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Calcified Tissue Research

, Volume 5, Issue 1, pp 108–114 | Cite as

Chemical modifications in osteones during calcification

  • M. C. Pugliarello
  • F. Vittur
  • B. de Bernard
  • E. Bonucci
  • A. Ascenzi
Original Papers

Abstract

In order to establish the chemical modifications which may occur, at a microscopic level, during the calcification process in bone, some inorganic and organic components have been determined in isolated samples of osteoid tissue and in osteones at the initial and final stage of calcification. Total nitrogen, total phosphorus, mucopolysaccharides (as hexosamine), collagen (as hydroxyproline) and water content have been determined on both a weight and volume basis in these materials. The following conclusions can be drawn from the analytical data: a) throughout the calcification process from osteoid tissue to the osteones at the highest degree of mineralization, hydroxyproline remains practically constant, while total nitrogen reveals a slight decrease as calcification goes to completion; b) partially calcified osteones show a significant decrease of hexosamine, compared with osteoid tissue; c) a dramatic decrease of non-collagenous nitrogen has been observed in highly calcified osteones compared with those calcified to a lesser degree; d) inorganic matter (phosphorus), as expected, regularly increases from osteoid tissue to highly calcified osteones.

Studied at the level of isolated Haversian systems, calcification is associated with a decrease of mucopolysaccharides at its onset and a decrease of a non-collagenous, nitrogencontaining material near its completion.

Abstract

Les modifications chimiques qui ont lieu au cours de l'ossification ont été déterminées au moyen de l'analyse de quelques-uns des composants inorganiques tenant au liseré préosseux et aux ostéons, soit au stade initial de la calcification qu'au stade final. Les composants considérés ont été les suivants: azote et phosphore totaux, mucopolysaccarides (titulés comme héxosamines), collagène (titulé comme hydroxyproline) et eau. Rapportées ci-bien au poids qu'au volume, ces données analytiques ont fourni les informations suivantes: a) au cours de l'ossification du liseré préosseux, jusqu'au degré le plus complet de la calcification de l'ostéon, le taux d'hydroxyproline reste pratiquement constant; au contraire l'azote total acuse une légère diminution au moment où la calcification se complète; b) par rapport au liseré préosseux, les ostéons au stade initial de la calcification montrent une chute significative des mucopolysaccarides (héxosamines); c) une diminution remarquable de l'azote non-collagénique s'avére au cours de la phase où les ostéons complétent leur calcification; d) selon les prévisions, le phosphore, c'est à dire l'élément représentatif de la fraction minérale, va augmentant avec régularité dès que la calcification s'amorce jusqu'au moment où elle devient complète.

En concluant, l'ossification au niveau des systémes d'Havers s'accompagne d'une chute des mucopolysaccarides au moment où la calcification s'amorce et d'une réduction remarquable d'un composant azoté non-collagénique lorsque la calcification se compléte.

Key words

Calcification Microchemistry Osteoid Osteones Density Analysis 

Zusammenfassung

Zum Nachweis der chemischen Veränderungen, die während des Verkalkungsprozesses im Knochen vorgehen, wurden einige anorganische und organische Komponenten am isolierten Osteoidsaum und an Osteonen im Anfangs- und im Endstadium der Verkalkung bestimmt.

Es handelt sich dabei um Messungen von Gesamtstickstoff, Gesamtphosphor, Mucopolysacchariden (in Form von Hexosamin), Kollagen (in Form von Hydroxyprolin) und des Wassergehaltes. Die ermittelten Resultate, sowohl auf Gewicht als auf Volumen bezogen, lassen nachstehende Folgerungen zu:
  1. a)

    während des ganzen Ossifikationsprozesses vom Osteoidsaum bis zu den stark verkalkten Osteonen bleibt der Hydroxyprolin-Gehalt praktisch konstant, während jener des Gesamtstickstoffes gegen das Ende der Verkalkung leicht zurückgeht;

     
  2. b)

    im Vergleich zur nicht-verknöcherten Vorstufe zeigen teilweise verkalkte Osteone eine signifikante Abnahme von Hexosamin;

     
  3. c)

    wurden wenig verkalkte mit stark verkalkten Osteonen verglichen, so konnte bei den letztgenannten eine beträchtliche Abnahme des nicht-kollagengebundenen Stickstoffes beobachtet werden;

     
  4. d)

    wie zu erwarten war, nimmt der Gehalt an anorganischem Phosphor im Verlaufe der Verkalkung regelmäßig zu.

     

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die an isolierten Haversschen Systemen untersuchten Verkalkungsvorgänge im Anfangsstadium durch eine Abnahme der Mucopolysaccharide und am Ende der Verkalkung durch eine Verminderung des nicht-kollagen-gebundenen Stickstoffes geprägt sind.

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Copyright information

© Springer-Verlag 1970

Authors and Affiliations

  • M. C. Pugliarello
    • 2
  • F. Vittur
    • 2
  • B. de Bernard
    • 2
  • E. Bonucci
    • 1
  • A. Ascenzi
    • 1
  1. 1.Istituto di Anatomia PatologicaUniversità di RomaItalia
  2. 2.Istituto di Chimica BiologicaUniversità di TriesteTrieste(Italia)

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