Stress, aging and osteoporosis: an experimental study of bone loss, expression of proinflammatory cytokines and bone markers RANKL, RANK and OPG in rats

Autor: Valente, Fabrício Luciani
Přispěvatelé: Salcedo, Joaquín Hernán Patarroyo, Benjamin, Laércio dos Anjos, Viloria, Marlene Isabel Vargas, Moura, Sandra Aparecida Lima de, Santana, Luiz Alberto, Siqueira-batista, Rodrigo
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2011
Předmět:
Zdroj: LOCUS Repositório Institucional da UFV
Universidade Federal de Viçosa (UFV)
instacron:UFV
Popis: Aging, stress and osteoporosis are conditions that have taken great importance in modern world not only as reflection of lifestyle, but also due to the increasing life expectancy of populations. These conditions share many common mechanisms and modulating one of them may affect the others by direct and indirect means. Osteoporosis is a common disease among the elderly and, although its cause may be multifactorial, many processes associated with aging contribute to its pathogenesis. Chronic stress can impair bone mass and it can be considered an important factor that affects life quality for seniors, as does osteoporosis. This study aims to evaluate the effect of a chronic mild stress protocol on bone parameters in rats, and the role of sex and age on this process. To do that, male and female rats, 5 and 22-24 months old, were submitted to mild stressors during 28 days. We included cold, heat, immobilization, tilt cage, isolation, overnight illumination, and water and food deprivation; each stressor was applied four times during the period. Animals of both sexes, young and aged, were kept with water and feed at will, with no interventions, to serve as control. Rats were weighed at the beginning and at the end of the period. After euthanasia, rats had their bones and blood collected. Femur, tibia and lumbar vertebra were analyzed by densitometry. Biomechanical tests evaluated maximal strength, toughness and stiffness of the head and shaft of femoral head and diaphysis by bending test. Histomorphometric analysis provided trabecular bone volume from femoral head and vertebral body, and measures of cortical bone and marrow cavity from femoral diaphysis cross-section. Immunohistochemistry was performed to analyze expression of RANKL, RANK and OPG in femur and vertebra. From blood, ELISA detected testosterone, estradiol, IL-1β, IL-6 and TNF-α. Stress was able to decrease body weight, regardless of sex and age. The protocol employed also showed ability to reduce many of the parameters assessed, and that could harm bone health. However, stress affected a greater number of variables among young than aged animals. This result should be interpreted with caution.Probably aging could slow down bone response to the stimuli caused by stress. But with chronic stimuli, the effects of stress on bone metabolism could be more severe in the elderly. About sex hormones, although not statistically significant, a decrease in testosterone concentration in the groups subjected to stress could be perceived. Considering estradiol, there was an opposite behavior between the group of male and female group in the former, stress increased hormone concentration, while in the latter hormone levels were decreased. Individual variations were wide, so a better delineation of the model makes necessary, possibly involving a larger number of samples. Stress also showed only an indirect effect on IL-1β levels, which decreased in young animals but increased in the senile. TNF-α decreased in males and it increased in females after stress. Differences in RANKL expression assessed by immunohistochemistry were perceived only related to stress. Probably because of the inducible nature of those substances, their investigation may become more heterogeneous. Since the proposed model is a novel model, some methodological adjustments are made necessary. All these data are presented in chapters where summaries in Portuguese and English and a set of keywords can be found. Envelhecimento, estresse e osteoporose são três condições que tomaram grande importância no mundo moderno como reflexo não apenas do estilo de vida das pessoas, mas também do crescente aumento da expectativa de vida das populações. Tais condições compartilham de diversos mecanismos comuns e a modulação de uma pode afetar direta e indiretamente as outras. A osteoporose é uma doença comum entre os idosos e, embora seja multifatorial, muitos processos inerentes ao envelhecimento contribuem com sua patogenia. O estresse crônico é capaz de comprometer a massa óssea e, assim como a osteoporose, é considerado um importante fator que compromete a qualidade de vida dos idosos. O presente trabalho busca avaliar o efeito de um protocolo de estresse moderado crônico sobre parâmetros de avaliação óssea em ratos segundo o sexo e a idade. Para isso, animais machos e fêmeas, com cinco ou 22-24 meses de idade foram submetidos à aplicação de estressores moderados durante 28 dias. Foram incluídos frio, calor, imobilização, inclinação da gaiola, isolamento, luz noturna e privação de água e de ração, aplicados quatro vezes cada durante o período. Animais controles de ambos os sexos, jovens e senis foram mantidos em gaiolas coletivas, com água e ração à vontade, sem qualquer outro tipo de intervenção. Os ratos foram pesados no início e ao final do período, e, após eutanásia, tiveram seus ossos e sangue coletados. Fêmur, tíbia e vértebra lombar foram analisados por densitometria óssea. Testes biomecânicos de flexão avaliaram força máxima, tenacidade e rigidez da cabeça e da diáfise do fêmur. Em análise histomorfométrica, foram obtidos os volumes trabeculares da cabeça do fêmur e do corpo vertebral e medidas do osso cortical e da cavidade medular da seção transversal do fêmur. A técnica de imunoistoquímica foi realizada para a análise da expressão de RANKL, RANK e OPG no fêmur e na vértebra. Do sangue foram avaliados por ELISA: estradiol e testosterona, IL-1β, IL-6 e TNF-α. O estresse foi capaz de diminuir o peso dos ratos, independente do sexo e da idade. Sobre os parâmetros de avaliação óssea, o protocolo também mostrou capacidade de reduzir muitas das medidas avaliadas, podendo comprometer a saúde óssea. Entretanto, o estresse afetou um maior número de variáveis entre os animais jovens que entre os senis. Esse resultado deve ser interpretado com cautela. Provavelmente o envelhecimento poderia retardar a resposta do tecido ósseo aos estímulos desencadeados pelo estresse. De maneira crônica, os efeitos poderiam ser mais severos nos idosos. Com relação aos hormônios sexuais, embora não tenham sido estatisticamente significantes, uma diminuição na concentração de testosterona nos grupos submetidos ao estresse pôde ser percebida. Para o estrógeno, houve um comportamento contrário entre o grupo de machos e o grupo de fêmeas no primeiro, o estresse aumentou a concentração do hormônio, enquanto no segundo, diminuiu. A variação individual das observações foi muito ampla, e um melhor delineamento do modelo, possivelmente envolvendo um número maior de repetições, torna-se necessário para esclarecimento desta questão. Sobre as citocinas inflamatórias, o estresse também mostrou apenas efeito indireto no caso da IL-1β, que diminuiu nos animais jovens, mas aumentou nos senis, e do TNF-α, que diminuiu nos machos e aumentou nas fêmeas. Diferenças na marcação imunoistoquímica foram percebidas apenas para RANKL em relação devido ao estresse. Provavelmente pelo fato de que as substâncias investigadas nesta última parte do trabalho sejam de expressão induzível, seu estudo pode tornar-se mais heterogêneo. Visto que o modelo proposto é inédito, alguns ajustes metodológicos fazem-se necessários. Estes dados são apresentados na forma de capítulos, e cada um contém um breve resumo em português e em inglês, além de um conjunto de palavras-chave.
Databáze: OpenAIRE
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