Advertisement

Calcified Tissue Research

, Volume 8, Issue 1, pp 24–35 | Cite as

Zonal analysis of electrolytes in epiphyseal cartilage and bone of normal and rachitic chickens and pigs

  • R. E. Wuthier
Original Papers

Abstract

Electrolytes were analyzed in serum, and in mineralizing tissues at varying stages of calcification, in normal and vitamin D-deficient chickens and pigs. Moisture, ash, and organic matter were also measured.

Results revealed that in addition to Ca, other serum electrolytes were altered in rickets. Mg and inorganic P were diversely affected by the vitamin deficiency. Larger changes in mineral level were seen in the tissues in the early stages of calcification than were seen at corresponding times in the serum, suggesting a direct effect of the vitamin deficiency on the calcifying tissue itself. Relative to the serum level, Ca was deposited in the tissues of rachitic animals to a greater extent than in normal animals. This was not true for Mg or inorganic P, indicating a preferential affinity for Ca in the rachitic tissue. Gravimetric analyses of organic and dry matter in epiphyseal zones revealed that the amounts of proliferating and hypertrophic cartilage were increased, and calcified cartilage decreased, in rickets, in accord with previous histological observations. Unexpectedly, the proportion of resting cartilage was also increased.

Key words

Bone Cartilage Epiphysis Calcium Phosphorus Vitamin D 

Résumé

Les électrolytes ont été analysés dans le sérum et dans les tissues en voie de minéralisation, à des stades variables de calcification, chez des poulets et des pores normaux et rachitiques. L'humidité, les cendres et les matières organiques et déssèchées ont été analysées.

Il apparait que d'autres électrolytes sériques, en plus du Ca, sont modifiés au cours du rachitisme. Le Mg et le P inorganique sont modifiés de façon variable au cours de l'avitaminose D. Des changements plus importants en contenu minéral des tissus sont observés dans les stades précoces de calcification que ceux que l'on a pu constater dans le sérum à des stades similaires, ce qui suggère un effet direct de l'avitaminose sur le tissu en voie de calcification. Quant au contenu du sérum, le dépôt de Ca est plus élevé dans les tissus d'animaux rachitiques par rapport aux témoins. Ceci n'est pourtant pas le cas du Mg ou du P inorganique, indiquant une affinité préférentielle du Ca pour le tissue rachitique.

L'analyse gravimétrique de matières organiques et déssèchées des zones épiphysaires montre que les quantités de cartilage hypertrophique et en voie de dévelopment augmentent dans le cas de rachitisme, alors que le cartilage calcifié diminue, confirmant les observations histologiques antérieures. De manière inattendue, la proportion de cartilage au repos augmente au cours du rachitisme.

Zusammenfassung

Die Elektrolyte im Serum und in mineralisierenden Geweben wurden zu verschiedenen Zeitpunkten der Verkalkung bei normalen Hühnern und Schweinen und bei solchen mit Vitamin D-Mangel analysiert. Wassergehalt, Asche, trockene und organische Substanz wurden ebenfalls gemessen.

Die Ergebnisse zeigten, daß außer Ca auch andere Elektrolyte bei Rachitis verändert wurden. Mg und anorganischer P wurden durch den Vitaminmangel bei den beiden Gattungen verschiedenartig beeinflußt. In den Geweben wurde in den frühen Phasen der Verkalkung eine größere Änderung des Mineral-Spiegels gefunden, als dies zu übereinstimmenden Zeiten im Serum der Fall war, was auf eine direkte Wirkung des Vitaminmangels auf das verkalkende Gewebe schließen läßt. Im Verhältnis zum Serumspiegel wurde Ca in den Geweben der rachitischen Tiere zu einem größeren Grade als normal abgeschieden. Dies war nicht der Fall bei Mg oder anorganischem P, was einen Vorzug für Ca in den rachitischen Geweben anzeigt.

Gravimetrische Analysen von organischer und trockener Substanz in epiphysischen Schichten zeigten, daß die Menge des proliferierenden und hypertrophischen Knorpels zunahm und daß verkalkter Knorpel bei Rachitis abnahm, gemäß klassischen histologischen Beobachtungen. achtungen. Ganz unerwartet war bei Rachitis eine verhältnismäßige Zunahme des ruhenden Knorpels festzustellen.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. Bachra, B. N., Trautz, O. R., Simon, S. L.: Precipitation of calcium carbonates and phosphates. 3. The effect of magnesium and fluoride ions on the spontaneous precipitation of calcium carbonates and phosphates. Arch. oral Biol.10, 731–738 (1965).PubMedGoogle Scholar
  2. Belanger, L. F., Migicovsky, B. B.: Early changes at the epiphysis of rachitic chicks, following administration of vitamin D. J. exp. Med.107, 821–828 (1958).PubMedGoogle Scholar
  3. Canas, F., Brands, J. S., Neuman, W. F., Terapka, A. R.: Some effects of vitamin D3 on collagen synthesis in rachitic chick cortical bone. Amer. J. Physiol.216, 1092–1096 (1969).PubMedGoogle Scholar
  4. Carlsson, A.: The influence of vitamin D on the uptake of S35-labelled sulfate in the bones. Acta physiol. scand31, 312–316 (1954).PubMedGoogle Scholar
  5. Dziewiatkowski, D. D.: Vitamin D and endochondral ossification in the rat as indicated by the use of sulfur-35 and phosphorus-32. J. exp. Med.100, 25–32 (1954).PubMedGoogle Scholar
  6. Gutman, A. B., Warrick, F. B., Butman, E. B.: Phosphorylative glycogenolysis and calcification in cartilage. Science95, 461–462 (1942).Google Scholar
  7. —, Yu, T. F.: Further studies on the relation between glycogenlysis and calcification in cartilage. Trans. First Macy Conf. Metabolic Interrelations1, 11–26 (1949).Google Scholar
  8. Howell, D. S., Pita, J. C., Marquez, J. F., Madruga, J. F.: Partition of calcium, phosphate, and protein in the fluid phase aspirated at calcifying sites in epiphyseal cartilage. J. clin. Invest.47, 1121–1132 (1968).PubMedGoogle Scholar
  9. Jones, J. I. M., Elliot, J. F.: The biological assay of vitamin D3. Biochem. J.37, 209–214. (1943).Google Scholar
  10. Klein, B., Reed, P., Babson, A. L.: Rapid method for the quantitative determination of serum alkaline phosphate. Clin. Chem.6, 629–725 (1960).Google Scholar
  11. Meintzer, R. B., Steenbock, J.: Vitamin D and magnesium absorption. J. Nutr.56, 285–294 (1955).PubMedGoogle Scholar
  12. Miller, E. R., Ullrey, D. E., Zutant, C. L., Baltzer, B. V., Schmidt, D. A., Vincent, B. H., Hoeffer, J. A., Luecke, E. W.: Vitamin D2 requirement of the baby pig. J. Nutr.83, 140–148 (1964).PubMedGoogle Scholar
  13. Moore, E. W.: Ionized calcium in normal serum, ultrafiltrates, and whole blood determined by ion-exchange electrodes. J. clin. Invest.49, 318–334 (1970).PubMedGoogle Scholar
  14. Picard, J., Cartier, P.: La mineralization du cartilage. Bull. Soc. Chim. biol. (Paris)38, 697–706 (1956).Google Scholar
  15. Robison, R., Rosenheim, A. H.: XCV. Calcification of hypertrophic cartilage in vitro. Biochem. J.28, 684–699 (1934).Google Scholar
  16. Termine, J. D., Wuthier, R. E., Posner, A. S.: Amorphous-Crystalline mineral changes during endochondral and periosteal bone formation. Proc. Soc. exp. Biol. (N.Y.)125, 4–9 (1967).Google Scholar
  17. Worker, N. A., Migicovsky, B. B.: Effect of vitamin D on the utilization of beryllium, magnesium, calcium, strontium and barium in the chick. J. Nutr.74, 490–494 (1961).Google Scholar
  18. Wuthier, R. E.: A zonal analysis of inorganic and organic constitutents of the epiphysis during endochondral calcification. Calc. Tiss. Res.4, 20–38 (1969).Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 1971

Authors and Affiliations

  • R. E. Wuthier
    • 1
    • 2
  1. 1.Department of BiochemistryUniversity of Vermont College of MedicineBurlingtonUSA
  2. 2.Department of Orthopaedic SurgeryUniversity of Vermont College of MedicineBurlington

Personalised recommendations