This item is provided by the institution :

Repository :
National Archive of PhD Theses
see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*
share



PhD thesis (EN)

2011 (EN)
Μελέτη ανόργανων συστατικών οστών με φασματοσκοπικές τεχνικές
Spectroscopic studies of bone mineral

Μπαλατσούκας, Ιωάννης

The aim of this thesis is the study of the main two bone minerals, calcium (Ca) andphosphorus (P), in order to calculate the Ca/P ratio. According to the literature this ratio isthe most reliable parameter for understanding the changes in bones brought about by age,gender and skeletal irregularities. Moreover, this thesis introduces Auger spectroscopy as atechnique for the determination of Ca/P ratio. This ratio is also studied by X – rayspectroscopy facilitated on a Scanning Electron Microscope (SEM).The Auger spectra are generated by electrons emitted from the surface of amaterial. The elemental analysis of SEM is based on the emitted X – rays from thematerial. The peaks of both spectrums are characteristics of each chemical component ofthe material. Both techniques are suitable for the measurement of skeletal Ca/P ratio.Biopsies from three different animals were studied: mice, rats and rabbits. Sampleswere taken from both sides of the skeleton (right, left) from cortical bones (femur, rear andfront tibias) and trabecular (ribs) in an effort to assess if the bone position and kind affectthe Ca/P ratio. Furthermore, the possible role of age and gender on the ratio, was studied.Biopsies from rabbits (male, female) of cortical and trabecular bones were alsostudied. Samples from normal female rabbits were compared with osteoporotic ones.Osteoporosis was induced by the method IMO (Inflammation Mediated Osteoporosis).Finally, an overall comparison of Ca/P ratios from the three kinds of animals wasperformed in order to examine the dependence of the animal kind on the ratio.The results of this thesis show that the Ca/P ratio is influenced neither by the sideof animal nor by gender (male, female). The Ca/P ratio depends on the bone site and kindas well as on the specific function of each bone site. In osteoporotic samples, the ratiodecreases in cortical bones while no changes appear in trabecular bones.This thesis: a) introduces the Auger spectroscopy for the Ca/P ratio measurement,b) offers future perspective in the study of biomaterials through the Auger spectroscopyand c) contributes to the study and understanding of the bone composition related toosteoporosis which comprises a continues research field.The results of the present thesis demonstrate that the Auger spectroscopy is suitablefor the accurate measurement of Ca/P ratio in experimental animal bones. Although it is a biological bone study rather than a clinical study for immediate application to patients,may be useful to medical doctors who follow up such patients and participate either in thediagnosis or treatment of such diseases.
Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη των δύο βασικών ανόργανωνσυστατικών των οστών, ασβεστίου (Ca) και φωσφόρου (P), με σκοπό τον υπολογισμό τουλόγου Ca/P. Σύμφωνα με τη διεθνή βιβλιογραφία ο λόγος αυτός είναι η πιο αξιόπιστηπαράμετρος για να κατανοηθούν οι αλλαγές στα οστά με βάση την ηλικία, το φύλο και τιςσκελετικές ανωμαλίες λόγω παθήσεων. Επίσης, γίνεται η εισαγωγή της φασματοσκοπίαςAuger ως τεχνικής για τον προσδιορισμό του λόγου Ca/P ο οποίος παράλληλα μελετάταικαι μέσω της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης με χρήση στοιχειακού αναλυτήακτίνων – Χ.Τα φάσματα Auger δημιουργούνται από ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από τηνεπιφάνεια ενός υλικού. Οι κορυφές των φασμάτων είναι χαρακτηριστικές του κάθεχημικού στοιχείου της επιφάνειας. Η στοιχειακή ανάλυση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίουσάρωσης στηρίζεται στα φάσματα που δημιουργούνται από την εκπομπή χαρακτηριστικώνακτίνων – Χ από το υλικό. Όπως στα φάσματα Auger, έτσι και στα φάσματα των ακτίνων– Χ, οι κορυφές είναι χαρακτηριστικές των στοιχείων του υλικού. Με τις δύο αυτέςτεχνικές γίνεται πλήρης ταυτοποίηση του λόγου Ca/P των οστών.Στα πλαίσια αυτά μελετώνται βιοψίες από τρία είδη πειραματοζώων: μύες, επίμυεςκαι κόνικλοι. Τα δείγματα λαμβάνονται από τα δύο μέρη του σκελετού (δεξί, αριστερό)και είναι συμπαγή (κνήμη, μηρός, βραχιόνιο) και σπογγώδη (πλευρά). Έτσι, εξετάζεταικατά πόσο η σκελετική θέση και το είδος του οστού διαμορφώνει το λόγο Ca/P. Επιπλέον,εξετάζονται στους μύες και τους επίμυες τα αντίστοιχα οστά δύο διαφορετικών ηλικιώνώστε να εξαχθεί συμπέρασμα ως προς τη διαφοροποίηση ή μη του λόγου ανάλογα με τηνηλικία.Στους κονίκλους (αρσενικά, θηλυκά) μελετώνται βιοψίες συμπαγών καισπογγωδών οστών, όπως και παραπάνω. Εξετάζεται κατά πόσο ο λόγος Ca/P έχειεξάρτηση από τη σκελετική θέση του οστού και το φύλο. Οι θηλυκοί κόνικλοι αποτελούντους μάρτυρες για τη σύγκριση με τους οστεοπορωτικούς κονίκλους. Η τεχνητήοστεοπόρωση προκαλείται σε μια ομάδα θηλυκών κονίκλων μέσω φλεγμονώδουςαντίδρασης (Inflammation Mediated Osteoporosis, IMO). Από τη σύγκριση των βιοψιών οστών τόσο των φυσιολογικών όσο και των οστεοπορωτικών κονίκλων μελετάται κατάπόσο ο λόγος Ca/P επηρεάζεται από την πάθηση.Τέλος, πραγματοποιείται γενική σύγκριση των λόγων Ca/P (αντίστοιχων οστών)και των τριών ειδών πειραματοζώων με σκοπό να εξεταστεί κατά πόσο το είδος τουπειραματοζώου παίζει ρόλο στη διαμόρφωση του λόγου.Από τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής προκύπτει ότι ο λόγος Ca/P δενεπηρεάζεται ούτε από το μέρος του ζώου (δεξί, αριστερό) ούτε από το φύλο (αρσενικό,θηλυκό). Εξαρτάται από το είδος του οστού (συμπαγές, σπογγώδες) και διαμορφώνεταιμικρότερος στα σπογγώδη οστά. Με την πάροδο της ηλικίας, στους επίμυες, ο λόγοςδιαμορφώνεται μικρότερος, στα βραχιόνια και στις κνήμες. Αντίθετα στους μύες ο λόγοςδεν αλλάζει με την ηλικία. Ακόμα, παρατηρήθηκε ότι ο λόγος Ca/P εξαρτάται από το είδοςτου ζώου και διαμορφώνεται ανάλογα με τη λειτουργία του κάθε οστού. Η οστεοπόρωση,έχει συνέπειες στα συμπαγή οστά (με βάση το λόγο Ca/P), ενώ στα σπογγώδη οστά ηνόσος δεν φαίνεται να έχει αντίκτυπο.Η συνεισφορά της παρούσας διδακτορικής διατριβής εντοπίζεται στα εξής σημεία:α) στην εισαγωγή της φασματοσκοπίας Auger για τον προσδιορισμό του λόγου Ca/P σταοστά, β) στη μελλοντική δυνατότητα μελέτης των βιοϋλικών μέσω της φασματοσκοπίαςAuger ως επιφανειακή τεχνική και γ) στη μελέτη και κατανόηση της σύστασης των οστώνκαι της νόσου της οστεοπόρωσης που αποτελούν διαχρονικό πεδίο έρευνας.Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει εμπεριστατωμένα αποτελέσματα τα οποίααποδεικνύουν ότι η φασματοσκοπία Auger μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αξιόπιστημέτρηση του λόγου Ca/P σε οστά πειραματοζώων. Αν και η παρούσα εργασία έγινε σεβιολογικά οστά και δεν έγινε σε ασθενείς, μπορεί να είναι χρήσιμη σε ιατρούς οι οποίοιπαρακολουθούν ασθενείς και συμμετέχουν στη διάγνωση και θεραπεία σκελετικώνπαθήσεων.

SEM - EDX
Φασματοσκοπία Auger
Φώσφορος
Energy dispersive X-ray spectroscopy
Οστεοπόρωση
Απατίτης
Υδροξυαπατίτης
Ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης
Ασβέστιο
Λόγος Ca/P
Osteoporosis
Ca/P ratio
Bone mineral
Bones
Auger electron spectroscopy
Apatites
Οστά

Εθνικό Κέντρο Τεκμηρίωσης (ΕΚΤ) (EL)
National Documentation Centre (EKT) (EN)

Greek

2011


Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων
University of Ioannina



*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)