Estrogen deficiency-associated bone loss in the maxilla: A methodology to quantify the changes in the maxillary intra-radicular alveolar bone in an ovariectomized rat osteoporosis model

The effects of estrogen deficiency on bone characteristics are site-dependent, with the most commonly studied sites being appendicular long bones (proximal femur and tibia) and axial bones (vertebra). The effect on the maxillary and mandibular bones is still inconsistent and requires further investigation. This study was designed to evaluate bone quality in the posterior maxilla of ovariectomized rats in order to validate this site as an appropriate model to study the effect of osteoporotic changes. Methods: Forty-eight 3-month-old female Sprague-Dawley rats were randomly divided into two groups: an ovariectomized group (OVX, n=24) and Sham-operated group (SHAM, n=24). Six rats were randomly sacrificed from both groups at time points 8, 12, 16 and 20 weeks. The samples from tibia and maxilla were collected for Micro CT and histological analysis. For the maxilla, the volume of interest (VOI) area focused on the furcation areas of the first and second molar. Trabecular bone volume fraction (BV/TV, %), trabecular thickness (Tb.Th.), trabecular number (Tb.N.), trabecular separation (Tb.Sp.), and connectivity density (Conn.Dens) were analysed after Micro CT scanning. Results: At 8 weeks the indices BV/TV, Tb.Sp, Tb.N and Conn.Dens showed significant differences (P<0.05) between the OVX and SHAM groups in the tibia. Compared with the tibia, the maxilla developed osteoporosis at a later stage, with significant changes in maxillary bone density only occurring after 12 weeks. Compared with the SHAM group, both the first and second molars of the OVX group showed significantly decreased BV/TV values from 12 weeks, and these changes were sustained through 16 and 20 weeks. For Tb.Sp, there were significant increases in bone values for the OVX group compared with the SHAM group at 12, 16 and 20 weeks. Histological changes were highly consistent with Micro CT results. Conclusion: This study established a method to quantify the changes of intra-radicular alveolar bone in the posterior maxilla in an accepted rat osteoporosis model. The degree of the osteoporotic changes to trabecular bone architecture is site-dependent and at least 3 months are required for the osteoporotic effects to be apparent in the posterior maxilla following rat OVX.

Influence of estrogen deficiency and its treatment with alendronate and estrogen on bone density around osseointegrated implants: radiographic study in female rats

Objective. This study evaluated the influence of estrogen deficiency and its treatment on bone density around integrated implants.Study design. Implants were placed in female rat tibiae. The animals were assigned to 5 groups: control, sham, ovariectomy, estrogen, and alendronate. The control group was humanely killed to confirm integration of the implant. The others were submitted to ovariectomy or sham surgery. Bone density was measured by digital radiographs at 6 points on sides of the implant.Results. The analysis of radiographic bone density revealed estrogen privation had a negative impact only in the cancellous bone. The estrogen group differed significantly ( P <.05) from the ovariectomy and alendronate groups. The alendronate group presented the highest density for all evaluated regions.Conclusion. Ovariectomy caused a decrease in the radiographic bone density in the cancellous region. Estrogen replacement therapy and alendronate were effective treatments in preventing bone mass loss around integrated implants.

Negative Effects of Alcohol Intake and Estrogen Deficiency Combination on Osseointegration in a Rat Model

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Influence of different durations of estrogen deficiency on alveolar bone loss in rats

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Effects of estrogen deficiency combined with chronic alcohol consumption on rat mandibular condyle

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

The RANK/RANKL/OPG interaction in the repair of autogenous bone grafts in female rats with estrogen deficiency

The aim of this study was to evaluate the resorption process during the repair of autogenous bone grafts with or without coverage by an expanded polytetrafluoroethylene (e-PTFE) membrane in female rats with estrogen deficiency using the immunohistochemical technique. Eighty female rats were randomly divided into two groups (OVX and SHAM). The 40 female rats in the OVX group were subjected to ovariectomy, and the 40 female rats in the SHAM group were subjected to simulated ovariectomy. The two groups were further divided in subgroup E, which was subjected to surgery for placement of autogenous bone graft (ABG), and subgroup ME, in which the ABG was covered with an e-PTFE membrane. The animals were killed at 0, 7, 21,45 and 60 days. The specimens were analyzed using immunohistochemistry for the bone resorption markers RANK, RANK-L and Osteoprotegerin (OPG). A higher remodeling rate was observed at 7 and 21 days after the autogenous bone grafts, when the markers were more intensely expressed. At the final time point, the specimens presented similar characteristics to those observed at the initial time point. The expression of immunohistochemical markers was not altered by the estrogen deficiency. The presence of the e-PTFE membrane delayed the bone resorption process, influencing the immunohistochemical expression of markers.

Influence of Estrogen Deficiency on Bone Around Osseointegrated Dental Implants: An Experimental Study in the Rat Jaw Model

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Increased B-lymphopoiesis by interleukin 7 induces bone loss in mice with intact ovarian function: Similarity to estrogen deficiency

Estrogen deficiency caused by ovariectomy (OVX) results in a marked bone loss due to stimulated bone resorption by osteoclasts. During our investigations of the pathogenesis of bone loss in estrogen deficiency, we found that OVX selectively stimulates B-lymphopoiesis which results in marked accumulation of B220-positive pre-B cells in mouse bone marrow. To examine the possible correlation between stimulated B-lymphopoiesis and bone loss, 8-week-old female mice were treated with interleukin (IL) 7, which stimulates B-lymphopoiesis in bone marrow. We also examined bone mass in IL-7 receptor-knockout mice that exhibit marked suppression of B-lymphopoiesis in the bone marrow. The increased B-lymphopoiesis induced by IL-7 administration resulted in marked bone loss by stimulation of osteoclastic bone resorption in mice with intact ovarian function. The changes in both B-lymphopoiesis and bone mass in IL-7-treated female mice were similar to those in age-matched OVX mice. In contrast, the trabecular bone volume of the femur was greatly increased in both female and male IL-7 receptor-knockout mice when compared with the respective wild-type and heterozygous littermates. These results show that the perturbation of B-lymphopoiesis in the bone marrow is closely linked to the change in bone mass. We propose here that the increased B-lymphopoiesis due to estrogen deficiency is involved in the mechanism of stimulated bone resorption.

Estrogen withdrawal and liver fat accumulation : contribution of hepatic VLDL-TG production and effect of exercise training

L’accumulation de triglycérides (TG) dans les hépatocytes est caractéristique de la stéatose hépatique non-alcoolique (SHNA). Cette dernière se produit dans diverses conditions dont le facteur commun est le métabolisme anormal des lipides. Le processus conduisant à l'accumulation des lipides dans le foie n’a pas encore été totalement élucidé. Toutefois, des lipides s'accumulent dans le foie lorsque les mécanismes qui favorisent leur exportation (oxydation et sécrétion) sont insuffisants par rapport aux mécanismes qui favorisent leur importation ou leur biosynthèse. De nos jours il est admis que la carence en œstrogènes est associée au développement de la stéatose hépatique. Bien que les résultats des études récentes révèlent l'implication des hormones ovariennes dans l'accumulation de lipides dans le foie, les mécanismes qui sous-tendent ce phénomène doivent encore être étudiés. En conséquence, les trois études présentées dans cette thèse ont été menées sur des rates ovariectomizées (Ovx), comme modèle animal de femmes post-ménopausées, pour étudier les effets du retrait des œstrogènes sur le métabolisme des lipides dans le foie, en considérant l'entraînement physique comme étant un élément positif pouvant contrecarrer ces effets. Il a été démontré que l'entraînement physique peut réduire l'accumulation de graisses dans le foie chez les rates Ovx. Dans la première étude, nous avons montré que chez les rates Ovx nourries à la diète riche en lipides (HF), les contenus de TG hépatiques étaient élevées (P < 0.01) comparativement aux rates Sham, 5 semaines après la chirurgie. Le changement de la diète HF par la diète standard (SD) chez les rates Sham a diminué l’accumulation de lipides dans le foie. Toutefois, chez les rates Ovx, 8 semaines après le changement de la HF par la SD le niveau de TG dans le foie était maintenu aussi élevé que chez les rates nourries continuellement avec la diète HF. Lorsque les TG hépatiques mesurés à la 13e semaine ont été comparés aux valeurs correspondant au retrait initial de la diète HF effectué à la 5e semaine, les niveaux de TG hépatiques chez les animaux Ovx ont été maintenus, indépendamment du changement du régime alimentaire; tandis que chez les rats Sham le passage à la SD a réduit (P < 0.05) les TG dans le foie. Les mêmes comparaisons avec la concentration des TG plasmatiques ont révélé une relation inverse. Ces résultats suggèrent que la résorption des lipides au foie est contrée par l'absence des œstrogènes. Dans cette continuité, nous avons utilisé une approche physiologique dans notre seconde étude pour investiguer la façon dont la carence en œstrogènes entraîne l’accumulation de graisses dans le foie, en nous focalisant sur la voie de l'exportation des lipides du foie. Les résultats de cette étude ont révélé que le retrait des œstrogènes a entraîné une augmentation (P < 0.01) de l’accumulation de lipides dans le foie en concomitance avec la baisse (P < 0.01) de production de VLDL-TG et une réduction l'ARNm et de la teneur en protéines microsomales de transfert des triglycérides (MTP). Tous ces effets ont été corrigés par la supplémentation en œstrogènes chez les rates Ovx. En outre, l'entraînement physique chez les rates Ovx a entraîné une réduction (P < 0.01) de l’accumulation de lipides dans le foie ainsi qu’une diminution (P < 0.01) de production de VLDL-TG accompagnée de celle de l'expression des gènes MTP et DGAT-2 (diacylglycérol acyltransférase-2). Des études récentes suggèrent que le peptide natriurétique auriculaire (ANP) devrait être au centre des intérêts des recherches sur les métabolismes énergétiques et lipidiques. Le ANP est relâché dans le plasma par les cellules cardiaques lorsque stimulée par l’oxytocine et exerce ses fonctions en se liant à son récepteur, le guanylyl cyclase-A (GC-A). En conséquence, dans la troisième étude, nous avons étudié les effets du blocage du système ocytocine-peptide natriurétique auriculaire (OT-ANP) en utilisant un antagoniste de l’ocytocine (OTA), sur l'expression des gènes guanylyl cyclase-A et certains marqueurs de l’inflammation dans le foie de rates Ovx. Nous avons observé une diminution (P < 0.05) de l’ARNm de la GC-A chez les rates Ovx et Sham sédentaires traitées avec l’OTA, tandis qu’une augmentation (P < 0.05) de l'expression de l’ARNm de la protéine C-réactive (CRP) hépatique a été notée chez ces animaux. L’exercice physique n'a apporté aucun changement sur l'expression hépatique de ces gènes que ce soit chez les rates Ovx ou Sham traitées avec l’OTA. En résumé, pour expliquer l’observation selon laquelle l’accumulation et la résorption de lipides dans le foie dépendent des mécanismes associés à des niveaux d’œstrogènes, nos résultats suggèrent que la diminution de production de VLDL-TG induite par une déficience en œstrogènes, pourrait être un des mecanismes responsables de l’accumulation de lipides dans le foie. L’exercice physique quant à lui diminue l'infiltration de lipides dans le foie ainsi que la production de VLDL-TG indépendamment des niveaux d'œstrogènes. En outre, l'expression des récepteurs de l’ANP a diminué par l'OTA chez les rates Ovx et Sham suggérant une action indirecte de l’ocytocine (OT) au niveau du foie indépendamment de la présence ou non des estrogènes. L’axe ocytocine-peptide natriurétique auriculaire, dans des conditions physiologiques normales, protègerait le foie contre l'inflammation à travers la modulation de l’expression de la GC-A.

Effect of estrogen therapy, soy isoflavones, and the combination therapy on the submandibular gland of ovariectomized rats

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Evaluation of different periods of estrogen replacement onset in the tibia of ovariectomized rats

Background and aims Estrogen deficiency results in increased bone turnover and can lead to osteoporosis. Hormone replacement therapy (HRT) seems to be the most effective means of reducing bone loss and fractures. However, the effects of the period of HRT onset on bone tissue require further elucidation. This study aimed to evaluate the effects of different periods of HRT onset on the trabecular bone of ovariectomized rats.Methods Seventy-five ovariectomized Wistar rats were divided into five groups according to the onset of treatment. Each group was subdivided into experimental (E; n = 10) and control (C; n = 5), according to treatment with 17-beta-estradiol or vehicle alone (soybean oil), respectively, administered subcutaneously. The first group received treatment immediately post-surgery, while treatment in the remaining groups was initiated 1, 2, 3 and 4 weeks post-surgery. Euthanasia occurred at 9 weeks post-surgery. The left tibias were removed and prepared for histomorphometric analyses. The histomorphometric results were statistically analyzed by the Student's t test (p < 0.05).Results The percentage of trabecular bone was significantly greater in the first (p = 0.002) and second (p = 0.039) experimental subgroups compared with the control for the same period. In the experimental subgroups, the percentage of trabecular bone decreased according to the delay in HRT onset and was statistically significant (t = 3.367; p = 0.0023).Conclusion These findings indicate an increase in trabecular bone loss in tibia at 9 weeks post-ovariectomy. The period of HRT/E onset is important for preventing bone loss; however, despite its preventive effects, HRT/E does not restore lost bone.

Mice lacking β-Adrenergic receptors have increased bone mass but are not protected from deleterious skeletal effects of ovariectomy

Activation of β2-adrenergic receptors inhibits osteoblastic bone formation and enhances osteoclastic bone resorption. Whether β-blockers inhibit ovariectomy-induced bone loss and decrease fracture risk remains controversial. To further explore the role of β-adrenergic signaling in skeletal acquisition and response to estrogen deficiency, we evaluated mice lacking the three known β-adrenergic receptors (β-less). Body weight, percent fat, and bone mineral density were significantly higher in male β-less than wild-type (WT) mice, more so with increasing age. Consistent with their greater fat mass, serum leptin was significantly higher in β-less than WT mice. Mid-femoral cross-sectional area and cortical thickness were significantly higher in adult β-less than WT mice, as were femoral biomechanical properties (+28 to +49%, P < 0.01). Young male β-less had higher vertebral (1.3-fold) and distal femoral (3.5-fold) trabecular bone volume than WT (P < 0.001 for both) and lower osteoclast surface. With aging, these differences lessened, with histological evidence of increased osteoclast surface and decreased bone formation rate at the distal femur in β-less vs. WT mice. Serum tartrate-resistance alkaline phosphatase-5B was elevated in β-less compared with WT mice from 8–16 wk of age (P < 0.01). Ovariectomy inhibited bone mass gain and decreased trabecular bone volume/total volume similarly in β-less and WT mice. Altogether, these data indicate that absence of β-adrenergic signaling results in obesity and increased cortical bone mass in males but does not prevent deleterious effects of estrogen deficiency on trabecular bone microarchitecture. Our findings also suggest direct positive effects of weight and/or leptin on bone turnover and cortical bone structure, independent of adrenergic signaling.

Carence en œstrogènes et bases moléculaires du métabolisme des triglycérides et du cholestérol dans le foie et l'intestin : effet de l'exercice physique

La stéatose hépatique et la détérioration du profil lipidique plasmatique sont des pathologies métaboliques favorisées par la carence œstrogénique post-ménopausique. Cependant les mécanismes à la base de ces pathologies n’ont été que très peu étudiés. Le but de cette thèse a été d’investiguer les mécanismes moléculaires possibles à l’origine de l’hypercholestérolémie et de l’accumulation des lipides (triglycérides : TG et cholestérol) dans le foie en utilisant un modèle animal de la ménopause, la rate Sprague Dawley ovariectomisée (Ovx). Nous avons également examiné si le changement des habitudes de vie comme la pratique de l’exercice physique pouvait prévenir ou corriger les modifications induites par l’Ovx. Enfin, rosuvastatine (statine) a été utilisée comme thérapie pharmacologique de l’hypercholestérolémie dans le but de comprendre son effet au niveau moléculaire chez la rate Ovx. L’objectif de la première étude était de déterminer comment l’Ovx peut affecter les niveaux de TG et de cholestérol dans le foie des rates nourries avec une diète riche en lipides (HF : 42% gras). Les rates ont été soumises à la diète HF ou normale pendant 6 semaines avant d’être Ovx ou Sham (ovariectomie simulée), puis maintenues aux mêmes conditions diététiques pour 6 autres semaines. L’Ovx a provoqué une accumulation de TG dans le foie, mais pas la diète HF seule. Cependant, lorsque l’Ovx était combinée à la diète HF, l’accumulation des TG était beaucoup plus importante comparé à ce qui était observé chez les rates Ovx soumises à la diète normale. L’expression génique (ARNm) de CPT1 (Carnitine palmitoyltransferase 1), PGC1α (Peroxisome proliferator-activated receptor gamma, coactivator 1) et PPARα (Peroxysome proliferetor activated receptor alpha) intervenant dans l’oxydation des acides gras dans le foie était augmentée par la diète HF (p ˂ 0.001; p ˂ 0.01; p ˂ 0.05 respectivement) ; mais atténuée (p ˂ 0.05; p ˂ 0.05; p ˂ 0.07 respectivement) lorsque les rates ont été Ovx, favorisant ainsi l’accumulation des TG dans le foie. La combinaison de la diète HF à l’Ovx a également provoqué une hypercholestérolémie et une accumulation de cholestérol dans le foie malgré la diminution de l’expression de la HMGCoA-r (3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase), enzyme clé de la synthèse du cholestérol. Ceci était associé à l’inhibition de l’expression génique de CYP7a1 (Cytochrome P450, family 7, subfamily a, polypeptide 1), suggérant une diminution de la synthèse des acides biliaires. Ayant constaté dans la première étude que l’Ovx élevait les niveaux de cholestérol hépatique et plasmatique, nous nous sommes fixés comme objectif dans la deuxième étude d’évaluer les effets de l’Ovx sur l’expression génique des transporteurs et enzymes responsables du métabolisme du cholestérol et des acides biliaires dans le foie et l’intestin, et de vérifier si l’exercice sur tapis roulant pouvait prévenir ou corriger les changements causés par l’Ovx. L’hypercholestérolémie constatée chez les rates Ovx comparativement aux Sham était accompagnée de la diminution de l’expression génique des récepteurs des LDL (R-LDL), des résidus de lipoprotéines (LRP1), de SREBP-2 (Sterol regulatory element binding protein 2) et de PCSK9 (Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) dans le foie, suggérant une défaillance dans la clairance des lipoprotéines plasmatiques. L’Ovx a aussi inhibé l’expression génique de la MTP (Microsomal triglyceride transfer protein) et stimulé celle de SR-B1 (Scavenger receptor class B, member 1); mais aucun changement n’a été observé avec CYP7a1. Ces changements moléculaires pourraient par conséquent favoriser l’accumulation de cholestérol dans le foie. L’exercice physique n’a pas corrigé les modifications causées par l’Ovx sur l’expression génique de ces molécules au niveau hépatique à l’exception de SREBP-2. Par contre, au niveau intestinal (iléum), l’exercice sur tapis roulant a inhibé l’expression génique des marqueurs moléculaires intervenant dans l’absorption des acides biliaires (OSTα/β, FXR, RXRα, Fgf15) et du cholestérol (LXRα, NCP1L1) au niveau de l’iléum chez les rates Sham entraînées. Ces adaptations pourraient prévenir le développement de l’hypercholestérolémie protégeant en partie contre la survenue de l’athérosclérose. Au vue des effets délétères (hypercholestérolémie et diminution de l’expression du R-LDL, PCSK9, LRP1, SREBP-2 et HMGCOA-r dans le foie) causés par l’Ovx sur le métabolisme du cholestérol constatés dans l’étude 2, la 3ième étude a été conçue pour évaluer l’efficacité de rosuvastatine (Ros) sur l’expression génique de ces marqueurs moléculaires chez les rates Ovx sédentaires ou soumises à l’entraînement volontaire. Ros a été administrée aux rates Ovx pendant 21 jours par voie sous-cutanée à la dose de 5mg/kg/j à partir de la 9ième semaine après l’Ovx. Ros n’a pas diminué la concentration plasmatique de LDL-C et de TC chez les rates Ovx. Par contre, Ros a stimulé (P ˂ 0.05) l’expression génique de PCSK9, SREBP-2, LRP1, HMGCoA-r et ACAT2 (Acyl-CoA cholesterol acyltransferase) mais pas significativement (P = 0.3) celle du R-LDL dans le foie des rates Ovx sédentaires et entraînées. Ros n’a pas réduit la concentration plasmatique de LDL-C probablement à cause de l’induction plus importante de PCSK9 par rapport au R-LDL. Cependant, la stimulation de LRP1 par Ros protège partiellement contre la survenue des maladies cardiovasculaires. En conclusion, les études de cette thèse indiquent que la baisse du niveau des œstrogènes entraîne des changements radicaux du métabolisme hépatique des TG et du cholestérol provoqués par des altérations de l’expression des gènes clés des voies métaboliques associées.

Influência do tratamento com ácido lipoico sobre o metabolismo ósseo e perfil antioxidante de mulheres na perimenopausa

Bone is a dynamic tissue that is in constant process of remodeling in response to mechanical stress and hormonal changes. This study aimed to understand the relationship between the biochemical changes, which women in the menopausal transition are subject to, and how the use of an alternative therapy with lipoic acid (LA) could influence these changes. The study of double-blind, was carried out in perimenopausal women that underwent a three month treatment with 600 mg of AL compared with another group that received placebo during the same period. This study showed that women had a waist circunference and body mass index above the values recommended by WHO (WC ≥ 80 cm; BMI > 25kg/m2). Associated with this, these women had increased concentrations of total cholesterol and triglycerides, and borderline LDL (Total Cholesterol > 200mg/dL; Triglycerides > 150mg/dL; LDL >130mg/dL). These changes were not affected by treatment with AL. There were no shifts in liver profile (ALT, AST and GGT), kidney profile (urea, creatinine, total protein and albumin), mineral profile (Total Calcium, Ionized Calcium, Phosphorus and Magnesium) as well in bone markers (osteocalcin, Total Alkaline Phosphatase and Tartrate Resistant Acid Phosphatase) after treatment with LA. The results of the oxidative profile showed that treatment with LA decreased GPx activity (p < 0,01), while for the TBARS, GSH and SOD activity there were no differences. With regard to SOD, this enzyme will submit to be high in the placebo group after 3 months of study (p<0,05). The expression of RANKL mRNA was reduced (p < 0,05) and of RANK increased (p <0.001), after treatment with LA, while the expression of IL-6 and TNF-ɑ genes were no changed. We conclude that women already in the perimenopause stage have changes in lipid profile and body composition that could induce shifts in oxidative and bone metabolism. However, LA treatment has provided an effective effect in the oxidative and bone profile since the earliest markers such as GPx activity and mRNA expression of RANKL, respectively, were reduced associated with no change in SOD activity. These results suggest a beneficial and protective effect of LA, indicating it potential as an alternative treatment to help the to prevent the complications associated with estrogen deficiency

Effect of estradiol benzoate microinjection into the median raphe nucleus on contextual conditioning

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)