Оценка влияния тяжести травмы спинного мозга на механические свойства костей задних конечностей опытных крыс

Автор: Ахметзянова А.И., Шарафутдинова К.Р., Сабирова Д.Э., Балтин М.Э., Герасимов О.В., Балтина Т.В., Саченков О.А.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 4 (98) т.26, 2022 года.

Бесплатный доступ

Травмы спинного мозга часто сопровождаются остеопорозом, что осложняет реабилитацию. При этом влияние тяжести травмы на изменение прочностных свойств костной ткани малоизучено. Поэтому цель настоящего исследования - оценка изменения механических свойств костей в диафизарном участке после травмы спинного мозга разной степени тяжести (контузионная и полная травма спинного мозга). Исследование проводилось на нелинейных крысах весом 180-200 г. Содержание животных и экспериментальные процедуры осуществлялись с соблюдением биоэтических норм. Полную травму спинного мозга моделировали путем перерезки спинного мозга на уровне Th8-Th9. Контузионную травму спинного мозга наносили на уровне Th8-Th9 по модифицированной методике A. R. Allen. Животных выводили из эксперимента на 30-е сутки, после чего извлекались кости (берцовая и бедренная). Для каждой кости определялись геометрические, объёмные и массовые характеристики, а также проводились испытания на трехточечный изгиб. Результаты исследований показали, что травма спинного мозга у опытных крыс приводит к потере прочности бедренной и берцовой костей. При этом в случае контузионной травмы у крыс снижение прочности костей задней конечности более выражено (21% для берцовой и 27% для бедренной костей), чем при полной травме спинного мозга (21% для берцовой и 19% для бедренной костей). В то же время плотность и модуль Юнга берцовой и бедренной костей после полной и контузионной травмы спинного мозга у крыс достоверно не изменялись. На основании полученных результатов авторами выдвинута гипотеза, что в процессе иммобилизации после различной тяжести травмы спинного мозга происходит изменение микроархитектуры костной ткани у опытных животных. Выдвинуто предположение, что именно изменения в микроархитектуре приводят к значительным изменениям прочности костей.

Еще

Полная травма спинного мозга, контузионная травма спинного мозга, бедренная и берцовая кости, прочность, упругость, плотность

Короткий адрес: https://sciup.org/146282610

IDR: 146282610   |   DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2022.4.04

Список литературы Оценка влияния тяжести травмы спинного мозга на механические свойства костей задних конечностей опытных крыс

  • Корнилов Н.В., Аврунин. А.С. Адаптационные про-цессы в органах скелета. - СПб.: Морсар АВ; М-во здравоохранения РФ; Рос. науч.-исслед. ин-т травматологии и ортопедии им. Р. Р. Вредена, 2001. - 296 с.
  • Кривошапко С. Н. Сопротивление материалов // Юрайт. -M., 2017. - 416 с.
  • Мамбетова ГШ., Такенов Ж.Т., Мустафаева А.С., Садыр-бекова А.К., Кисаев Е.В., Садыкова К.Т., Абишева А.К., Бергенева А.А. Применение ранней вертикализации в нейрореабилитации // Нейрозирурияи иневрология казахстана. - 2018. - Т. 4, № 53. - С. 25-31.
  • Письменный Д.Т. Конспект лекций по теории вероятностей и математической статистике. - М.: Айрис-пресс, 2008. - 288 с.
  • Свидетельство о государственной регистрации ПЭВМ № 2020615249 Программа для автоматического определения механических свойств костной ткани по экспериментальным данным: № 2020613959: заявл. 03.04.2020: опубл. 19.05.2020 / Саченков О.А., Яикова В.В., Харин Н.В. ; заявитель ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет».
  • Abdelrahman S., Ireland A., Winter E.M., Purcell M., Coupaud S. Osteoporosis after spinal cord injury: aeti-ology, effects and therapeutic approaches // Musculo-skelet Neuronal Interact. -2021. - Vol. 21 , no. 1. - P. 26-50. PMID: 33657753.
  • Allen A.R., Remarks on the histopathological changes in. the spinal cord dueto impact an experimental study // Nerv. Ment. Dis. - 1998. - Vol. 31. - P. 141-147. D01:10.3171/jns.1971.35.6.0709.
  • Ammann P, Rizzoli R. Bone strength and its determinants // Osteoporos Int. - 2003. - Vol. 14, suppl. 3. - P. 13-18. DOI: 10.1007/s00198-002-1345-4. Epub 2003 Mar 19. PMID: 12730800.
  • Alexandre C., Vico L. Pathophysiology of bone loss in disuse osteoporosis // Joint. Bone Spine. - 2011. - Vol. 78, no. 6. - P. 572-576. DOI: 10.1016 /j.jbspin.2011.04.007.
  • Baltina T., Sachenkov O., Gerasimov O., Baltin M., Fedyanin A., Lavrov I. The influence of hindlimb un-loading on the bone tissue's structure // BioNanoSci-ence. - 2018. - Vol. 8, no. 3. -P. 864-867.
  • Biering-Sorensen F., Bohr H., Schaadt O. Bone mineral content of the lumbar spine and lower extremities years after spinal cord lesion // Paraplegia. - 1998. - Vol. 26. - P. 293-301.
  • Cirnigliaro C.M., Myslinski M.J., La Fountaine M.F., Kirsh-blum S.C., Forrest G.F., Bauman W.A. Bone loss at the distal femur and proximal tibia in persons with spinal cord injury: imaging approaches, risk of fracture, and potential treatment options // Osteoporos. Int. - 2017. - Vol. 28, no 3. - P. 747765. DOI: 10.1007 /s00198-016-3798-x.
  • Dimitri P., Rosen C. The central nervous system and bone metabolisms evolving story // Calcif Tissue Int. - 2017. - Vol. 100, no. 5. - P. 476-485.
  • Frost H. M. Bone's mechanostat: a 2003 update. The anatomical record part a: discoveries in molecular, cellular, and evolutionary biology // An Official Publication of the American Association of Anatomists. - 2003. - Vol. 275, no. 2. - P. 1081-1101.
  • Frost H.M., Jee W.S.S. On the rat model of human osteopenias and osteoporoses // Bone and Mineral. - 1992. - Vol. 18, is. 3. - P. 227-236.
  • Frotzler A., Cheikh-Sarraf B., Pourtehrani M., Krebs J., Lip-puner K. Long-bone fractures in persons with spinal cord injury // Spinal Cord. - 2015. - Vol. 53, no. 9. - P. 701-704.
  • Griffith J.F., Genant H.K. New advances in imaging osteoporosis and its complications // Endocrine. - 2012. - Vol. 42. - P. 39-51.
  • Jiang S., Jiang L., Dai L. Mechanisms of osteoporosis in spinal cord injury // Clin Endocrinol. - 2006. - Vol. 65. - P. 555-565.
  • Krassioukov A.V., Bunge R.P., Pucket W.R., Bygrave MA. The changes in human spinal sympathetic pregan-glionic neurons after spinal cord injury // Spinal Cord. - 1999. - Vol. 37. -P. 6-13.
  • Licata A.A. Challenges of estimating fracture risk with dxa: changing concepts about bone strength and bone density // Aerosp Med Hum Perform. - 2015. - Vol. 86, is. 7. - P. 628632. DOI: 10.3357/AMHP.4208.2015. PMID: 26102143.
  • Lin T., Tong W., Chandra A., Hsu S.Y., Jia H., Zhu J., Tseng W.J., Levine M.A., Zhang Y., Yan S.G., Liu X.S., Sun D., Young W., Qin L. A comprehensive study of long-term skeletal changes after spinal cord injury in adult rats // Bone Res. -2015. - Vol. 3. - Art. 15028. DOI: 10.1038/boneres.2015.28.
  • Maimoun L., Couret I., Mariano-Goulart D., Dupuy A.M., Micallef J.P., Peruchon E. Changes in osteopro-tegerin/RANKL system , bone mineral density , and bone bio-chemicals markers in patients with recent spinal cord injury // Calcif Tissue Int. - 2005. - Vol. 76. - P. 404-411.
  • Maimoun L., Fattal C., Micallef J.P., Peruchon E., Rabischong P. Bone loss in spinal cord-injured patients: from physiopathol-ogy to therapy // Spinal Cord. - 2006. - Vol. 44. - P. 203. DOI: 10.1038/sj.sc.3101832.
  • Maimoun L., Fattal C., Sultan C. Bone remodeling and calcium homeostasis in patients with spinal cord injury: a review // Metabolism. - 2011. - Vol. 60, no 12. - P. 1655-1663. DOI: 10.1016/j.metabol.2011.04.005.
  • Maynard F.M. Immobilization hypercalcemia follow-ing spinal cord injury // Arch Phys Med Rehabil. - 1986. - Vol. 67, no 1. - P. 41 -44.
  • Nielsen S.P. The fallacy of bmd:a critical review of the diagnostic use of dual x-ray absorptiometry // Clin Rheumatol. -2000. - Vol. 19. - P. 174-183.
  • Qin W., Bauman W.A., Cardozo C.P. Evolving con-cepts in neurogenic osteoporosis // Curr Osteoporos Rep. - 2010. - Vol. 8, no. 4. - P. 212-218.
  • Riggs B.L., Khosla S., Melton L.J. Sex steroids and the construction and conservation of the adult skeleton // Endocr Rev. - 2002. - Vol. 23, no. 3. - P. 279-302.
  • Sievanen H., Koskue V., Rauhio A., Kannus P., Hei-nonen ARI, VUORI I. Peripheral quantitative computed tomography in human long bones:evaluation of in vitro and in vivo precision // Bone Miner Res. - 1998. - Vol. 13, no. 5. - P. 871-882.
  • Sözen T., Özi^ik L., Ba^aran N.Q. An overview and management of osteoporosis // European journal of rheumatology. -2017. - Vol. 4, no. 1. - P. 46.
  • Williams S., MS, RD, MD, CCD, FACP, FACE, Leila Khan, MD and Angelo A. Licata, MD, PhD, FACP, FACE // Cleveland Clinic Journal of Medicine. - 2021. - Vol. 88, is. 11. - P. 615-622. DOI: 10.3949 /ccjm.88a.20199.
  • Syed F., Khosla S. Mechanisms of sex steroid effects on bone // Biochem Biophys Res Commun . - 2005. - Vol. 328. - P. 688696.
  • Taguchi T., Lopez M.J. An overview of de novo bone generation in animal models // Journal of orthopedic research. - 2020. - Vol. 39, Is. 1. - P.7-21.
  • Wade S.W., Strader C., Fitzpatrick L.A., Anthony M.S., O'Malley C.D. Estimating prevalence of osteoporosis: examples from industrialized countries // Archives of os-teoporosis. - 2008. - Vol. 9, no. 1. - P. 1-10.
  • Yarrow J.F., Wnek R.D., Conover C.F., Reynolds M.C., Buckley K.H., Kura J.R., Sutor T.W., Otzel D.M., Mattingly A.J., Croft S., Aguirre J.I., Borst S.E., Beck D.T., McCullough D.J. Bone loss after severe spinal cord injury coincides with reduced bone formation and precedes bone blood flow deficits // Appl Physiol. - 2021. - Vol. 131, no. 4. - P. 1288-1299. DOI: 10.1152 /japplphysiol.00444.2021.
  • Zehnder Y., Thi M.L., Michel D., Knecht H., Perrelet R., Neto I. Long-term changes in bone metabolism , bone mineral density , quantitative ultrasound parameters, and fracture incidence after spinal cord injury:a cross-sectional observational study in 100 paraplegic men // Osteoporos Int. - 2004. - Vol. 15. -P.180-189.
  • Metzger C.E., Gong S., Aceves M., Bloomfield S.A., Hook M.A. Osteocytes reflect a pro-inflammatory state following spinal cord injury in a rodent model // Bone. - 2019. - Vol. 120. - P. 465-475. DOI: 10.1016 /j.bone.2018.12.007.
  • Baltin M.E., Sabirova D.E., Kiseleva E.I., Baltina T.V., Lavrov I.A. Comparison of systemic and localized carrier-mediated delivery of methylprednisolone succinate for treatment of acute spinal cord injury // Experimental Brain Research. - 2021. -Vol. 239, no. 2. - P. 627-638. DOI: 10.1007/s00221-020-05974-w.
  • Gordienko D.I. Tactics of surgical treatment of open shin fractures // The department of traumatology and orthopedics. -2013. - Vol. 1, no. 5. - P. 15-26.
  • Boehl G., Raguindin P.F., Valido E., Bertolo A., Itodo O.A., Minder B., Lampart P., Scheel-Sailer A., Leichtle A., Glisic M., Stoyanov J. Endocrinological and inflam-matory markers in individuals with spinal cord injury: A systematic review and me-ta-analysis // Rev Endocr Metab Disord. - 2022. - Vol. 23. - P. 1035-1050. DOI: 10.1007/s11154-022-09742-9.
  • Tettero J.M., van Eeghen E., Kooter A.J. Extreme hypercal-caemia caused by immobilisation due to acute spinal cord injury // BMJ Case Rep. - 2021. - Vol. 14, no. 6. - Art. e241386. DOI: 10.1136/bcr-2020-241386.
  • He B., Zhu Y., Cui H., Sun B., Su T., Wen P. Compari-son of necroptosis with apoptosis for ovx-induced osteoporosis // Front Mol Biosci. - 2021. - Vol. 8. - Art. 790613. DOI: 10.3389/fmolb.2021.790613.
Еще
Статья научная