Microradiographic evaluation of bone from cows with experimental hypervitaminosis D, diet-induced hypocalcemia, and naturally occurring parturient paresis

Abstract

Microradiographic and histologic evaluation of cortical and trabecular bone revealed a low turnover in cows which developed a syndrome of profound hypocalcemia and paresis near parturition. Trabecular and Haversian surfaces appeared inactive and were similar to sections from nonlactating-nonpregnant cows. The inactive surfaces were smooth and bordered by a zone of increased radiodensity. The failure of osteoclastic response was not due to the accumulation of osteoid along trabecular and Haversian surfaces. Lactation was associated with a threefold increase in resorption of trabecular bone at 7 to 10 days postpartum in control cows.

Feeding a calcium-deficient diet to cows for 30 days resulted in a significant hypocalcemia and a twofold increase in bone resorption. The addition of pharmacologic doses of vitamin D (30 million units daily) from the 20th to 30th day of feeding the calcium-deficient diet further increased bone resorption (approximately fivefold), primarily along trabecular surfaces. The added vitamin D prevented hypocalcemia but did not produce a detectable hypercalcemia. Similar levels of vitamin D administered for 3 to 10 days to cows with a normal calcium and phosphorus intake resulted in hypercalcemia and numerous resorption spaces in cortical bone. Vitamin D appeared to be more effective than calcium-deficient diets in influencing calcium homeostasis by altering skeletal metabolism in adult cows.

Résumé

Une étude microradiographique et histologique de l'os cortical et spongieux a permis de mettre en évidence des remaniements peu profonds chez des vaches, présentant une sévère hypocalcémie et des parésies peu avant la mise à bas. Les surfaces de l'os spongieux et haversien apparaissent inactives et identiques à des coupes de vaches non pleines ou ne fournissant pas de lait. Les surfaces inactives sont lisses et bordées par une zone de radiodensité augmentée. L'absence de réponse ostéoclastique n'est pas due à l'accumulation de tissu ostéoide le long des surfaces d'os haversien et spongieux. La lactation est associée à une augmentation triple de la résorption de l'os spongieux de 7 à 10 jours post-partum chez les vaches témoins.

En soumettant les vaches à un régime pauvre en calcium pendant 30 jours, on observe une hypocalcémie significative et une augmentation double de la résorption osseuse. L'adjonction de doses pharmacologiques de vitamine D (30 millions d'unités par jour), du 20ème au 30ème jour de l'administration du régime pauvre en calcium provoque une résorption osseuse additionnelle (environ quintuplée), surtout à la surface de l'os spongieux. L'adjonction de vitamine D empêche le développement de l'hypocalcémie, mais ne produit pas une hypercalcémie décelable. Des concentrations identiques de vitamine D, administrées, pendant 3 à 10 jours, à des vaches, ingérant du calcium et du phosphore à doses normales, provoquent une hypercalcémie et des lacunes de résorption de l'os cortical. La vitamine D semble plus efficace que les régimes pauvres en calcium pour agir sur l'homéostasie du calcium, en modifiant le métabolisme squelettique des vaches adultes.

Zusammenfassung

Durch mikroradiographische und histologische Bestimmungen des kortikalen und trabekulären Knochens konnte ein niedriger Knochenumsatz bei Kühen nachgewiesen werden, die kurz vor dem Kalbern ein Syndrom von schwerer Hypocalcaemie und Parese entwickelten. Die trabekulären und Haversschen Oberflächen schienen inaktiv und sahen Schnitten von nicht säugenden und nicht trächtigen Kühen ähnlich. Die inaktiven Oberflächen waren glatt und von einer Zone erhöhter Röntgendichte umgeben. Der Ausfall der Osteoklastenreaktion beruhte nicht auf einer Anhäufung von Osteoid längs der trabekulären und Haversschen Oberflächen. Während der Laktation nahm die Resorption des trabekulären Knochens vom siebten bis zum zehnten Tag postpartum bei Kontrollkühen um das Dreifache zu.

Wurden die Kühe während 30 Tagen mit einer calciumarmen Diät gefüttert, so entstanden eine signifikante Hypocalcaemie und eine zweifache Zunahme der Knochenresorption. Wurde vom 20. bis 30. Tag der calciumarmen Diätperiode Vitamin D in pharmakologischen Dosen (30 Millionen Einheiten pro Tag) zugesetzt, so erhöhte sich die Knochenresorption noch mehr (ungefähr um das Fünffache), vor allem längs der trabekulären Oberflächen. Das zugesetzte Vitamin D verhinderte die Bildung einer Hypocalcaemie, verursachte jedoch keine nachweisbare Hypercalcaemie. Gleiche Vitamin D-Dosen, die während 3 bis 10 Tagen an Kühe mit einer normalen Calcium- und Phosphateinnahme abgegeben wurden, verursachten eine Hypercalcaemie und zahlreiche Resorptionsräume im kortikalen Knochen. Es scheint, daß Vitamin D wirksamer ist als eine calciumarme Diät in der Beeinflussung der Calciumhomöostase durch Veränderung des Skelettmetabolismus bei ausgewachsenen Kühen.