Effects of ethanol consumption and alcohol detoxification on the biomechanics and morphology the bone in rat femurs / Efeitos do consumo de etanol e da desintoxicação alcóolica sobre a biomecânica e morfologia óssea em fêmur de ratos

Abstract The objective of this study was to verify the effects of ethanol consumption and alcohol detoxification on the biomechanics, area and thickness of cortical and trabecular bone in rat femur. This was an experimental study in which 18 male Wistar rats were used, with 40 days of age, weighing 179±2.5 g. The rats were divided into three groups (n=06): CT (control), AC (chronic alcoholic), DT (detoxification). After experimental procedures, the animals were euthanized by an overdose of the anesthetic and their femurs were collected for mechanical testing and histological processing. All animals did not present malnutrition or dehydration during experimentation period. Morphometric analysis of cortical and trabecular bones in rat femurs demonstrated that AC animals showed inferior dimensions and alcohol detoxification (DT) allowed an enhancement in area and thickness of cortical and trabecular bone. Material and structural properties data of AC group highlighted the harmful effects of ethanol on bone mechanical properties. The results of this study demonstrated that chronic alcoholic rats (AC) presented major bone damage in all analyzed variables. Those findings suggested that alcohol detoxification is highly suggested in pre-operative planning and this corroborates to the success of bone surgery and bone tissue repair. Thanks to the financial support offered by PROBIC – UNIFENAS.

Resumo O objetivo deste estudo foi verificar os efeitos do consumo de etanol e da desintoxicação alcoólica sobre a biomecânica, área e espessura do osso cortical e trabecular em fêmur de ratos. Este foi um estudo experimental no qual foram utilizados 18 ratos Wistar machos, com 40 dias de vida, pesando 179±2,5 g. Os ratos foram divididos em três grupos (n=06): CT (controle), AC (alcoolista crônico), e DT (desintoxicado). Após os procedimentos experimentais os animais foram eutanaziados por uma overdose de anestésico e os fêmures coletados para os testes mecânicos e processamento histológico. Todos os animais não apresentaram desnutrição ou desidratação durante o período de experimentação. As análises morfométrica do osso cortical e trabecular demonstraram que os animais do grupo AC apresentavam dimensões inferiores, enquanto nos animais do grupo DT observou-se um aumento na área e espessura do osso cortical e trabecular. Dados dos materiais e das propriedades estruturais óssea do grupo AC destacam os efeitos nocivos do etanol sobre as propriedades mecânicas do osso. Os resultados deste estudo demonstraram que os ratos do grupo AC apresentaram danos significativos no osso em todas as variáveis ​​analisadas. Esses resultados sugerem que a desintoxicação alcoólica é recomendada no planejamento pré-operatório e isso corrobora para o sucesso de cirurgias e reparação no tecido ósseo. Agradecemos ao apoio financeiro oferecido pelo PROBIC – UNIFENAS.

Efeitos da fumaça de cigarro sobre a osteogênese e a resistência mecânica óssea em ratos / Effects of cigarette smoke on osteogenesis and bone mechanical resistance in rats

This paper reports a study of the effects of exposure to cigarette smoke on osteogenesis and the mechanical strength of bone in rats. Twelve male rats were separated into two groups (n=6): CT (control) and CI (cigarette). All the animals had free access to rat chow and water throughout the experiment. Group CI was exposed to the smoke of 6 cigarettes/day for 12 weeks. After 6 weeks of exposure to cigarette smoke, a defect was produced on the parietal bone and dense hydroxyapatite (DHA) ceramic bodies were implanted into cavities made surgically in the tibia of the animals, in each group. After surgery, the CT and CI groups returned to normal experimental conditions and, at the end of 12 weeks, they were euthanized, and their tibiae and parietal bones removed for histological processing, while the femurs were subjected to biomechanical tests in a MTS TestStar II three-point flexion module. Consumption of solid and liquid diet was satisfactory in both groups, all animals gaining weight throughout the experiment. CI animals showed a smaller volume of newly formed bone in the parietal defect (8.l9±0.2) and around the DHA implant in the tibia (33±0.5) than the rats in the CT group (14.4±0.5 and 39±1 respectively). The maximum force needed to break the femur was smaller in CI (119±3.2) than in CT (140±6.5). The results of this study led to the conclusion that exposure to cigarette smoke interfered with osteogenesis in the bone defect and around the DHA implant and reduced the maximum force required to completely break the femur, revealing that bone fragility can be caused by tobacco smoke.

O presente estudo teve como objetivo avaliar os efeitos da exposição à fumaça de cigarro sobre a osteogênese e a resistência mecânica do osso em ratos. Foram utilizados doze ratos machos, divididos em dois grupos (n=6): grupo CT (controle) e grupo CI (cigarro). Durante 12 semanas, os animais do grupo CI foram expostos à fumaça de seis cigarros/dia. Após seis semanas de exposição à fumaça de cigarro, uma falha óssea de 5mm foi produzida no osso parietal e corpos cerâmicos de hidroxiapatita densa (HAD) foram implantados em cavidade produzida cirurgicamente na tíbia dos animais do grupo CI e CT. Após as cirurgias, os animais retornaram aos protocolos experimentais e, ao término de doze semanas de experimentação, foram eutanasiados, as tíbias e os ossos parietais foram coletados para processamento histológico e os fêmures encaminhados para ensaio biomecânico em um módulo MTS TestStar II®. A exposição à fumaça do cigarro não interferiu no ganho de peso dos animais e os consumos de dieta líquida e sólida foram satisfatórios entre os grupos. Os animais do grupo CI apresentaram menor volume de osso neoformado na falha óssea (8,9±0,2) produzida no osso parietal e ao redor do implante de HAD na tíbia (33±0,5). A força máxima necessária para romper o fêmur dos animais foi menor no grupo CI (119±3,2) do que no grupo CT (140±6,5). Com bases nos resultados obtidos no presente trabalho, pôde-se concluir que a exposição à fumaça do cigarro interferiu na osteogênese da falha óssea e ao redor do implante de HAD, diminuiu a força máxima necessária para a ruptura completa dos fêmures e demonstrando a fragilidade óssea causada pelo hábito tabagista.