Изменение минеральной плотности и микроархитектуры костей в процессе роста скелета у тюленей (Phoca vitulina) у побережья Германии

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7196 (2023) Цитировать эту статью

461 Доступов

Подробности о метриках

У всех видов скелетная система выполняет общие функции, включая защиту внутренних органов, структурную основу передвижения и действие эндокринного органа, что имеет решающее значение для выживания. Однако понимание характеристик скелета морских млекопитающих ограничено, особенно в отношении растущего скелета. Тюлени (Phoca vitulina) — распространенные морские млекопитающие Северного и Балтийского морей и являются подходящим индикатором состояния их экосистемы. Здесь мы проанализировали минеральную плотность костей (aBMD) всего тела с помощью двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии (DXA) и поясничных позвонков с помощью периферической количественной компьютерной томографии высокого разрешения (HR-pQCT) у новорожденных, молодых и взрослых морских тюленей. . В процессе роста скелета увеличение двумерной МПКТ при помощи DXA сопровождалось увеличением трехмерной объемной МПКТ по ​​данным HR-pQCT, что можно объяснить увеличением толщины трабекул, в то время как количество трабекул оставалось постоянным. Сильная связь наблюдалась между размерами тела (весом и длиной) и МПКТ и трабекулярной микроархитектурой (R2 = 0,71–0,92, все p <0,001). Чтобы подтвердить результаты измерения DXA (т.е. стандартного метода, используемого во всем мире для диагностики остеопороза у людей), мы провели анализ линейной регрессии с трехмерными измерениями метода HR-pQCT, который выявил сильную связь между двумя методами визуализации. (например, aBMD и Tb.Th: R2 = 0,96, p <0,0001). В совокупности наши результаты подчеркивают важность систематических исследований скелета морских млекопитающих во время роста, иллюстрируя высокую точность DXA в этом контексте. Независимо от ограниченного размера выборки, наблюдаемое утолщение трабекул, вероятно, представляет собой отчетливый образец созревания костей позвонков. Поскольку различия в состоянии питания, помимо других факторов, могут влиять на здоровье скелета, представляется важным регулярно проводить оценку состояния скелета морских млекопитающих. Помещение результатов в контекст воздействия на окружающую среду может позволить принять эффективные меры по защите населения.

Тюлени (Phoca vitulina) — распространенные морские млекопитающие вдоль побережья Германии, встречаются в Северном и Балтийском морях. Поскольку они являются высшими хищниками и долгоживущими морскими млекопитающими (20–25 лет для самцов и 30–35 лет для самок) и имеют небольшой ареал обитания, они являются подходящим индикатором состояния их экосистемы1,2,3. Многочисленные исследования сообщают о различных антропогенных воздействиях и их влиянии на иммунную, эндокринную и репродуктивную системы тюленей Северного и Балтийского морей2,4,5,6. Однако лишь ограниченное количество исследований изучало скелетную систему и потенциальные изменения, вызванные различными стрессорами7,8.

Несмотря на фундаментальные различия в окружающей среде, например, между морем и сушей, скелетная система у разных видов имеет схожие функции. Можно определить по крайней мере пять общих характеристик скелета, в том числе обеспечение структурной основы для передвижения, защиту внутренних органов, основное хранилище кальция, кость как эндокринный орган и передачу звука во время слуха9,10. Кость ремоделируется на протяжении всей жизни посредством баланса костеобразования и резорбции, который тесно связан и осуществляется двумя разными типами костных клеток, а именно костеобразующими остеобластами и остеокластами, резорбирующими кость11. Рядом с этими двумя типами клеток (т.е. остеобластами и остеокластами), встроенные в матрикс механочувствительные остеоциты представляют собой наиболее распространенный тип клеток, управляющий процессом ремоделирования с помощью различных процессов, включая продукцию сигнальных белков и гормонов12,13. Специфические изменения в характеристиках остеоцитов, а именно меньшее количество лакун остеоцитов на площадь кости в виде более низкой лакунной области, ранее были показаны у кашалотов по сравнению с другими видами китов, поскольку глубокие ныряния могут быть связаны со снижением жизнеспособности остеоцитов14. Процесс ремоделирования очень чувствителен к изменениям окружающей среды и по этой причине на него также влияют многочисленные факторы, такие как витамины, гормоны, питательные вещества и загрязняющие вещества, среди прочих15,16,17. Кроме того, нарушения или изменения качества костей могут оказывать существенное влияние на общее состояние здоровья или физиологию человека18.