Nanoporous Structure of Bone Matrix at Osteoporosis from Data of Atomic Force Microscopy and IR Spectroscopy

Abstract

It was found that in an osteoporotic bone the fraction of nanosized pores decreases, the mineral phase amorphizes, hydrated shells around mineralized particles of the bone matrix thicken, and adhesion forces increase. This contributes to the formation of water clusters similar to bulk water clusters compared to the healthy bone tissue and leads to the accumulation of more viscous liquid with increased intermolecular interaction forces in the pores of the bone matrix. Given this, the rates of chemical reactions proceeding in the water phase of ultrathin channels of general parts of collagen fibrils decrease. Ultimately, nanopores of collagen-apatite interfaces lose, to a certain extent, the capability of catalyzing the hydroxyapatite crystallization.

Histological study of the femur and the lumbar vertebrae in ovariectomized adult albino rats following administration of collagen hydrosylate

“…Thus, swelling inside the fibrils occurs with subsequent hydration of HAP crystals and demineralization of collagen fibrils, which might be one of the early stages of osteoporosis [49]. It is reasonable to assume that lysis begins with dissolution of thin fibrils of protocollagen, and the vacant spaces are filled with bulk water.…”

Физико-Химические Свойства И Структура Костного Матрикса При Смоделированном Туберкулезном Остите

“…DOI: 10.21883/0000000000 Введение Туберкулезные поражения костей и суставов часто встречаются в клинических формах внелегочного туберкулеза, который сложно диагностировать и лечить [1]. Одним из ранних проявлений развивающегося туберкулезного остита является остеопоротическая трансформация [2], которая осложняется очаговым распадом и секвестрированием костного матрикса. Механизмы остеопоротической трансформации костного матрикса и сдвигов процессов ремоделирования костной ткани при туберкулезных оститах во многом остаются неясными.…”

“…В особенности это касается малых форм, например, вакцинальные оститы, которые хорошо поддаются специфическому антибактериальному лечению и склонны к " самозалечиванию". В таких условиях остеопороз является триггером [2], создающим структурные и физико-химические предпосылки, реализующие остеолиз и остеогенез.…”

“…Далее при 200−400 • C удаляется структурная вода и неколлагеновые белки [14]. Причем в патологических условиях дегидратация происходит при меньших энергетических затратах вследствие изменения геометрических параметров ультратонких каналов коллагеновой матрицы, что свидетельствует об их остеопоротической трансформации (было показано ранее при остеопорозе [2]). В третьем интервале при 400−550 • C разрушается коллаген, и эта стадия более выражена для образца 3-й группы после лечения (рис.…”

Структура И Физико-Химические Механизмы Взаимодействия Костной Ткани С Титановыми Имплантатами В Условиях Туберкулезного Остита

“…Возникновение костных дефектов в результате травм и протекания ряда заболеваний (остеопороз, остеоатрит, сахарный диабет, туберкулезный остит и др.) приводит к необходимости медикаментозного лечения либо полной замены поврежденной костной ткани [1,2]. Как правило, при восстановлении костных дефектов обычно используют биоинертные полимеры [3] и неорганические композиты [4,5], а при обширных повреждениях -металлические имплантаты [6,7].…”