Suggestive linkage of 2p22-25 and 11q12-13 with low bone mineral density at the lumbar spine in the Irish population

Osteoporosis is a disease characterized by low bone mineral density (BMD) and poor bone quality. Peak bone density is achieved by the third decade of life, after which bone is maintained by a balanced cycle of bone resorption and synthesis. Age-related bone loss occurs as the bone resorption phase outweighs the bone synthesis phase of bone metabolism. Heritability accounts for up to 90% of the variability in BMD. Chromosomal loci including 1p36, 2p22-25, 11q12-13, parathyroid hormone receptor type 1 (PTHR1), interleukin-6 (IL-6), interleukin 1 alpha (IL-1α) and type II collagen A1/vitamin D receptor (COL11A1/VDR) have been linked or shown suggestive linkage with BMD in other populations. To determine whether these loci predispose to low BMD in the Irish population, we investigated 24 microsatellite markers at 7 chromosomal loci by linkage studies in 175 Irish families of probands with primary low BMD (T-score ≤ -1.5). Nonparametric analysis was performed using the maximum likelihood variance estimation and traditional Haseman-Elston tests on the Mapmaker/Sibs program. Suggestive evidence of linkage was observed with lumbar spine BMD at 2p22-25 (maximum LOD score 2.76) and 11q12-13 (MLS 2.55). One region, 1p36, approached suggestive linkage with femoral neck BMD (MLS 2.17). In addition, seven markers achieved LOD scores > 1.0, D2S149, D11S1313, D11S987, D11S1314 including those encompassing the PTHR1 (D3S3559, D3S1289) for lumbar spine BMD and D2S149 for femoral neck BMD. Our data suggest that genes within a these chromosomal regions are contributing to a predisposition to low BMD in the Irish population.

Genetic control of bone density and turnover: Role of the collagen 1α1, estrogen receptor, and vitamin D receptor genes

Genetic factors are known to influence both the peak bone mass and probably the rate of change in bone density. A range of regulatory and structural genes has been proposed to be involved including collagen 1α1 (COL1A1), the estrogen receptor (ER), and the vitamin D receptor (VDR), but the actual genes involved are uncertain. We therefore studied the role of the COL1A1 and VDR loci in control of bone density by linkage in 45 dizygotic twin pairs and 29 nuclear families comprising 120 individuals. The influences on bone density of polymorphisms of COL1A1, VDR, and ER were studied by association both cross-sectionally and longitudinally in 193 elderly postmenopausal women (average age, 69 years) over a mean follow-up time of 6.3 years. Weak linkage of the COL1A1 locus with bone density was observed in both twins and families (p = 0.02 in both data sets), confirming previous observations of linkage of this locus with bone density. Association between the MscI polymorphism of COL1A1 and rate of lumbar spine bone loss was observed with significant gene-environment interaction related to dietary calcium intake (p = 0.0006). In the lowest tertile of dietary calcium intake, carriers of "s" alleles lost more bone than "SS" homozygotes (p = 0.01), whereas the opposite was observed in the highest dietary calcium intake (p = 0.003). Association also was observed between rate of bone loss at both the femoral neck and the lumbar spine and the TaqI VDR polymorphism (p = 0.03). This association was strongest in those in the lowest tertile of calcium intake, also suggesting the presence of gene-environment interaction involving dietary calcium and VDR, influencing bone turnover. No significant association was observed between the PvuII ER polymorphism alone or in combination with VDR or COL1A1 genotypes, with either bone density or its rate of change. These data support the involvement of COL1A1 in determination of bone density and the interaction of both COL1A1 and VDR with calcium intake in regulation of change of bone density over time.

Associations of gene polymorphisms and nutrition with calcium homeostasis and bone mineral density : Studies on skeletal nutrigenetics

Heredity explains a major part of the variation in calcium homeostasis and bone strength, and the susceptibility to osteoporosis is polygenetically regulated. Bone phenotype results from the interplay between lifestyle and genes, and several nutritional factors modulate bone health throughout life. Thus, nutrigenetics examining the genetic variation in nutrient intake and homeostatic control is an important research area in the etiology of osteoporosis. Despite continuing progress in the search for candidate genes for osteoporosis, the results thus far have been inconclusive. The main objective of this thesis was to investigate the associations of lactase, vitamin D receptor (VDR), calcium sensing receptor (CaSR) and parathyroid hormone (PTH) gene polymorphisms and lifestyle factors and their interactions with bone health in Finns at varying stages of the skeletal life span. Markers of calcium homeostasis and bone remodelling were measured from blood and urine samples. Bone strength was measured at peripheral and central bone sites. Lifestyle factors were assessed with questionnaires and interviews. Genetic lactase non-persistence (the C/C-13910 genotype) was associated with lower consumption of milk from childhood, predisposing females in particular to inadequate calcium intake. Consumption of low-lactose milk and milk products was shown to decrease the risk for inadequate calcium intake. In young adulthood, bone loss was more common in males than in females. Males with the lactase C/C-13910 genotype may be more susceptible to bone loss than males with the other lactase genotypes, although calcium intake predicts changes in bone mass more than the lactase genotype. The BsmI and FokI polymorphisms of the VDR gene were associated with bone mass in growing adolescents, but the associations weakened with age. In young adults, the A986S polymorphism of the calcium sensing receptor gene was associated with serum ionized calcium concentrations, and the BstBI polymorphism of the parathyroid gene was related to bone strength. The FokI polymorphism and sodium intake showed an interaction effect on urinary calcium excretion. A novel gene-gene interaction between the VDR FokI and PTH BstBI gene polymorphisms was found in the regulation of PTH secretion and urinary calcium excretion. Further research should be carried out with more number of Finns at varying stages of the skeletal life span and more detailed measurements of bone strength. Research should concern mechanisms by which genetic variants affect calcium homeostasis and bone strength, and the role of diet-gene and gene-gene interactions in the pathogenesis of osteoporosis.

Síndrome de Kelly

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Medicina Dentária

Enxertos de dente particulado

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Medicina Dentária

A novel device to measure acetabular inclination with patients in lateral decubitus

The ability to measure acetabular cup orientation accurately during total hip arthroplasty represents a significant challenge. The aim of this research was to develop and evaluate a novel low cost mechanical device for measuring operative acetabular inclination. Cup implantation was simulated in two trials using the novel device: firstly involving surgeons and engineers orientating acetabular cups with sawbone pelves at a range of inclination angles (20°-55° in 5° increments); secondly in a simulated intra-operative scenario with surgeons. Target angles were compared with achieved angles and deviations from desired angles were recorded. In addition, all participants orientated cups under the same conditions using two other techniques: freehand and with a propriatory Mechanical Alignment Guide. In the first trial, the mean errors (deviations) using freehand technique, the mechanical alignment guide and the new device were 5.2° +/- 4.3° (range 0.1-22.0), 3.6° +/- 3.9° (range 0.1°-33.6°) and 0.5° +/- 0.4° (range 0.0-1.9) respectively. In the second trial, the mean error for freehand technique, mechanical alignment guide and the new device were 6.2° +/- 4.2° (range 0.2-18.2), 3.8° +/- 3.3° (range 0.0-19.1) and 0.6° +/- 0.5° (range 0.0-1.8) respectively. The new device has the potential to allow the surgeon to choose and record operative inclination accurately during total hip arthroplasty in the lateral decubitus position.

Acceleration Measurements in Reduced Gravity

Thesis (Master's)--University of Washington, 2013

Role of SPARC in Bone Remodeling and Cancer‐Related Bone Metastasis

There is a growing socioeconomic recognition that clinical bone diseases such as bone infections, bone tumors and osteoporotic bone loss mainly associated with ageing, are major issues in today0s society. SPARC (secreted protein, acidic and rich in cysteine), a matricellular glycoprotein, may be a promising therapeutic target for preventing or treating bone‐related diseases. In fact, SPARC is associated with tissue remodeling, repair, development, cell turnover, bone mineralization and may also participate in growth and progression of tumors, namely cancer‐related bone metastasis. Yet, the function of SPARC in such biological processes is poorly understood and controversial. The main objective of this work is to review the current knowledge related to the activity of SPARC in bone remodeling, tumorigenesis, and bone metastasis. Progress in understanding SPARC biology may provide novel strategies for bone regeneration and the development of anti‐angiogenic, anti‐proliferative, or counter‐adhesive treatments specifically against bone metastasis.

Flexible Multibody Simulation Approach in the Dynamic Analysis of Bone Strains Activity

The objective of this study is to show that bone strains due to dynamic mechanical loading during physical activity can be analysed using the flexible multibody simulation approach. Strains within the bone tissue play a major role in bone (re)modeling. Based on previous studies, it has been shown that dynamic loading seems to be more important for bone (re)modeling than static loading. The finite element method has been used previously to assess bone strains. However, the finite element method may be limited to static analysis of bone strains due to the expensive computation required for dynamic analysis, especially for a biomechanical system consisting of several bodies. Further, in vivo implementation of strain gauges on the surfaces of bone has been used previously in order to quantify the mechanical loading environment of the skeleton. However, in vivo strain measurement requires invasive methodology, which is challenging and limited to certain regions of superficial bones only, such as the anterior surface of the tibia. In this study, an alternative numerical approach to analyzing in vivo strains, based on the flexible multibody simulation approach, is proposed. In order to investigate the reliability of the proposed approach, three 3-dimensional musculoskeletal models where the right tibia is assumed to be flexible, are used as demonstration examples. The models are employed in a forward dynamics simulation in order to predict the tibial strains during walking on a level exercise. The flexible tibial model is developed using the actual geometry of the subject’s tibia, which is obtained from 3 dimensional reconstruction of Magnetic Resonance Images. Inverse dynamics simulation based on motion capture data obtained from walking at a constant velocity is used to calculate the desired contraction trajectory for each muscle. In the forward dynamics simulation, a proportional derivative servo controller is used to calculate each muscle force required to reproduce the motion, based on the desired muscle contraction trajectory obtained from the inverse dynamics simulation. Experimental measurements are used to verify the models and check the accuracy of the models in replicating the realistic mechanical loading environment measured from the walking test. The predicted strain results by the models show consistency with literature-based in vivo strain measurements. In conclusion, the non-invasive flexible multibody simulation approach may be used as a surrogate for experimental bone strain measurement, and thus be of use in detailed strain estimation of bones in different applications. Consequently, the information obtained from the present approach might be useful in clinical applications, including optimizing implant design and devising exercises to prevent bone fragility, accelerate fracture healing and reduce osteoporotic bone loss.

The effect of 17-B estradiol therapy on bone mineral density and structure of alveolar bone in the ovariectomized rat model of postmenopausal osteoporosis

The ovariectomized (OVX) rat, a preclinical model for studying postmenopausal bone loss, may also be used to study differences in alveolar bone (AB). The objectives of this study were to quantify the differences in AB following estrogen replacement therapy (ERT), and to investigate the relationship between AB structure and density, and trabecular bone at the femoral neck (FN) and third lumbar vertebral body (LB3). Estrogen treated rats had a higher bone volume fraction (BV/TV) at the AB region (9.8% P < 0.0001), FN (12% P < 0.0001), and LB3 (11.5% P < 0.0001) compared to the OVX group. BV/TV of the AB was positively correlated with the BV/TV at the FN (r = 0.69 P < 0.0001) and the LB3 (r = 0.75 P < 0.0001). The trabecular number (Tb.N), trabecular separation (Tb.Sp), and structure model index (SMI) were also positively correlated (P < 0.05) between the AB and FN (r = 0.42, 0.49, and 0.73, respectfully) and between the AB and LB3 (r = 0.44, 0.63, and 0.69, respectfully). Given the capacity of AB to respond to ERT, future preclinical drug/nutritional intervention studies aimed at improving skeletal health should include the AB as a region of interest (ROI).

Évaluation biomécanique de la locomotion à la suite d'une arthroplastie de la hanche

Depuis les dernières années, la prévalence de personnes souffrant de dégénérescence des cartilages articulaires, communément appelée ostéoarthrite (OA), ne cesse d’augmenter. Les douleurs articulaires et les raideurs musculaires associées à cette pathologie mènent à des limitations des capacités fonctionnelles, à une perte de mobilité et d’autonomie affectant grandement la qualité de vie de ces personnes. Afin de soulager les personnes souffrant de cette pathologie, l’arthroplastie de la hanche est une procédure chirurgicale fréquemment utilisée. À la suite de cette chirurgie, une amélioration de la qualité de vie et une reprise des capacités fonctionnelles sont souvent observées. Cependant, comparativement à des sujets sains, la vitesse de marche est diminuée, une faiblesse des muscles abducteurs de la hanche est constatée et des mouvements compensatoires au niveau du tronc sont persistants. L’objectif de cette thèse est d’évaluer le patron locomoteur chez des patients qui subiront une arthroplastie de la hanche. Plus spécifiquement, les adaptations locomotrices pré et post-opératoires seront quantifiées dans le but d’apporter des modifications aux programmes de réhabilitation pour ainsi favoriser un patron locomoteur sans déficit. Afin de répondre à cet objectif, trois études distinctes ont été effectuées. Dans le cadre de la première étude, l’impact de l’implantation d’une prothèse totale de la hanche avec une tête fémorale de large diamètre et une prothèse de resurfaçage a été évalué par rapport aux sujets sains lors de la locomotion. Au cours de cette étude, le contrôle du tronc a été analysé en utilisant la distance entre le centre de masse corporel et le centre articulaire de la hanche opérée. Suite aux résultats obtenus, aucune différence majeure n’existe entre les deux types de prothèses en ce qui a trait au contrôle du tronc et ce, à un an post-opératoire. Lors de la deuxième étude, la symétrie des paramètres biomécaniques des membres inférieurs lors de la locomotion chez des patients ayant bénéficié de l’implantation d’une prothèse de la hanche a été caractérisée suite à un programme d’exercices péri-opératoires (pré et post-opératoire). Lors de cette étude, le programme d’exercices péri-opératoires était complémentaire au protocole de réadaptation du centre hospitalier. D’après les résultats obtenus lors de cette étude exploratoire, ce programme d’exercices péri-opératoires semble permettre d’améliorer la symétrie de la puissance et du travail musculaire au niveau de la hanche, du genou et de la cheville favorisant ainsi un patron de marche avec de minimes compensations. Finalement, dans le cadre de la troisième étude, l’approche prédictive et l’approche fonctionnelle, utilisées pour localiser le centre articulaire de la hanche, ont été comparées aux mesures radiographiques, chez des patients à la suite d’un remplacement articulaire de la hanche. À la suite de cette étude, les résultats démontrent que l’utilisation de l’approche fonctionnelle est plus appropriée chez des patients ayant bénéficié d’une arthroplastie de la hanche. En effet, cette approche individualisée est plus précise ce qui, par conséquent, permettra d’obtenir des résultats de plus grande qualité lors d’analyses biomécaniques de la locomotion.

Characterization of in vivo vertebral growth modulation by shape memory alloy staples on a porcine model for the correction of the scoliosis

La recherche de nouvelles voies de correction de la scoliose idiopathique a une longue histoire. Le traitement conventionnel de la scoliose idiopathique est présenté par le port du corset ou par la correction opératoire de la déformation. Depuis leur introduction, les deux méthodes ont prouvé leur efficacité. Cependant, malgré des caractéristiques positives évidentes, ces méthodes peuvent causer un nombre important d'effets indésirables sur la santé du patient. Les techniques sans fusion pour le traitement de la scoliose semblent être une alternative perspective de traitement traditionnel, car ils apportent moins de risques et des complications chirurgicales que les méthodes conventionnelles avec la conservation de la mobilité du disque intravertébral. Cependant, l'utilisation de techniques mentionnées exige une connaissance profonde de la modulation de croissance vertébrale. L'objectif principal de la présente étude est d'estimer le potentiel d'agrafes à l’AMF de moduler la croissance des vertèbres porcines en mesurant la croissance osseuse sur la plaque de croissance de vertèbres instrumentées en comparaison avec le groupe contrôle. La méthode est basée sur la loi de Hueter-Volkmann. Nous avons choisi NiTi agrafes à l’AMF pour notre étude et les porcs de race Landrace comme un animal expérimental. Les agrafes ont été insérés sur 5 niveaux thoracique de T6 à T11. En outre, les radiographies ont été prises toutes les 2 semaines. La présence d'agrafes en alliage à mémoire de forme a produit la création de courbes scoliotiques significatives dans 4 de 6 animaux chargés et le ralentissement considérable de la croissance osseuse (jusqu'à 35,4%) comparativement aux groupes contrôle et sham. L'étude a démontré in vivo le potentiel d'agrafes en alliage à mémoire de formes de moduler la croissance des vertèbres en créant des courbes scoliotiques sur les radiographies et en ralentissant le taux de croissance sur les plaques de croissance instrumenté. La position précise de l'agrafe est essentielle pour la modulation de croissance osseuse et le développement de la scoliose expérimentale.

Relargage d’ions métalliques après l’arthroplastie de la hanche à grand diamètre avec couple de frottement métal sur métal

La dégénérescence articulaire sévère de la hanche est une pathologie fréquente et son traitement ultime est le remplacement prothétique. L’arthroplastie la plus répandue au monde est la prothèse totale de hanche (PTH) avec un couple de frottement métal-sur-polyéthylène (MPE). Cependant ce type d’intervention présente une longévité limitée à cause de l’usure de PE et ne convient pas aux patients actifs souffrant de coxarthrose sévère tôt dans leur vie. Afin de palier à ce problème, une nouvelle génération de surfaces de frottement métal-sur-métal (MM) est actuellement employée. Ces surfaces de frottement sont utilisées en PTH avec tête de 28 mm, en resurfaçage (RH) et avec la PTH à tête de grand diamètre. Alors qu’il y a beaucoup d’évidence à l’égard du bon fonctionnement des implants PTH 28 mm et du RH, les données quant aux performances in vivo des PTH MM à grand diamètre manquent. Malgré cela, ces implants sont utilisés à grande échelle. Dans un premier temps, l’objectif de ce travail de recherche était d’évaluer l’effet et de comparer les taux d’ions chrome (Cr) et cobalt (Co) chez des sujets porteurs de PTH MM à grand diamètre à ceux de 64 porteurs de RH, tous deux possédant des surfaces de frottement aux propriétés tribologiques identiques. Dans un deuxième temps, nous avons comparé les taux ioniques (Cr, Co et titane (Ti)) entre quatre PTH MM à grand diamètre provenant de fabricants différents (Zimmer, DePuy, Smith & Nephew et Biomet). Les mesures d’ions étaient effectuées dans le sang entier dans un laboratoire indépendant par la technique de spectrophotométrie de masse à haute résolution HR-ICP-MS, pour l’ensemble de ce travail de recherche. Les deux comparaisons ont démontré le rôle crucial joué par la modularité au niveau de la jonction tête-col des PTH MM à grand diamètre. En effet, des écarts considérables dans les concentrations ioniques de Co ont été retrouvés entre les RH et PTH Durom ayant un couple de frottement identique, ainsi qu’entre les 4 différents designs de PTH MM à grand diamètre comparés entre eux. La PTH MM à grand diamètre Durom était la moins favorable alors que celle de Biomet était la plus performante. Nos observations démontrent que des sources inattendues comme la jonction tête-col de certains implants PTH MM à grand diamètre peuvent contribuer au relargage ionique systémique. Une meilleure compréhension de ce phénomène est indispensable avant l’utilisation clinque de nouveaux implants de ce type.

Transfusión sanguínea: factores asociados a su manejo en artroplastia electiva de cadera o rodilla

El objetivo de este estudio es identificar los factores asociados al manejo de las transfusiones sanguíneas determinando su pertinencia y efectos en los pacientes sometidos a artroplastia electiva de cadera o rodilla para generar conocimiento que permita racionalizar el uso de estos productos. Se trata de un estudio metodológico cuantitativo, de casos y controles, con una descripción complementaria de los efectos subsecuentes del evento. Se incluyen pacientes sometidos a artroplastia primaria unilateral de cadera o artroplastia de rodilla, entre enero del 2004 y septiembre del 2008 en el Hospital Occidente de Kennedy. Se evaluaron un total de 305 historias, 144 casos y 161 controles y en el análisis de regresión logístico la hemoglobina pre quirúrgica y el tipo de cirugía se mostraron significativas aún con el ajuste de las otras variables.

Resultados en reducción abierta de cadera por via interna: necrosis avascular y concordancia interobservador

Introducción: la luxación típica de la cadera es una patología con alta incidencia, de ahí la necesidad de métodos efectivos para lograr una reducción de esta. Han surgido varios métodos de reducción, uno de estos métodos es la reducción abierta por vía interna. Metodología Estudió descriptivo retrospectivo, incluyo los casos operados de reducción abierta por vía interna en el Instituto de Ortopedia Infantil Roosevelt y Clínica Jorge Piñeros Corpas por uno de los tutores, desde enero de 2006 hasta junio de 2011, valorando estas caderas según los criterios de Salter de necrosis avascular (NAV), con un seguimiento mínimo de 18 meses. Se evaluó la concordancia interobservador para la clasificación de Salter en tres ortopedistas infantiles. Resultados Se evaluaron 20 caderas en 16 pacientes a los que se realizo reducción abierta de luxación típica de cadera por vía interna. El 40 % de las caderas presentaron NAV, el 75% de estas caderas presentan NAV tipo I según la clasificación de Kalamchi. El índice Kappa para la clasificación de Salter en tres ortopedistas infantiles fue 0.6. Discusión El abordaje por vía interna para la reducción de luxación de cadera típica en niños menores de 18 meses es una alternativa más para el manejo de estos pacientes, que puede producir NAV en la cadera, pero esta NAV es tipo I de Kalamchi en la mayoría de casos. La reproducibilidad de la radiografía para la evaluación de NAV, realizada por personas expertas es buena, medida con índice kappa de 0.6.