ГИДРОКСИЛАПАТИТ КОСТНОЙ ТКАНИ: ДИНАМИКА КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ ПРИ ОСТЕОПОРОЗЕ (2023)
Костная ткань представляет собой физиогенный органоминеральный агрегат, состоящий из органических (коллаген, жиры, сахара) и минерального (гидроксилапатита) компонентов. Одно из наиболее распространенных заболеваний костной ткани – остеопороз. Оно приводит к нарушению процессов минерализации костной ткани. Для изучения динамики изменений гидроксилапатита при остеопорозе был проведен эксперимент на лабораторных животных с симуляцией системного остеопороза с помощью овариоэктомии (хирургического удаления яичников). При помощи рентгеноспектрального микроанализа определен химический состав минерального компонента костной ткани и проведена статистическая обработка результатов. При развитии остеопороза в гидроксилапатите увеличивается содержание изоморфных примесей (Mg, Al, K). Методами многомерной статистики зафиксирована существенная роль Al при развитии заболевания. Рентгеноструктурный анализ показал, что при развитии остеопороза параметры элементарной ячейки гидроксилапатита костной ткани увеличиваются. Результаты ИК спектроскопии показали наличие карбонатной группы в гидроксилапатите, содержание которой уменьшается при заболевании.
Идентификаторы и классификаторы
Остеопороз – это хроническое заболевание костной ткани, основной симптом которого проявляется в хрупкости костей. На данный момент исследованы причины его возникновения, что связано с активным выделением щитовидной железой паратиреоидного гормона (ПТГ), который инициирует «вымывание кальция» из костной ткани, при этом кальций не удерживается в организме и выводится из него (Rachner et al., 2011).
Список литературы
Годовиков А.А. (1975) Минералогия. М., Недра, 520 с.
Кораго А.А. (1992) Введение в биоминералогию. СПб, Недра, 280 с.
Михайлова Н.Н., Ядыкина Т.К., Бугаева М.С., Данилов И.П., Семенова Е.А., Дорошилов А.В., Килина Л.П., Жукова А.Г. (2019) Клинико-экспериментальные исследования состояния костной ткани при флюорозе. Медицина труда и промышленная экология, 59(6), 364–370.
Скоблин А.П., Белоус А.М. (1968) Микроэлементы в костной ткани. М., Медицина, 232 с.
Basle M.F., Rebel A., Mauras Y., Allain P., Audran M., Clochon P. (1990) Concentration of bone elements in osteoporosis. Journal of Bone and Mineral Research, 5(1), 41–47.
Casarrubios L., Gómez-Cerezo N., Sánchez- Salcedo S., Feito M., Serrano M., Saiz-Pardo M., Ortega L., de Pablo D., Díaz-Güemes I., Fernández-Tomé B., Enciso S., Sánchez-Margallo F., Portolés M., Arcos D., Vallet-Regí M. (2020) Silicon substituted hydroxyapatite/ VEGF scaffolds stimulate bone regeneration in osteoporotic sheep. Acta biomaterialia, 101, 544–553.
Chang M.C., Tanaka J. (2002) FT-IR study for hydroxyapatite/collagen nanocomposite cross-linked by glutaraldehyde. Biomaterials, 23(24), 4811–4818.
Chappard D., Bizot P., Mabilleau G., Hubert L. (2016) Aluminum and bone: Review of new clinical
circumstances associated with Al3+ deposition in the calcified matrix of bone // Morphologie, 100(329), 95-105.
Clarkson D.T., Sanderson J. (1971) Inhibition of the uptake and long-distance transport of calcium by aluminium and other polyvalent cations. Journal of Experimental Botany, 22(4), 837–851.
Cournot-Witmer G., Zingraff J., Plachot J. (1981) Aluminum localization in bone from hemodialyzed patients: relationship to matrix mineralization. Kidney International, 20(3), 375–385.
Ebeling P., Daly R., Kerr D., Kimlin M. (2013) Building healthy bones throughout life: an evidenceinformed strategy to prevent osteoporosis in Australia.
Medical Journal of Australia, 2(S1), 1–9.
Elliott J.C. (2002) Calcium phosphate biominerals.
Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 48(1), 427–453.
Glimcher M.J. (1960) Specificity of the molecularstructure of organic matrices in mineralization.
Calcification in Biological Systems, 421487.
Glimcher M.J. (2006) Bone: nature of the calcium physical chemical mechanisms in their formation. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 64(1), 223–282.
Grunenwald A., Keyser C., Sautereau A., Crubézy E., Ludes B., Drouet C. (2014) Revisiting carbonate quantification in apatite (bio) minerals: a validated FTIR methodology. Journal of Archaeological Science, 49, 134– 141.
Hunter G.K., Goldberg H.A. (1993) Nucleation of hydroxyapatite by bone sialoprotein. Proceedings of the National Academy of Sciences, 90(18), 8562–8565.
Hunter G.K., Hauschka P., Poole A., Rosenberg L., Goldberg H.A. (1996) Nucleation and inhibition
of hydroxyapatite formation by mineralized tissue proteins.
Biochemical Journal, 317(1), 59–64.
Komori T. (2015) Animal models for osteoporosis.
European Journal of Pharmacology, 759, 287–294.
Kono T., Sakae T., Nakada H., Kaneda T., Okada H. (2022) Confusion between carbonate apatite and biological apatite (carbonated hydroxyapatite) in bone and teeth.
Minerals, 12(2), 170.
Kourkoumelis N., Balatsoukas I., Tzaphlidou M. normal
and osteoporotic rabbit bones evaluated by Auger and energy dispersive X-ray spectroscopy. Journal of biological physics, 38, 279–291.
Legros R., Balmain N., Bonel G. (1987) Age-related changes in mineral of rat and bovine cortical bone. Calcified Tissue International, 41, 137–144.
Meunier P., Roux C., Seeman E., Ortolani S., Badurski J., Spector T., Cannata J., Balogh A., Lemmel E., Pors-Nielsen S., Rizzoli R., Genant H., Reginster J. (2004) The effects of strontium ranelate on the risk of vertebral fracture in women with postmenopausal osteoporosis. New
England Journal of Medicine, 350(5), 459–468.
Posner A.S. (1969) Crystal chemistry of bone mineral. Physiological reviews, 49(4), 760–792.
Posner A.S., Blumenthal N.C., Betts F. (1984) Chemistry and structure of precipitated hydroxyapatites. Phosphate minerals, 330–350.
Rachner T.D., Khosla S., Hofbauer L.C. (2011) Osteoporosis: now and the future. The Lancet, 377(9773), 1276–1287.
Reginster J., Seeman E., De Vernejoul M., Adami S., Compston J., Phenekos C., Devogelaer J., Curiel M., Sawicki A., Goemaere S., Sorensen O., Felsenberg D., Meunier P. (2005) Strontium ranelate reduces the risk of nonvertebral fractures in postmenopausal women with osteoporosis: Treatment of Peripheral Osteoporosis (TROPOS) study. The Journal of Clinical Endocrinology &
Metabolism, 90(5), 2816–2822.
Shi J., Klocke A., Zhang M., Bismayer U. (2005) Thermally-induced structural modification of dental enamel apatite: Decomposition and transformation of carbonate groups. European Journal of Mineralogy, 17(5), 769–776.
Simon P., Rosseeva E., Buder J., Carrillo-Cabrera W., Kniep R. (2009) Embryonic states of fluorapatite–gelatine nanocomposites and their intrinsic electric field-driven morphogenesis: the missing link on the way from atomistic simulations to pattern formation on the mesoscale. Advanced Functional Materials, 19(22), 3596–3603.
Suvorova E.I., Petrenko P.P., Buffat P.A. (2007) Scanning and transmission electron microscopy for
evaluation of order/disorder in bone structure. Scanning: The Journal of Scanning Microscopies, 29(4), 162–170.
Trapp G.A. (1983) Plasma aluminum is bound to transferrin. Life Sciences, 33(4), 311–316.
Ward J. (1963) Hierarchical Grouping to Optimize an Objective Function // Journal of the American Statistical Association, 58(301), 236-244.
S., Peana M., Nurchi V. (2019) The essential metals for humans: a brief overview. Journal of inorganic biochemistry, 195, 120–129.
Выпуск
Другие статьи выпуска
В рамках синтеза новых вариантов матричных материалов для остекловывания вы- сокоактивных радиоактивных отходов обнаружены и изучены кристаллические фазы, образующиеся при быстром охлаждении из расплавов системы Na2O–Rb2O–SrO(Ba)–B2O3–SiO2–Al2O3–ZrO2 с высоким содержанием Rb и Zr (до 10 мол. %). Методами электронной микроскопии, рентгеновской дифракции и КР спектроскопии в образцах установлено присутствие многочисленных Zr- и Rb-содержащих кристаллов; изучены их морфология, химический состав и спектральные характеристики. Сделан вывод о том, что образование данных кристаллических фаз обусловлено избыточным содержанием отдельных компонентов расплава и определяет нежелательную итоговую локальную неоднородность и кристаллизацию матричных материалов.
В работе приводятся минералогические и геохимические особенности золотоносных шлихов из восьми притоков руч. Анмандыкан 2-й в Хабаровском крае: Западный отвилок, Восточный отвилок, Сомнительный, Смежный, Перевальный, Соболь, Встречный и Хворый. Минеральный состав шлихов правых притоков отличается от левых значительно большим процентным содержанием минералов группы граната и сульфидов, а также самородного золота и меньшим содержанием циркона и амфиболов. Гранаты в шлихах различного состава представлены членами альмандинового и гроссуляр-андрадитового рядов. Зерна самородного золота в россыпях желтого цвета, мелкие, преимущественно слабой и средней окатанности, зачастую с минеральными включениями, представленными кварцем, реже полевыми шпатами, пиритом, оксидами и гидроксидами железа, цирконом. По составу самородное золото низкопробное, из примесей присутствует только Ag, отмечаются тонкие, прерывистые, пористые высокопробные каймы. Выявлены две золоторудные россыпные минеральные ассоциации, включающие в себя в первом случае самородное золото, халькопирит, сфалерит и пирит, а во втором случае – самородное золото, шеелит и минералы группы гранатов, преимущественно гроссуляр-андрадитового состава. На основании полученных данных сделан прогноз о существовании двух коренных источников золота, которые связаны с золото-кварц-сульфидной формацией и золоторудными скарнами. Сравнение результатов минералогического и геохимического методов исследования шлихов показало пригодность и экспрессность геохимического метода для интерпретации геологических и металлогенических особенностей исследуемой территории.
Статья содержит результаты статистической обработки геохимических данных для пород месторождения вольфрама Пороховское (Южный Урал), полученных при планомерных геологоразведочных работах. Статистические выборки формировались для различных типов вмещающих пород: андезитов и их туфов, сланцев, метасоматитов (включая серицит-кварцевые, эпидот и хлорит-содержащие) и скарнов. Установлено, что для всех пород Пороховского месторождения характерны повышенные содержания W, Mo и, в меньшей степени, Be, Cu, Li и Zn. Во всех типах пород присутствуют устойчивые группы коррелирующих между собой элементов, как связанные с процессом грейзенизации, так и группы элементов, унаследованные от протолита. Зональность в распределении элементов по отношению к Юго-Коневскому массиву лейкогранитов, считающимся рудогенерирующим для месторождения, отсутствует. Установлено отсутствие корреляции между W и Mo во всех типах вмещающих пород. Предложен комплекс статистических методов для выделения перспективных площадей при неявно выраженной W-Mo минерализации в породах.
В статье рассмотрена минералогия слюдистых сланцев золоторудного месторождения Осиновское на Среднем Урале. Проведенные исследования позволили выяснить роль динамо- метаморфизма в преобразовании исходных пород и охарактеризовать их метасоматические изменения. Установлена взаимосвязь между пластическими и хрупкими деформациями и образованием золотоносной минеральной ассоциации, в которую входят главные пирит, пирротин и ильменит, второстепенные и редкие сфалерит, халькопирит, марказит, рутил, магнетит, молибденит, галенит, алтаит, гессит, мелонит, петцит, калаверит, волынскит, сильванит. Содержание Ag в самородном золоте варьирует от 4 до 29 мас. %. Теллуриды ассоциируют с пиритом и пирротином, а также образуют мономинеральные зерна и сростки в хлорите и слюде с включениями РЗЭ минералов (ксенотим-(Y), монацит-(Ce), гидроксилбастнезит-(Ce)), алланит-(Се)), РЗЭ-содержащих минералов (эпидот, апатит, циркон), силиката Th (торит) и уранинита.
В дополнение к данным предшественников, с помощью сканирующего электронного микроскопа с энергодисперсионной приставкой охарактеризован состав зональных или зонально-секториальных кристаллов берилла из пегматитов Мариинского и Квартального месторождений Уральских изумрудных копей на Среднем Урале, гранитного пегматита копи № 242 Ильменского государственного заповедника и Светлинского пегматитового карьера на Южном Урале. Периферические светлоокрашенные зоны призмы и пинакоида в сечениях кристаллов отличаются вариациями содержаний Al, Fe и Mg от внутренних зон или участков. Наличие секущих трещин и регенерированных обломков раннего берилла указывает на синминерализационную тектонику. В берилле из Мариинского месторождения выявлены ранее не отмечавшиеся синтаксические вростки бавенита и зоны параллельно-шестоватых агрегатов сокристаллизации берилла с бавенитом, а также поздние пирит, флюорит, жисмондин-Ca и тоберморит. Бериллы из копи № 242 Ильменского государственного заповедника желтовато-зеленоватые и голубоватые с периферической белой зоной и синтаксическими микровростками аннита и сингенетичными включениями колумбита и Ta-Nb рутила. Мутный голубовато-белый берилл, регенерированный бесцветным, из Светлинского карьера содержит множество синтаксических включений мусковита, ганита, кальцита, кварца и кварц-мусковитовых микроагрегатов с пиритом, халькопиритом, сфалеритом, галенитом, сидеритом, кальцитом и микропорами. Синтаксия слюд, кварца и ганита с бериллом выявлена впервые.
Издательство
- Издательство
- ЮУ ФНЦ МИГ УРО РАН
- Регион
- Россия, Миасс
- Почтовый адрес
- 456317, Челябинская область, г. Миасс, территория Ильменский заповедник
- Юр. адрес
- 456317, Челябинская область, г. Миасс, территория Ильменский заповедник
- ФИО
- Удачин Валерий Николаевич (Директор)
- E-mail адрес
- info@mineralogy.ru
- Контактный телефон
- +7 (351) 3298098