Impact of Long-term, High-fat, and High-calorie Diet on Murine Vertebrae Bones

Abstract

As the percentage of overweight individuals in the population rises, diseases associated with excess weight resulting from poor nutrition are becoming more and more widespread. So far, the influence of weight or nutrition on bone health has shown conflicting results. In the literature, the existing studies disagree about the effect of diet on bones. Therefore, this study investigated the impact of a long-term, high-fat, and high-cholesterol diet on the spine in a mouse model. Wild-type mice were randomly separated into two groups; one group received a high-fat and high-cholesterol diet, and a control group was fed with a regular diet since birth for a duration of 8 months. The first to fifth thoracic vertebrae were extracted and investigated using histology and micro-CT. Samples were analyzed regarding different parameters: percentage of bone structure compared to the whole vertebra and the amount and thickness of the trabeculae. Both methods of the analysis showed similar results. Diet did not have a significant impact on the bone density of the vertebrae. The micro-CT examination showed that the average bone percentage of the examined vertebra was 6% (p = 0.2330) higher in the control group compared to the diet group. The same tendency was demonstrated in histology even though with a smaller difference of only 5%. The results of both methods were comparable and showed trends for the influence of different diets but not significant impacts. In summary, this study showed that a high-fat and high-cholesterol diet has a slightly negative impact on bone density. In order to further analyze the effects of different diets on bone composition, structure, and density, additional long-term studies should be carried out, and more parameters such as movement and genetic factors should be analyzed. Furthermore, other parameters such as exercise and genetic factors that could have a secondary influence on obesity should be investigated. Mit der wachsenden Zahl der Übergewichtigen werden Krankheiten, die mit einem hohen Gewicht verbunden sind, z. B. durch schlechte Ernährung, immer häufiger auftreten. Bisher hat sich der Einfluss von Gewicht oder Ernährung auf die Knochengesundheit mit unterschiedlichen Ergebnissen aus verschiedenen Studien gezeigt. Einige zeigten einen positiven Effekt durch Übergewicht und schlechte Ernährung auf die Knochen, andere das genaue Gegenteil. Mit dem Ziel, die möglichen Auswirkungen der Ernährung besser zu verstehen, wurden in dieser Studie die Auswirkungen einer langfristigen fett- und cholesterinreichen Ernährung auf die Wirbelsäule von Mäusen untersucht. Wildtyp-Mäuse wurden in 2 Gruppen unterteilt: Eine Gruppe erhielt von Geburt an eine fett- und cholesterinreiche Ernährung, die andere eine normale. Die Nahrung wurde den Mäusen bis zum Alter von 8 Monaten gefüttert. Danach wurde der 1. – 5. Brustwirbel entnommen. Die Knochen wurden mit 2 verschiedenen Methoden analysiert: Histologie und Mikro-CT. Bei den isolierten Brustwirbeln wurde der Anteil der Knochenstrukturen im Vergleich zum gesamten Wirbel sowie die Trabekelmenge und -dicke untersucht. Die Mikro-CT-Untersuchung zeigte, dass der durchschnittliche Knochenanteil des untersuchten Wirbels in der Kontrollgruppe um 6% (p = 0.2330) höher war. Die gleiche Tendenz war in der Histologie zu erkennen, wenn auch mit einem geringeren Unterschied von nur 5% zwischen den beiden Gruppen. Die Ergebnisse beider Methoden waren somit vergleichbar. Sie zeigten beide Trends für den Einfluss der verschiedenen Ernährung, jedoch sind diese Tendenzen nicht als signifikant zu erachten. Zusammenfassend zeigte diese Studie einen leichten Trend, dass eine fett- und cholesterinreiche Ernährung negative Auswirkungen auf die Knochen hat. Um die Auswirkungen auf die Knochen verschiedener Ernährungsweisen weiter zu analysieren, sollten längerfristige Studien durchgeführt und andere Parameter, wie zum Beispiel Bewegung und genetische Faktoren, die einen sekundären Einfluss auf das Übergewicht haben könnten, untersucht werden. Publication Date: 23 July 2020 (online) Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York