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Differential skeletal response in adult and aged rats to independent and combinatorial stimulation with pulsed electromagnetic fields and mechanical vibration

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作者
Jing Cai,Xi Shao,Zedong Yan,Xiyu Liu,Yongqing Yang,Erping Luo,Da Jing
出处
期刊:The FASEB Journal [Wiley]
卷期号:34 (2): 3037-3050 被引量:19
标识
DOI:10.1096/fj.201902779r
摘要

Pulsed electromagnetic fields (PEMFs) and whole-body vibration (WBV) are proved to partially preserve bone mass/strength in hindlimb-unloaded and ovariectomized animals. However, the potential age-dependent skeletal response to either PEMF or WBV has not been fully investigated. Moreover, whether the coupled "mechano-electro-magnetic" signals can induce greater osteogenic potential than single stimulation remains unknown. Herein, 5-month-old or 20-month-old rats were assigned to the Control, PEMF, WBV, and PEMF + WBV groups. After 8-week treatment, single PEMF/WBV enhanced bone mass, strength, and anabolism in 5-month-old rats, but not in 20-month-old rats. PEMF + WBV induced greater increase of bone quantity, quality, and anabolism than single PEMF/WBV in young adult rats. PEMF + WBV also inhibited bone loss in elderly rats by primarily improving osteoblast and osteocyte activity, but had no effects on bone resorption. PEMF + WBV upregulated the expression of various canonical Wnt ligands and downstream molecules (p-GSK-3β and β-catenin), but had no impacts on noncanonical Wnt5a expression in aged skeleton, revealing the potential involvement of canonical Wnt signaling in bone anabolism of PEMF + WBV. This study not only reveals much weaker responsiveness of aged skeleton to single PEMF/WBV relative to young adult skeleton, but also presents a novel noninvasive approach based on combinatorial treatment with PEMF + WBV for improving bone health and preserving bone quantity/quality (especially for age-related osteoporosis) with stronger anabolic effects.
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