The effect of cadmium on bone mineral density and biomechanical parameters of cortical bone: The comparison with ovariectomized rat model

Kadmiyumun kortikal kemik mineral yoğunluğu ve biyomekanik parametreleri üzerine etkisi: Ovariektomili sıçan modeli ile karşılaştırma

Coşkun Banu YILMAZ, Serap YALIN, Altan YILDIZ, Selda BAĞIŞ, Rezan HATUNGİL, Oya ÖGENLER, Ülkü ÇÖMELEKOĞLU

Abstract

Objective: Ovariectomy and cadmium have been reported as the two main risk factors for osteoporosis. The goal of the this study was to measure and compare the effects of ovariectomy and long term exposure to low levels of cadmium on the biomechanical quality of cortical bone in rats.Materials and Methods: In this study, twenty-one female rats were separated randomly to three groups: a control group cadmium (Cd), group and an ovariectomy (OVX) group. OVX rats underwent bilateral ovariectomy via ventral incision. Twelve weeks after the ovariectomy, cadmium chloride was administered to rats Cd as intraperitoneal injection of 0.5 mg/kg three times a week for 18 weeks. Bone mineral density was measured using dual energy X-ray absorbtiometry. Cross sectional area of the femoral shaft was evaluated by computerized tomography. Tensile test was performed to measure the maximum load, deformation, energy, ultimate stres, ultimate strain stiffness and toughness of the bone tissue.Results: In the OVX group, except for the stiffness, all of biomechanical parameters were significantly lower than that of the control group (p0.05). Additionally, biomechanical parameters were unchanged in the Cd group when compared to the OVX group.Conclusion: Even though low levels of cadmium are thought to constitute as a risk factor for osteoporosis by degrading the biomechanical quality of the bone tissue, it is not as serious of a threat as experimental osteoporosis.

Özet

Amaç: Bu çalışmada osteoporoz için iki önemli risk faktörü olduğu bildirilen kadmiyumun ve ovariektominin sıçan kortikal kemiği biyomekanik kalitesi üzerine etkilerinin saptanması ve sonuçların karşılaştırılması amaçlandı.Gereç ve Yöntem: Deneylerde 21 adet dişi sıçan kullanıldı. Sıçanlar kontrol grubu, kadmiyum (Cd) grubu ve ovariektomi (OVX) olmak üzere üç gruba bölündü. OVX grubundaki sıçanlara bilateral ovariektomi yapıldı. Cd grubundaki sıçanlara ovariektomiden 12 hafta sonra, haftada 3 kez 0,5 mg/kg kadmiyum klorür, kontrol grubu ve OVX grubundaki sıçanlara ise saf su 18 hafta boyunca intraperitoneal olarak uygulandı. On sekiz hafta sonunda tüm gruplarda çift enerjili X ışınları absorbsiyometresi kullanılarak kemik mineral yoğunluğu ölçüldü. Daha sonra sıçanlar sakrifiye edilip ve femurları izole edilerek bilgisayarlı tomografi ile kortikal femur kesit alanları ölçüldü. Germe testi ile kemiklerde maksimum kuvvet, deformasyon, kemikte depolanan enerji, sertlik, maksimum stres, maksimum strain ve dayanıklılık değerleri ölçüldü.Bulgular: OVX grubunda sertlik dışındaki tüm biyomekanik değişkenlerin değeri kontrol grubuna göre istatistiksel olarak anlamlı düzeyde azalmıştı (p0,05). Ancak Cd grubu ile OVX grubu arasında da biyomekanik değişkenler açısından istatistiksel olarak önemli bir fark gözlenmedi.Sonuç: Sonuç olarak deneysel menopoz kadar ağır kemik hasarına yol açmamasına rağmen, düşük doz kadmiyumun da kemiğin biyomekanik kalitesini azaltarak osteoporoz için risk faktörü oluşturduğu düşünüldü.