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2 型糖尿病成人患者股骨近端的骨微结构、生物力学特性和晚期糖基化终产物。

Bone microarchitecture, biomechanical properties, and advanced glycation end-products in the proximal femur of adults with type 2 diabetes.

机构信息

Department of Bioengineering, University of Massachusetts Dartmouth, Dartmouth, MA 02747, USA.

Center for Advanced Orthopedic Studies, Beth Israel Deaconess Medical Center, Boston, MA 02215, USA.

出版信息

Bone. 2018 Sep;114:32-39. doi: 10.1016/j.bone.2018.05.030. Epub 2018 May 30.

Abstract

Skeletal fragility is a major complication of type 2 diabetes mellitus (T2D), but there is a poor understanding of mechanisms underlying T2D skeletal fragility. The increased fracture risk has been suggested to result from deteriorated bone microarchitecture or poor bone quality due to accumulation of advanced glycation end-products (AGEs). We conducted a clinical study to determine whether: 1) bone microarchitecture, AGEs, and bone biomechanical properties are altered in T2D bone, 2) bone AGEs are related to bone biomechanical properties, and 3) serum AGE levels reflect those in bone. To do so, we collected serum and proximal femur specimens from T2D (n = 20) and non-diabetic (n = 33) subjects undergoing total hip replacement surgery. A section from the femoral neck was imaged by microcomputed tomography (microCT), tested by cyclic reference point indentation, and quantified for AGE content. A trabecular core taken from the femoral head was imaged by microCT and subjected to uniaxial unconfined compression tests. T2D subjects had greater HbAc (+23%, p ≤ 0.0001), but no difference in cortical tissue mineral density, cortical porosity, or trabecular microarchitecture compared to non-diabetics. Cyclic reference point indentation revealed that creep indentation distance (+18%, p ≤ 0.05) and indentation distance increase (+20%, p ≤ 0.05) were greater in cortical bone from T2D than in non-diabetics, but no other indentation variables differed. Trabecular bone mechanical properties were similar in both groups, except for yield stress, which tended to be lower in T2D than in non-diabetics. Neither serum pentosidine nor serum total AGEs were different between groups. Cortical, but not trabecular, bone AGEs tended to be higher in T2D subjects (21%, p = 0.09). Serum AGEs and pentosidine were positively correlated with cortical and trabecular bone AGEs. Our study presents new data on biomechanical properties and AGEs in adults with T2D, which are needed to better understand mechanisms contributing to diabetic skeletal fragility.

摘要

骨骼脆弱是 2 型糖尿病(T2D)的主要并发症,但对 T2D 骨骼脆弱的机制知之甚少。由于晚期糖基化终产物(AGEs)的积累,骨折风险增加被认为是由于骨微结构恶化或骨质量差所致。我们进行了一项临床研究,以确定:1)T2D 骨的骨微结构、AGEs 和骨生物力学特性是否发生改变,2)骨 AGEs 是否与骨生物力学特性相关,以及 3)血清 AGE 水平是否反映骨内水平。为此,我们从接受全髋关节置换手术的 T2D(n=20)和非糖尿病(n=33)患者中收集了血清和股骨近端标本。股骨颈的一部分通过微计算机断层扫描(microCT)成像,通过循环参考点压痕测试,并对 AGE 含量进行定量。从股骨头取出的小梁核心通过 microCT 成像,并进行单轴无约束压缩测试。与非糖尿病患者相比,T2D 患者的 HbAc 更高(增加 23%,p≤0.0001),但皮质组织矿物质密度、皮质孔隙率或小梁微结构没有差异。循环参考点压痕显示,T2D 患者皮质骨的蠕变压痕距离(增加 18%,p≤0.05)和压痕距离增加(增加 20%,p≤0.05)大于非糖尿病患者,但其他压痕变量没有差异。两组之间的小梁骨力学性能相似,但屈服应力除外,T2D 患者的屈服应力倾向于低于非糖尿病患者。两组之间的血清戊糖素或血清总 AGEs 没有差异。皮质骨的 AGEs 但不是小梁骨的 AGEs 在 T2D 患者中趋于更高(增加 21%,p=0.09)。血清 AGEs 和戊糖素与皮质和小梁骨 AGEs 呈正相关。我们的研究提供了 T2D 成人生物力学特性和 AGEs 的新数据,这对于更好地理解导致糖尿病性骨骼脆弱的机制是必要的。

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