Modularity and robustness of bone networks

Cortical bones, essential for mechanical support and structure in many animals, involve a large number of canals organized in intricate fashion. By using state-of-the art image analysis and computer graphics, the 3D reconstruction of a whole bone (phalange) of a young chicken was obtained and represented in terms of a complex network where each canal was associated to an edge and every confluence of three or more canals yielded a respective node. The representation of the bone canal structure as a complex network has allowed several methods to be applied in order to characterize and analyze the canal system organization and the robustness. First, the distribution of the node degrees (i.e. the number of canals connected to each node) confirmed previous indications that bone canal networks follow a power law, and therefore present some highly connected nodes (hubs). The bone network was also found to be partitioned into communities or modules, i.e. groups of nodes which are more intensely connected to one another than with the rest of the network. We verified that each community exhibited distinct topological properties that are possibly linked with their specific function. In order to better understand the organization of the bone network, its resilience to two types of failures (random attack and cascaded failures) was also quantified comparatively to randomized and regular counterparts. The results indicate that the modular structure improves the robustness of the bone network when compared to a regular network with the same average degree and number of nodes. The effects of disease processes (e. g., osteoporosis) and mutations in genes (e.g., BMP4) that occur at the molecular level can now be investigated at the mesoscopic level by using network based approaches.

Morphometric analysis of the urethra of castrated female rats treated with tamoxifen

Objectives: The aim of this study was to evaluate the effects of tamoxifen on the weight and thickness of the urethral epithelium of castrated female rats. Methods: Forty castrated adult female Wistar-Hannover rats were randomly divided into two groups: Group I (n = 20) in which the animals received only the vehicle (propylene glycol) and Group 11 (n = 20) in which the rats received tamoxifen 250 mu g/day by gavage. After 30 days of treatment, all animals were sacrificed and the urethra was immediately removed for weighing. Next, the urethra was divided into the proximal and distal segments, which were fixed in 10% formaldehyde and submitted to routine histological techniques for morphometric study. The data were analyzed using the weighted minimum mean-square error method and Student`s t-test for two independent samples (p < 0.05). Results: There was a significant increase in the mean weight of the urethra in the rats of Group 11 compared to the control group, 32.0 +/- 2.0 mg and 22.0 +/- 1.6 mg, respectively (p < 0.001). The mean thickness of the distal urethral epithelium of the animals treated with tamoxifen was significantly greater than that of the control group, 42.8 +/- 2.0 mu m and 36.6 +/- 1.5 mu m, respectively (p < 0.001). There was no statistically significant difference between the two groups with respect to the epithelial thickness of the proximal urethra (p = 0.514). Conclusion: Treating castrated adult rats with 250 mu g/day of tamoxifen for 30 days may increase the weight of the urethra and the thickness of the distal urethral epithelium. (c) 2008 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Implants of polyanionic collagen matrix in bone defects of ovariectomized rats

In recent years, there has been a great interest in the development of biomaterials that could be used in the repair of bone defects. Collagen matrix (CM) has the advantage that it can be modified chemically to improve its mechanical properties. The aim of the present study was to evaluate the effect of three-dimensional membranes of native or anionic (submitted to alkaline treatment for 48 or 96 h) collagen matrix on the consolidation of osteoporosis bone fractures resulting from the gonadal hormone alterations caused by ovariectomy in rats subjected to hormone replacement therapy. The animals received the implants 4 months after ovariectomy and were sacrificed 8 weeks after implantation of the membranes into 4-mm wide bone defects created in the distal third of the femur with a surgical bur. Macroscopic analysis revealed the absence of pathological alterations in the implanted areas, suggesting that the material was biocompatible. Microscopic analysis showed a lower amount of bone ingrowth in the areas receiving the native membrane compared to the bone defects filled with the anionic membranes. In ovariectomized animals receiving anionic membranes, a delay in bone regeneration was observed mainly in animals not subjected to hormone replacement therapy. We conclude that anionic membranes treated with alkaline solution for 48 and 96 h presented better results in terms of bone ingrowth.

Colestase crônica em crianças e em adolescentes : avaliação nutricional, avaliação neurológica e níveis plasmáticos de vitaminas D e E

A colestase crônica na infância e na adolescência interfere diretamente no cres-cimento e no desenvolvimento do indivíduo e produz conseqüências clínicas relacionadas com a má absorção das vitaminas lipossolúveis da dieta. A vitamina E exerce um importante papel na estrutura e na função dos sistemas nervoso e musculoesquelético. A vitamina D tem reconhecida influência sobre a fisiopatologia da osteopenia colestática que se manifesta como osteoporose, raquitismo ou osteomalácia. A realização de dosagens plasmáticas dessas vitami-nas é essencial para detectar precocemente suas deficiências, bem como para monitorizar uma adequada suplementação. Essas dosagens não são realizadas de rotina no nosso meio. Os objetivos do presente estudo foram verificar os níveis plasmáticos de vitami-nas D e E em uma amostra de crianças e adolescentes com colestase crônica; verificar o esta-do nutricional e a ingestão de macro e micronutrientes desses pacientes; verificar o uso de su-plemento de vitaminas, o tempo de colestase; e realizar avaliação neurológica para estabelecer eventual relação com os níveis plasmáticos de vitamina E. A amostra constou de 22 crianças e adolescentes com colestase crônica que con-sultavam no ambulatório ou estiveram internadas na Unidade de Gastroenterologia Pediátrica do Hospital de Clínicas de Porto Alegre no período de dezembro de 2000 a abril de 2002. Como controles, participaram 17 crianças eutróficas e normais do ponto de vista gastroentero-lógico com faixa etária correspondente. Foram realizadas avaliação nutricional e avaliação neurológica. Foi pesquisado o tempo de colestase e o uso de suplemento de vitaminas lipossolúveis. A técnica utilizada para as dosagens da vitamina E foi a cromatografia líquida de alta precisão (HPLC) e as dosagens plasmáticas de vitamina D pela técnica de radioimunoensaio. A prevalência de desnutrição variou entre 23,8% a 63,0% considerando as diferentes medidas e padrões utilizados. O inquérito alimentar realizado demonstrou uma ingestão calórica média de 89,33 ± 27,4% em relação ao recomendado para idade com uma distribui-ção dos macronutrientes em relação às calorias ingeridas dentro dos valores de referência para o grupo em questão, havendo, porém, uma pobre ingestão de micronutrientes como ferro e zinco. O exame neurológico foi alterado em 43% dos pacientes colestáticos, em que foram constatadas vinte alterações neurológicas em nove pacientes. Não obtivemos resultados con-fiáveis para os níveis plasmáticos de vitamina E, apesar de realizar 3 etapas para validação. O valor médio de vitamina D entre os pacientes foi de 13,7 ± 8,39 ng/ml, enquanto que no grupo controle foi de 25,58 ± 16,73 ng/ml (P = 0,007), havendo uma prevalência de hipovitaminose D entre esses pacientes de 36%. Não foi observada relação entre estado nutricional, tempo de colestase ou uso de suplemento oral de vitaminas lipossolúveis e os níveis plasmáticos refe-ridos. Concluímos que a média de níveis plasmáticos de vitamina D nas crianças e nos adolescentes colestáticos do estudo foi significativamente menor do que nos controles nor-mais sem relação significativa com estado nutricional, tempo de colestase ou uso de suple-mento de vitaminas. As alterações neurológicas foram freqüentes e a prevalência de desnutri-ção nos pacientes foi semelhante à encontrada na literatura. A ingesta calórica foi deficiente havendo porém, um equilíbrio dos macronutrientes e ingestão insuficiente de ferro e zinco.

Osteopenia diabética e pós-menopausa: efeito metabólico do zinco na recuperação do volume ósseo trabecular

Diabetes mellitus has been associated with bone metabolism alterations, such as osteopenia and osteporosis. So, the search of new anabolic agents promote bone mass gain can be important to prevent osteoporosis. The aim of this study was evaluate zinc anabolic effect over bone in diabetic and post-menopausal osteopenic models. Diabetes was induced by STZ (45mg/Kg of body weight) administration and post-menopausal by bilateral ovariectomy. Adults female Wistar rats (n=65) were divided in 5 groups: control group (n=15), ovariectomized without (n=15) and with zinc supplementation (n=10) groups, diabetic and ovarioctomized without (n=15) and with zinc supplementation (n=10) groups. Studied periods had been untill 90 days. Diabetic condition was confirmed hiperglicemic state and alterations of state with polyuria, polyphagia, polydipsia and glucosuria. Histomorphometric analysis showed that zinc supplementation increased trabecular thickness and reduced trabecular distance significantly in diabetic groups with similar values to those showed in control group. Correlation analysis of histomorphometric parameters with serum glucose concentration showed that more time in hyperglycemia more bone damage, as well as, zinc supplementation contributed to prevent this damage. Elevated serum glucose caused hyperzincuria, phosphaturia and calciuria. Zinc supplementation promoted increased levels of calcium and phosphorous ions in 90th days diabetic group. No alteration was observed by ovariectomy in mineral (Ca, P and Zn) serum and urine concentrations. Total serum Alkaline Phosphatase activity increased in diabetic groups, supplemented or not, compared with control group. However, Tartarate-Resistant Acid Phosphatase, magnesium and serum zinc did not altered in studied groups. Serum albumin was reduced only in diabetic groups. Serum creatinine was unaltered. These results support the hypotesis that zinc can be used to prevent and treat diabetic and post-menopausal osteopenia

Influência do hipoestrogenismo por ooforectomia na adaptação antioxidante em ratas wistar exercitadas regularmente

Post-menopause is a period of women s life cycle that is characterized by estrogen depletion and therefore increasing cardiovascular diseases, neurodegenerative disorders, urogenital atrophy, osteoporosis, hot flushes and sexual discomfort incidences. Estrogen is a hormone with comfirmed antioxidant action and its depletion is related to oxidative stress instalation and damaging various important biomolecules. Regular physical activity has been identified as a factor involved in reducing women s post-menopausal complications in addition to improving antioxidant defense by reducing the oxidative damage and consequently improving life s quality in this part of the population. This study aims to evaluate the influence of hypoestrogenism in antioxidant adaptation due to regular exercise, by determining reduced glutathione (GSH) and Thiobarbituric Acid Reactive Substances (SRAT) concentrations and antioxidant enzymes glutathione peroxidase (GPx), Superoxide Dismutase (SOD) and Catalase (CAT) activities in blood, brain and liver of rats. To achieve this goal we used 50 Wistar rats, weighing 180-250g which were divided into two groups, control - GC (25) and ooforectomized - GO (25). Each group was subdivided into five subgroups: Not-trained - S (5), Not-trained Acute Exercise - SEA (5), regular exercise 30 days - E30 (5), regular exercise 60 days - E60 (5) and regular exercise 90 days - E90 (5). Each of the three subgroups exercised regularly was subjected to acute exercise on the eve and the day of sacrifice to collect biological samples of blood, liver and brain and subsequent determination of SRAT concentration, GSH content and antioxidant enzymes GPx, SOD and CAT activities. The results indicated that the sedentary animals acutely exercised presented oxidative stress and regular physical activity led to antioxidant adaptation. In ooforectomized group the antioxidant adaptation seen in control animals showed to be impaired. Unlike the results from blood and liver, in brain there was a shield against oxidative damage originated by the exercise and that hypoestrogenism led to a loss of this natural antioxidant potential. Therefore, hypoestrogenism interferes negatively in antioxidant adaptation due to regular exercise

Estudo da detecção preventiva da osteoporose pela aplicação da variação da permissividade elétrica a partir da sondagem eletromagnética

This paper proposes a method based on the theory of electromagnetic waves reflected to evaluate the behavior of these waves and the level of attenuation caused in bone tissue. For this, it was proposed the construction of two antennas in microstrip structure with resonance frequency at 2.44 GHz The problem becomes relevant because of the diseases osteometabolic reach a large portion of the population, men and women. With this method, the signal is classified into two groups: tissue mass with bony tissues with normal or low bone mass. For this, techniques of feature extraction (Wavelet Transform) and pattern recognition (KNN and ANN) were used. The tests were performed on bovine bone and tissue with chemicals, the methodology and results are described in the work

Medição da densidade óssea através de ondas eletromagnéticas e classificação por MVS

This work holds the purpose of presenting an auxiliary way of bone density measurement through the attenuation of electromagnetic waves. In order to do so, an arrangement of two microstrip antennas with rectangular configuration has been used, operating in a frequency of 2,49 GHz, and fed by a microstrip line on a substrate of fiberglass with permissiveness of 4.4 and height of 0,9 cm. Simulations were done with silica, bone meal, silica and gypsum blocks samples to prove the variation on the attenuation level of different combinations. Because of their good reproduction of the human beings anomaly aspects, samples of bovine bone were used. They were subjected to weighing, measurement and microwave radiation. The samples had their masses altered after mischaracterization and the process was repeated. The obtained data were inserted in a neural network and its training was proceeded with the best results gathered by correct classification on 100% of the samples. It comes to the conclusion that through only one non-ionizing wave in the 2,49 GHz zone it is possible to evaluate the attenuation level in the bone tissue, and that with the appliance of neural network fed with obtained characteristics in the experiment it is possible to classify a sample as having low or high bone density

Determinação do teor de cálcio através da termogravimetria, em medicamentos utilizados no tratamento da osteoporose: um estudo comparativo

The present study utilized the thermogravimetry (TG) and optical emission spectroscopy with inductively coupled plasma - ICP / OES to determine the calcium content in tablets of carbonate, citrate and calcium lactate used in the treatment of osteoporosis. The samples were characterized by IR, SEM, TG / DTG, DTA, DSC and XRD. The thermal analysis evaluated the thermal stability and physical-chemical events and showed that the excipients influence the decomposition of active ingredients. The results of thermogravimetry indicated that the decomposition temperature of the active CaCO3 (T = 630.2 °C) is lower compared to that obtained in samples of the tablets (633.4 to 655.2 °C) except for sample AM 2 (Ti = 613.8 oC). In 500.0 °C in the samples of citrate and calcium lactate, as well as their respective active principles had already been formed calcium carbonate. The use of N2 atmosphere resulted in shifting the initial and final temperature related to the decomposition of CaCO3. In the DTA and DSC curves were observed endo and exothermic events for the samples of tablets and active ingredients studied. The infrared spectra identified the main functional groups in all samples of active ingredients, excipients and tablets studied, such as symmetric and asymmetric stretches of the groups OH, CH, C = O. Analysis by X-ray diffraction showed that all samples are crystalline and that the final residue showed peaks indicative of the presence of calcium hydroxide by the reaction of calcium oxide with moisture of the air. Although the samples AM 1, AM 2, AM 3 and AM 6 in their formulations have TiO2 and SiO2 peaks were not observed in X-ray diffractograms of these compounds. The results obtained by TGA to determine the calcium content of the drugs studied were satisfactory when compared with those obtained by ICP-OES. In the AM 1 tablet was obtained the content of 35.37% and 32.62% for TG by ICP-OES, at 6 AM a percentage of 17.77% and 16.82% and for AM 7 results obtained were 8.93% for both techniques, showing that the thermogravimetry can be used to determine the percentage of calcium in tablets. The technique offers speed, economy in the use of samples and procedures eliminating the use of acid reagents in the process of the sample and efficiency results.

Comparação da cifose torácica e capacidade funcional de mulheres idosas com e sem osteoporose

A diminuição da densidade mineral óssea das vértebras, própria do processo de envelhecimento e que pode ser agravada pela osteoporose, determina uma diminuição da região anterior dos corpos vertebrais, resultando em compressão e colapso dessas vértebras, com maior estreitamento dos discos e espaços intervertebrais. Essas novas condições interferem no funcionamento normal de órgãos e sistemas do organismo. O objetivo foi avaliar o grau de cifose torácica e a capacidade funcional de mulheres idosas com e sem osteoporose. Foram avaliadas 30 idosas ativas fisicamente, sendo 20 sem osteoporose ( GSO: 65,1± 4,67 anos) e 10 idosas com osteoporose (GCO: 68,6± 6,46anos). Foram avaliados a medida da cifose torácica, teste de caminhada de seis minutos (TC6'), Timed Up and go (TUG) e força dos músculos respiratórios (PImáx e PEmáx). Os dados obtidos foram analisados utilizando o teste t de Student. O nível de significância utilizado foi de 5% (α£ 0,05). Houve diferença significativa entre os grupos sem (GSO) e com osteoporose (GCO) somente no TC6'(GSO: 426,63±46,36 m; GCO: 392,64±36,68 m , α =0,02). As outras variáveis analisadas não apresentaram diferença significativa (Cifose torácica: α = 0,17; TUG: α =0,49; PImax: α =0,45; PEmax: α =0,19). A osteoporose não influenciou o grau de cifose torácica, a força dos músculos respiratórios e mobilidade das idosas. Entretanto, o desempenho no TC6' foi influenciado negativamente pela osteoporose.

Delay from fracture to hospital admission: a new risk factor for hip fracture mortality?

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Hip fracture in the elderly: does counting time from fracture to surgery or from hospital admission to surgery matter when studying in-hospital mortality?

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Efeito de diferentes doses de ácido retinoico sobre a resistência óssea de ratos jovens

OBJETIVO: Avaliar os efeitos da suplementação de diferentes doses de todo-trans ácido retinóico sobre a resistência óssea, por meio de ensaio biomecânico de flexão, em tíbia de ratos jovens. MÉTODOS: Foram estudados 58 ratos jovens, com quatro diferentes doses de vitamina A em suas dietas, sendo divididos em 4 grupos: grupo-controle (n=15), sem acréscimo de todo-trans ácido retinoico; grupo com acréscimo de 0,3mg de todo-trans ácido retinoico por kg de ração (n=13); grupo com 10mg de todo-trans ácido retinoico por kg de ração (n=15); e grupo com 50mg de todo-trans ácido retinoico por kg de ração (n=15). O estudo durou 30 dias. Após o sacrifício dos animais, suas patas esquerdas foram congeladas, dissecadas e as tíbias submetidas ao ensaio de flexão. Foram avaliados a carga máxima e o coeficiente de rigidez. Foi aplicada análise de variância one-way. O nível de significância estatístico adotado foi p<0,05. RESULTADOS: Os valores médios de carga máxima (em Newton) foram: grupo-controle =37,94, DP=4,76; grupo todo-trans ácido retinoico 0,3=36,49, DP= 4,38; grupo todo-trans ácido retinoico 10=40,12, DP=6,03; grupo todo-trans ácido retinoico 50=35,68, DP=5,22 (p=0,107). Os valores médios de coeficiente de rigidez (em Newton/milímetros) foram: grupo-controle =31,84 DP=6,75; grupo todo-trans ácido retinoico 0,3=29,18, DP=4,35; grupo todo-trans ácido retinoico 10=35,48, DP=8,14; grupo todo-trans ácido retinoico 50=30,31, DP=7,14 (p=0,85). CONCLUSÃO: Conclui-se que a exposição a diferentes doses de todo-trans ácido retinoico, em ratos, durante 30 dias, não exerce efeito sobre a resistência óssea, quando avaliada por ensaios biomecânicos.

Efeito do ácido zoledrônico em tíbias de ratas ooforectomizadas: estudo prospectivo e randomizado

OBJETIVO: Investigar as repercussões clínicas, biomecânicas e histomorfométricas do ácido zoledrônico em tíbias de ratas osteoporóticas, após ooforectomia bilateral. MÉTODOS: Foram estudadas, prospectivamente, 40 ratas da linhagem Wistar (Rattus novergicus albinus). Com 60 dias de vida, os animais foram aleatorizados em dois grupos de acordo com o procedimento cirúrgico: ooforectomia bilateral (O) (n=20) e pseudo-cirurgia (sham) (P) (n=20). Após 30 dias, os animais foram divididos em quatro subgrupos, de acordo com a administração de 0,1mg/kg de ácido zoledrônico (AZ) ou água destilada (AD): OAZ (n=10), OAD (n=10), PAZ (n=10) e PAD (n=10). Após 12 meses, os animais foram eutanasiados e suas tíbias analisadas. No estudo clínico foi considerado o peso dos animais; no estudo biomecânico foram realizados ensaios compressivos e na análise histomorfométrica foi determinada a área trabecular óssea. RESULTADOS: Os grupos O tiveram aumento de peso significativamente maior que os grupos P (p=0,005). Os grupos OAZ e PAZ tiveram aumento, não significativo, de peso quando comparados aos grupos OAD (p=0,47) e PAD (p=0,68). Os grupos com ácido zoledrônico e com água destilada suportaram carga máxima, semelhante (p=0,2), no momento em que ocorreu fratura. Nos grupos com ácido zoledrônico verificou-se o aumento não significante da área trabecular óssea quando comparados aos grupos com água destilada (p=0,21). Houve correlação positiva entre a área trabecular e a carga máxima (p=0,04; r=0,95). CONCLUSÃO: O ácido zoledrônico não influiu significativamente no peso dos animais. Os resultados mostraram aumento, não significante, tanto da resistência óssea diafisária tibial, como da área trabecular óssea.

O Zoledronato no tratamento da osteoporose umeral em ratas: estudo prospectivo e randomizado

OBJETIVO: Investigar as repercussões clínicas, biomecânicas e histomorfométricas do zoledronato no tratamento da osteoporose umeral em ratas osteoporóticas. MÉTODOS: Analisou-se, prospectivamente, 40 ratas (Rattus novergicus albinus). Com 60 dias de vida, foram aleatorizadas em dois grupos de acordo com o procedimento cirúrgico: ooforectomia bilateral (O) (n=20) e pseudo-cirurgia (P) (n=20). Após trinta dias, os animais foram novamente randomizados, de acordo com a administração de 0,1mg/kg de zoledronato (AZ) ou água destilada (AD): OAZ (n=10), OAD (n=10), PAZ (n=10) e PAD (n=10). Após doze meses, os animais foram eutanasiados e seus úmeros retirados. Clinicamente considerou-se o peso dos animais; biomecanicamente foram realizados ensaios compressivos e histomorfometricamente foi determinada a área trabecular óssea. RESULTADOS: Os grupos O tiveram um aumento de peso maior que os grupos P (p=0,005). Os grupos com zoledronato suportaram maior carga máxima que os grupos com água destilada (p=0,02). Nos grupos com zoledronato verificou-se o aumento da área trabecular óssea quando comparados aos grupos com água destilada (p=0,001). Houve correlação positiva entre a área trabecular e a carga máxima (p=0,04; r=0,95). CONCLUSÃO: O zoledronato não influiu no peso dos animais. Os resultados mostraram o aumento da resistência óssea umeral e da área trabecular óssea.