Apoptosis in bone defect of diabetic rats treated with low intensity laser: radiological and immunohistochemical approach / Apoptosis en ratones diabéticos con defecto oseo tratados con láser de baja intensidad: evaluación radiológica e inmunohistoquímica

The aim of this study is evaluate the efficacy of 904 nm laser diode in bone regeneration in the bone defect in diabetic rats. Six groups of 10 male Wistar rats and 2 mm bone defects drilled on the left and right tibia were used. The diabetic animals were treated with streptozotocin (40 mg/kg, i.v.). We compared the diode laser doses of treatment of bone defects 50 w ­ 4 J/cm and 100 w ­ 4J/. The right tibia was used for immunohistochemical analysis with the apoptosis markers XIAP and Caspase-3 and the left tibia was submitted to computer tomography (CT). Caspase-3 marker showed greater amount of apoptosis in all the untreated groups compared to both laser treatments. There was no statistical significance for XIAP marker. CT scan showed improvement of bone defect area and volume in both laser treated groups, control and diabetic. Therefore the low intensity laser therapy was effective in accelerating bone repair in both, control and diabetic groups. It was evidenced in our study that diabetes influences bone repair negatively.

Los objetivos de este estudio fueron evaluar la eficacia del láser diodo de 904 nm en la regeneración ósea del defecto óseo en ratas diabéticas. Se utilizaron seis grupos de 10 ratas Wistar macho y se generó un defecto óseo de 2 mm en las tibias izquierda y derecha de los animales. El animal diabético fue generado con estreptozotocina (40 mg / kg, i.v.). Se compararon las dosis de tratamiento de los defectos óseos con láser de diodo de 50 w - 4 J / cm y 100w - 4 J /. La tibia derecha fue utilizada para el análisis inmunohistoquímico con los marcadores de apoptosis XIAP y Caspasa-3 y la tibia izquierda fue sometida a tomografía computarizada. El marcador caspasa-3 mostró mayor cantidad de apoptosis en todos los grupos no tratados en comparación con ambos tratamientos con láser. No hubo significación estadística para el marcador XIAP. La tomografía computarizada mostró una mejoría del área y el volumen de los defectos óseos en ambos grupos tratados con láser, control y diabéticos. Por lo tanto, la terapia con láser de baja intensidad fue eficaz en la aceleración de la reparación ósea tanto en los grupos control como en los diabéticos. Se evidenció en nuestro estudio que la diabetes afecta negativamente la reparación ósea.

The efficacy of low-level 940 nm laser therapy with different energy intensities on bone healing

Abstract The aim of this study was to evaluate the efficacy of low-level 940 nm laser therapy with energy intensities of 5, 10 and 20 J/cm2 on bone healing in an animal model. A total of 48 female adult Wistar rats underwent surgery to create bone defects in the right tibias. Low-level laser therapy (LLLT) was applied immediately after surgery and on post-operative days 2, 4, 6, 8, 10 and 12 in three study groups with energy intensities of 5 J/cm2, 10 J/cm2 and 20 J/cm2 using a 940 nm Gallium-Aluminium-Arsenide (Ga-Al-As) laser, while one control group underwent only the tibia defect surgery. All animals were sacrificed 4 or 8 weeks post-surgery. Fibroblasts, osteoblasts, osteocytes, osteoclasts and newly formed vessels were evaluated by a histological examination. No significant change was observed in the number of osteocytes, osteoblasts, osteoclasts and newly formed vessels at either time period across all laser groups. Although LLLT with the 10 J/cm2 energy density increased fibroblast activity at the 4th week in comparison with the 5 and 20 J/cm2 groups, no significant change was observed between the laser groups and the control group. These results indicate that low-level 940 nm laser with different energy intensities may not have marked effects on the bone healing process in both phases of bone formation.

Low-level laser therapy associated to a resistance training protocol on bone tissue in diabetic rats

ABSTRACT Objective The present study aimed to evaluate the in vivo response of a resistance training and low-level laser therapy (LLLT) on tibias and femurs of rats with diabetes mellitus (DM). Materials and methods Forty male Wistar rats were randomly distributed into four experimental groups: control group (CG), diabetic group (DG), diabetic trained group (TG) and diabetic trained and laser irradiated group (TLG). DM was induced by streptozotocin (STZ) and after two weeks laser and resistance training started, performed for 24 sessions, during eight weeks. At the end of the experiment, animals were euthanized and tibias and femurs were removed for analysis. Histological, histomorphometrical, immunohistochemistry and mechanical analyses were performed. Results Trained groups, with or without laser irradiation, showed increased cortical area, bone density and biomechanical properties. The immunohistochemical analysis revealed that TG and TLG demonstrated an increased RUNX2 expression. RANK-L immunoexpression was similar for all experimental groups. Conclusion In conclusion, it can be suggested that the resistance exercise program stimulated bone metabolism, culminating in increased cortical tibial area, bone mineral content, bone mineral density and biomechanical properties. Furthermore, the association of physical exercises and LLLT produced higher values for bone mineral content and stiffness. Consequently, these data highlight the potential of physical exercise in the management of bone loss due to DM and the possible extra osteogenic stimulus offered by lasertherapy. Further long-term studies should be carried out to provide additional information.

Repair of Surgical Bone Defects Grafted with Hydroxylapatite + ß-TCP and Irradiated with λ=850 nm LED Light

The treatment of bone loss due to different etiologic factors is difficult and many techniques aim to improve the repair, including a wide range of biomaterials and recently, photobioengineering. This work aimed to assess by histological analysis the repair of bone defects grafted with biphasic synthetic micro-granular HA + β-TCP associated with LED phototherapy. Forty rats were divided into 4 groups (Clot, LED, Biomaterial and LED + Biomaterial) each subdivided into 2 subgroups according to the time of animal death (15 and 30 days). Surgical bone defects were prepared on the femur of each animal with a trephine drill. In animals of the Clot group the defect was filled only by blood clot, in the LED group the defect filled with the clot was further irradiated. In the animals of Biomaterial and LED + Biomaterial groups the defect was filled by biomaterial and the last one was further irradiated (λ=850±10 nm, 150 mW, Φ ~ 0.5 cm2, 20 J/cm2 - session, 140 J/cm2- treatment) at 48-h intervals for 2 weeks. Following animal death, samples were taken and analyzed by light microscopy. Using the degree of maturation of the bone by assessment of the deposition/organization of the basophilic lines in the newly formed bone tissue, the LED + Biomaterial group was the one in a more advanced stage of bone repair process at the end of the experiment. It may be concluded that the use of LED phototherapy was effective in positively modulating the process of bone repair of bone defects in the femur of rats submitted or not to biomaterial grafting.

O tratamento de perdas ósseas devido a diferentes fatores etiológicos é difícil e muitas técnicas têm por objetivo melhorar o reparo incluindo o uso de uma ampla gama de biomateriais e, recentemente, a fotobioengenharia. Este trabalho teve como objetivo avaliar, por meio de análise histológica, o reparo de defeitos ósseos enxertados com HA bifásica micro-granular sintética + β -TCP associada à fototerapia LED. Quarenta ratos foram divididos em quatro grupos (Clot, LED, Biomaterial e LED + Biomaterial), subdivididos no dois subgrupos de acordo com o momento da morte (15 e 30 dias). Defeitos ósseos cirúrgicos foram criados em um fêmur de cada animal com uma broca trefina. Em animais do grupo coágulo, o defeito foi preenchido apenas pelo coágulo sanguíneo, no grupo de LED o defeito foi preenchido pelo coágulo e irradiado. Nos animais dos grupos do biomaterial e LED + biomaterial, os defeitos foram preenchidos com biomaterial e o último foi adicionalmente irradiado (λ=850±10 nm, 150 mW, Φ ~ 0.5 cm2, 20 J/cm2 - session, 140 J/cm2 -tratamento) a cada 48 h por duas semanas. Após a morte dos animais, amostras foram colhidas e analisadas por microscopia de luz, usando o grau de maturação do osso como marcador (deposição/organização das linhas basofílicas) no tecido ósseo neoformado. O grupo de LED + biomaterial apresentou processo de reparação mais avançado ao fim do experimento. Pode-se concluir que o uso da fototerapia LED foi eficaz na modulação positiva do processo de reparo ósseo de defeitos ósseos no fêmur de ratos submetidos ou não a enxerto com biomaterial.

Comparative study and histomorphometric analysis of bone allografts lyophilized and sterilized by autoclaving, gamma irradiation and ethylene oxide in rats

PURPOSE: To compare three sterilization methods (autoclave, gamma irradiation and ethylene oxide) over non demineralized lyophilized bone allografts. METHODS: Bone allografts were implanted on paravertebral muscles of 21 rats. After 30 days animals were sacrificed and grafts underwent comparative analysis regarding histomorphometric and macroscopic parameters. RESULTS: Allografts that underwent the three sterilization methods presents similar weight gain, cortical thickness similar to control group, and less fibrosis than the control group. Grafts that underwent sterilization in autoclave presented less presence of multinucleated giant cells, although not statistically significant. There was also no statistically significant difference regarding mineralization on the three groups. CONCLUSION: The three sterilization methods cause similar effects on bone allografts regarding macroscopic and histomorphometric parameters.

Radioprotective effect of sodium selenite on bone repair in the tibia of ovariectomized rats

This studyevaluated protection by selenium (Se) in the bone repair process in ovariectomized rats after irradiation. For such purpose, 80 ovariectomized female Wistar rats were randomly divided into 4 experimental groups: ovariectomized (Ov), Ov/Se, Ov/irradiated (Irr) and Ov/ Se/Irr. A bone defect was created on the tibia of all animals 40 days after ovariectomy. Two days after surgery, only the Ov/Se and Ov/Se/Irr rats received 0.8 mg Se/kg. Three days after surgery, only the Ov/Irr and Ov/Se/Irr rats received 10 Gy of x-rays on the lower limb region. The animals were euthanized at 7, 14, 21 and 28 days after surgery to assess the repair process, which was evaluated by analysis of trabecular bone number (Masson Trichrome) and birefringence analysis (Picrosirius). It was possible to observe a delay in the bone repair process in the ovariectomized/irradiated group and similarity between the ovariectomized, Ov/Se and Ov/Se/Irr groups. In conclusion, sodium selenite exerted a radioprotective effect in the bone repair of tibia of ovariectomized rats without toxicity.

Esse estudo avaliou a proteção do selênio no processo de reparação óssea em ratas ovariectomizadas após irradiação. Para isso, 80 ratas Wistar foram divididas aleatoriamente em 4 grupos experimentais: ovariectomizado, ovariectomizado/selênio, ovariectomizado/irradiado e ovariectomizado/selênio/irradiado. Foi realizado um defeito ósseo na tíbia de todos os animais 40 dias após ovariectomia. Dois dias após essa cirurgia, os animais dos grupos ovariectomizado/selênio e ovariectomizado/selênio/irradiado receberam 0,8 mg Se/kg. Três dias após a cirurgia, os animais dos grupos ovariectomizado/irradiado e ovariectomizado/selênio/irradiado receberam 10 Gy de radiação X na região de membros inferiores. Os animais foram sacrificados 7, 14, 21 e 28 dias após a cirurgia para avaliação do processo de reparo ósseo, que foi realizado pela análise do número de trabéculas ósseas (coloração Tricrômico de Masson) e pela análise de birrefringência (coloração de Picrosirius). Foi observado atraso no processo de reparo ósseo no grupo ovariectomizado/irradiado e semelhança entre os grupos ovariectomizado, ovariectomizado/selênio e ovariectomizado/selênio/irradiado. Foi possível concluir que o selenito de sódio exerceu efeito radioprotetor no processo de reparação de tíbias em ratas ovariectomizadas sem toxicidade.

Effects of ionizing radiation on bone neoformation: histometric study in Wistar rats tibiae / Efeitos da radiação ionizante na neoformação óssea: estudo histométrico em tíbias de ratos

PURPOSE: Comparing the ionizing radiation effects on bone neoformation of rats tibiae previously submitted to radiotherapy with a single dosage of 30Gy with the contralateral tibiae that have received secondary radiation. METHODS: In thirty male Wistar rats, 30 days before surgical procedure when round defects would be created on the bone, the right tibia was irradiated with 30Gy and the left tibia received a calculated secondary radiation dose of 7Gy. Sacrifices were performed after 4, 7, 14, 21, 56 and 84 postoperative days and both tibiae were removed for histological processing. RESULTS: The left tibiae that received the dose of 7Gy has shown more bone neoformation from 14th postoperative days, giving evidences of less damage to cellular population responsible by bone neoformation. On the other hand, the dose of 30Gyon right tibiae did not exhibit significant differences among the periods, suggesting damage of long-lasting or even permanent duration. CONCLUSION: Tibiae submitted to radiation dose of 30Gy have shown more damage to bone cells than tibiae that received secondary radiation dose of 7Gy, especially observed on 14th, 56th and 84th postoperative days.

OBJETIVO: Comparar os efeitos da radiação ionizante na reparação óssea em tíbias de ratos, submetidas à radioterapia prévia com doses 30Gy, com as tíbias contralaterais que receberam radiação secundária. MÉTODOS: No total, 30 ratos Wistar machos foram submetidos à cirurgia para realização de defeitos circulares em ambas as tíbias de cada rato, com radioterapia prévia de 30 dias, sendo que a tíbia direita recebeu a dose de 30Gy e tíbia esquerda a dose de radiação secundária calculada em 7Gy. Os sacrifícios ocorreram em 4, 7, 14, 21, 56 e 84 dias da realização do defeito ósseo e as tíbias foram removidas para processamento histológico. RESULTADOS: O grupo de 7Gy apresentou maior neoformação a partir do período de 14 dias, indicando pouco dano aos elementos celulares responsáveis pela reparação óssea, enquanto que o grupo de 30Gy não apresentou diferenças significantes entre os períodos, sugerindo um dano de efeito prolongado ou até mesmo permanente. CONCLUSÃO: As tíbias irradiadas com 30Gy apresentaram maior dano às células ósseas do que as tíbias que receberam radiação secundária de 7Gy, principalmente observadas nos períodos de 14, 56 e 84 dias.

Platelet-rich plasma in bone repair of irradiated tibiae of Wistar rats / Plasma rico em plaquetas na reparação óssea em tíbias irradiadas de ratos Wistar

PURPOSE: To evaluate the influence of PRP addition on bone repair of circular defects created in irradiated tibiae of rats by histometric analysis. METHODS: Sixty male Wistar rats had the right tibiae irradiated with 30 Gy. After 30 days monocortical defects were created and platelet-rich plasma was applied in 30 rats. In the control group defects were created but not filled. The animals were desanguinated after 4, 7, 14, 21, 56 and 84 days and the tibiae removed for histological processing. RESULTS: There was a tendency in the PRP group to increased bone neoformation from 14-days to 84-days; in the control group increased bone neoformation was not seen after 21 days or later. CONCLUSION: The addition of platelet-rich plasma had a beneficial effect in the initial cellular regeneration period and enhanced bone formation in later periods when compared to control.

OBJETIVO: Avaliar histometricamente a influência do PRP na reparação óssea de defeitos circulares criados em tíbia irradiada de ratos Wistar. MÉTODOS: Sessenta ratos machos tiveram a tíbia direita irradiada com 30Gy. Após 30 dias, defeitos ósseos monocorticais foram criados e PRP foi adicionado em 30 ratos. No grupo controle os defeitos foram criados, mas não preenchidos. Os animais foram sacrificados em 4, 7, 14, 21, 56 e 84 dias e a tíbia removida para processamento histológico. RESULTADOS: Houve uma tendência do grupo PRP mostrar uma neoformação óssea significativamente maior nos períodos de 14 a 84 dias; no grupo controle o aumento da reparação óssea não se manteve após 21 dias. CONCLUSÃO: A adição de PRP mostrou-se benéfica no período inicial de reparação celular e em períodos seqüentes foi estímulo à quantidade neoformação óssea, quando comparado ao controle.

Avaliação da interface osso-implante em tíbias de coelho irradiadas / Bone-implant interface evaluation in irradiated rabbit tibiae

O câncer de cabeça e pescoço é comumente tratado por combinação de cirurgia e radioterapia. Nesses casos, a reabilitação com próteses implanto-suportadas muito pode contribuir para restabelecimento de estética e função. A radioterapia, entretanto, pode provocar diversos problemas tais como xerostomia, alteração da microbiota oral, aumento da suscetibilidade a processos infecciosos e prejuízo generalizado para o metabolismo dos tecidos envolvidos. A despeito de todas essas alterações, os implantes, em muitos casos, representam a única opção para uma recuperação funcional adequada. Diversas substâncias, tais como o plasma rico em plaquetas (PRP), já foram avaliadas no sentido de melhorar a integração óssea dos implantes, a qual é crítica no osso irradiado. O PRP contém alta concentração de plaquetas e fibrinogênio e pode ser obtido através da centrifugação do sangue coletado do paciente. A proposta do presente trabalho foi realizar um estudo experimental em animais de modo a determinar o quanto a irradiação pode prejudicar a formação da interface osso-implante além de mensurar o quanto a utilização do PRP pode modificar a osteointegração. Foram utilizados 18 coelhos divididos em três grupos: Grupo I, implantes instalados em osso não irradiado; Grupo II, implantes instalados em osso irradiado; Grupo III, implantes instalados em osso irradiado com uso do PRP. Todos os implantes foram instalados em epífise proximal de ambas as tíbias, que foram irradiadas 40 dias antes (1727cGy). Todos os animais foram sacrificados 40 dias após a instalação dos implantes para que fossem obtidas lâminas para análise histomorfométrica ao microscópio. Foram investigadas a extensão do contato osso-implante e a área de osso neoformado entre as espiras. ...

Effect of sodium selenite on bone repair in tibiae of irradiated rats

This study evaluated the radioprotective effect of sodium selenite on the bone repair process in tibiae of female rats. For such purpose, 100 female Wistar rats (Rattus norvegicus, albinus) were randomly assigned to 4 groups (n=25), according to the treatment received: administration of distilled water (control); administration of sodium selenite; gamma radiation; and administration of sodium selenite plus gamma radiation. A bone defect was prepared on both tibiae of all animals. Three days after surgery, the gamma radiation and selenium/gamma radiation groups received 8 Gy gamma rays on the lower limbs. Five animals per group were sacrificed 7, 14, 21, 28 days after surgery for evaluation of the repair process by bone volumetric density analysis. The 5 animals remaining in each group were sacrificed 45 days postoperatively for examination of the mature bone by scanning electron microscopy. Based on all analyzed parameters, the results of the present study suggest that sodium selenite exerted a radioprotective effect in the bone repair of tibia of irradiated rats.

Este estudo avaliou o efeito radioprotetor de selenito de sódio no processo de reparação óssea em tíbias de ratas. Para isto, 100 ratas Wistar (Rattus norvegicus, albinus) foram aleatoriamente divididas em 4 grupos (n=25), de acordo com o tratamento recebido: administração de água destilada (controle); administração de selenito de sódio; irradiação gama; e administração de selenito de sódio mais irradiação gama. Um defeito ósseo foi realizado em ambas as tíbias de todos os animais. Três dias após a cirurgia, apenas os animais dos grupos irradiado e selênio/irradiado receberam 8 Gy de radiação gama na região dos membros inferiores. Cinco animais por grupo foram sacrificados 7, 14, 21 e 28 dias após a cirurgia para avaliação do processo de reparo ósseo pela análise da densidade óssea volumétrica. Os cinco animais remanescentes em cada grupo foram sacrificados aos 45 dias do pós-operatório para avaliação da maturação óssea por meio da microscopia eletrônica de varredura. Baseado em todos os parâmetros analisados, os resultados do presente estudo sugerem que o selenito de sódio exerceu efeito radioprotetor no reparo ósseo de tíbias de ratas irradiados.

Efeito do ultra-som terapêutico contínuo em placas epifisárias de coelhos / Effect of continuous therapeutic ultrasound in rabbit growth plates

Devido aos efeitos terapêuticos, o ultra-som tem se tornado ferramenta indispensável no tratamento fisioterapêutico de alterações causadas por lesões e em diversas doenças, porém seu uso em pacientes pediátricos é controverso por possíveis distúrbios e danos à placa epifisária. O objetivo deste estudo é verificar se o ultra-som contínuo apresenta efeitos de alteração na placa de crescimento da tíbia de coelhas. Oito coelhas da raça Nova Zelândia com dois meses de idade foram submetidas a um tratamento usando ultra-som terapêutico de forma contínua com dose de 1W/cm² na região lateral da articulação do joelho direito por 5min, durante 10 dias com dois dias de intervalo após a 5ª aplicação. A articulação do joelho esquerdo foi utilizada como controle. A análise histológica mostrou uma alteração na espessura da cartilagem epifisária, sendo que no lado tratado o tamanho foi 24,40 por cento maior do que no controle (p < 0,0001), enquanto a análise radiológica não apresentou diferença entre os membros. Conclui-se que o ultra-som terapêutico na forma utilizada produz alterações histológicas significativas na espessura da cartilagem no lado tratado, sugerindo uma aceleração no metabolismo da placa.

The therapeutic efficiency of ultrasound has become an indispensable tool of physical therapy treatment in cases of alteration by lesions and in many kinds of sickness. However, in pediatric cases the use of ultrasound is controversial due to possible disturbance and damage to the growth plate. The aim of this study is to find out if the continuous ultrasound presents alteration effects on the growth plate of female rabbits. Eight New Zealand female rabbits with two months of age were tested. They were treated by continuous therapeutic ultrasound with doses of 1 W/cm² in the lateral region of the right knee joint for five minutes, during 10 days, with an interval of two days after five applications. The left knee joint was used as a control. The histological analysis showed an alteration in the thickness of the growth plate on the treated side 24.40 percent bigger than in the left knee joint of the control (p < 0.0001). On other hand, the radiological analysis did not show any difference between the limbs. The conclusion was that the therapeutic ultrasound produced significant histological alterations in the cartilage thickness on the treated side according to the manner it was used in the experiment. Such fact suggests an acceleration in the growth plate metabolism.

Debido a los efectos terapéuticos, la ultrasonografía se ha convertido en una herramienta indispensable al tratamiento fisioterapéutico de las alteraciones causadas por lesiones y en diversas enfermedades, a pesar de esto su uso en pacientes pediátricos es controversial por los posibles disturbios y daños a la placa epifisaria. El objetivo de este estudio es verificar si la ultrasonografía continua presenta efectos de alteración en la placa de crecimiento de al tibia de conejas. Ocho conejas de la raza Nueva Zelanda con 2 meses de edad fueron sometidas a un tratamiento usando ultrasonografía terapéutica de forma continua con dosis de 1W/cm² en la región lateral de la articulación de la rodilla derecha por 5 min, durante 10 días con 2 días de intervalo después de la 5ª aplicación. La articulación de la rodilla izquierda fue utilizada como control. El análisis histológico reportó una alteración en la espesura del cartílago epifisario, en el lado tratado el tamaño fue de 24,40 por ciento mayor del que en el control (p < 0,0001); mientras que el análisis radiológico no presentó ninguna diferencia entre los miembros. Por tanto, se concluye que la ultrasonografía terapéutica en la forma utilizada produce alteraciones histológicas significativas en la espesura del cartílago en el lado tratado, lo que sugiere una aceleración en el metabolismo de la placa.