Teruyuki Noma

1 Divizia de Cercetare și Dezvoltare, Laboratoare de Cercetare în Știința Alimentelor, Meiji Co., Ltd., 540 Naruda, Odawara, Kanagawa 250-0862 Japonia

2 Școala de absolvire a științei sănătății și sportului, Universitatea Juntendo, Chiba, Japonia

3 Facultatea de Medicină, Universitatea Juntendo, Tokyo, Japonia

Satoshi Takasugi

1 Divizia de Cercetare și Dezvoltare, Laboratoare de Cercetare în Știința Alimentelor, Meiji Co., Ltd., 540 Naruda, Odawara, Kanagawa 250-0862 Japonia

Miho Shioyama

1 Divizia de Cercetare și Dezvoltare, Laboratoare de Cercetare în Știința Alimentelor, Meiji Co., Ltd., 540 Naruda, Odawara, Kanagawa 250-0862 Japonia

Taketo Yamaji

1 Divizia de Cercetare și Dezvoltare, Laboratoare de Cercetare în Știința Alimentelor, Meiji Co., Ltd., 540 Naruda, Odawara, Kanagawa 250-0862 Japonia

Hiroyuki Itou

1 Divizia de Cercetare și Dezvoltare, Laboratoare de Cercetare în Știința Alimentelor, Meiji Co., Ltd., 540 Naruda, Odawara, Kanagawa 250-0862 Japonia

Yoshio Suzuki

2 Școală postuniversitară în științe ale sănătății și sportului, Universitatea Juntendo, Chiba, Japonia

Keishoku Sakuraba

2 Școală postuniversitară în științe ale sănătății și sportului, Universitatea Juntendo, Chiba, Japonia

3 Facultatea de Medicină, Universitatea Juntendo, Tokyo, Japonia

Keisuke Sawaki

2 Școală postuniversitară în științe ale sănătății și sportului, Universitatea Juntendo, Chiba, Japonia

Date asociate

Seturile de date utilizate și/sau analizate în timpul studiului curent sunt disponibile de la autorul relevant la o cerere rezonabilă.

Abstract

fundal

Principalele tipuri de hidrolizate de gelatină disponibile în comerț sunt preparate din mamifere sau pești. S-a raportat că hidrolizate de gelatină dietetice de la mamifere îmbunătățesc densitatea minerală osoasă (BMD) în unele modele animale. În contrast, există un studiu limitat care arată efectele hidrolizatelor de gelatină din pești asupra BMD. Cantitatea și structura peptidelor din plasmă după administrarea orală de hidrolizate de gelatină depind de sursa de gelatină, ceea ce sugerează că activitatea biologică a hidrolizatelor de gelatină depinde de sursa de gelatină. Acest studiu a examinat efectele aportului de hidrolizat de gelatină derivat din pește (FGH) sau de hidrolizat de gelatină derivat din porc (PGH) asupra BMD și a proprietăților biomecanice intrinseci la șobolanii cu deficit de magneziu (Mg) ca model care arată scăderea atât a BMD, cât și a biomecanicii intrinseci proprietăți.

Metode

Șobolanii masculi Wistar de patru săptămâni au fost repartizați în patru grupuri: un grup normal a fost hrănit cu o dietă normală (48 mg Mg/100 g dietă), iar un grup cu deficit de Mg (MgD) a fost hrănit cu o dietă MgD (7 mg Mg/100 g dietă), un grup FGH a fost hrănit cu o dietă MgD + FGH (5% FGH), iar un grup PGH a fost hrănit cu o dietă MgD + PGH (5% PGH) timp de 8 săptămâni. La sfârșitul studiului, BMD și proprietățile biomecanice intrinseci ale femurului au fost măsurate.

Rezultate

Grupul MgD a prezentat modulul Young semnificativ mai scăzut, o proprietate biomecanică intrinsecă și DMO trabeculară a femurului decât grupul normal; cu toate acestea, dieta MgD nu a afectat DMO corticală și grosimea corticală. Ambele grupuri FGH și PGH au prezentat grosime corticală semnificativ mai mare și deplasarea finală a femurului decât grupul normal, dar niciun tip de hidrolizat de gelatină nu a afectat modulul Young. Mai mult, grupul FGH, dar nu și grupul PGH, a prezentat o DMO trabeculară semnificativ mai mare decât grupul MgD.

Concluzii

Acest studiu indică faptul că FGH și PGH cresc grosimea corticală, dar numai FGH previne scăderea BMD trabeculară observată la șobolanii cu deficit de Mg, în timp ce niciun tip de hidrolizat de gelatină nu afectează proprietățile biomecanice intrinseci.

fundal

Osteoporoza este o boală osoasă multifactorială, caracterizată prin densitatea minerală osoasă scăzută și deteriorarea microarhitecturală a țesutului osos, rezultând pierderea rezistenței mecanice și riscul crescut de fracturi [1]. În timp ce calciul este cel mai cunoscut mineral pentru prevenirea osteoporozei, alte minerale precum zincul, fierul și magneziul (Mg) joacă, de asemenea, un rol important în metabolismul osos. Magneziul este unul dintre substanțele nutritive cel mai probabil consumate la niveluri sub doza zilnică recomandată (ADR) [2]. Unele studii transversale au demonstrat că Mg dietetic a fost corelat pozitiv cu densitatea minerală osoasă (DMO) la subiecți vârstnici [3] și femei de vârstă mijlocie [4], iar un studiu longitudinal a arătat, de asemenea, că un aport mai mare de Mg a fost asociat cu o scădere mai mică a DMO la subiecții vârstnici [3]. La șobolani, s-a raportat că deficitul de Mg reduce atât DMO [5], cât și proprietățile biomecanice intrinseci [6].

Colagenul este o componentă majoră a țesuturilor conjunctive, cum ar fi osul, derma, cartilajul și tendoanele. Gelatina, un colagen denaturat, este produsă în principal din porcine, pești și păsări. Hidrolizatul de gelatină este produs prin hidroliza gelatinei, iar principalele tipuri de hidrolizate de gelatină disponibile în comerț sunt preparate din porci sau pești. Unii cercetători au raportat că gelatina dietetică sau hidrolizatele de gelatină de la mamifere îmbunătățesc DMO la șoareci ovariectomizați [7], șobolani în creștere [8], șobolani cu deficit de calciu [8] și șobolani cu conținut scăzut de proteine ​​[9]. În contrast, există un studiu limitat care arată efectele hidrolizatelor de gelatină din pești asupra DMO [10].

Hidroxiprolina (Hyp) este o componentă majoră a colagenului. Studiile in vitro au arătat că peptidele care conțin hip sau peptide derivate din hidrolizat de gelatină au activitate biologică, inclusiv activitate chimiotactică pentru neutrofile, fibroblaste, [11, 12] și monocite [13], precum și efecte inhibitoare asupra enzimei de conversie a angiotensinei [14, 15]. Ohara și colab. [16] a comparat structura și cantitatea de peptide care conțin hip în plasma umană după administrarea perorală de hidrolizate de gelatină derivate din pește (FGH) sau hidrolizate de gelatină derivate din piele porcină (PGH) și au arătat că structura și cantitatea de peptide la om plasma după administrarea orală de hidrolizați de gelatină depinde de sursa de gelatină și că peptidele care conțin alanină sau glicină au fost detectate numai la omul administrat cu FGH. Aceste fapte sugerează că activitatea biologică a hidrolizatelor de gelatină depinde de sursa de gelatină.

Acest studiu a urmărit să investigheze efectele aportului de FGH și PGH asupra BMD și a proprietăților biomecanice intrinseci la șobolanii cu deficit de Mg (MgD) ca model care arată scăderea atât a BMD cât și a proprietăților biomecanice intrinseci.

Metode

Dietele

FGH și PGH au fost furnizate cu amabilitate de Nitta Gelatin (Osaka, Japonia). Greutatea moleculară medie a acestor hidrolizați de gelatină a fost de 5000 Da. Am folosit AIN-76 ca dietă normală (48 mg Mg/100 g dietă). Dieta MgD conținea 7 mg Mg/100 g dietă. Pentru dietele MgD + FGH și MgD + PGH, cazeina de 5% din dieta MgD a fost înlocuită cu FGH și, respectiv, PGH. Compoziția fiecărei diete și valorile analizei de calciu, fosfor și Mg sunt detaliate în Tabelul 1 .

tabelul 1

Compoziția dietelor experimentale

Ingrediente (%) NormalMgDFGHPGH
Cazeină20.020.015.015.0
Hidrolizat de gelatină de pește0,00,05.00,0
Hidrolizat de gelatină de piele porcină0,00,00,05.0
DL-metionină0,30,30,30,3
Amidon de porumb15.015.015.015.0
Zaharoza50,050,050,050,0
Ulei de porumb5.05.05.05.0
Pulbere de celuloză5.05.05.05.0
AIN-76 preamestec mineral3.50,00,00,0
AIN-76 preamestec mineral fără magneziu0,03.53.53.5
Amestec de vitamine AIN-761.01.01.01.0
Bitratrat de colină0,20,20,20,2
Valori de analiză (mg/100 g)
Calciu533530524521
Fosfor553563519519
Magneziu48777

Animale

Această cercetare a fost aprobată de consiliul Comitetului instituțional pentru îngrijirea și utilizarea animalelor (IACUC) al Meiji Co., Ltd. (Cod de aprobare etică: nr. 2015_3871_0088). Douăzeci și patru de șobolani masculi Wistar în vârstă de 3 săptămâni (Japan SLC, Inc., Shizuoka, Japonia) au fost crescuți în conformitate cu Meiji Co., Ltd. liniile directoare ale comitetului de etică privind utilizarea animalelor. Animalele au fost adăpostite în cuști individuale din oțel inoxidabil într-o încăpere controlată de mediu (21 ± 2 ° C, umiditate de 55 ± 15%, ciclu de lumină/întuneric de 12 ore). După 4 zile de adaptare, animalele au fost repartizate în patru grupe potrivite în funcție de greutate a câte șase șobolani fiecare: un grup normal, un grup MgD, un grup FGH și un grup PGH. Toate grupurile au fost hrănite cu dietele experimentale respective și cu apă sterilizată ultravioletă ad libitum timp de 8 săptămâni. Aportul alimentar și greutatea corporală au fost măsurate săptămânal. Eficiența alimentară a fost calculată utilizând următoarea formulă:

La sfârșitul perioadei experimentale, am obținut probe de sânge din aorta abdominală sub anestezie cu un amestec de medetomidină-midazolam-butorfanol [17]. Toți șobolanii au fost eutanasiați prin exsanguinare prin aorta sub anestezie. Probele de ser au fost separate prin centrifugare la 3000 × g timp de 15 minute la 4 ° C și conservate la -80 ° C până la analiză. Ambele părți ale femurului au fost excizate după eutanasie. Femurele stângi au fost înfășurate în tifon umed cu soluție salină și depozitate la -20 ° C până la testarea mecanică așa cum s-a descris anterior [18]. Femurii potriviți au fost păstrați într-o soluție de etanol de 70% (Wako Pure Chemical Industries, Osaka, Japonia) pentru analiza tomografiei computerizate cu raze X (CT).

Parametrii osoși prin analiza CT cu raze X

Întregul femur drept a fost scanat folosind sistemul CT animal experimental (LaTheta LCT-100 M; ALOKA, Tokyo, Japonia). Pentru măsurarea cantitativă au fost folosite felii contigue de 1,0 mm ale întregului femur. DMO-urile totale, corticale și trabeculare și grosimea corticală (Ct.Th) ale întregului femur au fost măsurate prin software-ul LaTheta (versiunea 1.31). Ct.Th a întregului femur a fost calculată ca medie a tuturor feliilor. Ct.Th din fiecare felie a fost calculată folosind următoarea formulă:

Încercări mecanice

Am efectuat un test de îndoire în trei puncte printr-un sistem de testare mecanică (Bone Strength Tester, model TK-252C; Muromachi Kikai, Tokyo, Japonia) pe femurul stâng în conformitate cu metodele modificate descrise anterior [19, 20]. După plasarea femurului într-o baie salină de 37 ° C, a fost așezat pe un suport cu două puncte de încărcare la 14 mm distanță (intervalul specimenului: L). O sarcină de rupere verticală a fost aplicată punctului de mijloc dintre suporturile inferioare de către traversă la o viteză constantă (2,5 mm/min) până când a apărut defecțiunea. Capacitatea celulei de sarcină în acest sistem de testare este de 500 N. Lucrul până la eșec, rigiditatea, deplasarea finală (d) și forța finală (F) a femurului au fost calculate din curba sarcină - deformare. După eșec, aria secțiunii transversale a femurului a fost calculată ca o elipsă goală [18, 21, 22]. Axele interne și externe majore și minore ale secțiunii transversale au fost măsurate cu etrier digital (DT-200; Niigata Seiki, Niigata, Japonia). Stresul final și modulul lui Young au fost calculate după cum urmează:

unde a și b sunt axele externe majore și respectiv minore, respectiv a ’și b’ sunt axele interne majore și respectiv minore. Munca până la eșec, rigiditatea, deplasarea finală și forța finală reprezintă proprietăți biomecanice extrinseci [23]. Stresul final și modulul lui Young reprezintă proprietăți biomecanice intrinseci. Lucrarea până la eșec reflectă energia absorbită a eșantionului până la apariția eșecului. Fragilitatea crescută reduce munca la eșec. Rigiditatea reflectă rezistența la deformarea elastică, adică rigiditatea structurală a osului. Reciprocitatea deplasării finale poate estima fragilitatea [23]. Forța supremă caracterizează puterea unui os.

Analiza biochimică

Nivelurile serice de osteocalcină totală (OC) au fost testate utilizând setul EIA cu sensibilitate ridicată pentru rat Gla/Glu-Osteocalcin (Takara Bio Inc., Shiga, Japonia). OC total a fost calculat ca suma OC carboxilat și OC subcarboxilat. Telopeptidele reticulate serice C-terminale de colagen de tip I (CTX) și fosfatază acidă rezistentă la tartrat 5b (TRACP5b) au fost măsurate prin kitul RatLaps EIA și, respectiv, cu kitul RatTRAP Assay, ambele fiind fabricate de Immunodiagnostic Systems Nordic A/S (Herlev, Danemarca). Indicele de resorbție a fost calculat ca raportul CTX/TRACP5b [24]. Nivelurile serice de Mg și activitatea fosfatazei alcaline (ALP) au fost testate colorimetric de kituri comerciale (Wako Pure Chemical Industries, Osaka, Japonia).

Statistici

Datele sunt exprimate ca medie ± erori standard. Am efectuat testul lui Bartlett pentru a determina omogenitatea variațiilor. Efectele tratamentului au fost analizate prin ANOVA unidirecțional urmat de testul Tukey-Kramer (varianțe omogene) sau testul Kruskal - Wallis urmat de testul de comparație multiplă Steel-Dwass (varianțe eterogene). Valorile P 1, Tabelul 2). Nu a existat nicio diferență semnificativă între grupurile de greutate corporală în primele 3 săptămâni ale experimentului, dar după aceea, greutatea corporală a fost semnificativ mai mare în grupul normal decât în ​​grupul MgD (Fig. 2). Greutatea corporală finală și eficiența alimentară au fost semnificativ mai mici în grupul MgD decât în ​​grupul normal.

hidrolizatelor

Aportul de alimente. Valorile sunt prezentate ca medie ± SE. Nu a fost observată nicio diferență semnificativă între grupuri în toate momentele