Effects of Coffee Intake and Intraperitoneal Caffeine on Bone Repair Process - A Histologic and Histometric Study

Studies have suggested that caffeine acts on bone promoting an increase of calcium excretion, inhibition of osteoblast proliferation and delay in tissue repair process, raising the risk of fractures, osteoporosis, periodontal disease and affecting the success of bone reconstructive procedures. The aim of this study was to analyze histomorphometrically the process of alveolar bone healing after tooth extraction in rats subjected to daily intake of boiled coffee or intraperitoneal administration of caffeine. Forty-five male rats were divided according to the treatment in Control group (C); Coffee group (CO) - treated with coffee since birth; and Caffeine (CAF) - intraperitoneal injection of aqueous solution of caffeine 1.5% (0.2 mL/100g body weight) for 30 days. When weighing between 250-300 g they were anesthetized, subjected to extraction of the maxillary right incisor, and euthanized 7, 21 and 42 days after surgery for histological assessments of bone volume and the quality of formed bone in the dental socket. The qualitative results demonstrated larger amounts of blood clot and immature bone in animals under treatment of pure caffeine compared to coffee and control. Histometric analysis revealed that coffee treatment led to a 40% drop in bone formation, and caffeine a 60% drop in comparison to control animals (ANOVA p≤0.01). It was concluded that both the daily ingestion of coffee and the intraperitoneal administration of caffeine in rats delayed the alveolar bone reparative process after tooth extraction, and this effect was more aggressive when pure caffeine was used.

Estudos têm sugerido que a cafeína age sobre o osso promovendo um aumento da excreção de cálcio, inibição da proliferação dos osteoblastos e retardo no processo de reparação tecidual, aumentando o risco de fraturas, osteoporose, doença periodontal, bem como afetando o sucesso de procedimentos de reconstrução óssea. O objetivo deste estudo foi analisar histomorfometricamente o processo de reparação óssea alveolar após extração dentária em ratos submetidos à ingestão diária de café fervido ou a administração intraperitoneal de cafeína. 45 ratos machos foram divididos de acordo com o tratamento, em controle (C); café (CO), tratados com café desde o nascimento; e cafeína (CAF), injeção intraperitoneal de solução aquosa de cafeína de 1,5 % (0,2 mL/100 g de peso corporal) durante 30 dias. Quando pesavam entre 250-300 g os animais foram anestesiados, submetidos à extração do incisivo superior direito, e sacrificados em 7, 21 e 42 dias após a cirurgia para análises histológicas quanto ao volume e à qualidade do osso formado no alvéolo dental. Os resultados qualitativos demonstraram grandes quantidades de coágulo sanguíneo e osso imaturo nos animais tratados com cafeína pura, em relação aos grupos café e controle. A avaliação histométrica mostrou que o tratamento com o café levou a uma queda na formação óssea de 40%, e com a cafeína de 60% em comparação ao grupo controle (ANOVA p≤0,01). Concluiu-se que tanto a ingestão diária de café quanto a administração intraperitoneal de cafeína em ratos retardou o processo de reparação do osso alveolar após extração dentária, e este efeito é mais agressivo quando do uso da cafeína pura.

Bone quality associated with daily intake of coffee: a biochemical, radiographic and histometric study

Caffeine induces loss of calcium and influences the normal development of bone. This study investigated the effects of coffee on bone metabolism in rats by biochemical measurement of calcium, bone densitometry and histometry. Male rats, born of female treated daily with coffee and with coffee intake since born, were anesthetized, subjected to extraction of the upper right incisor, and sacrificed 7, 21 and 42 days after surgery. Blood and urine samples were taken, and their maxilla radiographed and processed to obtain 5-µm-thick semi-serial sections stained with hematoxylin and eosin. The volume and bone quality were estimated using an image-analysis software. The results showed significantly greater amount of calcium in the plasma (9.40 ± 1.73 versus 9.80 ± 2.05 mg percent) and urine (1.00 ± 0.50 versus 1.25 ± 0.70 mg/24 h) and significantly less amount in bone (90.0 ± 1.94 versus 86.0 ± 2.12 mg/mg bone), reduced bone mineral density (1.05 ± 0.11 versus 0.65 ± 0.15 mmAL), and lower amount of bone (76.19 ± 1.6 versus 53.41 ± 2.1 percent) (ANOVA; p≤0.01) in animals treated with coffee sacrificed after 42 days. It may be concluded that coffee/caffeine intake caused serious adverse effects on calcium metabolism in rats, including increased levels of calcium in the urine and plasma, decreased bone mineral density and lower volume of bone, thus delaying the bone repair process.

A cafeína induz perda de cálcio e influencia no desenvolvimento ósseo normal. Este estudo investiga os efeitos do café sobre o metabolismo ósseo em ratos através de avaliações bioquímicas do cálcio, densitometria e histometria óssea. Ratos machos, nascidos de fêmeas tratadas diariamente com café, e com ingestão de café desde o nascimento, foram anestesiados, submetidos à extração do incisivo superior direito e sacrificados 7, 21 e 42 dias após a cirurgia. Amostras de sangue e urina foram colhidas, suas maxilas radiografadas e processadas para se obter cortes semi seriados (5 µm) e corados pela hematoxilina-eosina. Através de um programa de análise de imagens, o volume e a qualidade do osso foram avaliados. Os resultados demonstraram maior quantidade de cálcio no sangue (9,40 ± 1,73 versus 9,80 ± 2,05 mg por cento) e urina (1,00 ± 0,50 versus 1,25 ± 0,70 mg/24 h) e menor no osso (90,0 ± 1,94 versus 86,0 ± 2,12 mg/mg osso), densidade mineral óssea menor (1,05 ± 0,11 versus 0,65 ± 0,15 mmAL), e menor quantidade de osso (76,19 ± 1,6 versus 53,41 ± 2,1 por cento) estatisticamente significante (ANOVA p≤0,01) nos animais tratados com café sacrificados após 42 dias. Conclui-se que a ingestão de café/cafeína causou sérios efeitos adversos no metabolismo de cálcio em ratos, incluindo aumento dos níveis de cálcio na urina e no plasma, diminuição da densidade mineral óssea e menor volume de osso atrasando o processo de reparo ósseo.