Comparison of mineralization of the tibial epiphyseal plate in immature rats following treatment with cortisone, propylthiouracil or after fasting

Abstract

Comparison of mineralization in the hypertrophic zone of the tibial epiphyseal plate in immature rats was carried out after treatment with cortisone, propylthiouracil, or after fasting. Under normal conditions, in the extracellular matrix at the calcification front, calcium and phosphate increased, sulfated mucopolysaccharides decreased, and matrix vesicles, which serve as the locus for the formation of hydroxyapatite crystals, increased. In propylthiouracil-treated rats, hydroxyapatite crystals were prominent, related to an increase in calcium deposition, a decrease of mitochondrial granules (thought to contain calcium and phosphate), an increase in the number of matrix vesicles, and to a marked decrease in the amount of sulfated mucopolysaccharide. In cortisone-treated rats, hydroxyapatite crystals were present but they were not as numerous as in the propylthiouracil-treated rats. Correspondingly, calcium deposition was slightly reduced, mitochondrial granules were more numerous than in the previous groups of rats, matrix vesicles were less numerous, and sulfated mucopolysaccharide were more prominent than in the propylthiouracil-treated rats. In fasted rats, hydroxyapatite crystals were markedly reduced or absent, and related to a decrease in calcium deposition, an increase in the number of mitochondrial granules (suggesting a delay in transport to the extracellular matrix). Matrix vesicles were markedly reduced in number, and sulfated mucopolysaccharide much more prominent than in either the cortisone or the propylthiouracil-treated rats.

Résumé

Les expériences portent sur la minéralisation de la plaque épiphysaire tibiale du rat de souche Long-Evans, étudiée après traitement à la cortisone, propylthiouracile ou après jeûn prolongé.

Dans des conditions normales, le calcium et le phosphate augmentent au niveau de la matrice extracellulaire, alors que les mucopolysaccharides sulfonés diminuent. Par contre, les vésicules de la matrice au niveau desquels se forment les cristaux d'hydroxyapatite, augmentent.

Dans les rats ayant subi un traitement à la propylthiouracile, les cristaux d'hydroxyapatite sont très apparents. Ceci est du à une augmentation du dépôt en calcium, et à une diminution des granules des mitochondries qui contiennent probablement du calcium et du phosphate. En outre, une augmentation du nombre des vésicules de la matrice est visible ainsi qu'une décroissance de la quantité des mucopolysaccharides sulfonés.

Dans les rats traités à la cortisone, les cristaux d'hydroxyapatite sont présents, mais dans une quantité moindre que dans les rats ayant subi l'effet du propylthiouracile. Le dépôt en calcium est légèrement réduit; les granules des mitochondries sont plus nombreuses que dans les groupes précédents, le nombre des vesicules de la matrice est plus faible, et les mucopolysaccharides sulfonés sont plus apparents que dans les rats traités à la propylthiouracile.

Dans les rats ayant subi l'effet du jeûn, les cristaux d'hydroxyapatite sont fortement réduits ou entièrement absents. Ceci est du à une réduction de dépôt du calcium, une augmentation du nombre des granules des mitochondries (ce qui semble indiquer que les phénomènes de transport vers la matrice extracellulaire sont ralentis), alors que les vésicules de la matrice sont présentes dans des quantités réduites. Les mucopolysaccharides sont plus apparents que dans les animaux traités à la cortisone ou à la propylthiouracile.

Zusammenfassung

Die Untersuchung beruht auf einem Vergleich der Mineralisation in der hypertrophischen Zone in der Epiphysealplatte von Long Evans Ratten die mit Kortison, Propylthiourazil oder einfachem Fasten behandelt wurden.

Unter Normalbedingungen lassen sich in der extrazellulären Matrix der Calcifikationszone die folgenden Veränderungen beobachten: der Gehalt an Calcium und Phosphat nimmt zu, derjenige an Mukopolysacchariden nimmt ab, während die Matrixvesiclen, in denen sich die Bildung des Hydroxylapatits vollzieht, zunehmen.

In Ratten die mit Propylthiourazil behandelt wurden, treten die Hydroxylapatitskristalle besonders hervor. Dies hängt mit einer Zunahme der Calciumablagerung zusamen sowie einer Abnahme der Mitochondriengranulation (in denen vermutlich Calcium und Phosphat enthalten sind). Ferner hängt damit zusammen eine numerische Zunahme der Matrixvesiceln sowie ein starke Abnahme des Gehalts an sulfonierten Mucopolysacchariden.

In den mit Kortison behandelten Ratten sind Hydroxylapatikristalle nachweisbar, wenn auch weniger zahlreich als in den mit Propylthiourazil behandelten. Dem entspricht auch eine leicht reduzierte Calciumablagerung sowie eine Mitochondrialgranulation die derjenigen der anderen Ratten überlegen ist; Matrixvesiceln sind weniger zahlreich und sulfonierte Mucopolysaccharide sind deutlicher nachweisbar als in den Tieren, die Propylthiourazil erhielten.

Fasten führt zu einem auffallenden Verlust an Hydroxylapatitkristallen. Diese können sogar nicht mehr zu erkennen sein. Dies hängt mit verminderter Calciumablagerung zusammen sowie einer Zunahme der Mitochondrialgranulation. Dies ist vermutlich Ausdruck einer Transportverzögerung zur extrazellularen Matrix. Nach Fasten ist auch die Anzahl der Matrixvesiceln auffallend herabgesetzt, und der Gehalt an sulfonierten Mucopolysacchariden ist größer als in den mit Kortison bzw. Propylthiourazil behandelten Tieren.