Cortical bone modifications after radiotherapy: cortex porosity and osteonal changes evaluated over time

ABSTRACT

Abstract Aiming to evaluate cortical bone microarchitecture and osteonal morphology after irradiation, twelve male New Zealand rabbits were used. The animals were divided control group (no radiation-NIr); and 3 irradiated groups, sacrificed after 7 (Ir7d); 14 (Ir14d) and 21 (Ir21d) days. A single radiation dose of 30 Gy was used. Computed microtomography analyzed the cortical microarchitecture cortical thickness (CtTh), bone volume (BV), total porosity (Ct.Po), intracortical porosity (CtPo-cl), channel/pore number (Po.N), fractal dimension (FD) and degree of anisotropy (Ct.DA). After scan, osteonal morphology was histologically assessed by means area and perimeter of the osteons (O.Ar; O.p) and of the Haversian canals (C.Ar; C.p). Microtomographic analysis were performed by ANOVA, followed by Tukey and Dunnet tests. Osteon morphology analyses were performed by Kruskal-Wallis, and test Dunn's. Cortical thickness was significant difference (p<0.010) between the NIr and irradiated groups, with thicker cortex at Ir7d (1.15±0.09). The intracortical porosity revealed significant difference (p<0.001) between irradiated groups and NIr, with lower value for Ir7d (0.29±0.09). Bone volume was lower in Ir14d compared to control. Area and perimeter of the osteons were statistically different (p<0.0001) between NIr and Ir7d. Haversian canals also revealed lower values (p<0.0001) in Ir7d (80.57±9.3; 31.63±6.5) compared to NIr and irradiated groups. Cortical microarchitecture was affected by radiation, and the effects appear to be time-dependent, mostly regarding the osteons morphology at the initial days. Cortex structure in Ir21d revealed similarities to control suggesting that microarchitecture resembles normal condition after a period.

RESUMO

Resumo Com o objetivo de avaliar a microarquitetura óssea cortical e a morfologia dos osteons após irradiação, foram utilizados doze coelhos machos da Nova Zelândia. Os animais foram divididos grupo controle (sem radiação-NIr); e 3 grupos irradiados, sacrificados após 7 (Ir7d); 14 (Ir14d) e 21 (Ir21d) dias. Foi utilizada uma dose única de radiação de 30 Gy. A microtomografia computadorizada analisou a microarquitetura cortical espessura cortical (CtTh), volume ósseo (BV), porosidade total (Ct.Po), porosidade intracortical (CtPo-cl), número de canal/ poro (Po.N), dimensão fractal (DF) e grau de anisotropia (Ct.DA). Após a varredura, a morfologia dos osteosn foi avaliada histologicamente por meio de Área e perímetro do osteon (O.Ar; O.p) e dos canais de Havers (C.Ar; C.p). A análise microtomográfica foi realizada por ANOVA, seguida pelos testes de Tukey e Dunnet. As análises morfológicas do osteon foram realizadas por Kruskal-Wallis e testadas por Dunn. A espessura cortical foi diferente (p<0,010) entre os grupos controle e irradiados, com córtex mais espesso no Ir7d (1,15±0,09). A porosidade intracortical revelou diferenças significativas (p<0,001) entre os grupos irradiados e o controle, com menor valor para Ir7d (0,29±0,09). O volume ósseo foi menor no Ir14d em relação ao controle. Área e perímetro do osteon foi diferente (p<0,0001) entre o controle e Ir7d. Os canais haversianos também revelaram valores mais baixos (p<0,0001) em Ir7d (80.57±9.3; 31.63±6.5) em relação ao controle e demais grupos irradiados. A microarquitetura cortical é afetada pela radiação e os efeitos parecem ser dependentes do tempo, principalmente em relação à morfologia dos osteons nos dias iniciais. A estrutura cortical em Ir21d revelou semelhanças com o controle, sugerindo que a microarquitetura se assemelha à condição normal após um período.