Osteoporosis is a progressive systemic skeletal disease characterized by a decrease in bone density, impairment of its microarchitectonics, and an increased risk of fractures that occur under minimal or no mechanical stress. One of the main causes of osteoporosis is vitamin D deficiency, which leads to disruption of normal bone remodeling. The aim of our study was to analyze the features of the process of bone tissue remodeling by measuring the key biochemical markers of bone formation/resorption in primary and secondary osteoporosis, as well as to investigate the potential corrective effect of vitamin D3 supplementation. The work was conducted on rats with different osteoporosis models: alimentary, dysfunctional and secondary osteoporosis associated with diabetes mellitus. We used ELISA to measure 25(OH)D content in blood serum. Blood serum and bone tissue calcium, and alkaline phosphatase activity were determined with bioassay kits. The content of inorganic phosphate in blood serum and ash was assayed by the Dyce method. It was shown that all the studied pathological conditions were accompanied by vitamin D deficiency, which led to impaired absorption of calcium in the intestine and reabsorption of inorganic phosphates by the kidneys, reducing, as a result, their concentration in the blood serum. Hypocalcemia and hypophosphatemia contributed to the disruption of normal bone remodeling, excessive activation of alkaline phosphatase, and a decrease in the content of calcium and phosphate in bone tissue. Thus, sufficient vitamin D bioavailability was confirmed to be critical for effective bone remodeling in primary and secondary osteoporosis. Keywords: bone remodelin, osteoporosis, type 1 diabetes mellitus, vitamin D
Вступ. За даними ВООЗ, остеопороз займає чільне місце серед усіх відомих захворювань як причина передчасної інвалідності та смертності у світі, а тому розробка ефективної стратегії лікування цього захворювання є одним із пріоритетних напрямків досліджень для наукових та медичних інституцій. До таких підходів належать розробка нових сучасних нітрогеновмісних бісфосфонатів та дослідження їх терапевтичних ефектів на тваринних моделях. Мета дослідження – вивчити ефективність поєднаної дії синтезованих нітрогеновмісних бісфосфонатів (піразоловмісних аналогів), які пригнічують активність остеокластів та зменшують резорбцію кісткової тканини, і вітаміну D3, що є основним регулятором процесу ремоделювання кісткової тканини й активатором остеогенезу, в корекції порушень мінерального обміну за остеопорозу. Методи дослідження. Біологічну ефективність синтезованих піразоловмісних бісфосфонатів досліджували на щурах-самицях лінії Вістар (вік – 1 місяць, вихідна маса – (90±5) г). Аліментарний остеопороз викликали шляхом утримування тварин протягом 30-ти діб на D-гіповітамінозному раціоні відповідно до ДСТУ 11222-65, збалансованому за вмістом кальцію та фосфору. Як коригувальні сполуки використовували per os піразоловмісні бісфосфонати (1,7 мг/кг) та холекальциферол (400 МО/кг маси тіла). 25-Гідроксивітамін D у сироватці крові досліджували методом ELISA. Кількісний аналіз компонентів мінерального обміну в сироватці крові та кістковій тканині проводили за допомогою загальноприйнятих біохімічних методів. Результати й обговорення. Досліджувані піразоловмісні бісфосфонати з різною ефективністю гальмували процес демінералізації (резорбції) кісткової тканини та посилювали мінеральний обмін у щурів з аліментарною формою остеопорозу. За дії препаратів зростав вміст кальцію, неорганічного фосфату і знижувалась активність лужної фосфатази та її ізоензимів у сироватці крові. Підвищувались зольність і вміст кальцію та фосфору в золі великогомілкової кістки. Найефективнішим у корекції порушень мінерального обміну за остеопорозу виявилось поєднання піразоловмісних бісфосфонатів і вітаміну D3, який нормалізує вміст 25-гідроксивітаміну D у сироватці крові та забезпечує синтез біологічно активних, гідроксильованих форм холекальциферолу. Висновок. Перспективним для подальших досліджень є вивчення сумісної дії вітаміну D3 і бісфосфонату І-12 як препарату з найвищою біологічною ефективністю щодо посилення процесу ремоделювання кісткової тканини завдяки поєднанню процесів резорбції та формування кістки.
The study was aimed at evaluating therapeutic efficacy of vitamin D3 (VD3, 1000 IU/kg of b.w., 30 days) and sodium salt of methylenebisphosphonic acid (MBPA, 17 mg/kg of b.w., 30 days) monotherapies as well as their effect in combination in preventing mineral metabolism and bone remodeling disturbances associated with glucocorticoid(GC)-induced osteoporosis. Osteoporosis in rats was induced by long-term (30 days) administration of the synthetic glucocorticoid prednisolone (5 mg/kg of b.w.). Calcium and inorganic phosphate levels, activity of alkaline phosphatase (ALP) in serum, bone tissue and bone marrow were determined spectrophotometrically. The protein levels of VD3 receptor (VDR), receptor activator of nuclear factor kappa-B (RANK), its ligand (RANKL), and osteoprotegerin (OPG) in bone tissue were determined by Western blotting. Serum 25-hydroxyvitamin D3 (25OHD3) content was assayed by ELISA. It was shown that prednisolone caused the development of hypocalcemia and hypophosphatemia, increased the alkaline phosphatase activity in the blood serum, while downregulating its activity in bone tissue and bone marrow. GC-induced osteoporosis was accompanied by a profound deficiency of VD3 and a decrease in the content of VDR. Evaluation of the NF-κB-associated cytokine axis RANK/RANKL/OPG, which regulates the balance of osteoblasts/osteoclasts, showed a simultaneous decrease in the RANK content and OPG/RANKL ratio. Vitamin D3 restored mineral metabolism and 25OHD3 level that led to the normalization of VDR-mediated signaling and RANK/RANKL/OPG functions in bone tissue. It has been shown that the administration of MBPA had a corrective effect on the content of mineral components in the blood serum and bone tissue, as well as on the activity of alkaline phosphatase only in combination with vitamin D3, indicating a low efficiency of bisphosphonate monotherapy in GC-induced vitamin D3 deficiency and osteoporosis. Keywords: bone remodeling, glucocorticoid-induced osteoporosis, methylenebisphosphonic acid, RANK/RANKL/OPG axis, vitamin D3
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.