Factors modifying Ca/Sr discrimination by bone and synthetic “apatitic” mineralsin vitro

Previous work suggests that bone mineral in rats discriminatesin vivo for Ca against Sr by a factor of about 1.61. Modification of this has been observed in biological and synthetic apatites containing Sr prepared under the following conditionsin vivo andin vitro: rats fed 2.5% SrCO₃ for 3–4 months; incorporation of Sr into pre-formed bone powder, or hydroxyapatite by equilibrationin vitro and by heating Sr minerals to 350–500°. Discrimination in mineral formedin vitro is at first similar to thatin vivo, but as the amorphous precipitate crystallizes it becomes much greater. Sequential dissolution of mineral specimens in 0.1–0.01 N acid-ethanol solutions indicates that Sr incorporation is a surface phenomena in preformed minerals, but is more homogeneously distributed in mineral heated, or grownin vivo orin vitro. During equilibration in tris buffer, discrimination ranged from over 50 to 2.4. This decreased with (1) decrease in pH, (2) decrease in solid/solution ratio, and (3) increased homogeneity of Sr in mineral. Discrimination in serum was negligible. It is postulated that equilibrium in buffer solutions involves a reprecipitated surface phase of different Ca/Sr ratio from the body of the crystal, which could account for the apparent discrimination against Srin vitro.

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Zusammenfassung Frühere Untersuchungen führen zur Annahme, daß das Verhältnis der Aufnahme von Calcium zu jenem von Strontium im Knochenmineral von Rattenin vivo ungefähr 1,61 ist. Diese Resultate veränderten sich, wenn biologische und synthetische, Sr enthaltende Apatite unter folgendenin vivo undin vitro Bedingungen hergestellt wurden: 1. Ratten, die während 3–4 Monaten mit 2,5% SrCO₃ gefüttert wurden; 2. Einbau von Sr durch Equilibrationin vitro in vorgebildetes Knochenpulver oder Hydroxyapatit; 3. durch Erhitzen von Sr-Mineralien auf 350–500°C. Die Diskriminierung imin vitro gebildeten Mineral ist zuerst derjenigenin vivo ähnlich, aber sobald sich der amorphe Niederschlag kristallisiert, wird sie viel größer. Die stufenweise Auflösung der Mineralproben in 0,1–0,01 N Säure-Alkohollösungen deutet darauf hin, daß der Sr-Einbau ein Oberflächenphänomen vorgeformter Mineralien ist, daß er jedoch in erhitztem oderon vivo, oderin vitro gewachsenem Mineral homogener verteilt ist. Während der Equilibration mit Tris-puffer variierte die Diskriminierung von über 50 bis 2,4. Sie nahm ab durch 1. Abnahme des pH, 2. Abnahme des Verhältnisses feste Masse/Lösung, 3. Zunahme der Homogenität von Sr im Mineral. Die Diskriminierung im Serum war belanglos. Es wird postuliert, daß das Gleichgewicht in Pufferlösungen eine Oberflächenphase mit erneutem Niederschlag bewirkt, bei welcher das Ca/Sr-Verhältnis anders ist als im Inneren des Kristalls; dies könnte die scheinbare Diskriminierung gegen Srin vitro erklären.

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Résumé D'après des travaux antérieurs, il semble que le minéral osseux, chez le Rat, effectue une discriminationin vivo du Sr de l'ordre de 1.61. Des modifications de ce fait ont pu être observées dans des apatites biologiques et synthétiques, contenant du Sr, préparées dans les conditionsin vivo etin vitro suivantes: chez des rats soumis à 2,5% de SrCO₃, pendant 3–4 mois: incorporation de Sr dans de la poudre d'os ou de l'hydroxyapatite, par équilibre in vitro; par chauffage des minéraux contenant du Sr à 350–500°. La discrimination, en minéral, forméin vitro, est initialement identique à celle forméein vivo, mais, à fur et à mesure de la cristallisation du précipité amorphe, elle augmente nettement. Une dissolution progressive de specimens dans des solutions à 0.1–0.01 N acide-alcool, montre que l'incorporation du Sr est un phénomène de surface au niveau de minéraux préformés. Le Sr est réparti de façon plus homogène dans les minéraux chaffés, ou obtenus par croissancein vivo ouin vitro. Pendant la mise en équilibre dans un tampon «tris», la discrimination varie de 50 à 2,4. Elle décroit avec 1. la chute du pH, 2. la décroissance du rapport solide/solution et 3. l'augmentation de l'homogénéité du Sr dans le minéral. La discrimination dans le sérum est négligeable. Il semble que l'équilibre dans des solutions tampons fait intervenir une phase de surface reprécipitée, dont le rapport Ca/Sr est différent de celui du corps cristallin, et qui pourrait rendre compte de la discrimination apparente envers le Srin vitro.