We intended to evaluate the Young's modulus of trabecular bone of a human distal femur by spherical Indentation test and CT images and to quantify relationships between the direction of load, density. and Young's modulus. The specimens were scanned at 1 mm intervals on CT scanner After scanning the bones were sectioned with diamond saw. producing 8mm cubes of trabecular bone. The tubes were mechanically tested in inferior-superior(IS), anterior-posterior(AP). and medial-lateral(ML) direction with custom-made device. After testing, the real apparent density of specimens were measured. The results of this study showed that the IS modulus was significant1y greater than both the AP and ML modulus and the AP modulus was also greater than ML modulus significantly(p〈0.01) A significant Power relationship between the apparent density and the modulus was also found.
With the goal of increasing the survivorship of the prosthesis and anticipating primary stability problems of new prosthetic implants, finite element evaluation of the micromotion, at an early stage of the development, is mandatory. This allows assessing and optimizing different designs without manufacturing prostheses. This study aimed at investigating, using finite element analysis (FEA), the difference in the prediction of the primary stability of cementless hip prostheses implanted into a $Sawbones^{(R)}$ 4th generation, using the manufacturer's mechanical properties and using mechanical properties close to that of human bone provided by the literature (39 papers). FEA was carried out on the composite $Sawbones^{(R)}$ implanted with a straight taper femoral stem subjected to a loading condition simulating normal walking. Our results show that micromotion increases with a reduction of the bone material properties and decreases with the augmentation of the bone material properties at the stem-bone interface. Indeed, a decrease of the cancellous Young modulus from 155MPa to 50MPa increased the average micromotion from $29{\mu}m$ up to $41{\mu}m$ (+42%), whereas an increase of the cancellous Young modulus from 155MPa to 1000MPa decreased the average micromotion from $29{\mu}m$ to $5{\mu}m$ (-83%). A decrease of cortical Young modulus from 16.7GPa to 9GPa increase the average global micromotion from $29{\mu}m$ to $35{\mu}m$ (+33%), whereas an increase of the cortical Young modulus from 16.7GPa to 21GPa decreased the average global micromotion from $29{\mu}m$ to $27{\mu}m$ (-7%). It can also be seen that the material properties of the cancellous structure had a greater influence on the micromotion than the material properties of the cortical structure. The present study shows that micromotion predicted at the stem-bone interface with material properties of the $Sawbones^{(R)}$ 4th generation is close to that predicted with mechanical properties of human femur.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Osteoarthritis (OA) is a major public health issue in Japan and other countries, and foods that prevent or treat OA are in strong demand. Proteins and peptides in chicken meat and bones are known for being rich in functional and nutritional ingredients for the improvement of osteoporosis. We speculated that chicken legs, a food consumed in many regions of the world, may also contain such ingredients. In this study, we aim to (i) evaluate the effect of chicken leg extract (CLE) on the promotion of cartilage matrix production and (ii) identify the active ingredient in CLE that contributes to this function. MATERIALS/METHODS: Artificial CLE digest was prepared, and the acid mucopolysaccharide production-promoting activity of the CLE digest was evaluated by alcian blue staining of ATDC5 cells. CLE was orally administered to rabbits with burr holes in the knee joint of the femur, and the degree of regeneration of cartilage matrix was evaluated. Furthermore, we investigated orally administered CLE-derived peptides in human plasma using LC-MS. From measuring the acid mucopolysaccharide production-promotion activity of these peptides, a molecule considered to be an active ingredient in the CLE digest was identified. RESULTS: CLE digest promoted acid mucopolysaccharide production and facilitated regeneration of cartilage matrix in in vitro and in vivo experiments. Four peptides including phenylalanyl-hydroxyproline (Phe-Hyp) were detected as CLE-derived peptides in human plasma. The effect of CLE was inferred to be due to Phe-Hyp, which was confirmed to be present in the CLE digest. CONCLUSIONS: It was shown that CLE stimulated the production of articular cartilage matrix both in vitro and in vivo, and that CLE could be an effective food for preventing or treating OA. Furthermore, only Phe-Hyp was confirmed as the active compound in the CLE digest, suggesting that the activity of CLE was due to Phe-Hyp.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.36
no.7
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pp.832-839
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2007
This study was conducted to investigate the bioavailability of starfish calcium with substances enhancing calcium absorption. Three week-old young female rats (Sprague-Barley) were divided into 5 groups according to calcium sources and testing agents; calcium carbonate (C), starfish calcium (S), starfish calcium + casein phosphopeptide (S-CPP), starfish calcium+citrate-malate (S-CM), starfish calcium+isoflavone (S-ISO), and were fed experimental diets containing AIN-93G based Ca (0.35% w/w) diet with CPP, CM and ISO for 6 weeks. Blood, femur, urine and feces samples were collected. There was no significant difference among groups in terms of growth and food intake. Serum Ca concentrations were normal in all 5 groups. Serum P concentrations and ALP activities were not significantly different among groups. Ca absorption and retention were significantly increased both in S-CPP and S-CM groups compared to C group (p<0.05). p absorption was significantly higher in S-CPP group than in other groups. While the amount of soluble Ca of intestinal contents did not differ among groups, the amount of insoluble Ca was significantly lower in S-CPP, S-CM and S-ISO groups than in C and S groups. However, the weight, Ca and P concentrations of femur were not significantly different among groups. These results suggest that the addition of CPP and citrate-malate were more effective for enhancing the bioavailability, intestinal absorption and solubility of starfish calcium.
Objective : Osteoporosis is a disease of unbalanced bone metabolism that results in low bone mineral density with increased bone fragility and propensity for fractures. The increased rate of bone fracture due to osteoporosis places a significant burden on public health care expenditures. Therefore, numerous studies have been designed and performed to identify the drugs or health foods that can improve the bone quality or quantity. This study was designed to evaluate and analyze the therapeutic effects of rutin on histomorphometric values of the spine and femur in an osteoporotic mouse model induced by bilateral ovariectomy. Methods : Thirty female ICR mice (8 weeks old) underwent either a sham operation (only abdominal incision, sham group, n=10) or bilateral ovariectomy (n=20). The ovariectomized (OVX) animals were randomly divided into two groups : untreated OVX group (OVX-C, n=10), or rutin-administered group (OVX-R, n=10). The OVX-C group received weight-adjusted doses of saline vehicle and the OVX-R group received 50 mg/kg of rutin intraperitoneally, starting 1 day after surgery. At 4 and 8 weeks after surgery, serum estrogen, osteocalcin, alkaline phosphatase (ALP), and the telopeptide fragment of type I collagen C-terminus (CTX-1) were analyzed. Interleukin (IL)-1β, IL-6, IL-10, and tumor necrosis factor (TNF)-α were also analyzed. Bone histomorphometric parameters of the 4th lumbar vertebra and femur were determined by micro-computed tomography. Results : In OVX-C group, ALP, osteocalcin, CTX-1, IL-1β, IL-6, and TNF-α levels were significantly increased at 4 and 8 weeks compared to sham operation group. Rutin administration after OVX statistically significantly reduced ALP, CTX-1, IL-1β, IL-6, and TNF-α levels at 4 and 8 weeks. Rutin administration also improves bone histomorphometric parameters including trabecular bone volume fraction, trabecular thickness, and trabecular number. Trabecular separation was also decreased in OVX-R group compared to OVX-C group. Conclusion : The present study demonstrated that rutin has therapeutic effects on improving bone histomorphometric values in an OVX mouse model. The improvement in histomorphometric values may be associated with the reduction of osteoclastic activity via inhibition of IL-1β, IL-6, and TNF-α. In future studies, the mechanism for the effect of rutin on osteoporosis should be demonstrated more clearly to use rutin in human osteoporosis.
The accurate measurement of the femoral anteversion is important for the derotational osteotomy. To estimate femoral anteversion, following three major parameters are required; the neck axis, the long axis, and the knee axis. Conventional methods on the basis of 2D images are ambiguous to determine these major axes. As the femur has a complex 3 dimensional structure, the 3 dimensional model should be applied for accurate and reliable measurement of femoral anteversion. In this thesis, we model femur and define three parameters. The neck axis is defined from the femoral head and neck model. The long axis is determined from the cylindrical model of the femoral shaft. The knee axis is also determined from the model of femoral condyles. According to the definition of the femoral anteversion, the femoral anteversion is efficiently estimated from these models. 20 specimens were tested by the conventional 2D imaging method and 3D imaging method witch was developed by authors and the new 3D modeling method. The study provides accurate, fast and human factor free measurement for femoral anteversion.
Park, Seung-Man;Seong, Ki-Seung;Lee, Jong-Seok;Lee, Ok-Hwan;Han, Chan-Kyu
Korean Journal of Food Science and Technology
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v.46
no.3
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pp.358-363
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2014
Herbs have active components that promote the growth rate of both animals and human. The KI-180 and KI-188 calcium food formulae contain Acanthopanacis cortex, Bombysis corpus and hoelen, seaweed calcium, chlorella extract, spirulina, colostrum powder, and other natural and functional components. We evaluated the growth-promoting effects of these formulae by analyzing the weight, femur and backbone, alkaline phosphatase, osteocalcin, testosterone, insulin-like growth factor (IGF)-1, and IGF binding protein-3 (IGFBP-3) of growing rats. Growing rats administered with KI-180 and KI-188 calcium showed the increase of body weight, body length, and femur weight and length of growing rats. In addition, administration of KI-180 and KI-188 calcium increased the alkaline phosphatase activity, the levels of osteocalcin and the growth hormones IGF-1 and IGFBP-3 of growing rats. The impact of KI-180 and KI-188 calcium on the physical development of growing rats suggests that the incorporation of these food formulae in the diets of growing children may promote the physical development.
Biochemical research was carried out on 4 human skeletal remains from historical lime-layered tombs assigned to the Joseon Dynasty in Oknam-ri, Seocheon. The preservation of femur was evaluated by stereoscopic microscopy and scanning electron microscopy. Most of specimens showed good histological preservation. The histological results proved to be a good potentiality for biochemical analysis using bio-molecules. The amelogenin gene and mitochondrial DNA (mtDNA) analyses revealed that three specimens perhaps have maternal consanguinity due to sharing with mtDNA haplogroup D4b1, and two specimens buried in the same tomb were a couple in Gatjaegol site. Carbon and nitrogen stable isotope analysis indicated that four deads diet were built around C3 plant as rice, barley, wheat and bean. In this study we characterized genetic and diet features from the social stratum who could make lime-layered tombs during period of the Joseon Dynasty. The results suggest that biochemical research using the human skeletal remains from the Joseon Dynasty has the great potential and reasonable value for archaeology, anthropology, and population genetics.
Apart from thinning of cortical layers, the local bone curvature, varying along bone periphery, modulates ultrasound waves as well, which is however often underestimated or overlooked in clinical quantitative ultrasound (QUS). A dedicated three-dimensional finite element modelling technique for cortical bones was established, for quantitatively exploring and calibrating the effect of local curvature of cortical bone on ultrasound. Using a correlation-based mode extraction technique, high-velocity group (HVG) and low-velocity group (LVG) wave modes in a human radius were examined. Experimental verification using acrylic cylinders and in vitro testing using a porcine femur were accomplished. Results coherently unravelled the cortical curvature exerts evident influence on bone-guided ultrasound when RoC/${\lambda}$ <1 for HVG mode and RoC/${\lambda}$ <2 for LVG mode (RoC/${\lambda}$: the ratio of local bone curvature radius to wavelength); the sensitivity of LVG mode to bone curvature is higher than HVG mode. It has also been demonstrated the local group velocity of an HVG or LVG mode at a particular skeletal site is equivalent to the velocity when propagating in a uniform cylinder having an outer radius identical to the radius of curvature at that site. This study provides a rule of thumb to compensate for the effect of bone curvature in QUS.
This study was performed to evaluate the effect of red-yeast-rice on bone metabolism in overiectomized (OVX) rats. Forty female Sprague-Dawley rats (body weight 210 $\pm$ 5 g, 9 weeks old age) were divided into two groups. One group were OVX, and the other group received sham operation (SHAM), and received either control diet (20% casein) or a red-yeast-rice power supplemented diet (0.1%) for 9 weeks. And then each rat group was further divided into control diet (casein 20%) and red-yeast-rice powder supplemented (0.1%) diet group. All rats were fed on experimental diet and deionized water ad libitum for 9 weeks. Bone mineral density (BMD) and bone mineral content (BMC) were measured using PIXImus (GE Lunar Co, Wisconsin, USA) in spine and femur on 5, 9 weeks after feeding. The serum and urine concentrations of Ca and P were determined. Bone formation was measured by serum osteocalcin and alkaline phosphatase (ALP) concentrations. And bone resorption rate was measured by deoxypyridinoline (DPD) crosslinks immunoassay and corrected for creatinine. Serum osteocalcin, growth hormone, IGF-l and calcitonin were analyzed using radioimmunoassay kits. Urinary Ca and P excretion were not significantly different among the groups. Within the OVX group, the red-yeast-rice group had a lower crosslinks value than the casein group. Therefore the red-yeast-rice supplemented groups had a lower bone resorption ratio than the casein group in the ovariectomized rats. And, the red-yeast-rice group had significantly higher IGF-l hormone than casein group in ovariectomized rats. The red-yeast-rice group had higher spine bone mineral content than those of control group within the OVX groups. This study was an important first step in establishing that the observed beneficial effects of red-yeast-rice on bone, and this study also established the need for a study on the long-term effect of this supplement in a human.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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