HIERARCHIC SKELETAL ORGANIZATION - A FACTOR REGULATING THE STRUCTURE OF FATIGUE INJURIES. PART II. HYPOTHETICAL MODEL OF FORMATION AND DISTRUPTION OF BONDS BETWEEN CRYSTALLITE ASSOCIATIONS


Cite item

Full Text

Abstract

The authors discuss the questions concerning local structural-temporal changes in skeletal mineralization degree, local hyper-mineralization, the role of the spatial gradient of skeletal mineralization in forces distribution during locomotion, microstructural distribution of crystallite associations, ultrastructural mineral matrix transformation in the process of its formation. Hypothetical mechanisms of joining crystallite associations into a unified mineral complex are suggested; a hypothetical spatial structure of junction formation between the nearest crystallite associations is described, as well as a supposed schema of mineral massif destruction and restoration of disrupted connections.

About the authors

A. S. Avrunin

ФГУ «Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена Росмедтехнологий»

Author for correspondence.
Email: journal@rniito.org
д.м.н., старший научный сотрудник отделения диагностики заболеваний и повреждений ОДС Russian Federation

R. M. Tikhilov

ФГУ «Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена Росмедтехнологий»

Email: fake@neicon.ru
д.м.н., профессор, директор Russian Federation

L. K. Parshin

Кафедра сопротивления материалов СПб государственного политехнического университета

Email: fake@neicon.ru
к.т.н., доцент Russian Federation

B. E. Melnikov

Кафедра сопротивления материалов СПб государственного политехнического университета

Email: fake@neicon.ru
д.т.н., профессор, зав. кафедрой Russian Federation

References

  1. Аврунин А.С. Формирование остеопоротических сдвигов в структуре костной ткани (костные органы, структура костной ткани и ее ремоделирование, концепция патогенеза остеопороза, его диагностики и лечения)/А.С. Аврунин, Н.В. Корнилов, А.В. Суханов, В.Г. Емельянов. -СПб.: Ольга, 1998. -67 с.
  2. Аврунин А.С. Гипотиза о роли клеток остеоцитарного ряда в формировании стабильной морфологической структуры минералов костного матрикса/А.С. Аврунин, Н.В. Корнилов, Ю.Б. Марин//Морфология. -2002. -№ 6. -C. 74-77.
  3. Аврунин А.С. Уровни организации минерального матрикса костной ткани и механизмы, определяющие параметры их формирования (аналитический обзор)/А.С. Аврунин, Р.М. Тихилов, А.Б. Аболин, И.Г. Щербак//Морфология. -2005. -№ 2. -C. 78 -82.
  4. Аврунин А.С. Взаимосвязь морфофункциональных сдвигов на разных уровнях иерархической организации кортикальной кости при старении/А.С. Аврунин, Л.К. Паршин, А.Б. Аболин//Морфология. -2006. -№ 3. -С. 22 -29.
  5. Аврунин А.С. Иерархическая организация скелета -фактор, регламентирующий структуру усталостных повреждений. Часть I. Теоретическое обоснование./А.С. Аврунин [и др.]//Травматология и ортопедия России. -2009. -№ 3. -C. 50-58.
  6. Денисов-Никольский Ю.И. Ультраструктурная организация минерального компонента пластинчатой костной ткани у людей зрелого и старческого возраста/Ю.И. Денисов-Никольский, Б.А. Жилкин, А.А. Докторов, И.В. Матвейчук//Морфология. -2002. -№ 5. -С. 79 -83.
  7. Денисов-Никольский Ю.И. Актуальные проблемы теоретической и клинической остеоартрологии/Ю.И. Денисов-Никольский, С.П. Миронов, Н.П. Омельяненко, И.В. Матвейчук. -М., 2005. -336 с.
  8. Докторов А.А. Структурная организация минеральной фазы костной ткани/А.А. Докторов//Биомедицинские технологии. -М., 1999. -Вып. 12. -C. 42-52.
  9. Корнилов Н.В. Адаптационные процессы в органах скелета/Н.В. Корнилов, А.С. Аврунин. -СПб.: МОРСАР АВ, 2001. -296 с.
  10. Ньюман У. Минеральный обмен кости/У. Ньюман, М. Ньюман. -М.: Иностранная литература, 1961. -270 с.
  11. Писаренко Г.С. Справочник по сопротивлению материалов/Г.С. Писаренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев. -Киев: Наукова думка. 1975. -704 с.
  12. Akkus O. Aging of microstructural compartments in human compact bone/O. Akkus, A. Polyakova-Akkus, F. Adar, M.B. Schaffler//J. Bone Miner. Res. -2003 -Vol. 18, N 6. -P. 1012 -1019.
  13. Akkus O. Relationship between damage accumulation and mechanical property degradation in cortical bone: мicrocrack orientation is important/O. Akkus [et al.]//J. Biomed. Mater. Res. -2003. -Vol. 65-A. -P. 482-488.
  14. Akkus O. Age-related changes in physicochemical properties of mineral crystals are related to impaired mechanical function of cortical bone/O. Akkus, F. Adar, M. B. Schaffler//Bone. -2004. -Vol. 34. -P. 443-453.
  15. Akkus O. Fracture mechanics of cortical bone tissue: a hierarchical perspective/O. Akkus, Y. N. Yeni, N. Wasserman//Biomed. Engineering. -2004. -Vol. 32, N 5-6. -P. 379-425.
  16. Arnold J.S. The osteocyte as a bone pump/J.S. Arnold, H.M. Frost, R.O. Buss//Clin. Orthop. -1971. -N 78. -P. 47-55.
  17. Barbos M.P. Distribution of osteonic and interstitial components in the human femoral shaft with reference to structure, calcification and mechanical properties/M.P. Barbos, P. Bianco, A. Ascenzi//Acta Anat. -1983. -Vol. 115. -P. 178 -186.
  18. Belanger L.F. Parathormone-induced osteolysis in dogs A. Microradiographic and alpharadiographic survey/L.F. Belanger, J. Robichon//J. Bone Joint Surg. -1964. -Vol. 46-A, N 5. -P. 1008-1012.
  19. Belanger L.F. Osteocytic osteolysis/L.F. Belanger//Calcif. Tiss. Res. -1969. -Vol. 4, N 1. -P. 1-12.
  20. Buhl K.M. Parallel changes in extracellular matrix protein gene expression, bone formation and biomechanical properties in aging rat bone/K.M. Buhl [et al.]//J. Musculoskeletal Research. -2002. -Vol. 6, N 3-4. -P. 157-169.
  21. Chamay A. Mechanical influences in bone remodeling. Experimental research on Wolff's law/A. Chamay, P. Tschantz//J. Biomechanics. -1972. -Vol. 5. -P. 173-180.
  22. Cohen J. The three-dimensional anatomy of haversian systems/J. Cohen, W.H. Hakris//J. Bone Joint Surg. -1958. -Vol. 40-A, N 2. -P. 419-434.
  23. Dean D. Matrix vesicles produced by osteoblast-like cells in culture become significantly enriched in proteoglycan-degrading metalloproteinases after addition of beta-glycerophosphate and ascorbic acid/D. Dean, Z. Schwartz, L. Bonewald//Calcif. Tiss. Int. -1994. -Vol. 54, N 5. -P. 399-408.
  24. Dempster D.W. Ремоделирование кости/D.W. Dempster//Остеопороз. Этиология, диагностика, лечение. -СПб., 2000. -С. 85-108.
  25. Duriez J. La resorption ou lyse periosteocytaire еt son role possible dans la destruction du tissu osseux/J. Duriez, J.-P. Ghosez, B. de Flautre//Press Med. -1965. -T. 45. -P. 2581-2586.
  26. Eriksson U.J.K. Micracking in dog bone under load. A biomechanical study of bone visco-elasticity/U.J.K. Eriksson//Acta Orthop. Scand. -1984 -Vol. 55. -P. 441 -445.
  27. Fazzalari N.L. Assessment of cancellous bone quality in severe osteoarthrosis: bone mineral density, mechanics, and microdamage/N.L. Fazzalari [et al.]//Bone. -1998 -Vol. 22, N 4. -P. 381-388.
  28. Fazzalari N.L. Three-dimensional confocal images of microdamage in cancellous bone/N. L. Fazzalari [et al.]//Bone. 1998. -Vol. 23. -P. 373-378.
  29. Fazzalari N. L. Cancellous bone microdamage in the proximal femur: Influence of age and osteoarthritis on damage morphology and regional distribution/N.L. Fazzalari, J.S. Kuliwaba, M.R. Forwood//Bone. -2002. -Vol. 31, N 6. -P. 697-702.
  30. Forwood M.R. Skeletal adaptations to mechanical usage: results from tibial loading studies in rats/M.R. Forwood, C.I. Turner//Bone. -I995. -Vol. 17, N 4, Suppl. -P. 197S -205S.
  31. Frost H.M. In vivo osteocyte death/H.M. Frost//J. Bone Joint Surg. -1960. -Vol. 42-A, N 1. -P. 138-143.
  32. Frost H.M. Micropetrosis/H.M. Frost//J. Bone Joint Surg. -1960. -Vol. 42-A, N 1. -P. 144-150.
  33. Frost H. Mathematicial elements of lamella bone remodeling/H. Frost. -Springfield: Thomas books, 1964. -127 p.
  34. Jowsey J. Age changes in human bone/J. Jowsey//Clin. Orthop. -1960. -N 17. -P. 210-218.
  35. Kiuru M.J. Bone stress injuries/M.J. Kiuru, H.K. Pihlajama, J. A. Ahovuo//Acta Radiol. -2004. -Vol. 3. -P. 317-326.
  36. Kornblum S.S. The lacunae and haversian canals in tibial cortical bone from ischemic and non-Ischemic limbs/S.S. Kornblum, P.J. Kelly//J. Bone Joint Surg. -1964. -Vol. 46-A, N 4. -P.797-810.
  37. Lee T. C. Detecting microdamage in bone/T. C. Lee [et al.]//J. Anat. -2003. -Vol. 203. -P. 161 -172.
  38. Muller R. Micro-compression: a novel technique for the nondestructive assessment of local bone failure/R. Muller, S.C. Gerber, W.C. Hayes//Technology Health Care. -1998. -Vol. 6 -P. 433-443.
  39. Okada S. The canalicular structure of compact bone in the rat at different ages/S. Okada, S. Yoshida, S.H. Ashrafi, D.E. Schraufnagel//Microsc. Microanal. -2002. -Vol. 8, N 2. -P. 104-115.
  40. Ota M. Effect of stress ratio on the fatigue behaviour of compact bone/M. Ota [et al.]//J. Engineer. Med. Proc. IMechE. -2005. -Vol. 219, Pt H. -P. 13-22.
  41. Pidaparti R.M. Fatigue data analysis of canine femurs under four-point bending/R.M. Pidaparti, U. Akyuz, P.A. Naick, D.B. Burr//Bio-Med. Mater. Engineering. -2000. -Vol. 10. -P. 43-50.
  42. Pidaparti R.M. Modeling fatigue damage evolution in bone/R.M. Pidaparti, Q.Y. Wang, D.B. Burr//Bio-Med. Mater. Engineering. -2001. -Vol. 11. -P. 69-78.
  43. Robinson R. A. The water content of bone/R.A. Robinson, S.R. Elliott//J. Bone Joint Surg. -1957. -Vol. 39-A, N 1. -P. 167-188.
  44. Smith J.W. Age сhanges in the organic fraction of bone/J.W. Smith//J. Bone Joint Surg. -1963, -Vol. 45-B, N 4. -P. 761-769.
  45. Smith J. W. Observation on the water content of bone/J.W. Smith//J. Bone Joint Surg. -1964. -Vol. 46-B, N 3. -P. 553-562.
  46. Taylor D. Microdamage and mechanical behaviour: predicting failure and remodelling in compact bone/D. Taylor, Т.С. Lee//J. Anat. -2003. -Vol. 203. -P. 203-211.
  47. Taylor D. A model for fatigue crack propagation and remodelling in compact bone./D. Taylor, P.J. Prendergast//Comput. Methods Biomech. Biomed. Engineering. -2004. -Vol. 7, N 1. -P.9-16.
  48. Von Kind H. Studien zur Frage der Osteolyse. Histologische und Chemische Untersuchungen an experimentellen Frakturen und Transplantaten. / H. Von Kind // Beitr. zur pathologischen // Anatomie und zur allgemeinen Pathologie. - 1951. - Bd 111, H. 2. - S. 283-294.
  49. Wang X. Age-related changes of noncalcified collagen in human cortical bone/X. Wang, X. Li, X. Shen, С.M. Agrawal//Ann. Biomed. Engineering. -2003. -Vol. 31, N 1. -P. 1-7.
  50. Wang X. The toughness of cortical bone and its relationship with age/X. Wang, S. Puram//Ann. Biomed. Engineering. -2004. -Vol. 32, N 1. -P. 123-135.
  51. Yabgee J.A. Apparently hypermineralized perilacunar bone an artefact in microradiographs/J.A. Yabgee, D. Webeb//Calif. Tiss. Res. -1968. -Vol. 2. -P. 177-182.
  52. Zioupos P. Changes in the stiffness, strength, and toughness of human cortical bone with age/P. Zioupos, J.D. Currey//Bone. -1998 -Vol. 22, N. 1. -P. 57-66.
  53. Zioupos P. Accumulation of in-vivo fatigue microdamage and its relation to biomechanical properties in ageing human cortical bone/P. Zioupos//J. Microscopy. -2001. -Vol. 201, Pt. 2. -P. 270-227.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2010 Traumatology and Orthopedics of Russia

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».