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Kollagen besteht hauptsächlich aus den Aminosäuren Hydroxyprolin, Prolin und Glycin und erfährt posttranslationale Modifikationen, beispielsweise wenn es durch das Enzym Lysyloxidase3 vernetzt wird.Zusätzlich zu Protein und Mineralien ist Wasser vorhanden und kann entweder frei in den vielen Poren im Knochen oder enger mit Kollagen oder Mineralien verbunden sein, was als gebundenes Wasser bezeichnet wird 4. Veränderungen in einer Komponente der Matrix verändern oft die andere Phasen aufgrund ihrer engen Interaktion.Beispielsweise können Mutationen im Kollagen, die seine Struktur beeinflussen, zu Veränderungen in der Mineralisierung führen, und nicht-kollagene Proteine ​​können die Menge an gebundenem Wasser im Knochen beeinflussen5.Jede nanoskalige Komponente trägt zur Gesamtbruchfestigkeit des Knochens bei, die sowohl durch strukturmechanische Eigenschaften, die von der Knochenmasse abhängen, als auch durch strukturunabhängige Eigenschaften auf Gewebe- oder Materialebene bestimmt wird.Eigenschaften auf Gewebe- und Materialebene werden häufig gemeinsam als Maße der Knochenqualität bezeichnet.Ein hoher Mineralisierungsgrad erhöht die Steifheit der Matrix und die Gesamtfestigkeit, kann aber auch zu einer Verringerung der Fähigkeit des Knochens führen, Energie zu dissipieren6,7.Es wird angenommen, dass der organische Anteil der ECM in erster Linie für die Eigenschaften nach dem Fließen verantwortlich ist, wobei die Zerstörung der organischen ECM-Komponenten zu brüchigen Knochen führt8.Während ein gewisses Maß an Vernetzung erforderlich ist, um die Knochenstärke aufrechtzuerhalten, kann ein Übermaß an Vernetzung die Brüchigkeit des Knochens erhöhen.Die enzymatische Quervernetzung ist ein stark kontrollierter Prozess, aber die Akkumulation von AGEs, die mit zunehmendem Alter, Diabetes und unter entzündungsfördernden Bedingungen zunehmen kann9,10,11, kann der mechanischen Integrität abträglich sein.Nicht-kollagene Proteine ​​wie Glykosaminoglykane unterstützen die Frakturprävention, indem sie den Gehalt an gebundenem Wasser im Knochen erhöhen, was eine bessere Lastverteilung zwischen Kollagen und Mineralien ermöglichen kann5.Veränderungen der Knochenmatrix, einschließlich Verlusten an gebundenem Wasser oder Mineralien, oder eine Zunahme der Kollagenvernetzung, können zu einem erhöhten Frakturrisiko führen.Zwei Strategien zur Verbesserung der Knochenbruchfestigkeit während des gesamten Lebens eines Individuums bestehen darin, die Knochenmasse und -qualität während der Adoleszenz so weit wie möglich zu erhöhen und den Knochenverlust mit zunehmendem Alter zu verhindern.Angemessene Ernährung ist eine Möglichkeit, die Knochenbildung während der Entwicklung zu fördern und Knochenschwund im Alter zu verhindern12.Zu den Nährstoffanforderungen gehören die Komponenten der Knochenmatrix wie Kalzium, Phosphor, Magnesium und Protein, aber es gibt noch andere wichtige Faktoren zu berücksichtigen, wie z. B. die essentiellen Vitamine, die als Cofaktoren für Enzyme dienen, die an der organischen ECM-Bildung beteiligt sind13.In den letzten Jahren sind rezeptfreie Nahrungsergänzungsmittel im Überfluss vorhanden, und viele werden vermarktet, da sie in der Lage sind, Knorpel, Knochen und die allgemeine Gesundheit zu verbessern.Chondroitinsulfat ist ein wichtiger Subtyp von Glykosaminoglykanen, der in Knochen vorkommt, und Glucosaminsulfat ist ein Hexosaminzucker, der zur Bildung vieler Makromoleküle, einschließlich Glykosaminoglykanen, benötigt wird14.Beide Nahrungsergänzungsmittel wurden zur Linderung von Osteoarthritis-assoziierten Schmerzen untersucht15,16.Es gibt einige In-vitro-Beweise, die darauf hindeuten, dass sie möglicherweise über die Hemmung der Signalübertragung des Nuklearfaktors Kappa B (NF-κB) wirken17,18.NF-κB fördert die Osteoklastogenese und erhöht Entzündungsmarker19.Chondroitinsulfat und Glucosamin können vom Darm aufgenommen werden und es wurde beobachtet, dass sie nach Supplementierung im Serum erhöht sind20,21.Die Bioverfügbarkeit ist jedoch variabel und kann gering sein, da ein Verlust im Darm stattfindet22,23.Kollagen ist der Hauptproteinbestandteil des Knochens, und hydrolysierte Kollagenergänzungen werden zur Verbesserung der Hautqualität vermarktet.Es wurde zuvor klinisch gezeigt, dass hydrolysiertes Kollagen den Verlust der BMD bei Frauen nach der Menopause verhindert24, aber die Knochenumsatzmarker bei erwachsenen Männern, denen das Supplement nach dem Training verabreicht wurde, nicht veränderte25.Hydrolysiertes Kollagen würde vom Darm als einfache Aminosäuren wie Glycin, Hydroxyprolin und Prolin absorbiert werden.Diese Aminosäuren können im Darm durch hydrolysierte Kollagenpräparate leicht absorbiert werden26.Fischöl wird für eine Vielzahl von Ergebnissen empfohlen, einschließlich der Verbesserung der kardiovaskulären Gesundheit und der Krebsprävention.Fischöl enthält mehrfach ungesättigte Omega-3-Fettsäuren, die eine entzündungshemmende Wirkung haben können27, und es gibt Hinweise darauf, dass es die Knochenresorption verringern kann28.Fischöl kann aus dem Darm als mehrfach ungesättigte n-3-Fettsäuren absorbiert werden29.Angesichts der Schwierigkeit, Messungen der Knochenstruktur und der mechanischen Eigenschaften in klinischen Studien zu erhalten, sind präklinische Modelle erforderlich, um die Wirkung von Nahrungsergänzungsmitteln auf die Knochenmenge und Gewebequalität vollständig zu bestimmen.Bis heute gibt es unterschiedliche präklinische Beweise dafür, ob Nahrungsergänzungsmittel die Bruchfestigkeit von Knochen verbessern können oder nicht.Es gibt einige Hinweise darauf, dass die Verfütterung von Fischöl an Nagetiere die Knochenqualität verbessern kann30, Studien an Kaninchen deuteten jedoch auf eine mögliche nachteilige Wirkung von Fischöl auf die Knochen31 hin.Ratten, die mit hydrolysiertem Kollagen gefüttert wurden, zeigten Verbesserungen im trabekulären Knochen32.Intradermale Injektionen mit Chondroitinsulfat verbesserten das gebundene Wasser und die Knochenmechanik bei Mäusen5.Genauere Untersuchungen der verschiedenen Nahrungsergänzungsmittel, die zur Verbesserung der Knochengesundheit vermarktet werden, sind erforderlich.Zu diesem Zweck haben wir getestet, ob die Behandlung mit den Nahrungsergänzungsmitteln Kollagen, Chondroitinsulfat, Glucosaminsulfat oder Fischöl die strukturellen Parameter der Knochen und die mechanischen Eigenschaften auf Gewebeebene bei wachsenden weiblichen Mäusen verbessert.Für diese Studie wurden im Haus gezüchtete weibliche C57BL/6-Mäuse verwendet (männliche und weibliche C57BL/6NHsd-Züchter, gekauft von Envigo (Indianapolis, IN)).Die Mäuse wurden zu 5 pro Käfig untergebracht, mit Wasser und Standardfutter (LabDiet 5001, 28,7 % kcal Protein, 13,4 % kcal Fett und 57,9 % kcal Kohlenhydrate) ad libitum versorgt und in einem 12-Stunden-Lichtzyklus gehalten.In dieser Studie wurden Frauen verwendet, da Frauen eine höhere Frakturinzidenz aufweisen als Männer33.Beginnend im Alter von 11 Wochen wurden die Tiere (n = 10/Gruppe) nach dem Zufallsprinzip Gruppen zugeordnet und erhielten Nahrungsergänzungsmittel aus entweder hydrolysiertem Typ-I-Kollagen (Nature's Truth Ultra Collagen) mit 1 g/kg, Glucosaminsulfat-Kaliumchlorid (Spectrum, G1296 ) mit 300 mg/kg, Chondroitinsulfat-Natriumsalz (Spectrum, C1610) mit 250 mg/kg oder Fischöl (Spectrum, F1192) mit 1 g/kg.Diese Werte wurden anhand einer Berechnung der Körperoberfläche (BSA)34 aus menschlichen Dosierungswerten von 81,1 mg/kg für Kollagen, 24,3 mg/kg für Glucosamin, 20,3 mg/kg für Chondroitinsulfat und 81,1 mg/kg für Fischöl berechnet.Eine Masse von 21,5 g, berechnet als Mittelpunkt zwischen den erwarteten Durchschnittsgewichten für Mäuse zu Beginn und am Ende der Studie, wurde verwendet, um die Dosierung für alle Mäuse zu berechnen.Mäuse wurden ab der 11. Woche behandelt, um festzustellen, ob Ergänzungen, die in die Knochenmatrix eingebaut werden können, während des Wachstums eine Wirkung haben würden.Nahrungsergänzungsmittel mit Speckgeschmack Bacon Softies TM (Bio-Serv, F3580-1, 23,4 % kcal Protein, 28,7 % kcal Fett, 47,8 % kcal Kohlenhydrate) wurden als Vehikel zur Abgabe der Nahrungsergänzungsmittel verwendet.Einzelne Stücke wurden auf die gleiche Größe geschnitten.Nahrungsergänzungsmittel wurden in Wasser von MilliQ-Qualität suspendiert, mit Ausnahme von Fischöl.Die suspendierten Nahrungsergänzungsmittel wurden auf der Oberfläche des Speckleckers adsorbiert.Für Kontrollmäuse wurde Wasser von MilliQ-Qualität verwendet.Die Bacon Softies wurden in Käfige gesetzt, und die Mäuse wurden beobachtet, um sicherzustellen, dass jedes Tier die Leckereien aß.Die Tiere erhielten fünfmal pro Woche Nahrungsergänzungsmittel für insgesamt acht Wochen.Die Körpergewichte wurden wöchentlich überwacht.Die Tiere wurden im Alter von 19 Wochen durch CO2-Inhalation eingeschläfert.Anschließend wurde als sekundäre Methode zur Bestätigung der Euthanasie eine zervikale Dislokation durchgeführt.Alle Tierprotokolle wurden vom Indiana University Purdue University Indianapolis Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) genehmigt.Alle Verfahren und Methoden wurden in Übereinstimmung mit den ARRIVE-Richtlinien und den IACUC-Richtlinien durchgeführt.Oberschenkelknochen, Schienbeine und Wirbel wurden entnommen, von Weichgewebe befreit, in mit Phosphatpuffer-Kochsalzlösung (PBS) getränkte Gaze eingewickelt und bis zur weiteren Analyse bei –20 °C gelagert.Die rechten Femuren wurden auf einem Mikro-CT-System Skyscan 1172 (60 kV, 167 µA, 0,5 mm Al-Filter) mit einer Voxelgröße von 9,8 µm, einem Rotationsschritt von 0,7° und einer Bildmittelung von 2 gescannt. Ein Hydroxyapatit-Standard wurde einmal gescannt pro Woche zur Berechnung der Gewebemineralisierungsdichte.Nach der Rekonstruktion wurden die Bilder so gedreht, dass der Mittelschaft des Knochens vertikal gerade war und die Ausrichtung der Knochen in Bezug auf die Richtung der anterioren und medialen Oberflächen konsistent war.Der kortikale Knochen am mittleren Schaft wurde zentriert an dem Punkt analysiert, der bei 75 % des Abstands zwischen der Unterseite des Trochanters und der Oberseite der distalen Wachstumsfuge lag, beginnend bei 75 % des Abstands von der Wachstumsfuge entfernt.Trabekulärer Knochen ist an dieser Stelle nicht vorhanden.Unter Verwendung eines benutzerdefinierten Matlab-Codes wurden sieben Scheiben verwendet, um kortikale Knochenparameter zu messen, einschließlich Gesamtquerschnittsfläche, Markfläche, kortikale Fläche, Knochenflächenanteil, kortikale Dicke, Periostumfang, Endostalumfang, minimales Trägheitsmoment (Imin), Maximum Trägheitsmoment (Imax), Trägheitsmoment um die mediale laterale Achse und Mineraldichte des kortikalen Gewebes (Ct.TMD).Trabekulärer Knochen in der Metaphyse wurde analysiert, beginnend am proximalsten Ende der distalen Wachstumsfuge und erstreckte sich proximal um 1 mm.Ein Autokonturierungsprogramm unter Verwendung einer vom Hersteller bereitgestellten Software (CTan) wurde verwendet, um trabekulären Knochen von dem umgebenden kortikalen Knochen zu isolieren.Trabekuläre Knocheneigenschaften einschließlich Knochenvolumenanteil (BV/TV), Trabekeldicke (Tb.Th), Trabekelzahl (Tb.N), Trabekelabstand (Tb.Sp) und trabekuläre Gewebemineralisierungsdichte (Tb.TMD) wurden berechnet unter Verwendung von CTan.Der umgebende kortikale Knochen wurde in dieser Region nicht analysiert.Längenmessungen wurden von den linken Femuren unter Verwendung einer Schieblehre gemessen.Rechte Schienbeine wurden unter Verwendung der gleichen Parameter wie Oberschenkelknochen (9,8 &mgr;m Voxelgröße) gescannt und wurden so gedreht, dass die Schienbeine vertikal gerade ausgerichtet waren.Ein 1-mm-Abschnitt der Metaphyse wurde analysiert, beginnend unmittelbar unterhalb des Endes der proximalen Wachstumsfuge und sich distal erstreckend.Sieben Scheiben kortikaler Knochen wurden bei 50 % der Länge der Schienbeine analysiert.Kortikale und trabekuläre Knochenparameter wurden wie oben für Oberschenkelknochen beschrieben berechnet.Die Länge der rechten Schienbeine wurde vor dem Scannen mit Schieblehren gemessen.L4-Wirbel wurden aus der Wirbelsäule entfernt.Die Bandscheiben (IVD) auf der kranialen und kaudalen Oberfläche wurden entfernt.Wirbel wurden mit den gleichen Parametern wie Oberschenkelknochen gescannt und auf die gleichen trabekulären Eigenschaften analysiert.Rekonstruierte Scans wurden so gedreht, dass die kraniale Seite der Wirbel nach oben zeigte und die hintere Oberfläche der Wirbel vertikal gerade war.Der trabekuläre Knochen der Wirbel wurde von dort analysiert, wo die Wirbel auf der kranialen Oberfläche vollständig ausgebildet waren, bis zur Spitze der Wachstumsfuge auf der kaudalen Seite.Konturen wurden in diesem Bereich von Hand gezeichnet.Oberschenkelknochen wurden bei Dreipunktbiegung bis zum Versagen getestet, wobei die anteriore Seite unter Spannung stand, wobei eine Spannweite von 7,6 mm verwendet wurde.Die Verschiebungsrate betrug 0,025 mm/s und die Knochen wurden während des Tests mit deionisiertem (DI) Wasser hydratisiert.Belastung und Verschiebung wurden aufgezeichnet.Um die Geometrie des Knochens zu berücksichtigen und geschätzte Materialeigenschaften zu bestimmen, wurden diese unter Verwendung von Standardgleichungen der technischen Balkentheorie35 und CT-Daten (Trägheitsmoment um die medial-laterale Achse und extremer Faserabstand zur vorderen Oberfläche) auf Spannung und Dehnung abgebildet ).Die Streckgrenze wurde mit der 0,2 %-Offset-Methode basierend auf der Steigung der Spannungs-Dehnungs-Kurve bestimmt.Die Daten wurden auf strukturmechanische Eigenschaften aus der Last-Verschiebungs-Kurve analysiert, einschließlich Streckkraft, Höchstkraft, Streckverschiebung, Nachstreckverschiebung, Gesamtverschiebung, Steifigkeit, Streckarbeit, Nachstreckarbeit und Gesamtarbeit.Zusätzlich wurden aus der Spannungs-Dehnungs-Kurve geschätzte Materialeigenschaften wie Fließspannung, Bruchspannung, Fließdehnung, Gesamtdehnung, Elastizitätsmodul, Belastbarkeit und Zähigkeit berechnet.Die rechten Schienbeine wurden auf der anteromedialen Seite des Schienbeins bei etwa 50 % der Knochenlänge mit der Hand eingekerbt, wobei ein Skalpell verwendet wurde, das mit 0,5 &mgr;m Diamantsuspensionslösung beschichtet war.Die Kerbe überschritt die Tiefe des Querschnittsmittelpunktes nicht.Diese Knochen wurden in Dreipunktbiegung mit der eingekerbten Seite unter Spannung bei einer Verschiebungsrate von 0,001 mm/s getestet, während sie mit DI-Wasser hydratisiert waren.Die Kerbe wurde zwischen den Stützen der unteren Spannweite zentriert.Belastung und Verschiebung wurden gemessen.Beim Aufbrechen wurde das Knochenmark gespült und die Knochen wurden in einer abgestuften Reihe von Ethanol dehydriert.Die Knochen wurden über Nacht bei Raumtemperatur unter Vakuum gelagert, mit Gold sputterbeschichtet und unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops abgebildet, um die Kerbgeometrie der Bruchfläche zu erfassen.Die Kerbkante wurde verwendet, um den Winkel des Rissbeginns zu berechnen, und die Instabilitätskanten wurden verwendet, um den Winkel zu berechnen, bei dem ein instabiles Risswachstum auftrat.Diese Berechnung wurde in Matlab durchgeführt, wobei der Benutzer die Punkte der Kerbkante und den Punkt, an dem ein instabiles Risswachstum auf dem REM-Bild der Kerbe auftrat, auswählte.Der Winkel der Kerbe wurde dann basierend auf der Position des Querschnittsschwerpunkts des Knochens berechnet.Diese Berechnungsmethode kann dabei helfen, Unterschiede in der Kerbgeometrie zu korrigieren, die beim Kerben durch den Benutzer auftreten.Kritische Spannungsfaktoren basierend auf dem Verhalten von dünnwandigen Zylindern wurden für den Punkt der Rissinitiierung (Kcinitial), wo die maximale Kraft auftrat (Kcmax) und wann das Instabilitätswachstum auftrat (Kcinstability) berechnet, wie an anderer Stelle ausführlich beschrieben36.L4-Wirbel wurden mit einer Geschwindigkeit von 0,025 mm/s bis zu einem Verschiebungsabstand von 3,5 mm unter Verwendung von kundenspezifischen Testhalterungen auf Druck belastet.Der untere Teil der Vorrichtung enthielt einen Pfosten, der durch den Neuralkanal zwischen dem Körper des Wirbels und den Wirbelfortsätzen geführt wurde und den Knochen an Ort und Stelle hielt.Der obere Belastungspunkt hatte eine kleine flache Ellipsoidfläche, um die Belastung direkt auf den Wirbelkörper aufzubringen.Aufgrund einer möglichen Asymmetrie in der Ebenheit der Endplatte wurde die Anfangslast möglicherweise nicht gleichmäßig über den Wirbelkörper verteilt und könnte zu einem leichten Vorspurverhalten geführt haben.Die Steifigkeit wurde als Steigung im ersten linearen Abschnitt der Kurve nach dieser Vorspur (falls vorhanden) bestimmt.Die Spitzenkraft wurde als die höchste während des Tests erreichte Kraft bestimmt und auf die aus der Trabekelkontur berechnete Knochenvolumenfraktion normalisiert.Angesichts des Fehlens eines Bruchbruchpunkts für trabekulären Knochen und der Schwierigkeit, die Streckgrenze zu definieren, wurden nur Spitzenkraft, Steifheit und normalisierte Spitzenkraft angegeben.D'Agostino & Pearson-Tests wurden verwendet, um die Normalität zu bestimmen.Wenn der Datensatz normal war, wurde eine einfache ANOVA verwendet, um die Daten zu analysieren, andernfalls wurde der Kruskal-Wallis-Test verwendet.Es wurde ein Alpha von 0,05 eingestellt.In Fällen von Signifikanz aus der ANOVA wurden Mehrfachvergleiche unter Verwendung von Dunnetts Mehrfachvergleichstest durchgeführt, um die behandelten Tiere mit der Kontrollgruppe zu vergleichen.In Fällen von Signifikanz aus dem Kruskal-Wallis-Test wurden Mehrfachvergleiche unter Verwendung von Dunns Mehrfachvergleichstest durchgeführt, um die behandelten Tiere mit der Kontrollgruppe zu vergleichen.Pearson-Korrelationskoeffizienten zwischen kortikaler TMD und dem Femurmodul wurden unter Verwendung von GraphPad erstellt.Am Ende der Studie wurden keine Unterschiede im endgültigen Körpergewicht gemessen, was darauf hindeutet, dass Unterschiede in den strukturellen Eigenschaften des Knochens nicht das Ergebnis von Unterschieden im Körpergewicht sind (Tabelle 1).Mehrere kortikale Knochenparameter im rechten Femur unterschieden sich mit den Behandlungen, wie durch Gesamt-ANOVA oder Kruskal-Wallis-Tests bestimmt, einschließlich Querschnittsfläche, Markfläche, Periostumfang, Endostalumfang, Imax und Imin.Nur mit Glucosamin behandelte Mäuse wiesen Unterschiede auf, wenn sie einzeln mit Kontrollen verglichen wurden, wobei sie einen größeren endostalen Umfang (p = 0,0202) und eine größere Markfläche (p = 0,0461) zeigten.In der distalen Metaphyse war Tb.N durch einfache ANOVA signifikant unterschiedlich (p = 0,0358), aber individuelle Vergleiche zeigten keine Unterschiede.Die meisten mechanischen Eigenschaften blieben bei allen Behandlungen unverändert (Abb. 1, Tabelle 2).Es gab einen Unterschied in der Endbelastung, aber es traten keine nachträglichen Unterschiede zwischen den Behandlungsgruppen und den Kontrollen auf (Abb. 1A).Es gab auch einen Unterschied im Elastizitätsmodul, wobei Fischöl und Glucosamin im Vergleich zu den Kontrollen einen verringerten Elastizitätsmodul aufwiesen ( 1B ).Der Modulus korrelierte nicht mit TMD, wie in der ergänzenden Abb. 1 beobachtet. Es gab keine anderen Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften der Oberschenkelknochen, wie in Tabelle 2 zu sehen ist.Mechanik des Femurs.Höchstspannung (A), Elastizitätsmodul (B) und Diagramme der Spannungs-Dehnungs-Kurven (C).Die allgemeinen p-Werte der gewöhnlichen Einweg-ANOVA oder Kruskal-Wallis-Werte sind über dem Diagramm aufgeführt.Sternchen zeigen die Signifikanz an, wenn die einzelne Gruppe unten mit der Kontrollgruppe in einer Post-hoc-Analyse mit * = p = 0,0169, ** = p = 0,0019 verglichen wurde.Wenige Eigenschaften unterschieden sich in den Schienbeinen behandelter Mäuse.Mit Chondroitinsulfat behandelte Mäuse hatten eine geringere trabekuläre Dicke in der Tibiae-Metaphyse als Kontrollen (Tabelle 3).Es gab keine Unterschiede in der kortikalen Knochenmorphologie (Tabelle 3), noch gab es Unterschiede in einem der 3 Bruchzähigkeitsmaße (Abb. 2).Bruchzähigkeitsparameter von Schienbeinen kritischer Belastungsfaktoren (A) Anfangsenergie, (B) Instabilitätsenergie und (C) maximale Energie.Die allgemeinen p-Werte der gewöhnlichen Einweg-ANOVA oder Kruskal Wallis sind über den Diagrammen angegeben.Es gab keine Unterschiede in der trabekulären Architektur oder den mechanischen Eigenschaften in den Wirbeln der behandelten Mäuse im Vergleich zu den Kontrollen ( 3 , Tabelle 4 ).Kompressionstest der Wirbel.Schematische Darstellung von Kompressionsvorrichtungen mit Wirbeln (A), Knochenvolumenanteil des vertebralen trabekulären Knochens (B), Spitzenkraft während der Kompression (C) und Spitzenkraft normalisiert auf den Knochenvolumenanteil des vertebralen trabekulären Knochens (D).Die allgemeinen p-Werte der gewöhnlichen Einweg-ANOVA oder Kruskal Wallis sind über den Diagrammen angegeben.Unsere Ergebnisse zeigen, dass Nahrungsergänzungsmittel wenig Einfluss auf die Knochenmorphologie oder -mechanik bei jungen weiblichen Mäusen hatten und nicht zur Verbesserung der Knochenbruchfestigkeit verwendet werden können.Die Knochenqualität, abgeleitet aus den mechanischen Eigenschaften und der Bruchzähigkeit auf Materialebene, verbesserte sich durch die Behandlung nicht.Die einzige Veränderung der Knochenqualität war eine Abnahme des Elastizitätsmoduls mit Glucosamin oder Fischöl, was als negativ angesehen wird und zur Verhinderung von Brüchen nicht vorteilhaft wäre.Obwohl der Modul niedriger war, gab es für keine dieser Gruppen Unterschiede in der Bruchspannung.Dies deutet darauf hin, dass die Knochen weniger widerstandsfähig gegenüber aufgebrachter Belastung waren, aber dies hatte keinen Einfluss auf die Gesamtfestigkeit des Gewebes.Der Modul wurde in diesen Knochen ohne eine Änderung der Gewebemineralisierung verändert, was ein wichtiger Faktor für den Modul ist, wie gezeigt wurde, als mechanische Tests an verschiedenen Knochentypen mit unterschiedlicher Mineralisierung durchgeführt wurden7,37.Dies deutet darauf hin, dass die Mineralzusammensetzung selbst durch die Behandlungen verändert worden sein könnte.Bruchzähigkeitsparameter, Messungen der Fähigkeit des Knochens, Rissbildung und -wachstum zu widerstehen, änderten sich ebenfalls nicht mit der Behandlung.Zusammengenommen legen diese Daten nahe, dass die Zugabe von mehr der Grundbestandteile der Knochenmatrix in die Ernährung wachsender Mäuse die Qualität des Knochengewebes nicht verbessert.Einiges davon kann auf die Versandart zurückzuführen sein.Im Falle von Chondroitinsulfat und Glucosamin ist es wahrscheinlich, dass aufgrund von Verlusten während der Verdauung nicht die gesamte Dosis absorbiert wurde.Während diese Komponenten immer noch auf das Darmmikrobiom wirken und Entzündungen reduzieren können, würde eine intradermale oder intraperitoneale Injektion eine höhere Dosis abgeben.Es gab einige subtile Unterschiede in den strukturellen Knocheneigenschaften, die hauptsächlich im Femur beobachtet wurden.Im kortikalen Knochen waren der endostale Umfang und der Markbereich bei mit Glucosamin behandelten Mäusen höher als bei den Kontrollen.Diese Unterschiede führten nicht zu Unterschieden in der kortikalen Dicke oder Fläche, wahrscheinlich als sich die Gesamtgröße der Knochen ausdehnte (sowohl die Gesamtquerschnittsfläche als auch der Periostumfang tendierten nach oben und erreichten eine Signifikanz für die Haupt-ANOVA, aber nicht für Post-hoc-Tests).Die strukturellen Unterschiede waren zu subtil, um die mechanischen Gesamteigenschaften zu verändern, insbesondere da die Eigenschaften auf Gewebeebene nach unten tendierten.Bei den Schienbeinen bestand die einzige Veränderung darin, dass die Trabekeldicke bei den Trabekeln von mit Chondroitinsulfat behandelten Mäusen geringer war.Dies entsprach keiner Veränderung des trabekulären Knochenvolumens der Schienbeine.Andere Studien haben gezeigt, dass Nahrungsergänzungsmittel die Knochenbruchfestigkeit nicht verbessern.Kaninchen, die mit einem Nahrungsergänzungsmittel aus Fischöl gefüttert wurden, hatten eine geringere kortikale Fläche als Kontrollkaninchen, hatten aber auch eine geringere Energieaufnahme als Kontrollkaninchen31.Eine zweite Kontrollgruppe von paarweise gefütterten Kaninchen wurde eingeschlossen, aber die kortikale Fläche war in der mit Fischöl gefütterten Gruppe immer noch geringer im Vergleich zu der paarweise gefütterten Gruppe und den Standardkontrollen.Kaninchen, die mit Fischöl gefüttert wurden, hatten auch weniger Stress als Standard-Kontrollkaninchen, aber die Kaninchen, die paarweise gefüttert wurden, hatten auch einen geringeren Stress als die Standardkontrollen, was darauf hindeutet, dass die negative Wirkung von Fischöl nicht unabhängig von der Kalorienaufnahme war.Die maximale Belastung und absorbierte Gesamtenergie waren bei Kaninchen, die mit Fischöl gefüttert wurden, niedriger als bei beiden Kontrollgruppen.Bei wachsenden, gesunden Tieren können die Unterschiede in der Kalorienaufnahme und deren Auswirkungen auf die Knochen die Vorteile überwiegen, die durch eine Nahrungsergänzung erzielt werden könnten.Während in unserer Studie die Nahrungsaufnahme nicht gemessen wurde, unterschieden sich die endgültigen Körpergewichte in keiner Gruppe, was es weniger wahrscheinlich macht, dass es signifikante Unterschiede in der Kalorienaufnahme gab.Im Gegensatz dazu haben andere Studien Verbesserungen der Knochen durch Nahrungsergänzung gezeigt.Ovariektomierte Ratten, denen eine hohe Dosis von hydrolysiertem Kollagen verabreicht wurde, hatten eine erhöhte maximale Belastung in den Wirbeln, aber nicht im Femur32.Leider wurde in dieser Studie keine Mikro-CT-Analyse durchgeführt, aber die Masse der Wirbel war höher als bei den anderen ovarektomierten Gruppen, was auf einen möglichen Anstieg der Knochenvolumenfraktion hinweist.Von Chitin abgeleitetes N-Acetyl-D-glucosamin wurde verwendet, um ovariektomierte Sprague-Dawley-Ratten zu behandeln.Diese Ratten hatten einen höheren Ascheanteil in ihren Knochen und eine höhere maximale Belastung38.Bei weiblichen C57BL/6 J-Mäusen wurde festgestellt, dass eine Fischölergänzung einen altersbedingten BV/TV-Verlust in den Wirbeln verhindert30.Es sei darauf hingewiesen, dass in dieser Studie das gesamte Nahrungsfett aus Fischöl stammte, das 22 % der Nahrungszusammensetzung ausmachte.Dies ist deutlich höher als das, was in einer Ergänzung verwendet würde.Die Verbesserung war auch von der genetischen Belastung der Maus abhängig30.Insgesamt scheint es, dass Nahrungsergänzungsmittel die Knochenqualität nur in Fällen verbessern können, in denen die Knochenqualität zuvor verringert war, wie z. B. bei Östrogenverlust oder Alterung.Dies sind auch Zustände, bei denen Entzündungen zunehmen und gebundenes Wasser abnehmen kann, Bereiche, in denen Nahrungsergänzungsmittel möglicherweise hilfreicher sind.Einige Einschränkungen dieser Studie sollten beachtet werden.Die Verabreichungsmethode der Nahrungsergänzungsmittel wurde verwendet, um den mit der Sondenernährung verbundenen Stress zu reduzieren.Es wurde jedoch auch sichergestellt, dass der Käfig zwar eine durchschnittliche Dosis wie aufgeführt erhielt, es jedoch Abweichungen in der Dosis geben konnte, die jede einzelne Maus erhielt.Die Mäuse wurden beobachtet, um sicherzustellen, dass alle die Nahrungsergänzungsmittel aßen, um diese Einschränkung zu kontrollieren.Diese Tiere wurden mit den Nahrungsergänzungsmitteln gefüttert, um eine Nahrungsergänzung nachzuahmen, aber das Hinzufügen weiterer Komponenten zum wachsenden Knochen kann aufgrund des Verlusts im Darm durch Injektion besser funktionieren.Die Dosierung in dieser Studie wurde unter Verwendung der BSA-Formel bestimmt.Diese Technik hat ihre Nachteile, da sie Unterschiede im murinen Metabolismus nicht berücksichtigt, wie an anderer Stelle ausführlicher diskutiert39, aber der Mangel an pharmakokinetischen Daten für Nahrungsergänzungsmittel bei Mäusen verhinderte eine komplexere Umwandlung.Dosierungen für den Menschen wurden basierend auf typischen Mengen ausgewählt, die für Nahrungsergänzungsmittel angegeben sind.Diese wurden so ausgewählt, dass sie im oberen Bereich der empfohlenen Mengen liegen, die auf verschiedenen Etiketten zu sehen sind.Das Ziel dieses Projekts war es festzustellen, ob Nahrungsergänzungsmittel einen Einfluss auf die Knochenqualität haben, und die Dosierungen wurden höher gewählt, um die Möglichkeit auszuschließen, dass eine niedrige Dosierung die Ergebnisse beeinflusst.Es sollte auch berücksichtigt werden, dass Mäuse ein Standard-Nagetierfutter erhielten, das speziell darauf ausgelegt ist, sicherzustellen, dass Mäuse alle erforderlichen Nährstoffe erhalten.Menschen ernähren sich nicht immer ausgewogen, und daher können Nahrungsergänzungsmittel für Personen hilfreicher sein, die die empfohlenen Nährstoffe nicht durch die Ernährung erreichen.Schließlich wurden die Mäuse mit Standard-Nagetierfutter nach Belieben gefüttert, und die ergänzten Gruppen wurden in ihrer Ernährung nicht eingeschränkt, um Unterschiede in der Kalorienaufnahme zu kontrollieren.Nahrungsergänzungsmittel verbesserten die Knochenqualität bei wachsenden, gesunden weiblichen Mäusen nicht.Es gab subtile strukturelle Unterschiede im Knochen, die nachteilig sein könnten.Diese führten nicht zu Veränderungen der strukturellen mechanischen Eigenschaften des Knochens, und in dieser Studie war die einzige Veränderung der mechanischen Eigenschaften des Knochens auf Materialebene ein niedrigerer Elastizitätsmodul bei mit Glucosamin und Fischöl behandelten Mäusen.Nahrungsergänzungsmittel können bei Personen ohne ausgewogene Ernährung oder bei Personen mit erhöhtem Frakturrisiko, z. B. Personen mit Östrogenverlust, vorteilhafter sein.Die Datensätze, die während der aktuellen Studie generiert und/oder analysiert wurden, sind auf begründete Anfrage beim korrespondierenden Autor erhältlich.Rho, J.-Y., Kuhn-Spearing, L. & Zioupos, P. Mechanische Eigenschaften und die hierarchische Struktur des Knochens.Med.Eng.Phys.20, 92–102.https://doi.org/10.1016/S1350-4533(98)00007-1 (1998).CAS-Artikel PubMed Google ScholarMorgan, S., Poundarik, AA & Vashishth, D. Beeinflussen nicht-kollagene Proteine ​​die mechanischen Eigenschaften des Skeletts?Kalk.Gewebe Int.97, 281–291 (2015).Schultern, MD & Raines, RT Kollagenstruktur und -stabilität.Ann.Rev. 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