Abstract
Electron probe microanalysis is a recent technique for the study of bone and the conditions for the correct interpretation of the results are described. The Ca/P molar ratio was measured in normal and in three pathological bones. These measurements were carried out in different regions of cortical bone. The results are in agreement with the results obtained by microradiography. Microprobe analysis, however, allows the measurement of elements at the microscopic level.
Electron probe microanalysis was used to study the distribution of sodium and magnesium in the interhaversian and haversian tissues of adult cortical bone. Observations show the heterogeneity of distribution of these elements. Concentrations are higher in young bone (osteons), in agreement with the hypothesis of ion absorption on the surface of the apatite crystal.
Résumé
L'analyse par microsonde électronique, technique récente, a été peu utilisée pour l'étude du tissu osseux. Le rapport molaire Ca/P a été mesuré pour l'os normal et certains os pathologiques. Les résultats sont en accord avec ceux obtenus par les autres méthodes, en particulier la microradiographie. La microsonde électronique permet le dosage du sodium et du magnésium, constituants secondaires de l'os, à l'échelle microscopique. Nos observations mettent en évidence l'hétérogénéité de la distribution de ces éléments: concentration élevée dans l'os jeune (ostéone), moindre dans l'os interhaversien. Ces résultats sont en accord avec l'hypothèse de Neuman de l'absorption des ions sodium et magnésium à la surface du crystal d'apatite.
Zusammenfassung
Die Mikroanalyse mittels Elektronensonde ist eine neue Technik für die Untersuchung von Knochen; die Bedingungen für eine richtige Interpretation der Resultate werden beschrieben. Das molare Ca/P-Verhältnis wurde in normalen und in drei pathologischen Knochen gemessen. Diese Messungen wurden in verschiedenen Regionen des corticalen Knochens durch-geführt.
Die Resultate stimmen mit den durch Mikroradiographie erhaltenen überein.
Mikroanalysen mittels der Elektronensonde ermöglichten es, die Verteilung von Na und Mg in den zwischenhaversschen und haversschen Geweben von corticalem Knochen Erwachsener zu untersuchen. Unsere Beobachtungen zeigen die heterogene Verteilung dieser Elemente. In Übereinstimmung mit der Hypothese der Ionen-Absorption an der Oberfläche des Apatitkristalles sind die Konzentrationen in jungen Knochen (Oesteonen) höher.
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References
Amprino, R.: Structura microscopia e rinnovamento delle ossa. Atti. Soc. ital. Pat.4, 9–68 (1955).
—, Engström, A.: Studies on X ray absorption and diffraction of bone tissue. Acta anat. (Basel)15, 1–22 (1952).
Baud, C. A., Bang, S., Lee, H. S., Baud, J. Ph.: X ray studies of strontium incorporation into bone mineralin vivo. Calcif. Tiss. Res.2, 6 Suppl. 1968.
—, Kimoto, S., Hasimoto, H.: Etude de la distribution du calcium dans l'os haversien avec le radioanalyseur à microsonde électronique. Experientia (Basel)19, 524–526 (1963).
Blaxter, K. L.: The magnesium content of bone in hypomagnesaemic disorders of livestock. In: Bone structure and metabolism, p. 117–131. Ciba foundation symposium. London: J. A. Churchill 1956.
Breibart, S., Lee, J. S., McCoord, A., Forbes, G.: Relation of age to radiomagnesium exchange in bone. Proc. Soc. exp. Biol. (N.Y.)105, 361–363 (1960).
Brooks, E. J., Tousimis, A. J., Birks, L. S.: The distribution of calcium in the epiphyseal cartilage of the rat tibia measured with the electron probe X ray microanalyser. J. Ultrastruct. Res.7, 56–60 (1962).
Burny, F., Wollast, R., Blaimont, R., de Marneffe, R.: Etude de la mineralisation osseuse à l'échelle de la microstructure au moyen de la microsonde électronique. Calcif. Tiss. Res.2, 3. Suppl. (1968).
Carlström, D.: X ray cristallographic studies on apatites and calcified structures: Acta radiol. (Stockh.), Suppl.121 (1955).
Castaing, R.: Application des sondes électroniques à une méthode d'analyse ponctuelle chimique et cristallographique. Thèsis, Science, Paris. 1952. Ed. Chatillon sous Bagneux
Davies, R. E., Kornberg, H. L., Wilson, G. M.: The determination of bone sodium. Biochem J.52, XV (1952).
Edelman, I. S., James, A. H., Baden, H., Moore, F. D.: Electrolyte composition of bone and the penetration of radio sodium and deuterium oxide into dog and human bone.: J. clin. Invest.33, 122–131 (1954).
Engström, A., Engfeldt, B.: Lamellar structure of osteons demonstrated by microradiography. Experimentia (Basel)9, 19 (1953).
Forbes, G. B.: Studies on sodium in bone. J. Pediat.56, 180–190 (1960).
—, McCoord, A.: Bone sodium as a function of serum sodium in rats. Amer. J. Physiol.209, 830–834 (1965).
Frazier, P. D.: Electron probe analysis of human teeth: some problems in sample preparation. Norelco reporter13, 25–27 (1966).
Gabriels, S.: Chemische Untersuchungen über die Mineralstoffe der Knochen und Zähne. Hoppe-Seylers Z. physiol. Chem.18, 257–303 (1894).
Harrison, H. E.: The sodium content of bone and other calcified material. J. biol. Chem.120, 457–462 (1937).
Hohling, H. J., Hall, T. A., Boothroyd, B., Cooke, C. H., Duncumb, P., Fitton-Jackson, S.: Untersuchungen der Vorstadien der Knochenbildung mit Hilfe der normalen und electronenmikroskopisch Electron Probe X ray Microanalysis. Naturwissenschaften6, 142–143 (1967).
Kusman, L.: Analyse quantitative des combinaisons d'oxydes par microsonde électronique. Silicates Industriels I:34, 13–16 (1969); II: 35, 65–70 (1970).
Mellors, R. C.: Electron probe microanalysis. I. Calcium and phosphorus in normal human cortical bone. Lab. Invest.13, 183–195 (1964).
—, Carroll, K. G., Solberg, T.: Quantitative analysis of Ca/P molar ratios in bone tissue with the electron probe. In: The electron microprobe (eds. McKinley, Heinrich and Wittry), p. 834–840. New York: John Wiley & Sons 1966.
Neuman, W. F., Neuman, M. W.: The chemical dynamics of bone minerals. Chicago: Chicago University Press 1958.
—, Tribara, T. Y., Mulryan, B. J.: Synthetic hydroxyapatite crystal. I. Sodium and potassium fixation. Arch. Biochem.98, 384–390 (1962).
Nichols, G., Nichols, N.: The role of bone in sodium metabolism. Metabolism5, 438–446 (1956).
Pellegrino, E. D., Farber, S. J.: Mineral composition of human bone in various chemical disorders. J. Lab. clin. Med.56, 520–536 (1960).
Philibert, J.: L'analyse quantitative en microanalyse par sonde électronique. Métaux, Corrosion, Industrie40, 157–176, 216–240, 325–342 (1964).
Strandh, J.: Chemical and biophysical studies of microscopic structure in compact bone. Thesis Uppsala 1961.
Triffitt, J. T., Terepka, A. R., Neuman, W. F.: A comparative study of the exchangein vivo of major constituents of bone mineral. Calcif. Tiss. Res.2, 165–176 (1968).
Vincent, J.: Autoradiographic studies on bone sodium. In: Radioisotopes and bone (McLean, F., Lacroix, P., et Budy, A. M.), p. 365–375. Oxford: Blackwell Scientific Publ. 1962.
—: Recherches sur la constitution de l'os adulte. Thesis Louvain, Brussels: Ed. Arscia 1955.
Woodard, H. Q.: The elementary composition of human cortical bone. Hlth Phys.8, 513–517 (1962).
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Wollast, R., Burny, F. Study of bone mineralization at the microscopic level using an electron probe microanalyser. Calc. Tis Res. 8, 73–82 (1971). https://doi.org/10.1007/BF02010123
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