Sıçanlarda immobilizasyon ve egzersiz modelinde kemik mineral yoğunluğunun prospektif olarak değerlendirilmesi

Abstract

Osteoporoz için farklı etki mekanizmalarına sahip çok sayıda risk faktörü bulunmaktadır. Yaşlanma, diyetle yetersiz kalsiyum alımı, östrojen eksikliği ve immobilizasyon osteoporoz açısından en önemli risk faktörleri olarak tanımlanmaktadır. Kemik mineral yoğunluğunun (KMY) ölçülmesi, osteopeni ve osteoporozun tanı ve tedavisinin izleminde hem klinik hem de deneysel çalışmalarda gereklidir. İnsanlarda KMY ölçmek için kullanılan, altın standart olarak kabul edilen yöntem Dual Energy X-ray Absorptiometry (DEXA)'dir. İnvaziv olmayan bu yöntemin yüksek rezolüsyonlu bilgisayar programlan ile beraber kullanımı deneysel çalışmalarda KMY'nun değerlendirilmesi için oldukça hassas ve sık uygulanan bir yöntemdir. Bu prospektif çalışmanın amacı, sıçanlarda immobilizasyon ve egzersizin KMY üzerindeki etkisini DEXA kullanarak değerlendirmekti. Araştırma ağırlıkları 200-250 gram arasında değişen 17 dişi Wistar albino sıçan üzerinde yapıldı. Deney başlangıcında ve sonunda sıçanların ağırlıkları kaydedildi. Sıçanlar randomize edilerek kontrol (n=7), egzersiz (n=5) ve immobilizasyon (n=5) grubu olarak ayrıldı. Tüm gruplar için deney süresi 21 gün olarak belirlendi. Hologic QDR-4500A ile özel bir program kullanılarak (small animal option software) başlangıçta ve deney periyodunun bitiminde sıçanların KMY' si ölçüldü. Kloral hidrat anestezisi altında (400 mg/kg, ip) sıçanların tüm vücut, lomber vertebra ve sağ femur kemik yoğunlukları iki kez ölçüldü. Lomber ve femoral ölçümler için standart bir ilgi alanı (Region of Interest-ROI) kullanıldı. Ölçüm alanı L1-L4 vertebra üzerinde 15x90 mm ve femur diafizinde 50x10 mm olarak alındı. Sıçanlar 21 gün süre ile kuyruktan asılma metodu kullanılarak immobilize edildi. Egzersiz grubundaki sıçanlar 12 m/dakika hızında çalışan bir koşu bandında 21 gün süresince her gün bir saat koştular. Kontrol grubuna herhangi bir müdahale uygulanmadı. Tüm gruplarda deney süresinin sonunda ekstansör digitorum longus (EDL) ve soleus kasları diseke edilerek ağırlıkları ölçüldü. Sağ femur boyları ve middiafizyel çapları kaydedildi. Sıçanların deney öncesi ve sonrası ağırlıkları arasında istatistiksel olarak anlamlı fark saptanmadı. Kontrol grubunda tüm vücut ve lomber vertebra KMY ölçümlerinde anlamlı artış saptandı (tüm vücut için P=0.009 ve lomber vertebra için P=0.007). İmmobilizasyon grubunda ise lomber vertebralarda ve femurda KMY'de azalmalar gözlendi (lomber vertebra için P=0.051 ve femoral bölge için P=0.01). Egzersizi takiben KMY'nun lomber vertebralarda ve tüm vücut ölçümlerinde anlamlı ölçüde arttığı belirlendi (lomber vertebra için P=0.012 ve tüm vücut için P=0.01) ancak bu artış femurda gözlenmedi (P=0.776). İmmobilizasyon grubunda soleus kasında anlamlı ölçüde atrofi saptandı (P=0.001). Sonuç olarak sıçanlarda kısa süreli immobilizasyon ve egzersiz kemik mineral yoğunluğunda anlamlı değişikliklere neden oldu; invaziv olmayan DEXA ölçümleri ile küçük hayvanlarda 21 günlük immobilizasyon ile KMY'de azalma, egzersiz ile artma saptandı. Anahtar kelimeler: DEXA, sıçan, osteoporoz, immobilizasyon, egzersiz, prospektif IV

Osteoporosis is associated with many risk factors with different mechanisms of action. Aging, insufficient dietary calcium, intake, estrogen deficiency and immobilization are all considered to be the most important risk factors for osteoporosis. The measurement of bone mineral density (BMD) is essential in diagnosing and monitoring the treatment of bone loss (osteopenia and osteoporosis) in both clinical and experimental studies. For the evaluation of BMD in human beings Dual Energy X-ray Absorptiometry (DEXA) is considered to be the gold standard. DEXA with the use of high resolution software, which is a noninvasive technique appears to be an accurate and widely used method for measuring BMD in experimental studies. The aim of this prospective study was to evaluate the effects of immobilization and exercise on BMD in rats using DEXA. 17 female Wistar albino rats weighing between 200-250 grams were used in this study. Weight of the rats were noted at the beginning and at the end of the study period. They were randomly divided as control (n=7), exercise (n=5) and immobilization (n=5) groups. Experimental period was 21 days for all groups. BMD of all groups were measured at baseline and end of the experimental period using Hologic QDR-4500A with small animal option software. Whole body, lumbar vertebrae and right femur were scanned twice under chloral hydrate (400 mg/kg, ip) anesthesia. A standart Region of Interest (ROI) was used for lumbar and femoral measurements. ROI was selected as 15x90 mm on L1-L4 vertebrae and 50x10 mm on femur diaphysis. Rats were immobilized for 21 days using tail suspension method and were exercised by using a treadmill with a running velocity of 12 m/min everyday for an hour. In all groups extensor digitorum longus (EDL) and soleus muscles were disected and weighed. Right femoral length and middiaphyseal diameter was noted. There was no statistically significant change in the weight of rats during the experimetal period. In the control group significant increase in bone mineral density was observed in the whole body and lumbar vertebrae measurements (P=0,009 and P=0,007, respectively). Bone mineral density in the lumbar and femoral areas were found to be decreased in the immobilization group (P=0,051 and P=0,01, respectively). After the exercise period bone mineral density significantly increased in the lumbar vertebrae and whole body (P=0,012 and P=0,01, respectively), but not in the femoral area (P=0,776). Significant amount of atrophy was noted in the soleus muscles of the immobilization group (P=0,001). Short-term immobilization and exercise led to significant alterations in bone mineral metabolism. Non-invasive DEXA measurements in small animals demonstrated reduced bone mineral density following a 21 day immobilization period and exercise increased bone density in these rats. Keywords: DEXA, rat, osteoporosis, immobilization, exercise, prospective