Effects of different obesogenic diets and a green Rooibos extract on rat bone tissue: a bone density, tomography, and histological study
Date
2024-03
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: High-fat (HF) and high-sucrose (HS) diets impart complex diet-specific effects on bone metabolism and structural integrity. Natural products like Rooibos are commonly used in an effort to address various aspects of obesity, cardiovascular disease and metabolic syndrome, but little is known about the effects of Rooibos on bone. This study aimed to evaluate the effects of two different obesogenic diets and a green Rooibos extract (Afriplex GRT™, GRT) on the femora of male Wistar rats using bone densitometry, anthropometry, nano-computerized tomography (nano-CT), and histology. Rats were randomly assigned to one of three dietary groups (n=24 each), namely control (CON), high-sucrose/medium fat (OB1) or high-fat/fructose/cholesterol (OB2) for 17 weeks. Afriplex GRT™ supplementation occurred from weeks 11-17 for half of the animals in each diet group (n=12 each). Bone mineral density (BMD) was evaluated in conjunction with anthropometric measurements, such as body mass, femur mass and femur length. An examination of factors influencing bone quality, including cortical and trabecular parameters, was conducted using nano-CT. Histologically, various cell types involved in bone turnover (osteoblasts and osteoclasts), ossification (woven bone), fat content (adipocytes), and platelet formation (megakaryocytes) were also quantified. Findings of this study indicated that diet OB1 increased BMD and diet OB2 decreased BMD, compared to CON, while supplementation with GRT did not have any impact on BMD. Diet-specific effects were also observed for bone nano-CT parameters, with the OB2 diet primarily imparting adverse effects on both trabecular and cortical parameters. Histologically, it was observed that the diet OB2 elevated the osteoclast count, suggestive of increased bone loss without concurrent compensatory osteoblastic bone formation. In contrast, the OB1 dietary group showed improvements in both trabecular and cortical parameters, as evidenced by increased cortical and trabecular thickness. Histologically, the number of osteoblasts was also elevated in the OB1 dietary group. Megakaryocytes, a rare hematopoietic cell in the bone marrow responsible for platelet production, was observed in all dietary groups but with significantly higher numbers in the OB1 and OB2 dietary groups. The effects of GRT on BMD, anthropometry and nano-CT parameters were modest and inconsistent between dietary groups. However, more pronounced and statistically significant effects of GRT were observed histologically. GRT supplementation increased the osteoblast count in the CON and OB1 dietary groups and reduced the osteoclast and chondrocyte numbers in the OB2 dietary group. Across all four evaluation techniques, diets OB1 and OB2 exhibited distinct effects on the various bone parameters measured here. Diet OB2 appeared to have the most detrimental impact on bone health, whereas diet OB1 demonstrated beneficial effects on bone health. Lastly, although the effects of GRT varied among the different bone parameters, GRT exhibited a predominantly protective effect on bone tissue at the cellular level.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Hoë-vet (HF) en hoë-suiker (HS) diëte het komplekse, dieet-spesifieke effekte op beenmetabolisme en strukturele integriteit. Natuurlike produkte soos Rooibos word dikwels gebruik om verskeie aspekte van vetsug, kardiovaskulêre siektes en metaboliese sindroom aan te spreek, maar min is bekend oor die effekte van Rooibos op been. Hierdie studie het ten doel gehad om die effekte van twee verskillende vetsug-stimulerende diëte en 'n groen Rooibos ekstrak (Afriplex GRT™, GRT) op die femora van manlike Wistar-rotte te evalueer deur gebruik te maak van been-densitometrie, antropometrie, nano-gerekenariseerde tomografie (nano-CT), en histologie. Die rotte is in drie dieetgroepe ingedeel (n=24 elk), naamlik kontrole (CON), hoë-suiker/medium vet (OB1) of hoë-vet/fruktose/cholesterol (OB2) vir 17 weke. Afriplex GRT™-aanvullings het plaasgevind gedurende weke 11-17 in die helfte van die diere in elke dieetgroep (n=12 elk). Beenmineraaldigtheid (BMD) is geëvalueer saam met antropometriese metings, soos liggaamsmassa, femurmassa en femurlengte. Faktore wat beenkwaliteit beïnvloed, insluitend kortikale en trabekulêre parameters, is gemeet met nano-CT. Verder is verskeie selsoorte betrokke by beenomset (osteoblaste en osteoklaste), ossifikasie (chondrosiete), vetinhoud (adiposiete) en plaatjie-vorming (megakaryosiete) ook deur middel van histologie gekwantifiseer. Hierdie studie het aangedui dat die OB1-dieet BMD verhoog het en die OB2-dieet BMD verlaag het, in vergelyking met CON, terwyl aanvulling met GRT geen impak op BMD gehad het nie. Dieet-spesifieke effekte is ook waargeneem vir die nano-CT beenparameters, waar die OB2-dieet hoofsaaklik nadelige effekte op beide trabekulêre en kortikale parameters getoon het. Histologies is waargeneem dat die OB2-dieet ook die osteoklast-telling verhoog het, wat 'n aanduiding is van beenverlies sonder kompensasie deur verhoogde osteoblastiese beenvorming. Daarteenoor het die OB1 groep verbeterings getoon in beide trabekulêre en kortikale parameters. Die aantal osteoblaste was ook verhoog in die OB1 dieetgroep. Megakaryosiete, ’n skaars seltipe in die beenmurg wat bloedplaatjies vervaardig, is in alle dieetgroepe waargeneem maar in beduidend groter hoeveelhede in beide OB1- en OB2-groepe. Die effekte van GRT op BMD, antropometrie en nano-CT-parameters was matig en onkonsekwent tussen dieetgroepe. Nietemin is meer uitgesproke en statisties beduidende effekte van GRT histologies waargeneem. GRT aanvulling het die osteoblast-tellings in die CON en OB1 dieetgroepe verhoog, en die osteoklast- en chondrosiet-tellings in die OB2 groep verlaag. Regdeur al vier evalueringsmetodes het die OB1 en OB2 diëte uiteenlopende effekte op verskeie beenparameters getoon. Die OB2-dieet het die mees nadelige invloed op beengesondheid gehad, terwyl die OB1-dieet meestal voordelig was vir beengesondheid. Laastens, alhoewel die effekte van GRT baie gevarieer het tussen die verskillende beenparameters, het GRT oorwegend 'n beskermende effek op beenweefsel op sellulêre vlak getoon.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Hoë-vet (HF) en hoë-suiker (HS) diëte het komplekse, dieet-spesifieke effekte op beenmetabolisme en strukturele integriteit. Natuurlike produkte soos Rooibos word dikwels gebruik om verskeie aspekte van vetsug, kardiovaskulêre siektes en metaboliese sindroom aan te spreek, maar min is bekend oor die effekte van Rooibos op been. Hierdie studie het ten doel gehad om die effekte van twee verskillende vetsug-stimulerende diëte en 'n groen Rooibos ekstrak (Afriplex GRT™, GRT) op die femora van manlike Wistar-rotte te evalueer deur gebruik te maak van been-densitometrie, antropometrie, nano-gerekenariseerde tomografie (nano-CT), en histologie. Die rotte is in drie dieetgroepe ingedeel (n=24 elk), naamlik kontrole (CON), hoë-suiker/medium vet (OB1) of hoë-vet/fruktose/cholesterol (OB2) vir 17 weke. Afriplex GRT™-aanvullings het plaasgevind gedurende weke 11-17 in die helfte van die diere in elke dieetgroep (n=12 elk). Beenmineraaldigtheid (BMD) is geëvalueer saam met antropometriese metings, soos liggaamsmassa, femurmassa en femurlengte. Faktore wat beenkwaliteit beïnvloed, insluitend kortikale en trabekulêre parameters, is gemeet met nano-CT. Verder is verskeie selsoorte betrokke by beenomset (osteoblaste en osteoklaste), ossifikasie (chondrosiete), vetinhoud (adiposiete) en plaatjie-vorming (megakaryosiete) ook deur middel van histologie gekwantifiseer. Hierdie studie het aangedui dat die OB1-dieet BMD verhoog het en die OB2-dieet BMD verlaag het, in vergelyking met CON, terwyl aanvulling met GRT geen impak op BMD gehad het nie. Dieet-spesifieke effekte is ook waargeneem vir die nano-CT beenparameters, waar die OB2-dieet hoofsaaklik nadelige effekte op beide trabekulêre en kortikale parameters getoon het. Histologies is waargeneem dat die OB2-dieet ook die osteoklast-telling verhoog het, wat 'n aanduiding is van beenverlies sonder kompensasie deur verhoogde osteoblastiese beenvorming. Daarteenoor het die OB1 groep verbeterings getoon in beide trabekulêre en kortikale parameters. Die aantal osteoblaste was ook verhoog in die OB1 dieetgroep. Megakaryosiete, ’n skaars seltipe in die beenmurg wat bloedplaatjies vervaardig, is in alle dieetgroepe waargeneem maar in beduidend groter hoeveelhede in beide OB1- en OB2-groepe. Die effekte van GRT op BMD, antropometrie en nano-CT-parameters was matig en onkonsekwent tussen dieetgroepe. Nietemin is meer uitgesproke en statisties beduidende effekte van GRT histologies waargeneem. GRT aanvulling het die osteoblast-tellings in die CON en OB1 dieetgroepe verhoog, en die osteoklast- en chondrosiet-tellings in die OB2 groep verlaag. Regdeur al vier evalueringsmetodes het die OB1 en OB2 diëte uiteenlopende effekte op verskeie beenparameters getoon. Die OB2-dieet het die mees nadelige invloed op beengesondheid gehad, terwyl die OB1-dieet meestal voordelig was vir beengesondheid. Laastens, alhoewel die effekte van GRT baie gevarieer het tussen die verskillende beenparameters, het GRT oorwegend 'n beskermende effek op beenweefsel op sellulêre vlak getoon.
Description
Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2024.