Abstract
Young male rats (70–90 g) were treated for various periods with several doses of disodium ethane-1-hydroxy-1,1-diphosphonate (EHDP) or disodium dichloromethylene diphosphonate (Cl2MDP). Effects of treatment on the changes in the thickness, growth and mineralization of proximal growth plate and metaphysis of the tibia were assessed histologically and by micro-radiography. High doses (10 or 30 mg P/kg/day) of EHDP impaired mineralization of the growth cartilage, which became increased in thickness, and of the osteoid in the metaphysis and diaphysis. Matrix formation continued, although at a diminished rate. High doses (10 or 30 mg P/kg/day) of Cl2MDP produced a different effect. There was no inhibition of mineralization, but there was a marked impairment of normal metaphyseal remodelling, with persistence of columns of calcified cartilage. Resorption at the periosteal surface in the metaphysis was also inhibited, so that the metaphysis became club-shaped. Osteoclasts were present in large numbers in the metaphysis, but their appearance was abnormal and similar to that seen in human osteopetrosis.
Résumé
Des jeunes rats mâles (70–90 g) ont été traités pendant des laps de temps variables avec différentes doses d’éthane-1-hydroxy-1,1-diphosphonate disodique (EHDP) ou de dichlorométhylène diphosphonate disodique (Cl2MDP). Les effects de ces traitements sur l’épaisseur, la croissance et la minéralisation du cartilage de conjugaison et de la métaphyse du tibia ont été étudiés par des méthodes histologiques et microradiographiques. Des doses élevées (10 ou 30 mg P/kg/jour) d’EHDP empêchent la minéralisation de l’ostéoide dans la métaphyse et la diaphyse et celle du cartilage épiphysaire dont l’épaisseur augmente. La formation de la matrice osseuse se poursuit, mais à une vitesse réduite. Le Cl2MDP à doses élevées (10 ou 30 mg P/kg/jour) produit un effet différent. On n’observe aucune inhibition de la minéralisation, mais une diminution nette du remodàlement normal de la métaphyse, où des colonnes de cartilage calcifié persistent. Il y a également, pour la métaphyse, une inhibition de la résorption à la surface périostale provoquant une métaphyse en forme de massue. Dans la métaphyse on note la présence de nombreux ostéoclastes d’apparence anormale qui ressemblent à ceux observés dans l’ostéopétrose humaine.
Zusammenfassung
Junge männliche Ratten (70–90 g) wurden während verschiedenen Zeitabschnitten mit unterschiedlichen Dosen von Dinatrium Äthan-1-hydroxy-1,1-Diphosphonat (EHDP) oder Dinatrium Dichloromethylen-Diphosphonat (Cl2MDP) behandelt. Die Wirkung der Behandlung auf die Veränderungen in Dicke, Wachstum und Mineralisation der proximalen Wachstumsplatte und Metaphysis der Tibia wurde histologisch und mikroradiographisch untersucht. Hohe Dosen (10 oder 30 mg P/kg/Tag) von EHDP beeinträchtigten die Mineralisation des Wachstumsknorpels, welcher breiter wurde, und des Osteoids in der Metaphyse und Diaphyse. Die Matrixbildung ging weiter, jedoch weniger schnell. Hohe Dosen (10 oder 30 mg P/kg/Tag) von Cl2MDP hatten eine andere Wirkung. Die Mineralisation wurde nicht gehemmt, aber der normale Metaphysenumbau wurde merklich gestört, wobei Säulen von verkalktem Knorpel bestehen blieben. Die Resorption auf der Periostoberfläche in der Metaphyse wurde ebenfalls gehemmt, so daß die Metaphyse keulenförmig wurde. Osteoclasten traten in großen Mengen in der Metaphyse auf, aber ihr Aussehen war abnormal und glich demjenigen, das bei der menschlichen Osteopetrose beobachtet wird.
Article PDF
Similar content being viewed by others
Avoid common mistakes on your manuscript.
References
Bassett, C. A. L., Donath, A., Macagno, F., Preisig, R., Fleisch, H., Francis, M. D.: Diphosphonates in the treatment of myositis ossificans. Lancet1969 II, 845.
Burkhardt, R.: Präparative Voraussetzungen einer klinischen Histologie des menschlichen Knochenmarkes. Blut14, 30–46 (1966).
Fleisch, H., Bonjour, J.-P., Morgan, D. P., Reynolds, J. J., Schenk, R., Smith, R., Russel, R. G. G.: Diphosphonates. In: Endocrinology, 1971, 430–443, London; Heinemann Medical Publishers (1972).
Fleisch, H., Russell, R. G. G., Bisaz, S., Casey, P. A., Mühlbauer, R. C. The influence of pyrophosphate analogues (diphosphonates) on the precipitation and dissolution of calcium phosphatein vitro and invivo. Calc. Tiss. Res.2, Suppl. 10–10A (1968).
Fleisch, H., Russell, R. G. G., Bisaz, S., Mühlbauer, R. C., Williams, D. A.: The inhibitory effect of phosphonates on the formation of calcium phosphate crystalsin vitro and on aortic and kidney calcificationin vivo. Europ. J. clin. Invest.1, 12–18 (1970).
Fleisch, H., Russell, R. G. G., Francis, M. D.: Diphosphonates inhibit hydroxyapatite dissolutionin vitro and bone resorption in tissue culture andin vivo. Science165, 1262–1264 (1969).
Francis, M. D.: The inhibition of calcium hydroxyapatite crystal growth by polyphosphonates and polyphosphates. Calc. Tiss. Res.3, 151–162 (1969).
Francis, M. D., Russell, R. G. G., Fleisch, H.: Diphosphonates inhibit formation of calcium phosphate crystalsin vitro and pathological calcificationin vivo. Science165, 1264–1266 (1969).
Goldner, J. A.: A modification of the Masson trichrome technique for routine laboratory purpose. Amer. J. Path.14, 237–243 (1938).
Irving, M. H.: The blood supply of the growth cartilage and metaphysis in rachitic rats. J. Path. Bact.89, 461–471 (1965).
Krutsay, M.: Methode zur Darstellung einzelner Calciumverbindungen in histologischen Schnitten. Acta histochem. (Jena)15, 189–191 (1963).
Michael, W. R., King, W. R., Francis, M. D.: Effectiveness of diphosphonates in preventing osteoporosis of dissue in the rat. Clin. Orthop.78, 271–276 (1971).
Mühlbauer, R. C., Russell, R. G. G., Williams, D. A., Fleisch H.: The effects of diphosphonates on “immobilisation osteoporosis” in rats. Europ. J. clin. Invest.1, 336–344 (1971).
Russell, R. G. G., Mühlbauer, R. C., Bisaz, S., Williams, D. A., Fleisch, H.: The influence of pyrophosphate, condensed phosphates, phosphonates and other phosphate compounds on the dissolution of hydroxyapatitein vitro and on bone resorption induced by parathyroid hormone in tissue culture and in thyroparathyroidectomised rats. Calc. Tiss. Res.6, 183–196 (1970).
Russell, R. G. G., Smith, R., Bishop, M., Price, D., Squire, D.: Treatment of myositis ossificans with a diphosphonate. Lancet1972 I, 10–11.
Russell, R. G. G., Kisling, A., Casey, P. A., Fleisch, H., Thornton, J., Schenk, R., Williams, D. A.: Effect of diphosphonates and calcitonin on the chemistry and quantitative histology of rat bone. Calc. Tiss. Res.11, 179–195 (1973).
Schenk, R.: Zur histologischen Verarbeitung von unentkalkten Knochen. Acta anat. (Basel)60, 3–19 (1965).
Schenk, R., Merz, W. A., Müller, J.: A quantitative histological study on bone resorption in human cancellous bone. Acta anat. (Basel)74, 44–53 (1969).
Schenk, R., Spiro, D., Weiner, J.: Cartilage resorption in the tibial epiphyseal plate of growing rats. J. Cell Biol.34, 275–291 (1967).
Smith, R., Russell, R. G. G. Bishop, M.: Diphosphonates and Paget’s disease of bone. Lancet1971 I, 945–947.
Weiss, I. W., Fisher, L., Phang, J. M.: Diphosphonate therapy in a patient with myositis ossificans progressiva. Ann. intern. Med.74, 933–936 (1971).
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Schenk, R., Merz, W.A., Mühlbauer, R. et al. Effect of ethane-1-hydroxy-1,1-diphosphonate (EHDP) and dichloromethylene diphosphonate (Cl2MDP) on the calcification and resorption of cartilage and bone in the tibial epiphysis and metaphysis of rats. Calc. Tis Res. 11, 196–214 (1973). https://doi.org/10.1007/BF02547219
Received:
Accepted:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF02547219