Sven-Olof Hjertquist

The effect of strontium administration on bones and teeth of rats maintained on diets with different calcium contents.

Junge Ratten zeigen bei calciumarmer Kost, selbst wenn Vitamin D in der Nahrung enthalten ist, am Skelet wie an den Zähnen rachitische Veränderungen. Wird der Nahrung noch Strontium beigegeben, so entwickelt sich eine sehr schwere Rachitis. Es kommt zu rachitischen Veränderungen selbst dann, wenn der Calciumgehalt der Diät genügend ist, um eine Rachitis zu verhindern. Bei weiterer Steigerung der Calciumzusätze verwischen sich die rachitischen Veränderungen. Strontiumzusätze zu calciumarmen Kostformen führen zu einer markanten Senkung des Serumcalciumspiegels. Dagegen bleiben die Blutphosphatwerte unverändert. Erhalten die Ratten bei einer calciumarmen Kost mit Strontiumzusätzen während eines dreiwöchigen Versuches mindestens während 9 Tagen Calciumgluconat-Injektionen, so zeigt das Skelet rachitische Veränderungen in Heilung. Bei diesen Versuchstieren ist der Blutcalciumspiegel signifikant erhöht. Die Senkung des Blutcalciumspiegels durch Strontiumzusätze zur Nahrung ist für die Entwicklung von Rachitis von entscheidender Bedeutung. Darüber hinaus muß doch auch mit anderen Einwirkungen des Strontiums gerechnet werden, beispielsweise auf örtliche Faktoren die den Knochenumbau beeinflussen. In experiments on young rats with different levels of calcium intake it was found that rachitic changes in the bones and teeth developed when the diet contained very small amounts of calcium even though vitamin D was present in the food. When strontium was added to these diets more pronounced rickets developed. In animals receiving diets with a calcium content sufficient to prevent rickets, and also when the calcium intake was optimal, the addition of strontium resulted in rachitic changes. By increasing the calcium level of the diet with the strontium level kept constant these changes could be mitigated. Addition of strontium to the diet significantly depressed the blood calcium value in rats receiving low calcium diets when compared with controls on the same calcium intake. The blood phosphate remained unchanged. Animals with a low calcium intake and with strontium added to the diet, and which were given injections of calcium gluconate during the last 9 days of a 3 week period, exhibited healing rickets. In these animals the blood calcium level was significantly increased. The influence of addition of strontium to the diet on the blood calcium level is a fundamental factor in the development of strontium rickets but other effects have also to be considered, such as the influence of strontium on local factors in bone remodelling.

The effect of papain on epiphysial cartilage in rachitic rats: histologic, autoradiographic and microradiographic studies.

Epiphysial cartilage from rachitic and that from nonrachitic rats showed largely similar reactions to single administration of papain, as was demonstrated both histologically and by autoradiographic examination following injection of radiosulphate. Rachitic rats which had received multiple injections of papain exhibited severe, perhaps irreversible lesions of the epiphysial cartilage zones. Healing of rickets, was not observed in rats which had received vitamin D and a rachitogenic diet in conjunction with papain. Intensive capillary invasion of the epiphysial cartilage was noted, however, in rats which had been transferred to a normal diet plus vitamin D in conjunction with papain administration. Rachitic rats treated solely with papain showed no mineralization in the cartilage zone. In those rats which received vitamin D and a continued rachitogenic diet, on the other hand, mineralization was regularly observed in that part of the cartilage zone which comprised both proliferative cells and neighboring hypertrophic cells; the remainder of the hypertrophic cartilage was not mineralized. The animals which had been transferred to a normal diet supplemented by vitamin D showed, in some areas, a mineralization pattern similar to that, described above. In other areas, mineralization was observed throughout the hypertrophic cartilage and even quite deep into the proliferative zone. Mineralization of rachitic cartilage may occur despite a greatly reduced chondroitin sulphate content and the presence of severely damaged hypertrophic cells. The findings suggest that mineralization of the epiphysial cartilage is a determinant factor in its resorption. Der Epiphysenknorpel von experimentell rachitisch gemachten und nichtrachitischen Ratten zeigte eine weitgehend ähnliche Reaktion gegenüber einer einmaligen Injektion von Papain, und zwar sowohl histologisch als auch bei autoradiographischer Untersuchung nach Injektion von S35 markiertem Sulfat. Jene rachitischen Ratten, die wiederholte Injektionen von Papain erhalten hatten, zeigten schwere, ja vielleicht irreversible Veränderungen des Epiphysenknorpels. Eine Heilung der Rachitis wurde nicht beobachtet bei Ratten, die Vitamin D und eine Rachitis-Diät zusammen mit Papain erhalten hatten; jedoch wurde eine intensive Invasion des Epiphysenknorpels durch Capillaren festgestellt bei Ratten, die danach auf eine normale Diät gesetzt wurden bei gleichzeitigen Vitamin D- und Papain-Gaben. Die nur mit Papain behandelten Ratten zeigen keine Mineralisierung der Knorpelzone. Andererseits zeigten Tiere, die außer mit Vitamin D eine rachitische Diät erhalten hatten, regelmäßig eine Mineralisierung derjenigen Knorpelzonen, welche die proliferierenden Zellen und die benachbarten hypertrophischen Zellen umfaßten; der übrige hypertrophische Knorpel war nicht mineralisiert. Diejenigen Tiere, die dann auf normale Diät und Vitamin D gesetzt wurden, zeigten in manchen Gebieten eine Mineralisierung, entsprechend der oben erwähnten. In anderen Gebieten konnte eine Mineralisierung über den ganzen hypertrophischen Knorpel und sogar in der Proliferationszone beobachtet werden. Die Mineralisierung des rachitischen Knorpels findet trotz eines stark verringerten Gehaltes von Chondroitinsulfat und in dem Vorhandensein von schwergeschädigten hypertrophischen Knorpelzellen statt. Die Befunde lassen annehmen, daß die Mineralisierung einen bestimmenden Faktor für die Resorption des Epiphysenknorpels darstellt.

Transplantation of autologous costal cartilage to an osteochondral defect on the femoral head@@@Transplantation von autologem Rippenknorpel in einen osteochondralen Defekt auf dem Hftgelenkskopf: Histological and autoradiographical studies in adult rabbits after administration of 35S-sulphate and 3H-thymidine@@@Eine histologische und autoradiographische Studie nach Zufuhr von 35S-Sulfat und 3H-Thymidine, ausgefhrt an erwachsenen Kaninchen

Am Hüftgelenkskopf von erwachsenen Kaninchen wurde ein 3×4×3 mm großer osteochondraler Defekt geschaffen. In diesen wurden (A) autologer Rippenknorpel, welcher zuerst während 4–5 Wochen intramuskulär implantiert war (18 Tiere), und (B) frischer autologer Rippenknorpel (17 Tiere), transplantiert. An 7 verschiedenen Beobachtungszeitpunkten zwischen 1–46 Wochen wurden die Tiere getötet. Der Hüftgelenkskopf wurde in 35S-Sulfat oder 3H-Thymidine in vitro inkubiert und histologisch und autoradiografisch untersucht. In 34 der 35 Präparate beider Versuchsgruppen und an allen Beobachtungszeitpunkten lag das Transplantationsgebiet im gleichen Niveau wie der übrige Gelenkknorpel. Die histologische und autoradiographische Untersuchung zeigte eine Vereinigung des Transplantatknorpels mit dem Gelenkknorpel durch jungen, hyalinen Knorpel, mit hohem 35S-Sulfat-Einbau, an allen Beobachtungszeiten von 4 Wochen aufwärts, in 13 der 14 Fälle der Gruppe A und in 12 der 13 Fälle in Gruppe B. Nach Versuchszeiten von 1 und 2 Wochen wurde junger, reifer Knorpel zwischen Transplantat und Gelenkknorpel in 2 der 4 Fälle der Gruppe A, aber in keinem der 4 Fälle in Gruppe B beobachtet. Unreifer Knorpel kam in 3 der 4 Fälle in Gruppe A und in 1 der 4 der Gruppe B vor. Die Gelenkfläche des Transplantationsgebietes bestand zum überwiegenden Teil aus jungem, reifen Knorpel in 16 der 18 Fälle der Gruppe A (an allen Beobachtungszeitpunkten) und in 11 der 17 Fälle der Gruppe B (an allen Beobachtungszeiten von 4 Wochen aufwärts). Dieser junge Knorpel zeigte hohe 35S-Sulfat-Aufnahme und enthielt 3H-Thymidin-markierte Chondrocyten. In beiden Untersuchungsgruppen zeigten, nach Versuchszeiten von 8 Wochen aufwärts, die Chondrocyten dieses jungen Knorpels eine Tendenz, sich in Reihen senkrecht zur Gelenkfläche anzuordnen. Die Schichten nächst der Gelenkfläche zeigten eine mehr tangentiale Zellanordnung. Die Transplantate trugen wahrscheinlich aktiv zur Wiederherstellung der Gelenkfläche des Defektgebietes und zur knorpeligen Vereinigung von Transplantat und Gelenkknorpel mit lebendem, hyalinem Knorpel bei. Auch örtliches Gewebe, aus dem subchondralen Knochengebiet, dürfte bis zu einem gewissen Teil zu dieser Wiederherstellung beigetragen haben. (A) Autologous costal cartilage which had first been implanted intramuscularly for 4–5 weeks (18 animals) and (B) fresh autologous costal cartilage (17 animals) were transplanted to an osteochondral defect, measuring 3×4×3 mm, on the femoral head in adult rabbits. After 7 different observation times between 1 and 46 weeks the animals were killed. The femoral head was incubated in 35S-sulphate or 3H-thymidine in vitro and examined histologically and autoradiographically. In 34 of the 35 preparations from the two experimental groups, and at all observation times, the transplant area lay at a level with the remaining articular surface. Both histological and autoradiographical examination revealed union of the transplant with the articular cartilage via young hyaline cartilage, with a high 35S-sulphate uptake, at observation times from 4 weeks onwards, in 13 out of 14 cases in group A and in 12 out of 13 cases in group B. At observation times of 1 and 2 weeks, young mature cartilage was found between the transplant and articular cartilage in 2 out of 4 cases in group A and in no cases in group B. Immature cartilage occurred in 3 out 4 cases in group A and in 1 out of 4 in group B. The articular surface in the transplant area consisted to the greatest part of young mature cartilage in 16 of the 18 cases in group A (all observation times) and in 11 of the 17 cases in group B (at all observation times from 4 weeks onwards). This young cartilage showed a high 35S-sulphate uptake and contained 3H-thymidine labelled chondrocytes. At observation times from 8 weeks onwards the chondrocytes in this young cartilage in both experimental groups showed a tendency to a columnar arrangement oriented at right angles to the articular surface, and the layer of cells nearest to the articular surface were arranged tangentially to the joint cavity. The transplants probably contributed actively to the cartilaginous union between the transplant and the articular cartilage and to restitution of the articular surface in the defect area with viable hyaline cartilage. Local tissue from the subchondral bone area also appeared to have contributed to some extent.

Transplantation of autologous costal cartilage to an osteochondral defect on the femoral head

(A) Autologous costal cartilage which had first been implanted intramuscularly for 4–5 weeks (18 animals) and (B) fresh autologous costal cartilage (17 animals) were transplanted to an osteochondral defect, measuring 3×4×3 mm, on the femoral head in adult rabbits. After 7 different observation times between 1 and 46 weeks the animals were killed. The femoral head was incubated in 35S-sulphate or 3H-thymidine in vitro and examined histologically and autoradiographically.