Osa 2 Krooninen munuaissairaus ja ikääntyminen vähentävät eri tavoin luumateriaalia ja mikroarkkitehtuuria C57Bl/6-hiirissä

Ottaa yhteyttä:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

Pls napsauta tästä päästäksesi osaan 1

Cistanche voi auttaa hyvin munuaissairauteen

3. Tulokset

3.1 Munuaissairauden varmistus

Tutkimuksen päätepisteessä kolmen kuukauden kuluttua leikkauksesta hiirillä, joilla oli 5/6 Nx, oli merkitsevästi kohonnut seerumin urea ja vähentynyt virtsan urea, mikä vastaa munuaisten vajaatoimintaa (taulukko 1). Seerumin PTH- ja fosfaattipitoisuudet lisääntyivät merkittävästi kroonisen taudin päävaikutuksina. CKD ei vaikuttanut merkittävästi seerumin kalsiumiin. Kaikissa seerumi- ja virtsamittauksissa ikä ei ollut merkittävä päävaikutus.

3.2 Ikääntyminen ja CKD vähentävät aivokuoren ja trabekulaarista mikroarkkitehtuuria

Ikääntyminenja CKD vaikuttivat molemmat negatiivisesti aivokuoren geometriaan ja trabekulaariseen mikroarkkitehtuuriin (taulukot 2–3, kuva 1).Ikääntyminen6 kk alkaen. 24 kuukauteen asti. lisääntynyt merkittävästi aivokuorenluutapoikkileikkausmitat (lisääntynyt polaarinen hitausmomentti, PMI), huokoisuus (Ct. Po) ja kudosten mineraalitiheys (TMD) ja vähentynyt kortikaalinen luun paksuus (Ct. Th), kortikaalinenluutatilavuus (vähentynyt luun tilavuusfraktio (BV/TV),luutapinta-alaosuus (BA/TA). Ikääntyminen vähensi myös trabekulaarista lukumäärää (Tb. N) ja paksuutta (Tb. Th), trabekulaarisen luun tilavuusfraktiota (BV/TV) ja volumetrinen luun mineraalitiheyttä (vBMD). Kuten ikääntymisellä, kroonisella taudilla oli myös merkittävä negatiivinen päävaikutusluutaäänenvoimakkuus pienennetyn BV/TV:n kautta, Tb. N, BA/TA, Ct. Th, ja lisääntynyt Ct.Po. Nämä vaikutukset olivat additiivisia, joten pahin luutilavuus havaittiin vanhoilla hiirillä, joilla oli CKD. Toisin kuin ikääntyminen, CKD alensi merkittävästi BMI:tä ja TMD:tä. Ikääntymisellä ja CKD:llä ei ollut merkittävää vuorovaikutusta minkään aivokuoren tai trabekulaarisen mikroarkkitehtuurin mittauksessa.

3.3 Ikääntyminen ja CKD heikentävät eri tavalla koko luun mekaanisia ja materiaalisia ominaisuuksia

Koko luun tasolla materiaali- ja mekaaniset ominaisuudet heikensivät sekä ikääntymisen että CKD:n vuoksi (taulukko 4, täydentävä taulukko 1).Ikääntyminen6 kk alkaen. 24 kuukauteen asti. heikensi merkittävästi useimpia kokoluumateriaalin ominaisuuksia (esim. moduuli, myötöraja, maksimijännitys), mutta ei vaikuttanut sitkeyteen. CKD vähensi merkittävästi työtä murtumaan, mutta CKD ei vaikuttanut useimpiin muihin materiaaleihin ja mekaanisiin parametreihin päävaikutuksena. Sitkeydellä, geometriasta riippumattomalla työn ja murtuman analogilla, oli merkittävä vuorovaikutus ikääntymisen ja kroonisen kroonisen sairauden välillä (p=0,011). Post hoc -testauksessa havaittiin 18 kuukauden kohdalla, että CKD voi alentaa sitkeyttä (−47,9 prosenttia, p=0,023) (kuva 2d).

3.4 Ikääntyminen ja CKD vähentävät FEA:n rakenteellista jäykkyyttä proksimaalisessa sääriluussa

Käytimme FEA:ta arvioidaksemme, kuinka ikääntyminen ja CKD vaikuttavat mekaanisiin ominaisuuksiin trabekulaarisen ja aivokuoren rakenteen muutosten kautta. FEA:n rakenteellinen jäykkyys proksimaalisessa sääriluussa väheni merkittävästi ikääntymisen ja CKD:n myötä (taulukko 4). Niiden välillä ei ollut merkittävää vuorovaikutustaikääntyminenja CKD. FEA-jäykkyys korreloi positiivisesti reisiluun jäykkyyden kanssa kolmen pisteen taivutuksesta (r2=0.67).

3.5 Ikääntyminen vähentää mikromittakaavaista luun jäykkyyttä, kun taas CKD vähentää mikromittakaavaista luukudoksen tilavaihtelua

Arvioimaan mitenikääntyminenja CKD vaikuttavat aivokuoren kudosmittakaavan materiaaliominaisuuksiinluuta, käytimme nanoindentaatiota ja Raman-spektroskopiaa vastaavissa kohdissa mikromittakaavan arvioimiseksiluutakudosmoduuli ja koostumus (taulukko 5). Luukudoksen heterogeenisyyttä arvioitiin arvioimalla näiden ominaisuuksien alueellista varianssia. Keskimääräinen alentunut moduuli (Er) ja Er:n keskihajonta pienenivät merkittävästi ja kasvoivat vastaavasti iän myötä. CKD vähensi merkittävästi Er:n keskihajontaa, mutta ei keskiarvoa. Raman-spektroskopialla arvioitu mikromittakaavainen luukudoksen koostumus (eli keskimääräinen mineraali: matriisi, karbonaatti: fosfaatti, kiteisyys) ei muuttunut merkitsevästi iän tai CKD:n mukaan. Kiteisyyden keskihajonta pieneni kuitenkin merkittävästi CKD:llä.

3.6 Ikääntyminen ja CKD vaikuttavat kollageenifibrillien nanomekaniikkaan eri tavoin

Arvioimme, vaikuttavatko CKD ja ikääntyminen kollageenin nanomekaniikkaan pienen kulman röntgensironnalla (SAXS) samanaikaisesti vetokuormituksen kanssa. Yhdessä taivutustulosten kanssa vetolujuusmittaukset osoittivat, että ikääntyminen vähensi merkittävästi kudoksen myötörajaa ja maksimijännitystä. Kollageenin nanomekaniikkaan vaikuttivat eri tavalla ikä ja krooninen sairaus (taulukko 6, kuva 2).Ikääntyminenvähensi kollageenikantaa mitattuna maksimikudoskannatuksella, mutta ei vaikuttanut kollageenikannan prosenttiosuuteen (kollageenikanta / kokonaiskudoskanta, prosentti ColMax). Sitä vastoin CKD nosti merkittävästi ColMax-prosenttia.

3.7 Kollageenin ristisidokset eivät eronneet ikääntymisestä ja kroonisesta munuaista

Yritimme ymmärtää, voidaanko CKD:ssä havaittu muuttunut kollageenin nanomekaniikka johtua muutoksista luuston ristisidoksissa. Siksi karakterisoimme entsymaattisen (hydroksyylilysyylipyridinoliini, HP ja lysyylipyridinoliini, LP) ja ei-entsymaattisen silloittamisen (pentosidiini) korkean suorituskyvyn nestekromatografialla (HPLC). Ristisidoksilla HP, LP ja pentosidiini olivat korkeammat keskimääräiset pitoisuudet iän kasvaessa, mutta nämä muutokset eivät olleet merkittäviä (taulukko 7). Samoin CKD:n yhteydessä oli matalampi LP-suuntaus, mutta tämä vaikutus ei ollut merkittävä. Kvantifioimme edelleen fluoresoivien edistyneiden glykaation lopputuotteiden (AGE:t) kokonaismäärää ja havaitsimme, että fluoresoivien AGE:iden kokonaismäärä ei eronnut ikääntymisen tai CKD:n mukaan.

3.8 Ikään liittyviä osteosyyttien lakunaaristen geometrian muutoksia ei havaita ikääntyvillä hiirillä, joilla on CKD

Osteocyte perilacunar/canalicular remodeling (PLR) reagoi mineraalien homeostaasin muutoksiin ja on tärkeä määritettäessäluutamurtumiskestävyys. Arvioimme osteosyyttien lakunaarisen geometrian määrittääksemme, onkoikääntyminenCKD Alters PLR:n kanssa (taulukko 8). Pelkästään ikääntymisen (ilman CKD:tä) vaikutuksia näille valehiirille on raportoitu aiemmin (21). Lyhyesti sanottuna, Sham-hiirillä aukot pienenivät, pallomaisempia ja vähemmän lukuisia iän myötä. Kun ikääntyminen ja CKD analysoitiin yhdessä tässä tutkimuksessa, ikääntyminen vähensi merkittävästi lakunaarisen lukumäärän tiheyttä, tilavuutta ja pinta-alaa sekä lisäsi pallomaisuutta, litteyttä ja span thetaa. CKD:llä ei ollut merkittävää vaikutusta millekään toimenpiteelle. Iän ja CKD:n välillä oli kuitenkin merkittävä vuorovaikutus pallomaisuuden suhteen. Vaikka sfäärisyys kasvoi iän myötä Sham-hiirillä, tämä mitta oli suurin keski-ikäisillä hiirillä, joilla oli CKD, ja laski sitten vanhoilla hiirillä samanlaiseen arvoon kuin nuorilla hiirillä. Toisin sanoen aukot pienenivät ja pyöreivät vasta vuonnaikääntyminenValehiiriä, ei ikääntyville hiirille, joilla on CKD. Tämä kuvio havaittiin myös CKD:llä lakunaarisen lukumäärän tiheyden, tilavuuden ja pinta-alan suhteen, vaikka ikääntymisen ja CKD:n välinen vuorovaikutus ei ollut merkittävä.

Osteosyyttien aukon koko ei lisääntynyt iän myötä hiirillä, joilla oli krooninen sairaus, vaan sen sijaan lisääntyi fosfaattisäätelyhäiriön myötä. Erityisesti hiirillä, joilla on krooninen munuaistauti, osteosyyttien lakunaarinen tilavuus (Spearman ρ {0}} plus 0,584, p=0.017), pinta-ala (ρ)=plus 0,603 p=0,013) ja palloisuus (ρ=- 0,500, p=0,048) korreloivat tutkimuksen päätepisteessä arvioituun seerumin fosfaattiin. Sitä vastoin aukkojen esiintyvyyteen ja suuntautumiseen liittyvät mittaukset (eli osteosyyttien lukumäärän tiheys, lähin massakeskus, span theta) eivät korreloineet merkittävästi kiertävän fosfaatin kanssa. Osteosyyttien lakunaariset mittaukset eivät korreloi merkittävästi seerumin kalsiumin, seerumin urean tai virtsan urean kanssa. Valehiirillä osteosyyttien lakunaarinen lukutiheys korreloi positiivisesti seerumin kalsiumin kanssa (ρ=plus 0,681, p=0,004). Kaikki muut osteosyyttien lakunaariset mittaukset korreloivat vain heikosti seerumin ja virtsan kemian kanssa.

Osteosyyttiaukon koon ja seerumin fosfaatin välistä suhdetta hiirillä, joilla on CKD, ei suoraan aiheuttanut lisääntynyt PTH. Kun tarkastellaan Sham- ja CKD-hiiriä yhdessä, fosfaatti korreloi merkittävästi kohonneen PTH:n kanssa (Spearman ρ {{0}} plus 0.562, p=0.001). Vaikka fosfaatti ja PTH olivat molemmat lisääntyneet CKD:n päävaikutuksena, nämä mittaukset eivät korreloineet merkittävästi keskenään CKD-hiirillä (p > 0,05). Mikään osteosyyttien lakunaarisen geometrian mitta ei korreloi merkittävästi PTH:n kanssa vale- tai CKD-hiirillä.

3.9 Regressioanalyysi paljastaa, että muuttunut kollageenin nanomekaniikka vaikuttaa sitkeyteen

Pyrimme tunnistamaan, kuinka taivutuksen aiheuttamat muutokset koko luun sitkeydessä liittyivät muutoksiin nano-mikromittakaavassa.luutalaatu Sham- ja CKD-hiirille. Suoritimme koko luun sitkeyden regression, kun luun laatu mitataan pienemmillä pituusasteikoilla Sham- ja CKD-hiirille käyttämällä ikää kovariaattina. Sham-hiirillä mitkään luun laatumittarit eivät olleet merkittäviä selittäviä muuttujia sitkeydelle. CKD:lle ainoa merkittävä sitkeyden (T) ennustaja oli ColMax-prosentti (ln(T)=2,437 – 0.00371* prosenttia ColMax-arvoa; r2=49 0,4 prosenttia, p < 0,05).="" regression="" voimakkuus="" ei="" parantunut="" ikään="">

3.10 PTH:n vaihtelu ei selitä luun laadun muutoksia

Arvioimme Spearman-korrelaatioita luun laatumittausten ja PTH:n välillä ymmärtääksemme, oliko hiirillä, joilla oli korkeampi PTH, huonompiluutalaatu. Vaikka PTH oli merkittävästi korkeampi 5/6 Nx:llä, PTH:n ja mikromittakaavan luun laadun välillä ei ollut merkittävää korrelaatiota.

4. Keskustelu

Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, kuinka 5/6 Nx – aiheutti kroonisen munuaistaudin jaikääntyminenjokainen heikentää luun laatua, mukaan lukienluutamikroarkkitehtuuri sekä luukudosmateriaalin ominaisuudet. CKD heikensi luun laatua, mukaan lukien mikroarkkitehtuuri ja materiaali, mikrometrin pituusasteikosta koko luun asteikkoon. Tutkimuksessamme havaittiin luun laadun heikkenemistä useilla eri tavoilla ja pituusasteikoilla. CKD:n vaikutus oli heikentää aivokuoren ja trabekulaarista mikroarkkitehtuuria, muuttaa mikromittakaavan materiaaliominaisuuksien spatiaalista vaihtelua ja myös muuttaa kollageenin nanomekaniikkaa. Lisäksi kroonisella taudilla ja ikääntymisellä oli

interaktiivinen vaikutus sitkeyteen, joka oli suurin keski-ikäisille hiirille. Tuloksemme korostavat, että useat luun laadun avaintekijät ovat heikentyneet kroonisessa munuaissa. Nämä havainnot tukevat kasvavaa määrää jyrsijätutkimuksista ja kliinisistä tutkimuksista saatua näyttöä siitä, että luun laatu on heikentynyt kroonisessa munuaissairaustaudissa ja todennäköisesti myötävaikuttaa murtumaresistenssin menettämiseen.

Menetysluutamikroarkkitehtuuria CKD:llä esiintyi haitallisten vaikutusten lisäksiikääntyminenja myötävaikutti kokonaisuuden menettämiseenluutavahvuus. Tässä tutkimuksessa havaitsimme senikääntyminenja CKD heikensivät merkittävästi aivokuoren ja trabekulaarista mikroarkkitehtuuria. Ikääntyminen ja CKD johtivat kumpikin ohuempaan, huokoisempaan aivokuoren luuhun ja harvempiin ja ohuempiin trabekuleihin. Ainoa poikkeus oli mikroCT:llä (ts. TMD) arvioitu luumineraali, joka lisääntyi iän myötä ja väheni kroonisessa munuaissa. Kaikilla kortikaalisilla ja trabekulaarisilla mittareilla pahin luun mikroarkkitehtuuri oli ilmeinen vanhoilla hiirillä, joilla oli CKD. Menetysluutamikroarkkitehtuuri vaikutti koko luun rakenteelliseen eheyteen. FEA:sta havaittiin, että ikääntyminen vähensi luun mikroarkkitehtuuria proksimaalisessa sääriluussa, kun taas CKD vähensi rakenteellista jäykkyyttä.

Toimenpiteisiin, jotka liittyvätluutamateriaalin laadulla, iällä ja CKD:llä oli erilaisia ​​vaikutuksia (kuva 2). Iän kasvaessa koko luun moduuli ja maksimirasitus vähenivät, samoin kuin mikrometrimittakaavan kudosmoduuli. Myös kyynärluun säteen vetokokeen tuotto ja maksimijännitys vähenivät iän myötä. Lisäksi SAXS:llä tutkittujen ihmisnäytteiden mukaisesti,ikääntyminenliittyi lisääntyneeseen kollageenin kantautumiseen maksimirasituksessa, mikä merkitsi kollageenikuitujen jäykistymistä (26). CKD ei vaikuttanut koko luun moduuliin tai lujuuteen, vaan sen sijaan vähensi merkittävästi työtä murtumaan ja muutti kudosmittakaavan materiaalin tilavaihtelua. Lisäksi CKD voi vähentää sitkeyttä keski-ikäisillä hiirillä, koska tämän taudin myötä vetojännityksen taakka siirtyi kollageenisäikeille. Kollageenin lisääntynyt prosenttiosuus maksimikuormituksella oli ainoa merkittävä selittävä muuttuja CKD:n alentuneelle sitkeydelle, mikä viittaa siihen, että koko luun sitkeyden menetys voi ainakin osittain selittyä muuttuneella kollageenimekaniikalla.

Muuttuneen kollageenin nanomittakaavan mekaanisen käyttäytymisen alkuperä on epävarma. CKD:n kanssa havaittiin alempia luuston ristisidoksia. Kuitenkaan olkaluusta mitattu HP ja LP eivät korreloineet SAXS:n kollageenin mekaanisten ominaisuuksien kanssa, jotka mitattiin kyynärluu/sädekompleksissa, ehkä johtuen eri analyysikohdista. Tämä jännityksen muutos voi myös johtua muuttuneesta mineraalipitoisuudesta tai -jakaumasta tai muutoksista kollageenin ja mineraalien välisessä sitoutumisessa. Lisääntynyt ColMax-prosentti ei välttämättä ole suoraan vastuussa CKD:n sitkeyden heikkenemisestä, mutta se voi olla oire, joka liittyy muuttuneeseen liikevaihtoon ja puutteisiin mineraalien organisoinnissa. Esimerkiksi muuttunut mineralisaatio voisi tehdä kollageenista liikkuvamman tai se voi haihduttaa vähemmän energiaa mikrohalkeilun kautta. Nämä muutokset voivat aiheuttaa havaitun sitkeyden heikkenemisen CKD:n yhteydessä sekä lisääntyneen kollageenikuitujen rasituksen. Tulevissa tutkimuksissa on tärkeää tunnistaa, miksi CKD siirtää rasitusta kollageenikuituihin, mutta tässä huomaamme, että tällä kollageenin käyttäytymisen muutoksella näyttää olevan tärkeä rooli siinä, kuinka CKD heikentää koko luumateriaalin ominaisuuksia.

Koska muutoksia luumateriaalin ominaisuuksissa tapahtuu CKD:n yhteydessä, ja osteosyyttien tiedetään moduloivan kudoskokoaluutalaatua perilacunaar/canalicular remodeling (PLR) kautta, pyrimme myös ymmärtämään, onko 3D-osteosyyttien lakunaarisia morfologioita muunneltu CKD:ssä (15, 16). Vaikka osteosyyttiaukot muuttuivat pienemmiksi, harvemmiksi ja vähemmän kohdakkaiksi lisääntyneen iän myötä Sham-hiirillä, aukot pysyivät yleisinä ja suurina vanhoilla hiirillä, joilla oli CKD.

Sen sijaan hiirillä, joilla oli CKD, seerumin fosfaatti korreloi merkittävästi ja positiivisesti osteosyyttien aukon koon kanssa. Vaikka sekä fosfaatti että PTH olivat merkittävästi koholla

CKD:n kanssa hiirillä, joilla oli korkeampi PTH, ei ollut korkeampaa fosfaattia. Nämä tulokset eivät välttämättä ole ristiriidassa keskenään. Seerumin fosfaatti on nettotulos fosfaatista, joka on lisätty suolistosta imeytymisestä jaluutaresorptio vähemmän fosfaattia, joka poistuu munuaisten kautta erittyessä ja luunmuodostuksessa. Siten, vaikka CKD-hiirillämme oli yleensä kohonnut PTH, ne, joilla oli korkeampi fosfaatti, ovat saattaneet kuluttaa loppuun muut systeemiset kompensaatiomekanismit.

Osteosyytit ilmentävät enemmän FGF23:a heikentyneen mineralisaation yhteydessä (esim. DMP1-poisto, x-kytketty hypofosfatemia) (20,48,49) sekä kroonisessa munuaissairaudessa (14,48,50). Viimeaikaiset todisteet viittaavat siihen, että tämän endokriinisen roolin lisäksi osteosyytti voi osallistua suoraan fosfaattimineraalien homeostaasiin PLR:n kautta (20). Osteosyyttien aukkojen tilavuuden havaittiin lisääntyvän x-kytketyn hypofosfatemian myötä. Hoito joko FGF23- tai 1,25-dihydroksi-D-vitamiinia salpaavilla vasta-aineilla palautti osteosyyttien lakunaariset tilavuudet arvoihin, jotka olivat lähempänä villityypin vertailuja (20). CKD:ssä kivennäisainesääntelyhäiriöitä vauhdittaa aluksi sairaan munuaisen vähentynyt fosfaattisuodatus. Lisääntynytluutavaihtuvuus on sopeutumaton vaste, joka osoittaa, että systeemiset kompensaatiomekanismit fosfaattikontrollin ylläpitämiseksi ovat ylikuormitettuja (6,7). Tässä tapauksessa kohonneen fosfaatin ja lisääntyneen osteosyyttien lakunaarisen tilavuuden välinen suhde viittaa siihen, että PLR voisi olla ylimääräinen mineraalien homeostaasin säätelystrategia. Lisätutkimusta tarvitaan sen selvittämiseksi, kuinka osteosyyttien lakunaariset geometriat ja PLR liittyvät muuttuneeseen luun vaihtumiseen, luukudosmateriaalin laatuun ja murtumaresistenssiin kroonisessa munuaissa.

Tuloksemme viittaavat siihen, että prosessit vaikuttavatluutamateriaalit ovat erilaisiaikääntyminenvastaan ​​CKD. Ikääntyvillä ihmisillä ja hiirilläluutavaihtuvuus (eli osteoklastien resorptio ja osteoblastien muodostuminen) hidastuu ja kudosten kypsyys lisääntyy. Tässä tutkimuksessa 5/6 Nx tuotti selkeitä ikääntymisen aiheuttamia luun laatuvirheitä, kuten pienempi luutiheys microCT:stä, muuttunut kudosmittakaavan materiaaliominaisuuksien vaihtelu ja kollageenin suurempi osallistuminen vetokuormitukseen. Vaikka PTH oli merkittävästi korkeampi CKD:n kanssa, hiirillä, joilla oli korkeampi PTH, luun laatu ei ollut huonompi. Useat syyt voivat selittää tämän havainnon. Ensinnäkin hiirillä tutkimuksessamme oli paljon alhaisempi PTH kuin tutkimuksissa, joissa oli vaikea CKD ja samanaikainen sekundaarinen hyperparatyreoosi (9, 12). On mahdollista, että muutokset luun vaihtumisessa olivat tutkimuksessamme suhteellisen vaatimattomia. Emme kuitenkaan arvioineet suoraan luun vaihtuvuutta, joten tämä mahdollisuus on spekulatiivinen. Toiseksi CKD, vaihtuvuuden tilasta riippumatta, on kokeellisesti yhdistetty muuttuneeseen luun laatuun. Iwasaki ja työtoverit ilmoittivat, että 5/6 Nx:n CKD:n suurikierto sekä 5/6 Nx:n vähäkiertoinen CKD ja tyreoparatyreoidektomia johtivat molemmat samalla tavalla muuttuneeseen luumekaniikkaan ja katsoivat näiden muutosten johtuvan uremiasta (11). On mahdollista, että luun laadun heikkeneminen ei johdu pelkästään sekundaarisesta hyperfosfatemiasta, vaan siihen vaikuttavat myös vaatimattomammat muutokset luun vaihtumisessa ja ureemisten toksiinien kertyminen.

Odotimme, että useitaluutalaatumittarit, mukaan lukien kokonaisuusluutasitkeys, pentosidiini, mineraali: matriisi ja karbonaatti: fosfaatti muuttuisivat 6 kuukaudesta 24 kuukauteen (25,26,30,51,52). Vaikka jokainen näistä mittareista muuttui odotettuun suuntaan iän kasvaessa, iän vaikutus ei ollut tilastollisesti merkitsevä. Post-hoc tehoanalyysi käyttäen G*Powera (53) viittaa siihen, että sitkeys, pentosidiini ja mineraali: matriisi olivat riittämättömiä havaitsemaanikääntyminen, kun taas karbonaatti: fosfaatti ei todennäköisesti vaikuttanut iällä tässä tutkimuksessa. Lisäksi kollageeniristisidos-LP:llä oli alitehoa CKD:n vaikutuksen havaitsemiseksi (lisätaulukko 2). On olemassa useita mahdollisuuksia, miksi jotkin luun laadun mittaukset jäivät lopulta alivoimaiksi tässä tutkimuksessa. Ensin käytimme mukautettua Raman-nanoindentaatioinstrumenttia, jolla on ainutlaatuinen etu yhteislokalisoiduista mittauksista. Signaalin intensiteetti on tällä mukautetulla soittimella alhaisempi kuin erillisissä Raman-instrumenteissa, joten on mahdollista, että signaali: kohina -suhde ei ollut riittävä ikään liittyvien muutosten havaitsemiseen. Sitkeys (laskettu työstä murtumaan) on mitta, jolla on suuri vaihtelu (54), ja mekaanisten ominaisuuksien vaihtelu lisääntyy entisestään geriatrisilla hiirillä (25). Ihmisillä ja jyrsijöillä tehdyissä tutkimuksissa on havaittu myös pentosidiinin suurempaa vaihtelua iän lisääntyessä (52, 55, 56). Näin ollen on todennäköistä, että näiden mittareiden suuri varianssi hämärsi arvioitujen ryhmien väliset erot.

Useat rajoitukset vaikuttivat tämän tutkimuksen tuloksiin. Dynaamista kvantitatiivista histomorfometriaa ei tehty, mutta tulevaisuuden tutkimukset mahdollistaisivat osteoblastien, osteoklastien ja osteosyyttiaktiivisuuden arvioinnin sekäluutaliikevaihto. Vaikka tunnistimme useita luun laadun heikentymiä, jotka ilmenevät CKD:n yhteydessä ja vaikuttavat haitallisesti koko luun sitkeyteen, tarvitaan lisätyötä näiden häiriöiden alkuperän ja osteosyyttien roolin vahvistamiseksi niiden esiintymisessä. Geenien ja proteiinien ilmentymisen analyysi olisi hyödyllinen kollageenin heikentyneen nanomekaniikan alkuperän tunnistamisessa, koska kollageenin ristisidoksissa tapahtuneet muutokset eivät vaikuttaneet tähän heikentymiseen. Lisäksi tulkintamme siitä, kuinka osteosyytti voi osallistua mineraalien homeostaasin säätelyyn ja luun laadun ylläpitämiseen CKD:ssä, vaatii ylimääräisiä globaaleja (eli geeniekspressio) ja paikallisia mittauksia (eli luun resorption ja muodostumisen histologinen arviointi).

Yhteenvetona havaitsimme, että CKD alentaa luun laatua sen vaikutusten lisäksiikääntyminenyksin. CKD ja ikääntyminen vähentävät samalla tavalla aivokuorta ja trabekulaaristaluutamikroarkkitehtuuria siten, että suurin mikroarkkitehtuurin menetys havaittiin vanhoilla hiirillämunuaissairaus. CKD heikensi myös luumateriaalin ominaisuuksia, mikä johti luuhun, jonka näennäinen kudoskypsyys oli muuttunut ja kollageenin nanomekaniikka muuttui. Nämä vähennyksetluutalaatu, mukaan lukien mikroarkkitehtuuri ja luumateriaalin ominaisuudet, antavat käsityksen siitä, kuinka murtumakestävyys heikkenee CKD:ssä. Lisäksi yhdistetyt vaikutuksetikääntyminenja CKD luun laadussa auttavat selittämään, miksi iäkkäillä CKD-potilailla on suurin murtumariski.

Oheismateriaali

Katso PubMed Centralin verkkoversiosta lisämateriaalia.

Kiitokset:

Haluamme kiittää William Schroederia erinomaisesta koe-eläinten hoidosta ja William Schroederia ja Ryan Clarkia seerumin kemiallisista analyyseista. CMH:lle tarjottiin tukea NIHT32 AG000279:n kautta. NIH/NCATS Colorado CTSA Grant Number UL1 TR001082, Co-Pilot Team Science Award, rahoitti tätä työtä myös KBK:lle ja VLF:lle. TA:lle rahoitettiin R01 DE019284. Yhdistetty analyysi nanoindentaatiota ja Raman-spektroskopiaa käyttäen tehtiin mahdolliseksi käyttämällä mukautettua instrumenttia, joka on rahoitettu NSF:n Major Research Instrumentation -palkinnolla #1338154. Röntgensirontaa Advanced Light Sourcen Beamline 7.3.3:ssa tuki Yhdysvaltain energiaviraston perusenergiatieteiden ministeriö sopimuksella nro DE-AC02–05CH11231. Kiitämme myös LBL:n AZ Weber -ryhmää vetovaiheen toimittamisesta, jota DOE EERE Fuel-Cell Performance and Durability Consortium (FC-PAD) tuki.

Viitteet

1. Nickolas TL, McMahon DJ, Shane E. Suhde kohtalaisen ja vaikean välillämunuaissairausja lonkkamurtuma Yhdysvalloissa. J Am Soc Nephrol 2006 11;17(11):3223–32. [PubMed: 17005938]

2. Nitsch D, Mylne A, Roderick PJ, Smeeth L, Hubbard R, Fletcher A.Krooninen munuaissairausja lonkkamurtumaan liittyvä kuolleisuus iäkkäillä ihmisillä Yhdistyneessä kuningaskunnassa. Nephrol Dial Transplant 2009 5;24(5):1539–

44. [PubMed: 19075194]

3. Yenchek RH, Ix JH, Shlipak MG, Bauer DC, Rianon NJ, Kritchevsky SB, et ai. Luun mineraalitiheys ja murtumariski iäkkäillä kroonista munuaistautia sairastavilla henkilöillä. Clin J Am Soc Nephrol 2012; 7 (maaliskuu 1997).

4. Naylor KL, Mcarthur E, Leslie WD, Fraser L, Jamal SA, Cadarette SM, et ai. Kolmen vuoden murtumien ilmaantuvuus vuonnakrooninen munuaissairaus. Kidney Int 2014;86(4):810–8. [PubMed: 24429401]

5. Kim SM, Long J, Montez-rath M, Leonard M, Chertow GM. J BMR Lonkkamurtuma potilailla, jotka eivät vaadi dialyysiäKrooninen munuaissairaus

6. Moe S, Drüeke T, Cunningham J, Goodman W, Martin K, Olgaard K, et ai. Munuaisten osteodystrofian määritelmä, arviointi ja luokittelu: kannanottoMunuaissairaus: Globaalien tulosten parantaminen (KDIGO). Kidney Int 2006 6;69(11):1945–53. [PubMed: 16641930]

7. Hruska K, Teitelbaum S. Munuaisten osteodystrofia. N Engl J Med 1999;30(3):773-773.

8. Lisäravinteet KI. KDIGO 2017 KLIINISET KÄYTÄNNÖN OHJEET PÄIVITYS DIAGNOOSIA, ARVIOINTIA, EHKÄISYÄ JA HOITOA VARTENKROONINEN MUNUAISTAIRA– MINERAALI JA 2017;1–59.

9. Moe SM, Chen NX, Newman CL, Gattone VH, Organ JM, Chen X, et ai. Kalsiumin vertailu tsoledronihappoon kortikaalisen luun parantamiseksi CKD:n eläinmallissa. J Bone Miner Res 2014;29(4):902–10. [PubMed: 24038306]

10. Heveran CM, Ortega AM, Cureton A, Clark R, Livingston EW, Bateman TA, et ai. Kohtalainenkrooninen munuaissairausheikentää luun laatua C57Bl/6J-hiirissä. Bone 2016;86:1–9. [PubMed: 26860048]

11. Iwasaki Y, Kazama JJ, Yamato H, Matsuzaki A, Nakano T, Fukagawa M. Muuttuneet materiaaliominaisuudet ovat vastuussa luun hauraudesta rotilla, joilla on krooninen munuaisvaurio. Bone 2015;81:247–54. [PubMed: 26187196]

12. Allen MR, Newman CL, Chen N, Granke M, Nyman JS, Moe SM. Muutokset luuston kollageenin ristisidoksissa ja matriisin hydrataatiossa korkeassa ja alhaisessa vaihtuessakrooninen munuaissairaus. Osteoporos Int 2015 3;26(3):977–85. [PubMed: 25466530]

13. Kadokawa S, Matsumoto T, Naito H, Tanaka M. Original Assessment of Trabecular Bone Architecture and Intrinsic Properties of CorticalluutaKudos hiiressä -malliKrooninen munuaissairaus. J Hard Tissue Biol 2011;20(2):79–86.

14. Stubbs JR, He N, Idiculla A, Gillihan R, Liu S, David V, et ai. FGF23-muutosten ja mineraaliaineenvaihdunnan poikkeavuuksien pituussuuntainen arviointi kroonisen hiirimallissamunuaissairaus. J Bone Miner Res 2012;27(1):38–46. [PubMed: 22031097]

15. Tang SY, Herber RP, Ho SP, Alliston T. Matriisin metalloproteinaasia-13 tarvitaan osteosyyttisen perilakunaarisen uudelleenmuodostumisen kannalta ja se ylläpitää luunmurtuman vastustuskykyä. J Bone Miner Res 2012;27(9): 1936–50. [PubMed: 22549931]

16. Dole NS, Mazur CM, Acevedo C, Lopez JP, Monteiro DA, Fowler TW, et ai. Osteocyte-intrinsic TGF-RQP c / c RR 2017;21(9):2585–96.

17. Alliston T Luun laadun biologinen säätely. Curr Osteoporos Rep 2014;12(3):366–75. [PubMed: 24894149]

18. Kaya S, Basta-Pljakic J, Seref-Ferlengez Z, Majeska RJ, Cardoso L, Bromage T, et ai. Imetyksen aiheuttamat muutokset osteosyyttien lacunar-canalicular -tilan tilavuudessa muuttavat kortikaalisen luukudoksen mekaanisia ominaisuuksia. J Bone Miner Res 2017;32(4):688–97. [PubMed: 27859586]

19. Bonewald LF. Hämmästyttävä osteosyytti. JLuuMiner Res 2011;26(2):229–38. [PubMed: 21254230]

20. Tokarz D, Martins JS, Petit ET, Lin CP, Liu ES, Program M, et ai. Osteosyyttien perilakunaarin ja kanavan uudelleenmuodostumisen hormonaalinen säätely x-kytketyn hypofosfatemian hyp-hiirimallissa. J Bone Miner Res 2018;33(3):499–509. [PubMed: 29083055]

21. Heveran CM, Rauff A, King KB, Carpenter RD, Ferguson VL. Uusi avoimen lähdekoodin työkalu 3D-osuosyyttien lakunaaristen geometrioiden mittaamiseen konfokaalisella laserskannausmikroskoopilla paljastaa ikään liittyviä muutoksia lacunaarisessa koossa ja muodossa aivokuoren luussa. Bone 2018; 110.

22. Lewis LMT, Xie Y, Hulbert MA, Campos R, Dallas MR, Bonewald LF, et ai. Osteosyyttiverkoston rappeutuminen ikääntymisen C57Bl/6-hiirimallissa.Ikääntyminen(Albany NY) 2017;9(10):2190–

208. [PubMed: 29074822]

23. Hemmatian H, Laurent MR, Bakker AD, Vanderschueren D, Klein-Nulend J, van Lenthe GH. Ikään liittyvät muutokset naarashiiren aivokuoren luun mikrohuokoisuudessa.Luu2018; 113 (huhtikuu): 1–8. [PubMed: 29738854]

24. Hemmatian H, Bakker AD, Klein-Nulend J, van Lenthe GH.Ikääntyminen, osteosyytit ja mekaaninen transduktio. Curr Osteoporos Rep 2017;15(5):401–11. [PubMed: 28891009]

25. Ferguson VL, Ayers RA, Bateman TA, Simske SJ. Luun kehitys ja ikään liittyvä luukado C57BL/6J-uroshiirillä. Bone 2003;33(3):387–98. [PubMed: 13678781]

26. Zimmerman EA, Schaible E, Bale H, Barth HD, Tang SY, Reichert P, et ai. Ikään liittyvät muutokset ihmisen aivokuoren luun plastisuudessa ja sitkeydessä useilla pituuksilla. Proc Natl Acad Sci 2011; 108(35):14416–21. [PubMed: 21873221]

27. Seeman E, Delmas PD. Luun laatu — yhden vahvuuden ja haurauden materiaalinen ja rakenteellinen perusta. N Engl J Med 2006;354:2250–61. [PubMed: 16723616]

28. Halloran BP, Ferguson VL, Simske SJ, Burghardt A, Venton LL, Majumdar S. Muutokset luurakenteessa ja -massassa iän myötä urospuolisella C57BL/6J-hiirellä. J Bone Miner Res 2002;17(6):1044–50. [PubMed: 12054159]

29. Lauretani F, Bandinelli S, Griswold ME, Maggio M, Semba R, Guralnik JM, et ai. BMD:n pituussuuntaiset muutokset jaluutageometria väestöpohjaisessa tutkimuksessa. J Bone Miner Res 2008;23(3): 400–8. [PubMed: 17997708]

30. Yerramshetty JS, Lind C, Akkus O. Miesten reisikuoren koostumus ja fysikaalis-kemiallinen homogeenisuus lisääntyy kuudennen vuosikymmenen jälkeen. Luu 2006 12;39(6):1236–43. [PubMed: 16860007]

31. Currey JD. Luun jäykkyyden ja mineraalipitoisuuden välinen suhde. J Biomech 1969;2:477-80. [PubMed: 16335147]

32. Szulc P, Seeman E. Ajatteleminen luun vaipan sisällä ja ulkopuolella: Dedicated to PDD Osteoporos Int 2009;20(8):1281–8. [PubMed: 19590836]

33. Miyazaki-Anzai S, Levi M, Kratzer A, Ting TC, Lewis LB, Miyazaki M. Farnesoid × -reseptorin aktivaatio estää verisuonten kalkkeutumisen kehittymisen ApoE-/-hiirillä, joilla on krooninen munuaissairaus. Circ Res 2010;106(12):1807–17. [PubMed: 20431060]

34. Bouxsein ML, Boyd SK, Christiansen BA, Guldberg RE, Jepsen KJ, Müller R. Ohjeet luun mikrorakenteen arvioimiseksi jyrsijöillä käyttäen mikrotietokonetomografiaa. J Bone Miner Res 2010;25(7):1468–86. [PubMed: 20533309]

35. Turner CH, Burr DB. Luun biomekaaniset perusmittaukset: opetusohjelma.Luu1993;14(4): 595–608. [PubMed: 8274302]

36. Lau AG, Kindig MW, Kent RW. Ihmisen kalkkeutuneen rintaruston morfologia, jakautuminen, mineraalitiheys ja tilavuusosuus. Acta Biomater 2011;7(3):1202–9. [PubMed: 20974298]

37. Lau AG, Kindig MW, Salzar RS, Kent RW. Kalkkeutuvan ihmisen kylkiluston mikromekaaninen mallinnus yleistetyllä solumenetelmällä. Acta Biomater 2015;18:226–35. [PubMed: 25712387]

38. Hexemer A, Bras W, Glossinger J, Schaible E, Gann E, Kirian R, et ai. SAXS/WAXS/GISAXS-sädelinja monikerroksisella monokromaattorilla. J Phys Conf Ser 2010;247.

39. Barth HD, Zimmermann EA, Schaible E, Tang SY, Alliston T, Ritchie RO. Sädesäteilyn vaikutusten karakterisointi ihmisen aivokuoren luun hierarkkiseen rakenteeseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Biomaterials 2011;32(34):8892–904. [PubMed: 21885114]

40. Acevedo C, Bale H, Gludovatz B, Wat A, Tang SY, Wang M, et ai. Alendronaattihoito muuttaa luukudoksia useilla rakenteellisilla tasoilla terveessä koiran aivokuoressa.Luu2015;81:352–63. [PubMed: 26253333]

41. Abramoff MD, Magalhães PJ, Ram SJ. Biophotonics kansainvälinen. Biophotonics Int 2004;11(7): 36–42.

42. Oliver WC, Pharr GM. Parannettu tekniikka kovuuden ja kimmomoduulin määrittämiseen kuormituksen ja siirtymän mittauskokeilla. Voi. 7, Journal of Materials Research 1992

p. 1564–83.

43. Bushby a. J, Ferguson VL, Boyde A. Luun nanoindentaatio: nesteessä testattujen ja polymetyylimetakrylaattiin upotettujen näytteiden vertailu. J Mater Res 2004 3;19(01):249–59.

44. Bank RA, Beekman B, Verzijl N, De Roos JADM, Nico Sakkee A, Tekoppele JM. Pyridiniumin ja pentosidiinin ristisidosten herkkä fluorimetrinen kvantifiointi biologisissa näytteissä yhdellä korkean suorituskyvyn nestekromatografialla. J Chromatogr B Biomed Appl 1997; 703(1–2):37–44.

45. Oren TW, Botolin S, Williams A, Bucknell A, King KB. Nivelleikkaus veteraaneissa: Ruston, luun, seerumin ja nivelnesteen analyysi paljastaa erot ja yhtäläisyydet nivelrikkossa, johon liittyy tai ei ole samanaikaista diabetesta. J Rehab Res Dev 2015;48(10):1195–210.

46. ​​Bank RA, Jansen EJ, Beekman B, Te Koppele JM. Aminohappoanalyysi korkean suorituskyvyn käänteisfaasinestekromatografialla: Parannetut derivatisointi- ja havaitsemisolosuhteet 9--fluorenyylimetyylikloroformiaatilla. Anal Biochem 1996; 240(2):167-76. [PubMed: 8811901]

47. Burr DB, Hooser M. Muutokset fuksiinin perusvärjäysprotokollaan en bloc in vivo tuotetun mikrovaurion osoittamiseksi.Luu1995;17(4):431–3. [PubMed: 8573418]

48. Feng JQ, Ye L, Schiavi S. Edistävätkö osteosyytit fosfaattihomeostaasia? Curr Opin Nephrol Hypertens 2009;18(4):285–91. [PubMed: 19448536]

49. Feng JQ, Ward JM, Liu S, Lu Y, Xie Y, Yuan B, et ai. DMP1:n menetys aiheuttaa riisitautia ja osteomalasiaa ja tunnistaa osteosyyttien roolin mineraaliaineenvaihdunnassa. Nat Genet 2006;38(11): 1310-5. [PubMed: 17033621]

50. Komaba H, Fukagawa M. FGF23-lisäkilpirauhasen vuorovaikutus: vaikutukset krooniseen munuaissairauteen. Kidney Int 2010;77(4):292–8. [PubMed: 20010546]

51. Boskey A, Coleman R. Ikääntyminen ja luu. J Dent Res 2010 12;89(12):1333–48. [PubMed: 20924069]

52. Wang X, Shen X, Li X, Mauli Agrawal C. Ikään liittyvät muutokset kollageeniverkostossa ja luun sitkeys.Luu2002;31(1):1–7. [PubMed: 12110404]

53. Faul F, Erdfelder E, Lang AG, Buchner A. G*Power 3: Joustava tilastollinen tehoanalyysiohjelma yhteiskunta-, käyttäytymis- ja biolääketieteelle. IEEE Int Symp Inf Theory - Proc 2007;39(2):175–91.

54. Ritchie RO, Koester KJ, Ionova S, Yao W, Lane NE, Ager JW. Luun sitkeyden mittaaminen: opetusohjelma, jossa viitataan erityisesti pieneläintutkimuksiin. Bone 2008;43(5):798–812. [PubMed: 18647665]

55. Nyman JS, Roy A, Acuna RL, Gayle HJ, Reyes MJ, Tyler JH, et ai. Ikään liittyvä vaikutus kollageenin ristisidosten pitoisuuteen ihmisen osteonaalisessa ja interstitiaalisessa luukudoksessa.Luu2006;39(6):1210–7. [PubMed: 16962838]

56. Saito M, Fujii K, Mori Y, Marumo K. Role of kollageenin entsymaattisten ja glykaation aiheuttamien ristisilloitusten määrittäjänä luun laadun spontaanisti diabeettisissa WBN / Kob rotissa 2006;1514-23.