Mechanosensitivity of Bone
Pajamäki, Ilari (2007)
Pajamäki, Ilari
Tampere University Press
2007
Kirurgia/ortopedia ja traumatologia - Surgery/orthopedics and traumatology
Lääketieteellinen tiedekunta - Faculty of Medicine
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Väitöspäivä
2007-01-12
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/urn:isbn:978-951-44-6816-2
https://urn.fi/urn:isbn:978-951-44-6816-2
Tiivistelmä
Osteoporoosi on ikääntyvässä väestössä kasvava ongelma, jonka hoidossa ja ennaltaehkäisyssä sukupuolihormoneilla ja liikunnalla on merkittävä osuus. Tällä hetkellä osteoporoottiset luunmurtumat muodostavat yhden eniten lisääntyvistä kansanterveydellisistä ongelmista. Pääasialliset luun lujuuteen ja rakenteeseen vaikuttavat tekijät ovat ihmisen perimä yhdessä fyysisen kuormituksen, ravintotekijöiden ja elimistön hormonaalisen tilan kanssa. Näistä fyysisen kuormituksen merkitys on ilmeinen, sillä fyysisen kuormituksen puuttuessa ei millään tunnetulla ravinnollisella tai hormonaalisella menetelmällä pystytä luun mineraalimäärän vähenemistä pysäyttämään. Luun mineraalipitoisuutta säätelee kaksi prosessia; luun uudismuodostus (formaatio) ja luun hajotus (resorptio), joihin liikunta vaikuttaa lisäten edellistä ja hidastaen jälkimmäistä. Aiempien tutkimusten perusteella on viitteitä siitä, että eri tekijät kuten hormonit osallistuvat luun kuormitusvasteen säätelyyn ja nuorena liikunnan avulla saavutetut positiiviset luustomuutokset säilyisivät ainakin osittain aikuisuuteen liikkumisen vähenemisen tai lopettamisen jälkeen. Väitöskirjatutkimuksen tarkoituksena oli selvittää sukupuolen, estrogeenin ja iän merkitystä luun kuormitusvasteen säätelyssä sekä fyysisellä kuormituksella aikaansaadun luulisän pysyvyyttä kuormituksen lopettamisen jälkeen. Lisäksi selvitimme mekaanisen kuormituksen ja estrogeenin rooleja luun rakenteen ja lujuuden säätelijöinä. Tutkimuksessamme määritimme rottien reisiluista mineraalimassan, -tiheyden ja rakenteen perifeerisellä kvantitatiivisella tietokonetomografialla (pQCT) ja/tai mikro-tietokonetomografialla (µCT). Luun mekaaninen lujuus määritettiin mekaanisella koestuslaitteella. Havaitsimme tutkimussarjassamme, että uroksilla luuston kuormitusvaste oli lähes kaksinkertainen naaraisiin verrattuna sekä nuorilla että aikuisilla rotilla. Tämän havainnon pohjalta aloimme selvittämään estrogeenin roolia luuston kuormitusvasteen säätelyssä ja havaitsimme estrogeenin vaikutuksen poistamisen (munasarjojen poisto) naarailla lisäävän luun kuormitusvastetta. Tämä estrogeenin luun kuormitusvastetta vähentävä vaikutus ei kuitenkaan näyttäisi olevan suora, sillä havaitisimme estrogeenin pakkaavan luuhun ylimäärin mineraalia puberteetin aikoihin johtaen luun lujuuden kasvuun, samalla epäsuorasti aiheuttaen luun kuormitusvasteen heikkenemisen. Tämä havainto antaa uutta ja aikaisemmasta poikkeavaa tietoa estrogeenin roolista luun mineraalimäärän säätelyssä ja samalla myös postmenopausaalisen osteoporoosin patogeneesistä.
Jatkotutkimuksessa seurasimme nuorena fyysisen kuormituksen avulla saavutettujen luustomuutosten pysyvyyttä sen jälkeen kun kuormitus lopetetaan. Osteoporoosin kehittymisen kannalta tämän tutkimusasetelman tekee kiinnostavaksi se, että on tärkeää selvittää, suojaako nuorena harrastettu fyysinen aktiviteetti vanhempana luuston haurastumiselta. Tutkimussarjassamme havaitsimme urosrotilla, että nuorena fyysisen kuormituksen avulla aikaansaadut luustomuutokset pysyivät jonkin aikaa liikunnan lopettamisen jälkeen, mutta seurannassa nämä positiiviset luustomuutokset kuitenkin lopulta hävisivät.
Kasvavien ja täysikasvuisten rottien luita analysoimalla osoitimme, että ikääntymisellä ei ole kvantitatiivisesti (massa, lujuus) arvioiden vaikutusta luun kuormitusvasteeseen. Sen sijaan kvalitatiivisesti arvioiden näyttäisi, että kasvuikäinen luu reagoi liikuntakuormitukselle pääasiallisesti geometrisia ominaisuuksia (luun koko) muuttamalla ja täysikasvuinen luu puolestaan luun mineraalitiheyttä lisäämällä. Lisäanalyysina tarkastelimme vielä, onko luilla iän suhteen eroa niiden kyvyssä säilyttää liikunnan avulla aikaansaatuja muutoksia, mutta mitään viitteitä tällaisestakaan emme pystyneet osoittamaan.
Poistamalla mekaanisen kuormituksen (kipsi-immobilisaatio) ja/ tai estrogeenin vaikutuksen osoitimme, että mekaaninen kuormitus on pääasiallinen luun rakennetta ja lujuutta säätelevä tekijä. Kuormituksen aikaansaama luulisä kertyi suunta-spesifisesti eli luupinnoille, joihin kohdistuu suurimmat voimat luuta kuormitettaessa. Estrogeenilla ei aiemmasta tiedosta poiketen näyttäisi olevan itsenäistä luun kuormitusvastetta tai kokoa säätelevää vaikutusta vaan nämä vaikutukset tulevat esille epäsuorasti estrogeenin luun mineraalipitoisuutta säätelevän vaikutuksen kautta. Täten estrogeenin luustovaikutukset näyttäisivät kohdistuvan vain luun mineraalipitoisuden säätelyyn. Lisäksi osoitimme sekä kuormituksella että estrogeenilla olevan itsenäinen, mutta eri mekanismeilla toimiva, hohkaluun rakennetta säätelevä vaikutus.
Jatkotutkimuksessa seurasimme nuorena fyysisen kuormituksen avulla saavutettujen luustomuutosten pysyvyyttä sen jälkeen kun kuormitus lopetetaan. Osteoporoosin kehittymisen kannalta tämän tutkimusasetelman tekee kiinnostavaksi se, että on tärkeää selvittää, suojaako nuorena harrastettu fyysinen aktiviteetti vanhempana luuston haurastumiselta. Tutkimussarjassamme havaitsimme urosrotilla, että nuorena fyysisen kuormituksen avulla aikaansaadut luustomuutokset pysyivät jonkin aikaa liikunnan lopettamisen jälkeen, mutta seurannassa nämä positiiviset luustomuutokset kuitenkin lopulta hävisivät.
Kasvavien ja täysikasvuisten rottien luita analysoimalla osoitimme, että ikääntymisellä ei ole kvantitatiivisesti (massa, lujuus) arvioiden vaikutusta luun kuormitusvasteeseen. Sen sijaan kvalitatiivisesti arvioiden näyttäisi, että kasvuikäinen luu reagoi liikuntakuormitukselle pääasiallisesti geometrisia ominaisuuksia (luun koko) muuttamalla ja täysikasvuinen luu puolestaan luun mineraalitiheyttä lisäämällä. Lisäanalyysina tarkastelimme vielä, onko luilla iän suhteen eroa niiden kyvyssä säilyttää liikunnan avulla aikaansaatuja muutoksia, mutta mitään viitteitä tällaisestakaan emme pystyneet osoittamaan.
Poistamalla mekaanisen kuormituksen (kipsi-immobilisaatio) ja/ tai estrogeenin vaikutuksen osoitimme, että mekaaninen kuormitus on pääasiallinen luun rakennetta ja lujuutta säätelevä tekijä. Kuormituksen aikaansaama luulisä kertyi suunta-spesifisesti eli luupinnoille, joihin kohdistuu suurimmat voimat luuta kuormitettaessa. Estrogeenilla ei aiemmasta tiedosta poiketen näyttäisi olevan itsenäistä luun kuormitusvastetta tai kokoa säätelevää vaikutusta vaan nämä vaikutukset tulevat esille epäsuorasti estrogeenin luun mineraalipitoisuutta säätelevän vaikutuksen kautta. Täten estrogeenin luustovaikutukset näyttäisivät kohdistuvan vain luun mineraalipitoisuden säätelyyn. Lisäksi osoitimme sekä kuormituksella että estrogeenilla olevan itsenäinen, mutta eri mekanismeilla toimiva, hohkaluun rakennetta säätelevä vaikutus.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4772]