view in publisher's site

Bone collagen network integrity and transverse fracture toughness of human cortical bone

Bone. 2019 Mar;120:187-193. doi: 10.1016/j.bone.2018.10.024. Epub 2018 Oct 28.Bone collagen network integrity and transverse fracture toughness of human cortical bone.Willett TL1, Dapaah DY1, Uppuganti S2, Granke M2, Nyman JS3.Author information1Biomedical Engineering Program, Systems Design Engineering, University of Waterloo, Waterloo, Ontario, Canada.2Vanderbilt University Medical Center, Nashville, TN, United States of America.3Vanderbilt University Medical Center, Nashville, TN, United States of America. Electronic address: [email protected] understanding of the determinants of skeletal fragility is highly sought due to the great burden that bone affecting diseases and fractures have on economies, societies and health care systems. Being a complex, hierarchical composite of collagen type-I and non-stoichiometric substituted hydroxyapatite, bone derives toughness from its organic phase. In this study, we tested whether early observations that a strong correlation between bone collagen integrity measured by thermomechanical methods and work to fracture exist in a more general and heterogeneous sampling of the population. Neighboring uniform specimens from an established, highly characterized and previously published collection of human cortical bone samples (femur mid-shaft) were decalcified in EDTA. Fifty-four of the original 62 donors were included (26 male and 28 females; ages 21-101 years; aging, osteoporosis, diabetes and cancer). Following decalcification, bone collagen was tested using hydrothermal isometric tension (HIT) testing in order to measure the collagen's thermal stability (denaturation temperature, Td) and network connectivity (maximum rate of isometric tension generation; Max.Slope). We used linear regression and general linear models (GLMs) with several explanatory variables to determine whether relationships between HIT parameters and generally accepted bone quality factors (e.g., cortical porosity, pentosidine content [pen], pyridinoline content [pyd]), age, and measures of fracture toughness (crack initiation fracture toughness, Kinit, and total energy release/dissipation rate evaluated at the point of unstable fast fracture, J-int) were significant. Bone collagen connectivity (Max.Slope) correlated well with the measures of fracture toughness (R2 = 24-35%), and to a lesser degree with bound water fraction (BW; R2 = 7.9%) and pore water fraction (PW; R2 = 9.1%). Significant correlations with age, apparent volumetric bone mineral density (vBMD), and mature enzymatic [pyd] and non-enzymatic collagen crosslinks [pen] were not detected. GLMs found that Max.Slope and vBMD (or BW), with or without age as additional covariate, all significantly explained the variance in Kinit (adjusted-R2 = 36.7-49.0%). Also, the best-fit model for J-int (adjusted-R2 = 35.7%) included only age and Max.Slope as explanatory variables with Max.Slope contributing twice as much as age. Max.Slope and BW without age were also significant predictors of J-int (adjusted-R2 = 35.5%). In conclusion, bone collagen integrity as measured by thermomechanical methods is a key factor in cortical bone fracture toughness. This study further demonstrates that greater attention should be paid to degradation of the overall organic phase, rather than a specific biomarker (e.g. [pen]), when seeking to understand elevated fracture rates in aging and disease.Copyright © 2018 Elsevier Inc. All rights reserved.KEYWORDS: Age; Bone collagen connectivity; Bone quality; Cortical bone; Fracture toughness; PentosidinePMID: 30394355 PMCID: PMC6360115 [Available on 2020-03-01] DOI: 10.1016/j.bone.2018.10.024 SharePublication types, Grant supportPublication typesResearch Support, U.S. Gov't, Non-P.H.S.Research Support, Non-U.S. Gov'tResearch Support, N.I.H., ExtramuralGrant supportI01 BX001018/BX/BLRD VA/United StatesR01 AR063157/AR/NIAMS NIH HHS/United States115089/CIHR/CanadaLinkOut - more resourcesFull Text SourcesElsevier ScienceClinicalKey

استحکام شبکه کلاژن و چقرمگی شکست استخوان قشری انسان

استخوان. ۲۰۱۹، ۱۲۰: ۱۸۷ - ۱۹۳. (doi: ۱۰.۱۰۱۶)/ j.bone. ۲۰۱۸.۱۰.۰۲۴. Epub ۲۰۱۸ ۲۰۱۸ ۲۸.Bone integrity collagen and and transverse ett، Dapaah DY۱، Uppuganti S۲، Granke M۲، Nyman M۲، Program Engineering، مهندسی طراحی سیستم‌ها، دانشگاه واترلو، واترلو، اونتاریو، کانادا. ۲ مرکز پزشکی دانشگاه وندربیلت، نشویل، TN، ایالات‌متحده آمریکا. ۳ مرکز پزشکی دانشگاه وندربیلت، نشویل، TN، ایالات‌متحده آمریکا. آدرس الکترونیکی: درک متقابل عوامل of اسکلتی به شدت به خاطر فشار زیاد آن است که استخوان بر بیماری‌ها و شکستگی در اقتصاد، جوامع و سیستم‌های مراقبت بهداشتی تاثیر می‌گذارد. به عنوان یک ترکیب پیچیده، سلسله مراتبی از نوع کلاژن - I و non - جایگزین شده، چقرمگی را از فاز ارگانیک آن مشتق می‌کنند. در این تحقیق مشخص شد که آیا مشاهدات اولیه نشان می‌دهند که همبستگی قوی بین درستی کلاژن استخوانی که توسط روش‌های thermomechanical اندازه‌گیری می‌شود و کار شکست در نمونه‌برداری عمومی و ناهمگن از جمعیت وجود دارد. در این پایان‌نامه دو نمونه از جنس استخوان قشری مغز استخوان غشایی (استخوان ران میانی)که در همسایگی آن قرار دارند، مورد بررسی قرار گرفتند. پنجاه و چهار نفر از ۶۲ اهدا کننده اصلی شامل ۲۶ مرد و ۲۸ ماده هستند؛ سنین ۲۱ تا ۱۰۱ سال؛ پیری، پوکی استخوان، دیابت و سرطان). بعد از decalcification، کلاژن استخوانی با استفاده از تنش isometric isometric تست شد تا پایداری حرارتی collagen's (دمای denaturation، Td)و اتصال شبکه (حداکثر سرعت ایجاد تنش فضایی)را اندازه‌گیری کند. ما از رگرسیون خطی و مدل‌های خطی عمومی (GLMs)با چندین متغیر توضیحی استفاده کردیم تا مشخص کنیم که آیا روابط بین پارامترهای شناسایی‌شده و عموما عوامل کیفیت استخوان هستند (به عنوان مثال، تخلخل cortical، محتوای pyridinoline، age، و نرخ کلی انتشار / اتلاف انرژی در نقطه شکست سریع ناپایدار، J)قابل‌توجه بودند. اتصال کلاژن استخوانی (Max.Slop e)با معیارهای چقرمگی شکست (R۲ = ۲۴ - ۳۵ %)و نسبت کم‌تر با کسر آب محدود (BW؛ R۲ = ۷.۹ %)و کسر آب منفذ (PW؛ R۲ = ۹.۱ %)هم‌بسته بود. همبستگی قابل‌توجه با سن، چگالی پتانسیل معدنی استخوان (vBMD)، و آنزیمی بالغ [ pyd ] و آنزیمی enzymatic [ pen ] تشخیص داده نشد. GLMs دریافتند که Max.Slop e و vBMD (یا BW A۸۶۸C)، با یا بدون سن به عنوان covariate اضافی، همگی واریانس در Kinit را به طور قابل‌توجهی توضیح دادند. همچنین، بهترین مدل برای J (R - R۲ = ۳۵.۷ %)تنها شامل سن و Max.Slop e به عنوان متغیرهای توضیحی با Max.Slop e است که دو برابر سن دارند. Max.Slop e و BW بدون سن نیز predictors مهمی از J (adjusted - R۲ = ۳۵.۵ درصد)بودند. در پایان، یکپارچگی کلاژن می‌تواند به عنوان یک فاکتور کلیدی در چقرمگی شکست استخوان قشری، اندازه‌گیری شود. این مطالعه همچنین نشان می‌دهد که باید توجه بیشتری به تخریب فاز ارگانیک کلی، به جای یک biomarker خاص (به عنوان مثال خودکار)، هنگامی که به دنبال درک نرخ‌های شکستگی بالا در سن پیری است، و چقرمگی شکست؛ استخوان cortical؛ استخوان شکسته؛ PentosidinePMID: ۳۰۳۹۴۳۵۵ (موجود در ۱۰.۱۰۱۶ ۲۰۲۰ - ۰۳ - ۰۱). ۲۰۱۸.۱۰.۰۲۴ SharePublication types، گرانت supportPublication typesResearch، Gov't، Non، Non. پشتیبانی تحقیقاتی، Non -، Gov، N.I.H.، ExtramuralGrant / bx / BLRD / United / AR / NIAMS / States۱۱۵۰۸۹ / United / CIHR / CanadaLinkOut - more متن resourcesFull SourcesElsevier ScienceClinicalKey

ترجمه شده با

Download PDF سفارش ترجمه این مقاله این مقاله را خودتان با کمک ترجمه کنید
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.