Сучасні методи вивчення якісних та кількісних параметрів кісток

Василь Пикалюк; Олександр  Слободян; Ольга  Антонюк; Віталій  Сікора; Альона Романюк

doi:10.29038/NCBio.24.1-15

Автор(и)

Василь Пикалюк Волинський національний університет імені Лесі Українки, Луцьк, Україна https://orcid.org/0000-0003-2616-5332
Олександр Слободян https://orcid.org/0000-0003-4833-0730
Ольга Антонюк https://orcid.org/0000-0002-9324-4420
Віталій Сікора Сумський державний університет https://orcid.org/0000-0001-6545-8678
Альона Романюк Волинський національний університет імені Лесі Українки, Луцьк, Україна https://orcid.org/0000-0001-7157-6929

DOI:

https://doi.org/10.29038/NCBio.24.1-15

Ключові слова:

кістки, електронна мікроскопія, лазерна поляриметрія

Анотація

У статті розглядаються сучасні методи вивчення якісних та кількісних параметрів кісток, що відіграють ключову роль у діагностиці, лікуванні та профілактиці захворювань опорно-рухового апарату. В оглядовій статті аналізуються результати стереометричного аналізу мікроструктури кістки за результатами растрової електронної мікроскопії. Серед якісних методів особлива увага приділяється морфологічним і гістологічним дослідженням, що дозволяють оцінити структуру та стан кісткової тканини на мікроскопічному рівні. Кількісні методи включають в себе рентгенографію, комп’ютерну томографію (КТ), магнітно-резонансну томографію (МРТ), а також денситометрію, які забезпечують точне вимірювання щільності та об’єму кісткової тканини. Окремо розглянуто новітні технології, такі як тривимірна реконструкція та біомеханічне моделювання, що відкривають нові можливості для детального аналізу та індивідуального підходу до кожного пацієнта. Увага також приділяється перспективам розвитку цих методів і їх ролі у сучасній медицині. На експериментально-клінічному матеріалі аналізуються кількісні та якісні морфологічні параметри кісткової тканини. Метод лазерної поляриметрії дозволяє розглянути тонку морфоструктуру та її особливості будови кістки. Існує однозначна кореляційна залежність морфологічних параметрів кісткової тканини і станом поляризації об’єктивного лазерного поля.

Посилання

Pykaliuk, V. S.; Kutia, S. A.; Verchenko, I. A. Mikroelementy ta kistkova tkanyna. Tavriiskyi medyko-biolohichnyi visnyk, 2008, 11(3, ch. 1). S. 168–173. (in Ukrainian)

Pykaliuk, V. S.; Mostovyi, S. O. Suchasni uiavlennia pro biolohiiu ta funktsiiu kistkovoi tkanyny. Tavriiskyi medyko-biolohichnyi visnyk, 2006. 9(3, ch. 1). S. 186–195. (in Ukrainian)

Pykaliuk, V. S. Metodychni aspekty doslidzhennia skeletu liudyny i tvaryn. Naukovo-metodychne vydannia, Simferopol. 2008. 272 s. (in Ukrainian)

Pykaliuk, V. S. Morfolohichni mozhlyvosti kilkisnoho stereometrychnoho analizu mikrostruktury kistky za rezultatamy rastrovoi elektronnoi mikroskopii. Ukrainskyi morfolohichnyi almanakh, 2011. (3). S. 214–216. (in Ukrainian)

Pykaliuk, V. S. Fraktsiinyi sklad orhanichnoho matryksa, mineralnoho komponenta i mekhaniko-plastychni vlastyvosti kistky. Problemy, dosiahnennia ta perspektyvy. Simferopol, 2007. 146(IV). S. 68–74. (in Ukrainian)

Ushenko, O. H.; Akhtemiichuk, Yu. T.; Antoniuk, O. P.; Balanetska V. O. Lazerna poliarymetriia biolohichnykh tkanyn. Naukovyi visnyk Uzhhorodskoho universytetu. Seriia: Medytsyna. Uzhhorod. Vydavnytstvo UzhNu “Hoverla“, 2010. 38. S. 153–161. (in Ukrainian)

Ushenko, O. H.; Olar, O. I.; Antoniuk, O. P. Lazerna poliarymetriia anizotropnoi skladovoi biolohichnykh tkanyn. Klinichna anatomiia ta operatyvna khirurhiia. 2006. 5(2). S. 98–99. (in Ukrainian)

Ushenko, O. H.; Pavlov, S. V.; Vuitsik, V. T.; Kushneryk, L. Ya., Zabolotna, N. I.; Ushenko, Yu. O.; Dubolazov, O. V.; Anhelska, A. O.; Tomka, Yu. Ya.; Ushenko, V. O. Metody i zasoby poliaryzatsiinoi poliarymetrii biolohichnykh tkanyn. Tom 1: monohrafiia / za redaktsiieiu Oleksandra Ushenka, Serhiia Pavlova, Valdemara Vuitsika. Vinnytsia, 2019. 269 s. (in Ukrainian)

Andronowski, J. M.; Crowder, Ch.; Martinezb, M. S. Recent advancements in the analysis of bone microstructure: New dimensions in forensic anthropology. Forensic Sci Res., 2018. 3(4). P. 278–293.

Bensamoun, S.; Gherbezza, J. M.; de Belleval, J. F.; Ho Ba Tho, M. C. Transmission scanning acoustic imaging of human cortical bone and relation with the microstructure. Clin Biomech (Bristol, Avon)., 2004. 19(6). P. 639–647.

Boyde, A. Scanning electron microscopy of bone. Methods Mol Biol., 2012. 816. P 365–400.

Boyde, A. The Bone Cartilage Interface and Osteoarthritis. Calcif Tissue Int., 2021. 109(3). P. 303–328.

Buenzli, P. R.; Thomas, C. D.; Clement, J. G.; Pivonka, P. Endocortical bone loss in osteoporosis: the role of bone surface availability. Int J Numer Method Biomed Eng., 2013. 29(12). P. 1307–1322.

Delaisse, J. M. The reversal phase of the bone-remodeling cycle: cellular prerequisites for coupling resorption and formation. Bonekey Rep., 2014. 3. P. 561.

Dudchenko, Y. S.; Maksymova, O. S.; Pikaliuk, V. S.; Muravskyi, D. V.; Kyptenko, L. I.; Tkach, G. F. AnalMorphological Characteristics and Correction of Long Tubular Bone Regeneration under Chronic Hyperglycemia Influence. Cell Pathol (Amst)., 2020. 6:2020:5472841.

Eren, E. D.; Nijhuis, W. H.; van der Weel, F.; Eren, A. D.; Ansari, S.; Bomans, P. H. et al. Multiscale characterization of pathological bone tissue. Microsc Res Tech., 2022. 85(2). P. 469–486.

Fermie, J.; de Jager, L.; Foster, H. E.; Veenendaal, T.; de Heus, C.; van Dijk, S. et al. Bimodal endocytic probe for three-dimensional correlative light and electron microscopy. Cell Rep Methods., 2022. 2(5). P. 100220.

Georgiadis, M.; Müller, R.; Schneider, P. Techniques to assess bone ultrastructure organization: orientation and arrangement of mineralized collagen fibrils. J.R. Soc. Interface., 2016. 13:20160088.

Goggin, P.; Ho, E. M.; Gnaegi, H.; Searle, S.; Oreffo, R. O.; Schneidera Ph. Development of protocols for the first serial block-face scanning electron microscopy (SBF SEM) studies of bone tissue. Bone., 2020. 131:115107.

Imagawa, N.; Inoue, K.; Matsumoto, K.; Ochi, A.; Omori, M.; Yamamoto, K. et al. Mechanical, Histological, and Scanning Electron Microscopy Study of the Effect of Mixed-Acid and Heat Treatment on Additive-Manufactured Titanium Plates on Bonding to the Bone Surface. Materials (Basel)., 2020. 13(22). P. 5104.

Jeong, H.; Asai, J.; Ushida, T.; Furukawa, K. S. Assessment of the Inner Surface Microstructure of Decellularized Cortical Bone by a Scanning Electron Microscope. Bioengineering (Basel)., 2019; 6(3). P. 86.

Knothe, Tate M. L.; Adamson, J. R.; Tami, A. E.; Bauer, T. W. The osteocyte. Int. J. Biochem. Cell Biol., 2004. 36. P. 1–8.

Lanyon, L. E.; Sugiyama, T.; Price, J. S. Regulation of Bone Mass: Local Control or Systemic Influence or Both? IBMS BoneKEy, 2009. 6. P. 218–226.

Malo, M. K.; Rohrbach, D.; Isaksson, H.; Töyräs, J.; Jurvelin, J. S.; Tamminen, I. S.; Kröger, H.; Raum, K. Longitudinal elastic properties and porosity of cortical bone tissue vary with age in human proximal femur. Bone., 2013. 53(2). P. 451–458.

McNally, E.A.; Schwarcz, H. P.; Botton, G. A.; Arsenault, A. L. A Model for the Ultrastructure of Bone Based on Electron Microscopy of Ion-Milled Sections. PLoS One., 2012. 7(1). P. e29258.

Micheletti, Ch.; Gomes-Ferreira, P. H.; Casagrande, T.; Lisboa-Filho, P. N.; Okamoto, R.; Grandfield, K. From tissue retrieval to electron tomography: nanoscale characterization of the interface between bone and bioactive glass. JR Soc Interface., 2021. 18(182). 20210181.

Mulcahy, L. E.; Taylor, D.; Lee, T. C.; Duffy, G. P. RANKL and OPG Activity is Regulated by Injury Size in Networks of Osteocyte-like Cells. Bone., 2011. 48(2). P. 182–188.

Palmquist, A.; Grandfield, K.; Norlindh, B.; Mattsson, T.; Brånemark, R.; Thomsen, P. Bone – titanium oxide interface in humans revealed by transmission electron microscopy and electron tomography. JR Soc Interface., 2012. 9(67). P. 396–400.

Peddie, Ch. J.; Genoud, Ch.; Kreshuk, A.; Meechan, K.; Micheva, K. D.; Narayan, K. et al. Volume electron microscopy. Nat Rev Methods Primers., 2022. 2. P. 51.

Sapundani, Rum. Analysis of Osteoporosis by Electron Microscopy Submitted: 16 February 2022 Reviewed: 21 March 2022 Published: 07 May 2022.

Shah, F. A.; Ruscsák, K.; Palmquist, A. 50 years of scanning electron microscopy of bone – a comprehensive overview of the important discoveries made and insights gained into bone material properties in health, disease, and taphonomy. Bone Res., 2019. 7. P. 15.

Shemesh, M.; Addadi, S.; Milstein, Y.; Geiger, B.; Addad, L. Study of Osteoclast Adhesion to Cortical Bone Surfaces: A Correlative Microscopy Approach for Concomitant Imaging of Cellular Dynamics and Surface Modifications. ACS Appl Mater Interfaces. 2016. 8(24). P. 14932–14943.

Tresguerres, F. G.; Torres JLópez-Q.; Hernández, G.; Vega, J. A.; Tresguerres, I. F. The osteocyte: A multifunctional cell within the bone. Ann Anat., 2020. 230. 151510.

Wiatr, A.; Wiatr, M. Impact of Otosclerosis on Auditory Ossicle Remodeling: A Scanning Electron Microscopy Analysis of Stapes Head Overloads. Med Sci Monit., 2023. 29. P. e939679-1–e939679-8.