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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.82.2014.tde-11082014-103941
Document
Author
Full name
Ricardo Simionato Boffa
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2014
Supervisor
Committee
Rollo, João Manuel Domingos de Almeida (President)
Fortulan, Carlos Alberto
Montagnoli, Arlindo Neto
Title in Portuguese
Avaliação da microarquitetura de ossos trabeculares
Keywords in Portuguese
Estrutura cristalina
Hidroxiapatita
Osso humano
Osteoporose
Refinamento de Rietveld
Abstract in Portuguese
O termo estrutura cristalina entende-se como um conjunto de átomos periodicamente distribuídos no espaço, formando uma rede. O material composto, osso, contém uma parte orgânica formada por colágeno e uma parte inorgânica formada predominantemente por cristais de hidroxiapatita, que possui fórmula molecular Ca10(PO4)6(OH)2 em sua célula unitária. A estrutura cristalina da hidroxiapatita pode indicar a qualidade de ossos trabeculares, pela identificação do tamanho de cristalito, da microdeformação e da proporção de cálcio e fósforo nos três tipos de ossos: normal, osteopênico e osteoporótico. A osteoporose é definida pelo National Institutes of Health como uma desordem esquelética caracterizada pelo comprometimento da resistência óssea e aumento do risco de fratura. Objetiva-se avaliar e caracterizar a estrutura cristalina da matriz inorgânica de ossos secos trabeculares de vértebras de colunas de cadáveres humanos normais, osteopênicos e osteoporóticos por microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura e espectometria de energia dispersiva e difratometria de raios-X, utilizando o método de refinamento de Rietveld, balizando os resultados com os valores de microdureza. Foram utilizados ossos secos trabeculares de vértebras L1 de colunas de nove cadáveres humanos provenientes do Serviço de Verificação de Óbito da capital. Antes da coleta do material, elas foram pré-divididas em três grupos: normal, osteopênico e osteoporótico, através de ultrassonometria de calcâneo. A caracterização dos três tipos de ossos foi feita pelas técnicas de microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, microanálise por espectrometria de energia dispersiva, microdureza e difratometria de raios-X pelo método de pó com aplicação do método de Rietveld. Os resultados mostraram uma diminuição dos valores de tamanho do cristalito (de 670 para 213 nanômetros), microdureza (de 30,27 para 21,22 knoop), proporção de cálcio e fósforo (de 2,02 para 1,73), número de trabéculas e densidade óssea e um aumento nos valores de microdeformação (de 5,4 para 16,8), sugerindo uma maior desorganização e fragilidade na estrutura cristalina da hidroxiapatita em ossos osteopênicos e osteoporóticos em relação aos normais. A caracterização microestrutural dos cristais de hidroxiapatita em ossos secos trabeculares permitiu diferenciar os três tipos de ossos (normal, osteopênico e osteoporótico) e complementar a avaliação da osteoporose, com ênfase na qualidade óssea.
Title in English
Assessment of trabecular bones microarchitectures
Keywords in English
Crystal structure
Human bone
Hydroxyapatite
Osteoporosis
Rietveld Refinenment
Abstract in English
The term crystal structure is understood as a set of atoms periodically distributed in space, forming a lattice The composite material, bone, contains a organic part that consists of collagen and a inorganic part that consists predominantly of hydroxyapatite crystals, having molecular formula Ca10(PO4)6(OH)2 in its unit cell. The crystal structure of hydroxyapatite can indicate the trabecular bone quality, by the identification of crystallite size, microstrain and ratio of calcium and phosphorus in bones of three types: normal, osteopenic or osteoporotic. Osteoporosis is defined by the National Institutes of Health as a skeletal disorder characterized by compromised bone strength and increased risk of fracture. The objective is to evaluate and characterize the crystalline structure of the inorganic matrix of dry trabecular bones of vertebral column of normal, osteopenic and osteoporotic human cadavers by optical microscopy, scanning electron microscopy, energy dispersive spectrometry, X-ray diffraction, using the Rietveld refinement method and microhardness. Dried trabecular bone of vertebrae L1 columns of nine human cadavers from the Serviço de Verificação de Óbito of the capital were used. Before sample collection, they were pre-divided into three groups: normal, osteopenic or osteoporotic, through Quantitative ultrasound of the calcaneus. The characterization of the three types of bones were made by optical microscopy, scanning electron microscopy, microanalysis by energy dispersive spectrometry, microhardness and powder X-ray diffraction with application of the Rietveld method. The results showed a decrease of the crystallite size (from 670 to 213 nanometers), hardness (from 30,27 to 21,22 knoop), ratio of calcium and phosphorus (from 2,02 to 1,73), trabecular number and bone density and an increase in microstrain values (from 5,4 to 16,8) suggesting greater fragility and disruption in the crystalline structure of hydroxyapatite in osteopenic and osteoporotic bone compared to normal. Microstructural characterization of hydroxyapatite crystals in dry trabecular bone could differentiate the three types of bones (normal, osteopenic and osteoporotic) and supplement assessment of osteoporosis, with an emphasis on bone quality.
 
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Publishing Date
2014-09-16
 
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