Análise do fêmur de ratas tratadas com ocitocina e submetidas ao treinamento de força durante a periestropausa / Analysis of the femur of rats treated with oxytocin and submitted to strength training during periestropause

A diminuição nas concentrações de estrógeno, como o que ocorre no período da perimenopausa e menopausa, contribui para o aumento do turnover ósseo, com taxa de reabsorção superior à de formação óssea que favorece a instalação da osteoporose, doença silenciosa que determina fragilidade óssea e maior probabilidade de fraturas. Entre as intervenções utilizadas para prevenção da osteoporose, destaca-se o treinamento de força (TF) e a ocitocina (OT), hormônio promissor com ação anabólica no osso. O objetivo deste estudo foi verificar a ação da associação da OT ao TF, em comparação às intervenções isoladas, no processo de remodelamento ósseo do colo do fêmur de ratas Wistar na periestropausa (18 a 21 meses). Quarenta ratas Wistar com ciclo estral irregular (18 meses) foram randomizadas nos grupos: 1- Veículo (Veh); 2-Ocitocina (Ot); 3-Treinamento de força (Tf); 4-Ot+Tf. Os animais do grupo 1 receberam salina (0,15 mol/L) e dos grupos 2 e 4 receberam OT (134 µg/kg), sendo duas injeções intraperitoneais com intervalo de 12 horas a cada 30 dias, totalizando 8 injeções ao final do período experimental. Os animais dos grupos 3 e 4 realizaram TF em escada 3 vezes por semana com realização mensal do teste de capacidade de carga máxima voluntária (CCMV). Após 120 dias, os animais foram eutanasiados, os fêmures foram coletados para análises de ensaio mecânico, densitometria, microtomografia óssea, espectroscopia de Raman e técnica de reação em cadeia da polimerase de transcrição reversa em tempo real (qRT-PCR), e o sangue para análises de marcadores bioquímicos do metabolismo ósseo, dano hepático e estresse oxidativo. A principal novidade deste estudo é a adição da OT ao TF, a qual apresentou, no ensaio de compressão, maior força máxima em relação ao Veh e menor elasticidade em relação ao Tf e, no ensaio de flexão de três pontos, maior rigidez em relação ao Veh e Ot, menor rigidez e menor elasticidade em relação ao Veh; maior espessura cortical (Ct.Th) em relação aos demais grupos, menor número de poros (Po.N) em relação ao Veh e Ot, e maior momento polar médio (J) em relação ao Tf. Houve também maior volume do osso trabecular (BV/TV) em relação ao Ot e maior espessura trabecular (Tb.Th) em relação aos demais grupos. A densidade mineral óssea areal (aDMO) do colo do fêmur foi maior que o Ot, e a DMO do fêmur total foi maior que os demais grupos. Quanto a expressão gênica, houve maior expressão do fator de transcrição relacionado ao Runt 2 (Runx2) em relação ao Veh, o fator de transcrição Osterix (Osx/Sp7) foi menor que o Ot e Tf. A proteína morfogenética óssea 2 (Bmp2) apresentou menor expressão em relação ao Veh, e a expressão da fosfatase alcalina óssea (Fal) foi maior que os demais grupos. A expressão do membro da família do fator de necrose tumoral 11b (Opg) e do ligante do fator de necrose tumoral (Rankl) foi maior que os outros grupos, a expressão do membro do fator de necrose tumoral 11a (Rank) e catepsina K (Ctsk) foi maior que Veh e Ot. Também foi observado menor atividade de fosfatase ácida resistente ao tartarato (TRAP) e capacidade antioxidante total (CAT) no ensaio bioquímico em relação aos demais grupos. Na intervenção com OT, houve maior elasticidade no ensaio de flexão de três pontos, e maior Ct.Th em relação ao Veh. A expressão gênica de Runx2, Osx/Sp7 foi maior e Bmp2 foi menor que o grupo Veh. No TF houve maior elasticidade que o Veh e Ot no ensaio de compressão, maior rigidez e elasticidade em relação ao Veh no ensaio de flexão de três pontos. Houve menor Ct.Th em relação ao Ot, maior DMO do fêmur total em relação ao Veh, e a taxa de mineralização foi maior que o Veh e Ot. Na expressão gênica, Runx2 e Osx/Sp7 foram maiores que o Veh. A Bmp2 e osteocalcina/proteína óssea gama-carboxiglutamato (Ocn) foram menores que o Veh, e a Fal foi menor que Ot. Em relação a Rank e Ctsk, estas foram maiores que Veh e Ot. Por fim, a atividade de aspartato aminotransferase (AST) foi menor que o Veh. Esses resultados mostraram que a associação de intervenções é estratégia anabólica promissora para a prevenção da osteoporose no período da periestropausa, destacando-se dos efeitos das intervenções isoladas, ao preservar aspectos mecânicos, estruturais e gênicos do osso, além de parecer controlar fatores relacionados ao cross-talk entre tecido ósseo e tecido adiposo a favor da homeostase oxidativa e de fatores relacionados a atividade de marcadores ósseos(AU)

The decrease in estrogen concentrations, such as that which occurs during perimenopause and menopause, contributes to an increase in bone turnover, with a rate of resorption higher than that of bone formation, which favors the installation of osteoporosis, a silent disease that determines bone fragility and greater probability of fractures. Among the interventions used to prevent osteoporosis, strength training (ST) and oxytocin (OT), a promising hormone with anabolic action on bone, stand out. The objective of this study was to verify the action of the association of OT and ST, compared to isolated interventions, in the process of bone remodeling of the femoral neck of Wistar rats in periestropause (18 to 21 months). Forty Wistar rats with irregular estrous cycle (18 months) were randomized into groups: 1-Vehicle (Veh); 2-Oxytocin (Ot); 3-Strength training (St); 4-Ot+St. The animals in group 1 received saline (0.15 mol/L) and in groups 2 and 4 received OT (134 µg/kg), with two intraperitoneal injections with an interval of 12 hours every 30 days, totaling 8 injections at the end of the period. trial period. The animals in groups 3 and 4 performed ST on a ladder 3 times a week with monthly performance of the maximum voluntary carrying capacity test (MVCC). After 120 days, the animals were euthanized, the femurs were collected for mechanical assay analysis, densitometry, bone microtomography, Raman spectroscopy and real-time reverse transcription polymerase chain reaction (qRT-PCR) technique, and blood for analysis of biochemical markers of bone metabolism, liver damage and oxidative stress. The main novelty of this study is the addition of OT to ST, which presented, in the compression test, greater maximum force in relation to Veh and less elasticity in relation to St and, in the three-point bending test, greater stiffness in relation to to Veh and Ot, less rigidity and less elasticity in relation to Veh; greater cortical thickness (Ct.Th) in relation to the other groups, smaller number of pores (Po.N) in relation to Veh and Ot, and greater mean polar moment (J) in relation to St. There was also greater trabecular bone volume (BV/TV) in relation to Ot and greater trabecular thickness (Tb.Th) in relation to the other groups. The areal bone mineral density (aBMD) of the femoral neck was higher than the Ot, and the BMD of the total femur was higher than the other groups. As for gene expression, there was greater expression of the transcription factor related to Runt 2 (Runx2) in relation to Veh, the transcription factor Osterix (Osx/Sp7) was lower than Ot and St. Bone morphogenetic protein 2 (Bmp2) showed lower expression compared to Veh, and boné alkaline phosphatase (Alp) expression was higher than the other groups. The expression of tumor necrosis factor 11b family member (Opg) and tumor necrosis factor ligand (Rankl) was higher than the other groups, tumor necrosis factor 11a member (Rank) and cathepsin K (Ctsk) was greater than Veh and Ot. It was also observed lower activity of tartrate resistant acid phosphatase (TRAP) and total antioxidant capacity (CAT) in the biochemical assay in relation to the other groups. In the intervention with OT, there was greater elasticity in the three-point bending test, and greater Ct.Th in relation to Veh. The gene expression of Runx2, Osx/Sp7 was higher and Bmp2 was lower than the Veh group. In ST intervention there was greater elasticity than Veh and Ot in the compression test, greater stiffness and elasticity in relation to Veh in the three-point bending test. There was lower Ct.Th in relation to Ot, higher BMD of the total femur in relation to Veh, and the mineralization rate was higher than Veh and Ot. In gene expression, Runx2 and Osx/Sp7 were higher than Veh. Bmp2 and osteocalcin/bone protein gammacarboxyglutamate (Ocn) were lower than Veh, and Fal was higher than Ot. In relation to Rank and Ctsk, these were higher than Veh and Ot. Finally, aspartate aminotransferase (AST) activity was lower than Veh. These results showed that the association of interventions is a promising anabolic strategy for the prevention of osteoporosis in the periestropause period, standing out from the effects of isolated interventions, by preserving mechanical, structural and genetic aspects of the bone, in addition to seeming to control factors related to the cross -talk between bone tissue and adipose tissue in favor of oxidative homeostasis and factors related to the activity of bone markers(AU)

Efeito do pré-tratamento do treinamento de força e raloxifeno na periestropausa sobre a cicatrização óssea / Effect of pre-treatment of strength training and raloxifene in periestropause on bone healing

Há evidências de que o treinamento de força (TF) e raloxifeno (Ral) durante a periestropausa promove melhor qualidade óssea. No entanto, nos perguntamos se os benefícios esqueléticos do TF ou Ral realizados durante a periestropausa persistiriam após a fratura. Portanto, o presente estudo teve como objetivo analisar a influência do pré-tratamento de TF e administração de Ral durante o período de periestropausa na cicatrização óssea após osteotomia unilateral total. Durante 120 dias, ratas Wistar senescentes (18 a 21 meses completos) realizaram TF em escada três vezes por semana, receberam Ral (2,3mg/Kg/dia) via gavagem, ou realizaram TF associado ao tratamento com Ral. Após este período, os tratamentos foram interrompidos e a osteotomia total foi realizada na tíbia esquerda em todos os animais, que foram eutanasiados 1 ou 8 semanas após a cirurgia. A administração de Ral durante a periestropausa piorou o perfil bioquímico e oxidativo, diminuiu a expressão gênica de marcadores relacionados à reabsorção e remodelação óssea, que afetaram negativamente as propriedades físicoquímicas, levando a alterações na microarquitetura e massa dos calos ósseos, bem como na diminuição da resistência do calo à deformação torcional, resultando em menor qualidade do tecido durante a cicatrização óssea. Por outro lado, o TF realizado antes da osteotomia resultou em melhor cicatrização óssea, melhorando o perfil bioquímico e oxidativo, alterando o perfil genético em favor da formação e reabsorção óssea, bem como as propriedades físico-químicas do calo. Essas alterações levaram a uma melhor microarquitetura e massa óssea e aumentaram a resistência do calo à deformação torcional, confirmando seu efeito benéfico na qualidade do tecido ósseo, proporcionando aceleração da consolidação óssea.A combinação de terapias, nessa intensidade de exercício e dosagem da droga, o efeito negativo de Ral, superou o efeito positivo do TF, levando à diminuição da qualidade do tecido no processo de cicatrização óssea. Portanto, os resultados indicam que, além de excelente terapia não farmacológica e ação na prevenção da osteoporose, o TF realizado no período de envelhecimento pode aumentar a qualidade óssea no início da cicatrização e proporcionar melhor consolidação óssea. Além disso, o efeito anti-reabsortivo de Ral mostrado neste modelo atrasou o processo de reparo ósseo, trazendo considerável preocupação clínica(AU)

There is evidence that strength training (ST) and raloxifene (Ral) treatment during periestropause promotes better bone quality. We wanted to determine whether the skeletal benefits of ST or Ral treatment, performed during periestropause, would persist after fracture. Therefore, the present study aimed to analyze the influence of pretreatment with ST and administration of Ral during periestropause on bone healing after total unilateral osteotomy. Senescent female Wistar rats between 18­21 months of age, performed ST on a ladder three times per week, were administered Ral by gavage (2.3 mg/kg/day), or an association of both. After 120 days, the treatments were interrupted, and a total osteotomy was performed on the left tibia in all animals. They were euthanized 1 and 8 weeks post-osteotomy. The administration of Ral during periestropause worsened the biochemical and oxidative profile, decreased gene expression of markers related to bone resorption and remodeling, which negatively affected the physicochemical properties; this lead to changes in the bone callus microarchitecture and mass, as well as a decrease in callus resistance to torsional deformation, resulting in lower tissue quality during bone healing. In contrast, ST performed prior to the osteotomy resulted in better bone healing, improvement of the biochemical and oxidative profile, alteration of the genetic profile in favor of bone formation and resorption, as well as the physicochemical properties of the callus. These changes led to better microarchitecture and bone mass and increased callus resistance to torsional deformation, confirming its beneficial effect on the quality of bone tissue, providing acceleration of bone consolidation. The combination of therapies at this exercise intensity and drug dosage showed a negative interaction, where the negative effect of Ral overcame the positive effect of ST, leading to decreased tissue quality in the bone healing process. This study indicates that in addition to excellent nonpharmacological therapy and action in the prevention of osteoporosis, ST performed during the aging period may increase bone quality at the onset of healing and provide improved bone consolidation. Furthermore, the anti-osteoclastogenic effect of Ral shown in this model delayed the bone repair process, resulting in considerable clinical concern(AU)

Análise do potencial osteogênico de células estromais derivadas da medula óssea de ratas adultas e senis submetidas ou não ao treinamento de força / Analysis of osteogenic potential of stromal cells derived from bone marrow of adult and senile rats submitted or not to strength training

Células tronco mesenquimais (CTMs) derivadas do estroma da medula óssea possuem potencial para se diferenciar in vivo e in vitro, em vários tipos celulares, incluindo osteoblastos e adipócitos. Durante o envelhecimento, há o maior número de células que se diferenciam espontaneamente em adipócitos, comprometendo a qualidade óssea, bem como perda da massa óssea decorrente do estilo de vida sedentário. Dentre fatores capazes de modular a diferenciação de CTMs em prol a formação óssea, sinais mecânicos estão sendo estudados como alternativa para o tratamento da osteoporose. Neste estudo, analisamos como o treinamento de força (TF) influencia a remodelação óssea durante o envelhecimento. Para isso, analisamos o potencial osteogênico de diferenciação de CTMs isoladas da medula óssea de ratas adultas (09 meses) e idosas (21 meses) que realizaram ou não o exercício físico com sobrecarga. Os resultados mostraram que o TF aumentou a expressão da proteína óssea morfogênica 2 (BMP2), regulando a diferenciação dos osteoblastos e formação óssea por promover up-regulation do fator de transcrição relacionado com o Runt 2 (Runx2) e down-regulation do fator de transcrição de adipócitos, receptor ativado por proliferadores de peroxissoma γ (Pparγ) em CTMs diferenciadas de doadoras idosas. Além disso, os valores de densidade mineral óssea areal e os parâmetros biomecânicos na tíbia das ratas idosas foram otimizados após a realização do TF. Estes resultados sugerem que o aumento dos fatores de transcrição e proteínas de matriz, bem como o decréscimo de Pparγ, desencadeado pelo TF, contribui para a melhoria da qualidade do osso de ratas idosas treinadas

In vivo and in vitro studies indicate that a subpopulation of bone marrow stromal cells derived mesenchymal stem cells (MSCs) has potential to differentiate into multiple cell types, including osteoblasts and adipocytes. During the aging, greater number of cells is able to differentiate spontaneously into adipocytes, committing bone quality, well as loss of bone mass due to the sedentary lifestyle. Among the factors capable of modulating differentiation of MSCs to promote bone formation mechanical signals are being studied as an alternative for the treatment of osteoporosis. In this study, we analyzed how the strength training (ST) participates in the bone remodeling during the aging. For this purpose, we analyzed the osteogenic potential of differentiation of MSCs isolated from the bone marrow of adult (09 months) and elderly (21 months) female rats that performed or not physical activity with overcharge. The results showed that the ST increased the bone morphogenic protein 2 (BMP2), regulated the osteoblast differentiation and bone formation for up-regulation of the osteogenic master transcription factor, Runt-related transcription factor 2 (Runx2) and the down-regulation of the adipocytes master transcription factor, peroxisome proliferator-activated receptor γ (Pparγ) in differentiated MSCs of the elderly donors. In addition, the values of areal bone mineral density and biomechanical parameters in the tibia of elderly rats were optimized after the realization of ST. These results suggest that increase of transcription factors and matrix proteins as well as the decrease of Pparγ, triggered by ST, contributes to better bone quality of trained elderly