Incorporation and release of⁸⁵Sr and¹⁴C-proline-hydroxyproline in mineral and collagen of bone and incisor teeth of growing rats

Abstract

The extent to which exchange and reutilization processes of mineral tracers affect skeletal mineral accretion and resorption measurements was evaluated by comparing the rates of appearance and disappearance of⁸⁵Sr and¹⁴C-proline-hydroxyproline in bones and teeth in growing rats for 12 days following simultaneous parenteral injection of these tracers. Expressions for the relative rates of collagen synthesis and breakdown, which unlike mineral metabolism are considered not to be complicated by exchange phenomena, were based on¹⁴C-proline conversion to¹⁴C-hydroxyproline; the specific activity of the latter was determined. Both the mineral and the collagen specific activities reflected the rates and patterns of growth of the samples assayed; rapid growth and a short interval of time between formation and resorption of tissue in themetaphyseal bone which contains the cartilagineous growth plate, slow growth and an interval of time between formation and resorption of tissue indiaphyseal bone and incisor teeth which is longer than the 12 days of the experiment. However, in metaphyseal bone the specific activity collagen/mineral ratio dropped by one half during the 4–12 day interval in contrast to diaphyseal bone and incisor teeth in which no change in this ratio was observed during this period of time. The data indicate that collagen in the metaphyseal growth zone is removed by resorption before it has become fully mineralized, and that exchange is a relatively unimportant factor in the long term kinetics of bone mineral.

Zusammenfassung

Das Ausmaß, bis zu welchem Austausch- und Wiederverwendungsprozesse der mineralen Tracer die Messungen des mineralen Skelett-Auf- und Abbaues beeinflussen können, wurde ausgewertet; zu diesem Zweck wurde die Geschwindigkeit des Auftretens und Verschwindens von⁸⁵Sr und von¹⁴C-Prolin-Hydroxyprolin in Knochen und Zähnen von wachsenden Ratten während der 12 auf die simultane parenterale Injektion dieser Tracer folgenden Tage verglichen.

Der Ausdruck für die relative Geschwindigkeit des Kollagen-Auf- und Abbaues, bei welchem im Gegensatz zum Mineralmetabolismus kein Mitwirken des Austauschphänomens vermutet wird, basiert auf der Umwandlung von¹⁴C-Prolin zu¹⁴C-Hydroxyprolin; die spezifische Aktivität des letzteren wurde bestimmt.

Aus der spezifischen Aktivität des Minerals sowie jener des Kollagens konnten die Geschwindigkeit und die Art des Wachstums der untersuchten Proben ersehen werden, d.h.schnelles Wachstum und ein kurzes Zeitintervall zwischen Bildung und Resorption des Gewebes imKnochen der Metaphyse, die auch die knorpelige Wachstumsplatte enthält, und andererseitslangsames Wachstum und längeres Zeitintervall (länger als die 12 Tage des Experimentes) zwischen Bildung und Resorption des Gewebes imKnochen der Diaphyse und in den Schneidezähnen. Immerhin fiel die spezifische Aktivität des Kollagen/Mineral-Anteils im Knochen der Metaphyse während dem 4–12tägigen Zeitintervall auf die Hälfte, im Gegensatz zum Knochen der Diaphyse und der Schneidezähne, bei welchen während dieser Zeitspanne kein Unterschied in diesem Verhältnis beobachtet wurde.

Diese Ergebnisse zeigen, daß Kollagen in der Wachstumszone der Metaphyse durch Resorption verschwindet, bevor es ganz mineralisiert ist, und daß der Austausch ein relativ unwichtiger Faktor in der Kinetik auf lange Sicht des Knochenminerals ist.