Calcified Tissue Research

, Volume 6, Issue 1, pp 151–161 | Cite as

Comparison of the effects of excess vitamin A and high oxygen tension onin vitro epiphyseal plate growth

I. Morphologic response
  • Carl T. Brighton
  • Elliott A. Schaffzin
Original Papers

Abstract

Epihyseal plate organ cultures grown in medium containing excess vitamin A (100 USP units/ml) showed marked reduction in the length of the cartilage component of the explant, progressive loss of acid mucopolysaccharide stainability of the cartilage matrix, loss of the zone of hypertrophic cells followed by the loss of all zoning, an accumulation of cells at the bone-cartilage junction, and eventual detachment of the cartilage from the bone. Epsilon partially reversed these effects. Explants grown in 90% oxygen showed no reduction in the length of the cartilage component, a progressive loss of acid mucopolysaccharide stainability of the cartilage matrix narrowing and eventual loss of the zone of hypertrophic cells, an accumulation of an acellular, PAS-positive debris at the bone-cartilage junction, and marked reduction in length of the bone component of the explant. EACA and chloroquine partially reversed these effects.

The role of lysosomal enzymes in mediating these effects is discussed. It is suggested that different lysosomal enzymes may be operational in the presence of excess vitamin A than in the presence of high oxygen tension.

Key words

Epiphysis Organ culture Vitamin A Oxygen Morphology 

Résumé

Des cultures d'organe de régions épiphysaires, dans des milieux contenant un, excès en vitamine A (100 USP unités/ml), présentent une nette réduction de longueur du cartilage de l'explant, ainsi qu'une perte progressive de la colorabilité en mucopolysaccharide acide de la matrice cartilagineuse et une disparition de la zone des cellules hypertrophiques, suivie d'une disparition de la distribution en zones, une accumulation de cellules au niveau de la jonction oscartilage et, parfois, une séparation de l'os du cartilage. L'acide epsilon aminocaproïque, un inhibiteur de protéase, et la chloroquine, un stabilisateur des membranes lysosomiques, inversent partiellement ces résultats. Des explants, cultivés en présence de 90% d'oxygène, ne montrent aucune diminution de la longueur de cartilage: cependant ils présentent une perte progressive de la colorabilité en mucopolysaccharide acide de la matrice cartilagineuse, une réduction et parfois une disparition des cellules hypertrophiques, une accumulation de débris acellulaires PAS positifs à la jonction, ostéo-cartilagineuse et une diminution nette en longeur de l'os explanté. L'EACA et la chloroquine inversent partiellement ces résultats.

Le rôle des enzymes lysosomiques sur ces diverses manifestations est envisagé. Il semble que différentes enzymes lysomiques puissent intervenir en présence d'un excès en vitamine A et d'une tension en ozygène élevé.

Zusammenfassung

Organkulturen von Epiphysenplatten, die in einem Medium mit Vitamin A-Überschuß (100 IE/ml) aufgezogen wurden, zeigten folgende Veränderungen:
  1. a)

    eine deutliche Längenabnahme der Knorpelkomponente des Explantates,

     
  2. b)

    einen zunehmenden Verlust der Färbbarkeit von sauren Mucopolysacchariden der Knorpelmatrix,

     
  3. c)

    ein Verschwinden der Zone hypertropher Zellen, gefolgt von einem Schwund aller Zonen,

     
  4. d)

    eine Zusammenballung von Zellen am Übergang vom Knochen zum Knorpel,

     
  5. e)

    und schließlich eine Abtrennung des Knorpels vom Knochen. Epsilon-Aminocapronsäure, ein Proteaseinhibitor, und Chloroquine, ein Stabilisator der Lysosommembranen, kehrten diese Wirkungen teilweise um.

     

Explantate, die unter 90% Sauerstoff aufgezogen wurden, zeigten keine Längenabnahme der Knorpelkomponente, einen zunehmenden Verlust der Färbbarkeit, von sauren Mucopolysacchariden der Knorpelmatrix, Verengerung und schließlich Verschwinden der Zone hypertropher Zellen, eine Zusammenballung von acellulären PAS-positiven Bruchstücken am Übergang vom Knochen zum Knorpel und eine deutliche Längenabnahme der Knochenkomponente des Explantates. EACA und Chloroquine kehrten diese Wirkungen teilweise um.

Die Rolle der lysosomalen Enzyme als Mediatoren dieser Wirkungen wird besprochen. Es wird vorgeschlagen, daß verschiedene lysosomale Enzyme bei Vitamin A-Überschuß wirksamer sind als unter hohem Sauerstoffdruck.

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Copyright information

© Springer-Verlag 1970

Authors and Affiliations

  • Carl T. Brighton
    • 1
  • Elliott A. Schaffzin
    • 1
  1. 1.Department of Orthopaedic SurgeryUniversity of Pennsylvania School of MedicinePhiladelphiaUSA

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