La carenza di vitamina D legata all'invecchiamento accelerato di ossa

Marzo 30, 2016 Admin Salute 0 13
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La carenza di vitamina D è una condizione medica diffusa che è stato collegato al rischio per la salute e la frattura delle ossa umane sulla base di bassa assunzione di calcio e riduzione della densità ossea. Tuttavia, lavorando in avanzata luce ALS di Berkeley Lab), un impianto di utente nazionale DOE, il team internazionale ha dimostrato che la carenza di vitamina D riduce anche la qualità dell'osso.

"L'ipotesi è che il problema principale con carenza di vitamina D è ridotta mineralizzazione per la creazione di nuova massa ossea, ma abbiamo dimostrato che bassi livelli di vitamina D induce anche l'invecchiamento precoce del tessuto osseo esistente," afferma Robert Ritchie, che ha guidato la parte degli Stati Uniti di questa collaborazione. Ritchie detiene appuntamenti comuni con Materials Sciences Division del Berkeley Lab e l'Università della California (UC) di Berkeley Scienza dei Materiali e Dipartimento di Ingegneria.




"Svelare la complessità della struttura ossea umana può fornire qualche informazione in modi più efficaci per prevenire o trattare le fratture in pazienti con deficit di vitamina D", spiega Bjцrn Busse, del Dipartimento di Osteology e Biomeccanica presso il Medical Center dell'Università di Amburgo, in Germania, che ha guidato la parte tedesca della squadra.

Ritchie e Busse hanno riportato i loro risultati sulla rivista Science Translational Medicine . Il documento è intitolato "Carenza di vitamina D induce primi segni di invecchiamento in Osso, aumentando il rischio di frattura." Co-autori includono anche Hrishikesh Bale, Elizabeth Zimmermann, Brian Panganiban, Agrifoglio Barth, Alessandra Carriero, Eik Vettorazzi, Josef Zustin, Michael Hahn, Joel Ager, Klaus Pьschel e Michael Amling.

Vitamina-D è essenziale per il corpo di assorbire il calcio. Il corpo normalmente sintetizza la vitamina D nella pelle in seguito all'esposizione alla luce solare - da qui il soprannome di "sole". Tuttavia, quando le concentrazioni sieriche di vitamina D diventano carenti, il corpo sarà rimuovere il calcio dalle ossa per mantenere normali livelli ematici di calcio. Questa rimozione di calcio dall'osso esistente ostacola il processo di mineralizzazione necessario per la formazione di nuova massa ossea. Nei bambini, la carenza di vitamina D può portare al rachitismo. Negli adulti, la carenza di vitamina D provoca l'osteomalacia, un ammorbidimento delle ossa associati mineralizzazione difettoso che provochi dolore osseo, debolezza muscolare, e aumento del rischio di deformazione delle ossa e fratture. Mentre trattamenti con vitamina D e calcio integratori sono efficaci, il successo è stato raggiunto solo con un modesto incremento della densità minerale ossea, suggerendo altri fattori svolgono un ruolo nella riduzione dei rischi di frattura.

"Abbiamo ipotizzato che il ripristino del livello normale di vitamina D non solo corregge lo squilibrio della quantità di osso mineralizzati e non mineralizzate, ma avvia anche simultanei alterazioni multiscala nella struttura ossea che colpisce sia i meccanismi di frattura intrinseci ed estrinseci", dice Ritchie.

Per verificare questa ipotesi, Busse e il suo team tedesco hanno raccolto campioni di cresta iliaca nuclei ossei da 30 partecipanti, la metà dei quali erano carenti di vitamina D e ha mostrato i primi segni di osteomalacia. Per questo studio, un normale livello di vitamina D è stata definita come una concentrazione sierica di 20 microgrammi per litro o superiore. Per il gruppo di carenza di vitamina D la concentrazione sierica media è stata di 10 microgrammi per litro.

I campioni ossei sono stati inviati a Ritchie e il suo team per l'analisi al ALS con trasformata di Fourier (FTIR) e spettroscopia a raggi X microtomografia computerizzata. Le capacità di spettroscopia FTIR della SLA beamlines 1.4.3 e 5.4.1 forniscono a livello molecolare informazioni chimiche, e ALS Beamline 8.3.2 fornisce non distruttivo imaging 3D con una risoluzione di circa un micron.

"Eravamo interessati a dati spazialmente risolte, che ci avrebbero aiutato a seguire la formazione di fessurazioni sotto carico meccanico", dice Ritchie. "Le linee di luce ALS ci hanno permesso di misurare la struttura/composizione e le proprietà meccaniche dei campioni ossei a diverse dimensioni-scale, che vanno da nanometri a micrometri. Abbiamo misurato la resistenza di crack crescita e seguendo la crescita crepa in tempo reale sono stati in grado di osservare come le crepe e la struttura interagiscono. Questo ci ha permesso di mettere in relazione le proprietà meccaniche a specifici cambiamenti strutturali. "

Ritchie e il suo team hanno scoperto che mentre i soggetti con deficit di vitamina D-mineralizzazione avevano meno complesso a causa di una riduzione di osso mineralizzato, sotto le nuove superfici non mineralizzate, l'osso esistente era in realtà più pesantemente mineralizzata, e mostrato le caratteristiche strutturali - maturare collagene molecole e cristalli minerali - di osso vecchio e più fragili.

"Queste isole di osso mineralizzato erano circondati da un confine collagene che ha impedito loro di essere adeguatamente ristrutturato", dice Busse. "Tagliare da una fornitura di osteoclasti, le cellule che normalmente rimodellano l'osso, queste sezioni isolate di osso mineralizzato cominciano ad invecchiare, anche se la mineralizzazione ossea complessiva diminuisce da una carenza di calcio."

Dice Ritchie, "In situ frattura meccanica misure e CT-scansione del percorso crepa indicato che la vitamina D deficit aumenta sia l'inizio e la propagazione di cricche da 22- a 31 per cento."

Dal loro studio, Busse, Ritchie e loro co-autori dicono che i livelli di vitamina-D dovrebbero essere controllati e mantenuti sui livelli equilibrati per mantenere l'integrità strutturale delle ossa ed evitare difetti di mineralizzazione e problemi di invecchiamento che possono portare ad un rischio di fratture .

La parte Berkeley di questo lavoro è stato sostenuto dal programma di laboratorio volti di ricerca e sviluppo del Berkeley Lab. La parte tedesca è stato sostenuto dal Ministero federale dell'Istruzione e della Ricerca. Di Berkeley Lab Advanced Light Source è sostenuta dalla Presidenza del DOE of Science.

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