"Microstructure and mechanical properties of the cortical and trabecular bone rats, after tail suspension and exercitation"

A remodelação óssea pode ser estimulada por forças mecânicas presentes nas atividades físicas normais. Mas, a diminuição dos estímulos mecânicos, observada em vôos espaciais (exposição dos astronautas ao ambiente de microgravidade), nas imobilizações ortopédicas e na permanência prolongada de pacientes no leito, pode causar danos significativos na estrutura óssea. Neste caso, aumenta o risco de fraturas, não durante o período de sub-carregamento, mas no retorno às atividades físicas normais. A contra medida mais estudada para evitar danos ou promover a recuperação da estrutura óssea, é o exercício físico. Portanto, um dos objetivos desta pesquisa surgiu do interesse em analisar mecanicamente e microscopicamente fêmures de ratos submetidos à hipocinesia e posterior treinamento em esteira. Outro objetivo surgiu da necessidade de desenvolver metodologias mais precisas de análises mecânicas em ossos longos de ratos. Foram utilizadas 66 ratas da raça Wistar. Os animais foram criados até a idade de 90 dias, para o início dos procedimentos experimentais. Eles foram divididos em cinco grupos, sendo dois controles e três experimentais. Os animais do grupo Cont I foram criados até completarem 118 dias de idade e serviu de controle para o grupo S (suspenso), que consistiu em suspender os animais pela cauda por 28 dias. Já no grupo Cont II os animais foram criados até 139 dias e foi o controle para os grupos S-L (suspenso e liberado) e S-T (suspenso e treinado). No grupo S-L os animais foram liberados por 21 dias, após o período de suspensão pela cauda. No grupo S-T os animais passaram por um protocolo de treinamento em esteira por 21 dias após a suspensão pela cauda. Foram analisadas algumas propriedades mecânicas do terço proximal do fêmur esquerdo e da diáfise do fêmur direito. Outra análise realizada foi a microscópica, por meio de fluorescência óssea da região do terço proximal do fêmur direito e da região da diáfise do fêmur esquerdo. A suspensão pela cauda provocou diminuição das propriedades mecânicas do terço proximal do fêmur dos animais, apesar de não apresentar diferença visível na análise microscópica. A liberação após a suspensão causou alterações no núcleo de ossificação, na esfericidade da cabeça e na placa de crescimento do terço proximal do fêmur, sem alterar o comportamento mecânico desta região. E o treinamento conservou o núcleo de ossificação e a esfericidade da cabeça após a suspensão, e também, não alterou o comportamento mecânico. A ossificação periosteal na diáfise do fêmur dos animais suspensos diminuiu, no grupo S-L foi mais acentuada no endósteo e, no grupo S-T o treinamento promoveu a recuperação do balanço osteogênico. A liberação promoveu a recuperação parcial do comportamento mecânico do osso cortical da diáfise do fêmur do rato e, o treinamento recuperou as propriedades e estimulou a formação de osso novo.Bone remodeling can be stimulated by the mechanical solicitation from normal physical activities. Consequently, decreasing of mechanical stimuli as occurring during spatial flights, prolonged bed rest and orthopedic immobilization may cause significant weakening of the bone structure. In such cases there is an increased risk of fractures when the normal physical activities are resumed. Physical exercises are a way to try to strengthen the bone structure. Therefore, in the present research we investigated the mechanical behavior and microscopy analysis of long bones from rats that were previously maintained in tail suspension and later, submitted to physical exercise in a treadmill. An additional aim came up from the necessity to develop more precise technologies that mechanical testing in long bones of rats. Sixty-six Wistar rats were used. Firstly, the animals were raised until the age of ninety days and the divided into five groups (two controls and three experimental). The animals allocated to control I were killed at 118 days of age. In the groups S, the animals were tail suspended during 28 days. In the control group II the animals were killed at 139 days of age. In group S-R (suspended and released) the rats were keep free for 21 days after the tail suspension. In group S-T (suspended and trained) after the tail suspension period the rats were trained in treadmill during 21 days. The mechanical properties of the whole proximal third of the femur were analyzed in flexion-compression on one side and from the opposite side femur bone samples were harnested for three-point bending tests. Furthermore, the osteogeneses in different groups were studied at the mid-diaphysis of the femur and at the proximal femoral epiphysis with oxitetracycline. The suspension caused a decrease of the mechanical properties of the proximal femur. Resuming free activities in cage after the suspension period caused flattening of the femoral head and earlier closure of the growth plate, but no difference of the mechanical behavior was detected. Conversely, the treadmill training caused no alteration in the femoral head shape, but the mechanical properties did not change. The fluorescence studies showed that there was a decrease of the osteogenic activity at the subperiosteal level in suspended animals, but for suspended-released rats the diminished activity occurred at the endosteal level. The treadmill training caused recovering of the osteogenic balance. The post-suspension released in cage promoted partial recovery of the mechanical properties of the diaphyseal bone and the treadmill training besides recovering the normal mechanical properties did stimulate the new-bone formation