Reconstruction of the resorptive site in iliac trabecular bone: A kinetic model for bone resorption in 20 normal individuals

Abstract

The variations with time in function and morphology at the resorptive site in normal iliac crest trabecular bone were reconstructed from tetracycline double-labeled iliac crest bone biopsies from 20 normal individuals.

Resorption depths below osteoclasts, mononuclear cells, and preosteoblast-like cells were measured by counting the number of lamellae of known thickness eroded. Mean resorption depth below osteoclasts was 19.0 (±4.9) μm. Lacunae containing mononuclear cells were deeper (P < < 0.0001), with a mean resorption depth of 49.1 (±10.2) μm. The deepest lacunae were lacunae containing preosteoblast-like cells, with a mean resorption depth of 62.6 (±12.5) μm. This depth was significantly deeper (P < 0.001) than the resorption depth found below mononuclear cells.

Median total resorption period was 48 days (31–68; 95% confidence interval). Median osteoclastic function period was 8 days (6–12), median mononuclear cell function period was 34 days (24–48), and median period where preosteoblast-like cells were present in lacunae before matrix synthesis started was 9 days (6–13). Distribution curves describing the occurrence of the three cell types in relation to resorption depth showed that osteoclasts occupied the more superior parts of the resorption lacunae, with mononuclear cells and preosteoblast-like cells situated in the deeper parts. The distribution curves support the hypothesis that osteoclasts precede mononuclear cells, which again precede preosteoblast-like cells. Based on this hypothesis, curves showing the variation in resorption depth with time were constructed in duplicate. Resorption rates were calculated for three periods. An initial osteoclastic resorption rate showed a median value of 3.8 μm/day (2.4–6.0), a mixed osteoclastic-mononuclear rate was found to be 1.3 μm/day (1.2–1.6), and the terminal mononuclear resorption rate was 0.7 μm/day (0.3–1.2). Median total resorption rate was 1.4 μm/day (1.2–1.7). No significant differences between the distributions of completed wall thickness and preosteoblast-like cell resorption depths could be demonstrated.

Résumé

Les variations fonctionnelles et morphologiques an fonction du temps, des sites de résorption trabéculaires iliaques ont été, évaluées par reconstruction à partir de biopsies osseuses iliaques précédées d'un double marquage par la tétracycline pré1evées chez 20 sujets normaux.

Les profondeurs de la résorption sous les osteoclastes, les cellules mononuclées et les cellules préostéoblastiques ont été mesurées en comptant le nombre de lamellas—d'épaisseur connue—érodées. La profondeur des cavités de résorption sous les ostéoclastes étalt de 19.0 ± 4.9 μm. Les cavités contenant des cellules mononuclées étalent plus profondes (p ≤ 0.0001), aver une profondeur moyenne de résorption de 49.1 ± 10.2μm. Les cavités les plus profondes étaient celles contenant des cellules préostéoblastiques avec une profondeur moyenne de 62.6 ± 12.5 μm. Cette profondeur était significativement plus grande que cells des cavités de résorption sltuées sous les cellules mononuclées (p < 0.001).

La durée moyenne de la phase totals de résorption était de 48 jours (intervalle de confiance à 95%:31—68). Celle de la seule phase de résorption ostéoclastique était de 8 lours (6–12); celle de la résorption par les cellules mononuclées était de 34 jours (24–48), et celle de la période oú les cellules preosteoblastiques sont présentes dans la lacuna, avant qua la synthèse de la matrice ne commence, de 9 jours (6–13). Les courbes de repartition decrivant la survenue des 3 types cellulaires en fonction de la profondeur des cavités de résorption montrent que les ostéoclastesoccupent les niveaux supérieurs des lacunas de résorption, avec des cellules mononuclées et des préostéoblostes situés dans les niveaux plus profonds. Ces courbes de répartition étayent l'hypothèse selon laquelle les ostéoclastes précèdent les cellules mononuclées qui précèdent elles-mêmes les cellules préostéoblastiques. En fonction de cette hypothèse des courbes montrant la variation de la profondeur des cavités de résorptlon en fonction du temps ont été tracées en double. Les vitesses de résorption ont été calculées pour les 3 phases. La vitesse d'érosion ostéociastique initials moyenne est de 3.8 μm/jour (2.4–6.0), cells correspondent à la phase mixte osteociastes-cellules mononuclées de 1.3 μm/lour (1.2–1.6) et celle de la phase terminale de la résorption assurée par lea cellules mononuclées de 0.7 μm/jour (0.3–1.2). La vitesse moyenne totals de résorption est de 1.4 μ/ jour (1.2–1.7)-l1 n'a pas été montré de différence signiftative entre la répartition des épaisseurs des unités structurales schevées et la profondeur des cavités de résorption contenant des cellules preostéoblastiques.