Histomorphometry evaluation of bone anabolism promoted by prostaglandin E1 and its relation to hypercalcemia / Evaluación histomorfométrica del anabolismo óseo en la reparación promovida por la prostaglandina E1 y su relación con la hipercalcemia

Abstract Background: At present, parathyroid hormone is the only existing anabolic bone therapy but produces hypercalcemia. Prostaglandin E1 (PGE1) has been suggested as a bone anabolic agent that allows bone modeling formation without producing hypercalcemia. This study aimed to corroborate these PGE1 properties. Methods: For 22 days, rabbits (n = 30) were divided into three groups (n = 10 each group) and received intravenous solutions: vehicle (control group), palate disjunction + vehicle (sham group), and palate disjunction + 50 mg of PGE1 (PGE1 group). On days 1, 3, and 22, palatine suture X-rays were taken. On day 22, bone formation markers were analyzed, and the rabbits were sacrificed. Bone palate undecalcified samples were processed. Histomorphometry software was used to analyze bone parameters, and the mineralization front was stained with toluidine blue. Scalloped lines reflect remodeling-based bone formation (RBF), and smooth lines reflect modeling-based formation (MBF). Results: X-rays showed more significant palatal disjunction in the PGE1 group; this group exhibited significant calcitriol serum increments. Hypercalciuria was observed in the PGE1 group, and resorption markers (N-telopeptides) remained stable. Sutural bones in the PGE1 group exhibited significant anabolism in structural parameters. RBF was 20%, and MBF was 6% in the sham group; in the PGE1 group, RBF was 8.6%, and MBF was 17%. In the PGE1 group, mineralization was significantly accelerated, but resorption remained stable. Conclusions: This model suggests that PGE1 favors palate disjunction, calcitriol synthesis, and shortens the mineralization. Therefore, PGE1 is an important bone anabolic molecule predominantly of modeling-based form and no hypercalcemia.

Resumen Introducción: La hormona paratiroidea es la única molécula anabólica ósea, pero ocasiona hipercalcemia. La prostaglandina E1 (PGE1) sugiere ser un anabólico óseo con formación por modelación predominante y generalmente no ocasiona hipercalcemia. El objetivo de este estudio fue corroborar estas propiedades de la PGE1. Métodos: Por 22 días, 30 conejos divididos en tres grupos (n = 10 cada grupo) recibieron una solución por vía intravenosa: vehículo (grupo control), disyunción palatina más vehículo (grupo sham) y disyunción palatina más 50 mg de PGE1 (grupo PGE1). A los días 1, 3 y 22 se obtuvieron radiografías de la sutura palatina. En el día 22 se analizaron los marcadores bioquímicos de formación ósea y se sacrificó a los conejos. Las suturas y los huesos suturales se procesaron sin descalcificar. La evaluación histomorfométrica fue digitalizada y el frente de mineralización ósea se tiñó con azul de toluidina. Las líneas irregulares reflejan resorción (remodelación) y las líneas rectas no resorción (modelación). Resultados: Radiográficamente, la disyunción palatina fue mayor en el grupo PGE1. Este grupo mostró una hipercalcitonemia significativa, pero la calcemia y los marcadores resortivos (N-telopéptidos) se mantuvieron estables. Por histomorfometría, los huesos suturales del grupo PGE1 mostraron anabolismo significativo en parámetros estructurales. En el grupo sham, la remodelación ósea fue del 20% y la modelación fue del 6%; en el grupo PGE1, la remodelación fue del 8.6% y la modelación fue del 17%. En este mismo grupo, la mineralización fue significativamente acelerada, pero la resorción se mantuvo igual. Conclusiones: Este modelo sugiere que la PGE1 favorece la disyunción palatina y el aumento del calcitriol, y acelera la mineralización y el anabolismo óseo por modelación predominante sin hipercalcemia.

La alimentación con lactancia materna exclusiva es un factor de riesgo para osteopenia en prematuros menores de 1500 gramos y menores de 32 semanas de gestación en comparacion leche materna fortificada o leche de fórmula / Exclusive breastfeeding is a risk factor for osteopenia in preterm infants under 1500 grams and under 32 weeks of gestation compared to fortified breast milk or formula milk

Contexto: La osteopenia o enfermedad ósea metabólica del prematuro, consiste en una mineralización ósea insuficiente de origen multifactorial que afecta principalmente a recién nacidos pretérminos. Propósito: Determinar si la leche materna exclusiva es un factor de riesgo de osteopenia en prematuros menos de 1500 gramos y menos de 32 semanas de gestación. Material y métodos: Estudio descriptivo, epidemiológico, observacional, transversal de dos cohortes para comparar la osteopenia entre aquellos que consumen leche materna exclusiva versus los que reciben alimentación mixta (leche materna-leche de fórmula). Población 406 casos ingresados en Unidad de cuidados intensivos neonatales del Hospital Docente de Calderón- Hospital Roberto Gilbert Elizalde de Abril - Noviembre 2018. Muestra 209 prematuros. Resultados: Se analizaron 209 prematuros de bajo peso < 1.500 gramos y con edad gestacional < 32 semanas de gestación que fueron alimentados con leche materna o mixta, sexo femenino (n=109; 52,15%) y sexo masculino (n= 100; 47,85%); recibieron leche materna exclusiva (n=99; 47,37%), mientras que el (n=110; 52,63%) recibieron lactancia mixta. Se comparó los parámetros bioquímicos que forman parte del perfil de osteopenia entre los prematuros de bajo peso con lactancia materna versus lactancia mixta; los resultados muestran diferencias significativas para todos los parámetros con p-valor de 0,000; donde para el calcio la media fue de 9,23 mg en lactancia materna y 10,43 mg en mixta; la media del fósforo se ubicó en 2,94 mg en lactancia materna y 4,71 mg en mixta; por último la fosfatasa alcalina presentó promedio de 651,85 UI/L en lactancia materna y 395,51 UI/L en mixta; siendo significativas las diferencias entre estos grupos con p-valor 0,000. Conclusión: Los prematuros que recibieron leche materna exclusiva presentan mayor riesgo de desarrollar osteopenia en relación con los prematuros que recibieron lactancia mixta.

Context: Osteopenia or metabolic bone disease of prematurity, consists of an insufficient bone mineralization of multifactorial origin that mainly affects preterm newborns. Purpose: To determine if exclusive breast milk is a risk factor for osteopenia in premature babies less than 1500 grams and less than 32 weeks of gestation. Material and methods: A descriptive, epidemiological, observational, cross-sectional study of two cohorts to compare osteopenia between those who consume exclusive breast milk versus those who receive mixed feeding (breast milk-formula milk). Population 406 cases admitted to the Neonatal Intensive Care Unit of the Teaching Hospital of Calderón Hospital Roberto Gilbert Elizalde in April - November 2018. It shows 209 premature infants. Results: We analyzed 209 premature infants of low weight <1,500 grams and with gestational age <32 weeks of gestation that were fed with breast milk or mixed, female sex (n = 109, 52.15%) and male sex (n = 100; 47.85%); they received exclusive breast milk (n = 99, 47.37%), while (n = 110, 52.63%) received mixed breastfeeding. We compared the biochemical parameters that are part of the profile of osteopenia among low birth weight premature infants with breastfeeding versus mixed lactation; the results show significant differences for all parameters with p-value of 0.000; where for calcium the average was 9.23 mg in breastfeeding and 10.43 mg in mixed; the average phosphorus was 2.94 mg in breastfeeding and 4.71 mg in mixed; finally, alkaline phosphatase presented an average of 651.85 IU / L in breastfeeding and 395.51 IU / L in mixed; being significant the differences between these groups with p-value 0.000. Conclusion: Preterm infants who received exclusive breast milk presented a higher risk of developing osteopenia in relation to preterm infants who received mixed breastfeeding.

Bone characteristics of pigs fed different sources of phosphorus / Características óseas de cerdos alimentados con diferentes fuentes de fósforo / Características ósseas de suínos alimentados com diferentes fontes de fósforo

Summary Background: phosphorus supplementation should help to keep bone integrity and prevent fractures during the development and slaughter of animals. Objective: to evaluate the effect of different phosphorus sources on one characteristics of pigs. Methods: one-hundred and twelve piglets (28.65 ± 2.82 Kg body weight) were distributed into an 8×2 factorial arrangement (eight sources of phosphorus × two sexes) in blocks in a completely randomized design. The diets were formulated on a total-phosphorus basis, with 0.32 and 0.31% of P for the control diet and 0.56 and 0.42% of P for the other treatments in the growth and finishing phases, respectively. Phosphorus was supplemented as dicalcium phosphate (DCP); mono-dicalcium phosphate (MDCP); triple superphosphate (TSP); single superphosphate (SSP); Catalão-rock phosphate (ROCK); a mixture of sources (MIX); phosphoric acid (PPA); and the control diet (CTR). Results: there was no interaction between phosphorus sources and sex in any of the parameters. Thickness of the compact tissue was the lowest in the CTR, differing from the diets containing DCP, MDCP, and PPA, followed by diets SSP, TSP, and ROCK, with the greatest value for MDCP. Porosity of the compact tissue was higher for the CTR and SSP diets. Conclusion: the use of less elaborate sources of phosphorus, such as rock phosphate and single superphosphate, was less effective than the other sources to improve bone integrity of pigs.

Resumen Antecedentes: la suplementación dietaria con fósforo ayuda a mantener la integridad del hueso y prevenir fracturas durante el desarrollo y sacrificio de los animales. Objetivo: evaluar el efecto de diferentes fuentes de fósforo sobre las características óseas de los cerdos. Métodos: ciento doce lechones (peso corporal: 28,65 ± 2,82 Kg) se distribuyeron en un arreglo factorial 8×2 (ocho fuentes de fósforo × dos sexos) en bloques al azar. Las dietas se formularon con base en fósforo total, con 0,32 y 0,31% de P para la dieta control y 0,56 y 0,42% de P para los otros tratamientos en las fases de crecimiento y finalización, respectivamente. El fósforo se suplementó como fosfato dicálcico (DCP), monofosfato dicálcico (MDCP), superfosfato triple (TSP), superfosfato simple (SSP), fosfato de roca Catalão (ROCK), mezcla de fuentes (MIX), ácido fosfórico (PPA) y dieta control (CTR). Resultados: no se observó interacción entre las fuentes de fósforo y el sexo en ninguno de los parámetros estudiados. El espesor del tejido compacto fue más bajo en el CTR, y diferente a las dietas que contenían DCP, MDCP y PPA, seguido por las dietas SSP, TSP y ROCK; con el mayor valor para MDCP. La porosidad del tejido compacto fue mayor para las dietas CTR y SSP. Conclusión: el uso de fuentes menos elaboradas de fósforo, tales como el fosfato de roca y superfosfato simple, fue menos efectivo que las otras fuentes en mejorar la integridad ósea de los cerdos.

Resumo Antecedentes: a suplementação de fósforo deve manter a integridade do tecido ósseo e prevenir fraturas durante o desenvolvimento e abate dos animais. Objetivo: avaliar o efeito de diferentes fontes de fósforo sobre as características ósseas dos suínos. Métodos: cento e doze leitões com peso médio inicial de 28,65 ± 2,82 Kg foram distribuídos em esquema fatorial 8×2 (oito fontes de fósforo × dois sexos) em blocos casualizados. As dietas foram formuladas baseadas em fósforo total com 0,32 e 0,31% de P para a dieta controle e com 0,56 e 0,42% de P para os outros tratamentos nas fases de crescimento e terminação, respectivamente. O fósforo nas dietas foi suplementado com fosfato bicálcico (DCP); mono-fosfato bicálcico (MDCP); superfosfato triplo (TSP); superfosfato simples (SSP); fosfato de rocha Catalão (ROCK); uma mistura de fontes (MIX); ácido fosfórico (PPA); e a dieta controle (CTR). Resultados: não houve interação entre as fontes de fósforo e sexo dos animais para qualquer um dos parâmetros estudados. A espessura do tecido compacto é menor na CTR, diferenciando-se das dietas DCP, MDCP e PPA, seguido pelas dietas SSP, TSP e ROCK, sendo que o maior valor foi observado na dieta com MDCP. A porosidade do tecido compacto foi maior com as dietas CTR e SSP. Conclusão: o uso de fontes menos elaboradas de fósforo como superfosfato simples e fosfato de rocha foram menos eficientes do que os outros tratamentos para melhorar a integridade óssea de suínos.

Mineralización ósea en niños y adolescentes con hipotiroidismo congénito / Bone mineralization in children and adolescents presenting with a congenital hypothyroidisM

Introducción: en el hipotiroidismo congénito la mineralización ósea puede afectarse por la enfermedad o por los efectos del tratamiento con hormonas tiroideas.Objetivo: determinar en pacientes con hipotiroidismo congénito la mineralización ósea. Métodos: se realizó estudio descriptivo transversal pareado, en niños cubanos con hipotiroidismo congénito (n=67) y un grupo control (n=67). Se analizó la mineralización ósea por densitometría, y se tuvo en cuenta la edad, el sexo, la maduración ósea y sexual, el diagnóstico hormonal y el tratamiento. Se aplicaron intervalos de confianza (95 por ciento), análisis de varianza y correlación con significación. Resultados: la densidad, el contenido mineral óseo y el z-score en niños cubanos con hipotiroidismo congénito, y el grupo control no fue diferente significativamente (p=0,466; 0,155; 0,416 respectivamente). Estimaciones de asociación de mineralización ósea por edad mostró diferencia significativa en la densidad mineral ósea y contenido mineral óseo (p=0,000) para ambos grupos, y el z-score solo para los enfermos. La mineralización ósea fue significativa en la dosis promedio con levotiroxina en la segunda y tercera fase ósea, y en el tiempo de tratamiento. En el hipotiroidismo congénito permanente hubo correlación con el diagnóstico hormonal y el tiempo de tratamiento (p=0,000). Conclusiones: la mineralización ósea es homogénea en ambos grupos. La densidad y el contenido mineral óseo en niños cubanos con hipotiroidismo congénito y el grupo control se asocian con la edad, y son independientes del sexo. El z-score en pacientes con hipotiroidismo congénito sufre variación con la edad, y es independiente al sexo en ambos grupos. La densidad y el contenido mineral óseo varían en niños con hipotiroidismo congénito(AU)

Introduction: in the case of the congenital hypothyroidism the bone mineralization may be affected by disease or by the effects of the thyroid hormones treatment. Objective: to determine the bone mineralization in patients presenting with congenital hypothyroidism. Methods: a cross-sectional, matched and descriptive study was conducted in Cuban children with congenital hypothyroidism (n= 67) and a control group (n= 67). The bone mineralization was analyzed by densitometry taking into account age, sex, bone and sexual maturation, hormonal diagnosis and treatment. The 95 percent CI were applied, variance analysis and correlation with significance. Results: density, bone mineral content and z-score in Cuban children with congenital hypothyroidism and the control group there was significantly different (p= 0,466; 0,155; 0,416), respectively. The estimations of bone mineralization association according to age showed a significant difference in bone mineralization density and the bone mineral content (p= 0,000) for both groups, and the z-score only for the sick persons. The bone mineralization was marked in mean dose with levothyroxine during the second and third bone phase and the treatment time. In the case of permanent congenital hypothyroidism there was a correlation with hormonal diagnosis and the treatment time (p= 0,000). Conclusions: the bone mineralization is homogeneous in both groups. Density and bone mineral content in Cuban children with congenital hypothyroidism and the control group are associated with age independently of sex in both groups. Density and bone mineral content are different in the children with congenital hypothyroidism(AU)

Association between anthropometric hormonal measurements and bone mineral density in puberty and constitutional delay of growth and puberty / Asociación entre las mediciones hormonales antropométricas y la densidad mineral ósea en la pubertad y el retraso constitucional del crecimiento y la pubertad

The aim of this study is to evaluate the acquisition of bone mineral in healthy children throughout puberty and in children with constitutional delay of growth and puberty (CDGP), and to relate changes in bone mass to age, weight, height, sitting height, body mass index and sex hormones in healthy boys. A total of 90 boys: 15 boys with CDGP and 75 healthy boys in different pubertal stages were examined. The number of children assigned to each Tanner stages was 15. Although bone age, weight and Body Mass Index (BMI) were significantly higher in stages II, III, IV, V compared to stage I and CDGP, mean height and sitting height values were higher in stages III, IV, V compared to stage I and CDGP. Also, serum FSH, LH, oestradiol, total and free testosterone levels progressively increased, although serum sex hormone binding globulin (SHBG) levels decreased, in healthy children with progression of sexual development. Significant increase was observed for serum oestradiol levels at stage II and above (p < 0.001), for serum total and free testosterone levels at stage III and above (p < 0.001), for serum FSH and LH levels at stage IV and above (p < 0.01 and p < 0.001) respectively. Also, it was shown that bone mineral content (BMC) and bone mineral density (BMD) measurements were significantly higher for pubertal stage lll and above groups according to both the CDGP group and stage I group. When BMD and BMC measurements of children with CDGP (0.62 ± 0.05 gr/cm² and 23.4 ± 2.8 gr) were compared with bone age, age, BMI and height-matched controls, there was no significant difference between children with CDGP and controls, except for age. Bone mineral density and BMC measurements in children with CDGP were significantly lower than those of age-matched controls (for pubertal stage lll: p < 0.05, for pubertal stage IV: p < 0.01). The strongest correlation coefficients were found between BMD and height among auxological parameters (r = 0.63, p < 0.001) and serum oestradiol levels among hormones (r = 0.55, p < 0.001). The most important findings of this investigation was the determination of body composition and hormonal measurement changes during puberty in boys; oestradiol was the most potent determinant of BMD among pubertal boys. We suggested that there is a critical age period for accumulation of bone mass according to the results. Longitudinal studies will elucidate why sufficient mineralization does take place after puberty starts in CDGP.

El objetivo de este estudio es evaluar la adquisición de mineral óseo del hueso en niños saludables a través de la pubertad y en niños varones con retraso constitucional del crecimiento y la pubertad (RCCP), y relacionar los cambios de masa ósea a la edad, el peso, la altura, la altura sentado, el índice de masa corporal, y las hormonas del sexo en niños varones saludables. Examinamos un total de 90 niños, 15 niños con RCCP y 75 niños saludables en diferentes etapas de la pubertad. El número de niños asignados a cada etapa de Tanner fue 15. Aunque la edad ósea, el peso y el IMC fueron significativamente más altos en las etapas II, III, IV, V, comparados con la etapa I y el RCCP; la altura promedio y los valores de la altura sentado fueron más altos en las etapas III, IV, V, comparados con la etapa I y el RCCP. Por otra parte, los niveles séricos de HEF, HL, estradiol y testosterona total y libre, aumentaron progresivamente, aunque los niveles séricos de SHBG disminuyeron en los niños saludables con el avance del desarrollo sexual. Se observó un aumento significativo en los niveles de estradiol sérico en la etapa II y por encima (p <0.001), en los niveles séricos de testosterona libre y total en la etapa II y por encima (p < 0.001), y en los niveles séricos de HEF, HL en la etapa IV y por encima (p < 0.01 y p < 0.001). Además se observó que las mediciones del contenido mineral óseo (CMO) y la densidad mineral ósea (DMO) fueron significativamente mayores en la etapa III de la pubertad y grupos por encima, de acuerdo tanto con el grupo de RCCP cómo el grupo de la etapa I. Cuando las mediciones de DMO y CMO de niños con RCCP (0.62 ± 0.05 gr/cm² y 23.4 ± 2.8 gr) fueron comparadas con la edad ósea, la edad, IMC y los controles pareados por altura, no se halló ninguna diferencia significativa entre los niños con RCCP y los controles, excepto la edad. Las mediciones de DMO y CMO en niños con RCCP fueron significativamente más bajas que las de los controles pareados por edad (para la etapa III de la pubertad: p < 0.05; para la etapa IV de la pubertad: p < 0.01). Los coeficientes de correlación más fuertes se encontraron entre la DMO y la altura entre los parámetros auxológicos (r = 0.63, p < 0.001), los niveles séricos de estradiol entre las hormonas (r = 0.55, p < 0.001). Los hallazgos más importantes de esta investigación fueron la determinación de la composición corporal y los cambios en la medición hormonal durante la pubertad en los muchachos; el estradiol fue el determinante más potente de la DMO entre los niños en la pubertad. Sugerimos que hay un periodo de edad crítico para la acumulación de masa ósea de acuerdo con nuestros resultados. Los estudios longitudinales esclarecerán por qué se produce suficiente mineralización después de que la pubertad empieza en RCCP.

El eje hueso-riñón en el control del fósforo sérico y la mineralización ósea / Bone-Kidney axis in the control of serum phosphorus and bone mineralization

El eje hueso-riñón ha sido pensado como un mecanismo por el cual el esqueleto se comunica con el riñón para coordinar la mineralización de la matriz extracelular ósea con el manejo renal del fosfato. Osteoblastos /osteocitos están bien preparados para coordinar las homeostasis sistémica de fósforo y la mineralización ósea, ya que ellos expresan todos los componentes implicados en un posible eje hueso-riñón, incluyendo al PHEX, FGF-23, MEPE, y DMP1. Los efectos autocrinos de proteínas de la familia SIBLING como MEPE y DMP1 sobre los osteoblastos podrían regular la producción de proteínas de matriz extracelular que intervienen en la mineralización. El riñón provee uno de los efectores de este eje que regula el balance de fosfato a través de la expresión apical de los cotransportadores sodio/fosfato NaPi-IIa y NaPi-IIc en el túbulo proximal. Central en este eje es el FGF-23, producido por los osteoblastos que tiene acciones fosfatúricas sobre el riñón. Cuando se descubrió que el FGF23, la primera fosfatonina era de origen osteoblástico/osteocitico, quedó establecido el eje hueso-riñón. Probar definitivamente la existencia de este eje hueso-riñón y definir exactamente su rol fisiológico requerirá de investigaciones adicionales

The bone-kidney axis has been thought as a mechanism for the skeleton to communicate with the kidney to coordinate the mineralization of extracelular matrix with the renal handling of phosphate. Osteoblasts / osteocytes are well suited for coordinating systemic phosphate homeostasis and mineralization, since they express all of the implicated components of a possible bone-kidney axis, including PHEX, FGF-23, MEPE, and DMP1. In addition, autocrine effects of SIBLING proteins as MEPE and DMP1 on osteoblasts could regulate the production of ECM proteins that regulate mineralization. The kidney provides one of the effectors of the axis that regulates phosphate balance through the apical expression of NaPi-IIa and NaPi-IIc in proximal tubules. Central in this axis is FGF-23, produced by osteoblasts that has phosphaturic actions on the kidney. When FGF23, the first phosphatonin, was discovered to be of osteoblastic/osteocyte origin, the bone kidney axis was established. Proving the existence of this bone-kidney axis and defining its physiological role will require additional investigations