2015 г .; 85 (6): 969–979. doi: https://doi.org/10.2319/102214-765.1

разликите

Изтеглете файла с цитат:

РЕЗЮМЕ

Да се ​​изследват ефектите от меката диета и диетата с ниско съдържание на калций върху черепно-лицевия растеж и костната архитектура на максилата и долната челюст.

Мъжките плъхове (n = 20, на 3 седмици) са разделени в четири групи. На десет плъха е дадена нормална калциева диета, а на останалите плъхове е дадена нискокалциева диета. След това всяка група беше разделена на две подгрупи, които бяха хранени с твърда или мека диета. След 4 седмици краниофациалният растеж и архитектурата в максиларната и долночелюстната кост бяха анализирани с помощта на цефалометрия, микро-компютърна томография и хистопатология.

Диетата с ниско съдържание на калций няма ефект върху нивата на серумния калций. Диетата с ниско съдържание на калций има най-голям ефект върху черепно-лицевия растеж на костите, докато меката диета влияе върху растежа на няколко костни места, които са прикрепени към мускулаторния мускул. Диетата с ниско съдържание на калций води до влошаване на свързаността на трабекулите в областта на фуркацията на максиларния и долночелюстния първи молар, докато меката диета води до дифузно изчезване на трабекулите в централната част на регионите на фуркацията. В средно-палатичния шев диета с ниско съдържание на калций води до инхибиране на хрущялната осификация, въпреки че средно-палатичният шев има нормална хрущялна структура. Меката диета доведе до по-тесни хрущялни клетъчни слоеве в средно-палатичния шев.

Демонстрирахме, че диетата с ниско съдържание на калций и меката диета водят до влошаване на костните структури както в максилата, така и в долната челюст; обаче механизмите, залегнали в основата на тези ефекти, се различават при диетите.

ВЪВЕДЕНИЕ

През последните десетилетия хранителните навици на деца и юноши претърпяха много промени поради разнообразяване на начина на живот. 1,2 Yanagisawa et al. 2 съобщава, че честотата на дъвчене и времето за хранене са намалели поради появата на меки съвременни храни, като преработени храни, които могат да се поглъщат и усвояват бързо. Няколко проучвания върху животни показват, че намаляването на дъвкателната функция инхибира линейния растеж на черепно-лицевите кости и по-специално този на долната челюст. 3,4 По този начин, клиницистите са загрижени от нарастващия брой деца, при които може да се развие неправилно запушване и неравнопоставеност поради „мека” диета. За това обаче има малко доказателства, а детайлите на структурите на челюстната кост, потенциално засегнати от мека диета, остават неидентифицирани.

В Япония Националното проучване на здравето и храненето съобщава, че средният прием на калций при бебета и мъже в пубертета е бил 439 и 550 mg/ден през 2012 г., 5 в сравнение с очакваните средни изисквания съответно от 500 и 650 mg/ден. 6 По този начин предположихме, че тези лица могат да имат проблеми със здравето на челюстната кост. Известно е, че адекватният прием на калций по време на растежа е необходим за увеличаване на костната маса и предотвратяване на костни фрактури. 7 Промените в костната архитектура, включително патогенните механизми на максилата и долната челюст, засегнати от диета с ниско съдържание на калций по време на растеж, не са определени. В настоящото проучване ние изследвахме ефектите от диета с ниско съдържание на калций и мека диета, както и тяхното взаимодействие, върху черепно-лицевия растеж и костната архитектура на челюстта и долната челюст.

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ

Грижа за животните

Двадесет 3-седмични мъжки плъхове са закупени от Charles River Japan (Канагава, Япония). Животните бяха настанени индивидуално при 12-часов/12-часов цикъл светлина-тъмнина, при постоянна температура 22 ± 1 ° C и влажност 50 ± 5%. Плъховете бяха разделени на случаен принцип в четири групи (n = 5 всяка). На десет плъха е дадена нормална калциева диета, съдържаща 510 mg/100 g калций (AIN-93G), на 8, а на останалите плъхове е дадена диета с ниско съдържание на калций, съдържаща 144 mg/100 g калций. Освен това те бяха разделени на две подгрупи, като им се дава твърда или мека диета. „Твърдите“ диетични групи получиха диетата под формата на гранули, докато на „меките“ диетични групи бяха дадени прахове. Всички диети са закупени от Oriental Yeast Co (Токио, Япония). Плъховете са имали свободен достъп до храна и чешмяна вода по време на проучването. Теглото на тялото се записва всяка седмица. След 4 седмици всички плъхове бяха евтаназирани с помощта на пентобарбитал натрий, а максилите и мандибулите бяха събрани и почистени от прилепнала тъкан. Всички процедури за животни са одобрени от Комитета за грижи и използване на лабораторни животни от Стоматологичния университет в Кюшу (13-020).

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 са използвани с помощта на рутинни лабораторни методи (Nagahama Life Science Laboratory, Shiga, Япония).

Цефалометрични анализи

Във всички групи краниофациалният растеж се оценява чрез латерална и дорзовентрална цефалометрична рентгенография с помощта на мек рентгенов апарат (SOFTEX ESM-2, SOFTEX Co Ltd, Токио, Япония) при 28 kVp, 6 mA, 30 секунди експозиция и фокус- to-film (New Instant Film, Hanshin Technical Lab, Ltd, Nishinomiya, Japan) разстояние от 60 cm. 10,11 Използва се 10-милиметров калибриращ прът като индекс за дължина, установен върху филма с челюстната кост и сниман. Цефалометричните ориентири (Таблица 1; Фигура 1а, б) са получени от предишни проучвания върху гризачи. 10–13 С помощта на софтуер за изображения (ImageJ, достъпен от уебсайта на Националните институти по здравеопазване), 26-те цефалометрични ориентира бяха дигитализирани. След това бяха получени избрани линейни измервания (Таблица 2).

Цефалометрични ориентири на рентгенографии. а) сагитален. (б) Напречно.

Цефалометрични ориентири на рентгенографии. а) сагитален. (б) Напречно.

Определения на радиографски точки

Измервания на черепно-лицевия скелет

Микро-компютърна томография

Триизмерни микрокомпютърни томографски изображения на горните и долните първи моларни области. Белите линии показват частите от изображенията, използвани за анализ на първочелюсните челюсти и долната челюст (а, в). Белите зони показват кортикалните зони на кората, а сивите - трабекуларните костни зони (b, d). М1 означава първия молар; М2, вторият молар; М3, третият молар.

Триизмерни микрокомпютърни томографски изображения на горните и долните първи моларни области. Белите линии показват частите от изображенията, използвани за анализ на първочелюсните челюсти и долната челюст (а, в). Белите зони показват кортикалните зони на кората, а сивите - трабекуларните костни зони (b, d). М1 означава първия молар; М2, вторият молар; М3, третият молар.

Хистология

След микро-КТ анализ, максилите и мандибулите се фиксират в 10% неутрално буфериран формалин, декалцифицират се в продължение на 3 седмици с 10% EDTA (рН 7,4), дехидратират се с нарастващи концентрации на етанол и се влагат в парафинов восък. Секциите от парафинови восъчни блокове бяха нарязани на челни секции с дебелина 3 µm. Тези разрези бяха оцветени с хематоксилин и еозин. Изображенията са получени с помощта на система за микроскоп Eclipse E200 (Nikon, Токио, Япония).

Грешка в метода

За да се осигури възпроизводимостта на измерванията, данните са цифровизирани два пъти с интервал от 2 седмици. Бяха повторени две мерки за оценка на грешката на метода. 15 Два повторени случая са описани като броя, необходим за получаване на оценка на грешка в метода. Случайната грешка беше изчислена съгласно формулата 16 на Далбърг:

където Se е стандартното отклонение, d е разликата между двойки повторени измервания и n е броят на случаите. Диапазонът на вариация на грешките при цефалометричните измервания е 0,01–0,05 mm. Дисперсиите на грешките на стойностите на микро-CT анализ са между 0,002 и 0,062 mm 2 (TV, BV, Ct.Ar и Ma.Ar) и 4,3 µm (Ct.Th).

Статистически анализ

Всички данни са представени като средни стойности и стандартни отклонения. Използван е двустранен вариационен анализ за изследване на основните ефекти както на експерименталните фактори (диета с ниско съдържание на калций и мека диета), така и на всяко взаимодействие. Резултатът се счита за статистически значим в P Таблица 3.

Основни ефекти и взаимодействия на нискокалциевата и мека диета върху телесното тегло и серумните параметри a

Цефалометрични оценки на черепно-лицевия скелет

Диетата с ниско съдържание на калций засяга значително всички измерени стойности, с изключение на дължината на тилната кост (Ba-CB1), дължината на носа (EN), дължината на предния корпус (Ml-Il), максималната черепна ширина (C1-C2) и небцето ширина (P1-P2; Таблица 4). Меката диета е повлияла значително дължината на задния корпус (Go-Mn), височината на рамуса (Co-Gn), ширината на двуъгълниците (Go1-Go2) и ширината на бизигомата (Z1-Z2). Установено е, че значимо взаимодействие и синергичен ефект между диета с ниско съдържание на калций и мека диета влияе на Co-Gn (Таблица 4).

Основни ефекти и взаимодействие на диета с ниско съдържание на калций и мека диета върху цефалометрични параметри a

Микротомографска хистоморфометрия

В кортикалната кост на максилата диетата с ниско съдържание на калций и меката диета повлияха значително Ct.Ar/Tt.Ar и Ct.Th. Установено е, че значимо взаимодействие и синергичен ефект между диетата с ниско съдържание на калций и меката диета влияят върху тези параметри (Таблица 5; Фигура 3). В трабекуларната кост диетата с ниско съдържание на калций доведе до значително влошаване на BV/TV, Tb.Th и Tb.Sp. Меката диета значително влоши всички измерени параметри. Установено е значително взаимодействие между диетата с ниско съдържание на калций и меката диета по отношение на Tb.N и Tb.Sp; диетата с ниско съдържание на калций води до влошаване на Tb.N само при хранените с мека диета и е установен синергичен ефект между диета с ниско съдържание на калций и мека диета по отношение на Tb.Sp (Таблица 5; Фигура 3).

Микрокомпютърни томографски изображения на максиларна алвеоларна кост на плъх и твърда плоча. Представителни изображения на фронтално напречно сечение на твърдата плоча в максиларната първа моларна област на плъхове, хранени с диети с нормален калций (a, твърд; b, ​​мек) и нискокалциев (c, твърд; d, мек).

Микрокомпютърни томографски изображения на максиларна алвеоларна кост на плъх и твърда плоча. Представителни изображения на фронтално сечение на твърдата плоча в максиларната първа моларна област на плъхове, хранени с диети с нормален калций (a, твърд; b, ​​мек) и нискокалциев (c, твърд; d, мек).

Основни ефекти и взаимодействие на нискокалциева и мека диета върху максиларни алвеоларни и палатални кости Micro-CT хистоморфометрични параметри a

В кортикалната кост на долната челюст диетата с ниско съдържание на калций и меката диета повлияха значително Ct.Ar/Tt.Ar и Ct.Th (Таблица 6; Фигура 4). В трабекуларната кост диетата с ниско съдържание на калций и меката диета водят до значително влошаване на всички измерени стойности. Установено е значително взаимодействие и синергичен ефект между диетата с ниско съдържание на калций и меката диета за Tb.Th, Tb.N и Tb.Sp (Таблица 6; Фигура 4).

Микрокомпютърни томографски изображения на долночелюстна алвеоларна кост на плъх. Представителни изображения на фронталното напречно сечение на областта на фуркацията на мандибуларния първи кътник при плъхове, хранени с диети с нормален калций (a, твърд; b, ​​мек) и нискокалциев (c, твърд; d, мек).

Микрокомпютърни томографски изображения на долночелюстна алвеоларна кост на плъх. Представителни изображения на фронталното напречно сечение на областта на фуркацията на мандибуларния първи кътник при плъхове, хранени с диети с нормален калций (a, твърд; b, ​​мек) и нискокалциев (c, твърд; d, мек).

Основни ефекти и взаимодействие на нискокалциева и мека диета върху мандибуларна алвеоларна кост Micro-CT хистоморфометрични параметри

Хистологична оценка

Изтъняване на костните трабекули, с очевидно разширяване на мозъчните кухини и влошаване на архитектурата на трабекуларната кост, се наблюдава при плъхове, хранени с диета с ниско съдържание на калций и мека диета (Фигура 5b-d). Секции на костите от плъхове, хранени с нормална калциева и мека диета, показват дифузно изчезване на трабекулите, особено в централната част на областта на фуркационната тъкан на максиларния първи молар. Трабекулите, прикрепени към пародонталната връзка, останаха (Фигура 5b). Установихме обаче, че диетата с ниско съдържание на калций води до загуба на трабекуларен костен обем в общата площ на тъканите в областта на фуркацията (Фигура 5в). Моделите на трабекуларна костна загуба поради нискокалциевата диета и меката диета в долната челюст бяха много сходни с тези в максилата (Фигури 6a-d).

Микрофотографии на тъкани, оцветени с хематоксилин и еозин, илюстриращи областта на фуркация на максиларния първи молар при плъхове, хранени с диети с нормален калций (a, твърд; b, ​​мек) и нискокалциев (c, твърд; d, мек). B означава кост; BM, костен мозък; PL, периодонтална връзка на областта. Лента = 100 µm.

Микрофотографии на тъкани, оцветени с хематоксилин и еозин, илюстриращи областта на фуркация на максиларния първи молар при плъхове, хранени с диети с нормален калций (a, твърд; b, ​​мек) и нискокалциев (c, твърд; d, мек). B означава кост; BM, костен мозък; PL, периодонтална връзка на областта. Лента = 100 µm.

Микрофотографии на тъкани, оцветени с хематоксилин и еозин, илюстриращи областта на фуркация на мандибуларния първи молар при плъхове, хранени с диети с нормален калций (a, твърд; b, ​​мек) и нискокалциев (c, твърд; d, мек). B означава кост; BM, костен мозък; PL, периодонтална връзка на областта. Лента = 100 µm.

Микрофотографии на тъкани, оцветени с хематоксилин и еозин, илюстриращи областта на фуркация на долночелюстния първи кътник при плъхове, хранени с диети с нормален калций (a, твърд; b, ​​мек) и нискокалциев (c, твърд; d, мек). B означава кост; BM, костен мозък; PL, периодонтална връзка на областта. Лента = 100 µm.

В централната зона между двете хрущялни тъкани, предхрущялните клетки бяха подредени по средната линия в част от всички секции (Фигура 7). В участъците на плъховете, хранени с твърда диета, имаше типично хрущялно вкостяване, като структура на растежна плоча, показваща размножаване на клетки, хипертрофия и калцификация на матрицата (Фигура 7а, в). В участъците на плъховете, хранени с мека диета, хрущялните области на небния шев са много по-тесни от тези в плъховете, хранени с твърда диета (Фигура 7b, d). По-специално, хрущялният клетъчен слой и осификацията изчезнаха близо до устната кухина в небната кост на плъховете, хранени с нормалната калциева и мека диета (Фигура 7b).

Кост и хрущял на среднопалатния шев. Оцветяване с хематоксилин и еозин на фронталните участъци на среднопалатните конци на плъхове, хранени с диети с нормален калций (а, твърд; b, ​​мек) и нискокалциев (c, твърд; d, мек). e – h са съответно по-голямо увеличение на a – d. P обозначава надкостницата в устната област на средно-палатния шев; В, кост; BM, костен мозък; SC, шевен хрущял. Лента = 100 µm.

Кост и хрущял на среднопалатния шев. Оцветяване с хематоксилин и еозин на фронталните участъци на среднопалатните конци на плъхове, хранени с диети с нормален калций (а, твърд; b, ​​мек) и нискокалциев (c, твърд; d, мек). e – h са съответно по-голямо увеличение на a – d. P обозначава надкостницата в областта на устната кухина на средната част на шева; В, кост; BM, костен мозък; SC, шевен хрущял. Лента = 100 µm.

ДИСКУСИЯ

В настоящите резултати меката диета потиска растежа в устната посока в скуловата дъга, растежа в задната посока в корпуса, растежа в превъзходната посока в рамуса и растежа в устната посока в гониалния ъгъл. Всички тези региони са точки на закрепване на мускулатурата. Общоприето е, че намаляването на силите на дъвчене влияе върху структурата на костите и мускулите. 13 Kawai et al. 19 съобщават, че меката диета води до намаляване на площта на напречното сечение на влакната и редуване на състава на влакната на повърхностния масажиращ мускул при растящи плъхове. Ние вярваме, че намаляването на активността, намаляването на количеството на масестерните мускулни влакна или и двете, участва в инхибирането на растежа на костите при плъхове, хранени с мека диета.

При микро-КТ анализите, меката диета води до намаляване на кората на напречното сечение на кората и дебелината на кората и влошаване на трабекуларната костна архитектура както на максилата, така и на долната челюст. В допълнение, хистологичните находки показват трабекуларна костна загуба и увеличаване на кухината на костния мозък; обаче трабекулите, прикрепени към пародонталната връзка, остават при плъховете, хранени с нормалната калциева и мека диета. Shimizu и сътр. 20 показва, че алвеоларната трабекуларна костна загуба, индуцирана от оклузална хипофункция, води до намаляване на нейния обем до минимума, необходим при липса на сили, стимулиращи алвеоларната кост при растящи плъхове. Тези открития показват, че местата на останалите трабекули (които не се резорбират) при меката диета са свързани с посоката на натоварване на оклузалната сила в максилата, както и долната челюст при растящи плъхове.

Цефалометричните анализи показват, че диетата с ниско съдържание на калций и меката диета не оказват влияние върху ширината на небцето на плъховете. Въпреки това, хистологичните находки в средно-палаталния шев показват, че нискокалциевата и мека диета значително повлияват хрущялната осификация. Недостигът на калций в храната предизвиква не само увеличаване на костната резорбция, но и по-слаба реактивност за еозин в хрущялните тъкани, въпреки че плочата кост, прилежаща към средно-палатичния шев, е съставена от очевидно нормална хрущялна структура. Тези открития може да се дължат на инхибиране на синтеза на извънклетъчен матрикс, включително колагени тип II и X, в зрели и хипертрофични хондроцитни клетъчни слоеве и инхибиране на хрущялната калцификация. По този начин предполагаме, че недостигът на калций в храната е предизвикал синтетична аномалия в извънклетъчния матрикс, който е от съществено значение за метаболизма на хрущяла, особено в зрели и хипертрофични клетъчни слоеве на хондроцитите, което е довело до инхибиране на хрущялното вкостяване в средно-палаталния шев.

От друга страна, меката диета доведе до по-тесни хрущялни клетъчни слоеве и изчезване на хрущялните клетъчни слоеве близо до устната кухина в средно-палатния шев, което предполага, че меката диета предизвиква инхибиране на диференциацията на недиференцирани мезенхимни клетки в хондроцити и инхибиране на хондроцитно развитие и зрялост в областта на средния палатален шев.

ЗАКЛЮЧЕНИЯ

Диетата с ниско съдържание на калций и меката диета предизвикват влошаване на костната структура както на максилата, така и на долната челюст.

Освен това са установени синергични ефекти между диетата с ниско съдържание на калций и меката диета при влошаване на вътрешните костни структури.

Въпреки това, механизмите, лежащи в основата на влошаването на костната структура, се различават между диетите.

ПРИЗНАНИЕ

Тази работа беше подкрепена от безвъзмездни средства от Министерството на образованието, културата, спорта, науката и технологиите, Япония.