danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2018-62-1-24-32dan-486Research ArticleФИЗИКАPHYSICSСТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОСТНОЙ ТКАНИ ПРИ КОКСАРТРОЗЕ, ВЫЯВЛЕННЫЕ МЕТОДОМ СПЕКТРОСКОПИИ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТАRAMAN SPECTROSCOPY STUDY OF THE BONE TISSUE WITH COXARTHROSISПархоменкоИ. Н.ParkhomenkoIrina N.

канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник

ул. Курчатова, 5, 220108, Минск

Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior researcher

5, Kurchatov Str., 220108, Minsk

parhomir@yandex.byВласуковаЛ. А.VlasukovaLiudmila A.

канд. физ.-мат. наук, заведующий лабораторией

ул. Курчатова, 5, 220108, Минск

Ph. D. (Physics and Mathematics), Head of the Laboratory

5, Kurchatov Str., 220108, Minsk

vlasukova@bsu.byКомаровФ. Ф.KomarovFadey F.

член-корреспондент, д-р физ.-мат. наук, заведующий лабораторией

ул. Курчатова, 7, 220108, Минск

Corresponding Member, D. Sc. (Physics and Mathematics), Head of the Laboratory

7, Kurchatov Str., 220108, Minsk

komarovf@bsu.byКамышанА. С.KamyshanAlexander S.

канд. физ.-мат. наук, вед. науч. сотрудник

ул. Курчатова, 7, 220108, Минск

Ph. D. (Physics and Mathematics), Leading researcher

7, Kurchatov Str., 220108, Minsk

kamyshana@mail.ruУрьевГ. А.UryevGennadiy A.

канд. мед. наук, заведующий отделением

ул. Кижеватова, 60/4, 220024, Минск

Ph. D. (Medicine), Head of the Department

60/4, Kizhevatov Str., 220024, Minsk

uryev11@tut.byМурзичА. Э.MurzichAlexander E.

канд. мед. наук, заведу- ющий лабораторией

ул. Кижеватова 60/4, 220024, Минск

Ph. D. (Medicine), Head of the Department

60/4, Kizhevatov Str., 220024, Minsk

mae77@list.ruНемкаеваР. Р.NemkaevaRenata R.

магистр

пр. аль-Фараби, 71, 050040, Алматы

Magister

71, Al-Farabi Ave., 050040, Almaty

quasisensus@mail.ruБелорусский государственный университетBelarusian State UniversityИнститут прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко Белорусского государственного университетаA. N. Sevchenko Institute of Applied Physics Problems of the Belarusian State UniversityРеспубликанский научно-практический центр травматологии и ортопедииRepublican Scientific Practical Centre of Traumatology and OrthopedicsКазахский национальный университет им. аль-ФарабиAl-Farabi Kazakh National University2018040320186212432Copyright © Пархоменко И.Н., Власукова Л.А., Комаров Ф.Ф., Камышан А.С., Урьев Г.А., Мурзич А.Э., Немкаева Р.Р., 20182018Пархоменко И.Н., Власукова Л.А., Комаров Ф.Ф., Камышан А.С., Урьев Г.А., Мурзич А.Э., Немкаева Р.Р.Parkhomenko I.N., Vlasukova L.A., Komarov F.F., Kamyshan A.S., Uryev G.A., Murzich A.E., Nemkaeva R.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/486

Методом спектроскопии комбинационного рассеяния света исследована структура срезов костной ткани людей, страдающих деформирующим артрозом тазобедренного сустава (коксартроз). Проведен сравнительный анализ срезов здоровых и больных участков костной ткани по соотношению интенсивностей полос комбинационного рассеяния, характеризующих долю органической и минеральной фазы. Показано, что для разрушенной в результате коксартроза костной ткани характерна более высокая доля органической составляющей и более высокая степень замещения фосфатной группы на карбонатную в решетке гидроксиапатита. 

The structure of human bone slices taken from patients suffering from deforming arthrosis of the hip joint (coxarthrosis) was studied by Raman spectroscopy. Comparative analysis of healthy and sick bone tissues was made on the basis of the intensity ratio of RS bands associated with organic and mineral components. It was shown that coxarthrosis results in a relative increase of an organic component and in a higher degree of substitution of phosphate groups by carbonate ones in the hydroxyapatite lattice. 

тазобедренный суставкостная тканьхимический составкоксартрозкомбинационное рассеяние светаhip jointbone tissuechemical compositioncoxarthrosisRaman spectroscopyРабота выполнена в рамках задания 3.06.6 ГПНИ «Конвергенция» (№ 20161860).The work is supported by the SPSI “Convergence” (The task 3.06.6, № 20161860).ReferencesGriffiths, J. Raman spectroscopy for medical diagnosis / J. Griffiths // Anal. Chem. ACS. – 2007. – Vol. 79, N 11. – P. 3975–3978. doi.org/10.1021/ac071917kGriffiths J. Raman spectroscopy for medical diagnosis. Analytical Chemistry, 2007, vol. 79, no. 11, pp. 3975–3978. doi. org/10.1021/ac071917kNovel assessment of bone using time-resolved transcutaneous Raman spectroscopy / E. R. Draper [et al.] // J. Bone Miner Res. – 2005. – Vol. 20, N 11. – P. 1968–1972. doi.org/10.1359/jbmr.050710Draper E. R., Morris M. D., Camacho N. P., Matousek P., Towrie M., Parker A. W., Goodship A. E. Novel assessment of bone using time-resolved transcutaneous Raman spectroscopy. Journal of Bone and Mineral Research, 2005, vol. 20, no. 11, pp. 1968–1972. doi.org/10.1359/jbmr.050710Raman spectroscopy for medical diagnosis – From in-vitro biofluid assays to in-vivio cancer detection / K. Kong [et al.] // Adv. Drug Delivery Rev. – 2015. – Vol. 89. – P. 121–134. doi.org/10.1016/j.addr.2015.03.009Kong K., Kendall C., Stone N., Notingher I. Raman spectroscopy for medical diagnosis – From in-vitro biofluid assays to in-vivio cancer detection. Advanced Drug Delivery Reviews, 2015, vol. 89, pp. 121–134. doi.org/10.1016/j.addr.2015.03.009Akkus, O. Age-related changes in physicochemical properties of mineral crystals are related to impaired mechanical function of cortical bone / O. Akkus, F. Adar, M. B. Schaffler // Bone. – 2004. – Vol. 34, N 3. – P. 443–453. doi.org/10.1016/j. bone.2003.11.003Akkus O., Adar F., Schaffler M. B. Age-related changes in physicochemical properties of mineral crystals are related to impaired mechanical function of cortical bone. Bone, 2004, vol. 34, no. 3, pp. 443–453. doi.org/10.1016/j.bone.2003.11.003Raman and mechanical properties correlate at whole bone- and tissue-levels in a genetic mouse model / X. Bi [et al.] // Journal of Biomechanics. – 2011. – Vol. 44, N 2. – P. 297–303. doi.org/10.1016/j.jbiomech.2010.10.009Bi X., Patil C. A., Lynch C. C., Pharr G. M., Mahadevan-Jansen A., Nyman J. S. Raman and mechanical properties correlate at whole bone- and tissue-levels in a genetic mouse model. Journal of Biomechanics, 2011, vol. 44, no. 2, pp. 297–303. doi.org/10.1016/j.jbiomech.2010.10.009Age-specific profiles of tissue-level composition and mechanical properties in murine cortical bone / M. Raghavan [et al.] // Bone. – 2012. – Vol. 50, N 4. – P. 942–953. doi.org/10.1016/j.bone.2011.12.026Raghavan M., Sahar N. D., Kohn D. H., Morris M. D. Age-specific profiles of tissue-level composition and mechanical properties in murine cortical bone. Bone, 2012, vol. 50, no. 4, pp. 942–953. doi.org/10.1016/j.bone.2011.12.026Киселева, Д. В. Применение рамановской микроспектроскопии для исследования структурных особенностей биогенного апатита / Д. В. Киселева // Ежегодник-2009: Труды института геологии и геохимии им. акад. А. Н. Заварицкого. – Екатеринбург: Институт геологии и геохимии им. А. Н. Заварицкого Уральского отделения РАН, 2010. – Вып. 157. – С. 332–335.Kisileva D. V. Raman microspectrometry application for investigation of structural peculiarities of biogenic apatite. Ezhegodnik-2009: Trudy instituta geologii i geokhimii im. akad. A. N. Zavaritskogo [Year-book-2009: Proceedings of the Institute of Geology and Geochemistry named after Academician A. N. Zavaritsky]. Ekaterinburg, Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry of the Ural Branch (UB) of the Russian Academy of Sciences, 2010, no. 157, pp. 332–335 (in Russian).Bone tissue compositional differences in women with and without osteoporotic fracture / B. R. McCreadie [et al.] // Bone. – 2006. – Vol. 39, N 6. – P. 1190–1195. doi.org/10.1016/j.bone.2006.06.008McCreadie B. R., Morris M. D., Tso-ching Chen, Rao D. S., Finney W. F., Widjaja E., Goldstein S. A. Bone tissue compositional differences in women with and without osteoporotic fracture. Bone, 2006, vol. 39, no. 6, pp. 1190–1195. doi. org/10.1016/j.bone.2006.06.008Ковешников, В. Г. Скелетные ткани: хрящевая ткань, костная ткань / В. Г. Ковешников, М. Х. Абакаров, В. И. Лузин. − Луганск: Изд-во Луган. гос. мед. ун-та, 2000. – 50 c.Koveshnikov V. G., Abakarov M. H., Luzin V. I. The sceletal tissues: cartilagenous tissue, bone tissues. Lugansk, Lugansk State Medical University Publ., 2000. 50 p. (in Russian).Fourier-transform Raman spectroscopy study of the ovariectomised rat model of osteoporosis / R. A. de Souza [et al.] // The Open Bone Journal. – 2010. – Vol. 2. – P. 24–31. doi.org/10.2174/1876525401002010024de Souza R. A., Jerônimo D. P., Gouvêa H. A., Xavier M., de Souza M. T., Miranda H., Tosato M. G., Martin A. A., Ribeiro W. Fourier-transform Raman spectroscopy study of the ovariectomised rat model of osteoporosis. The Open Bone Journal, 2010, vol. 2, pp. 24–31. doi.org/10.2174/1876525401002010024Mandair, G. S. Contributions of Raman spectroscopy to the understanding of bone strength / G. S. Mandair, M. D. Morris // BoneKey Rep. – 2015. – Vol. 4. – P. 620 (8 pages). doi.org/10.1038/bonekey.2014.115Mandair G. S., Morris M. D. Contributions of Raman spectroscopy to the understanding of bone strength. BoneKеy Reports, 2015, vol. 4, pp. 620 (8 pages). doi.org/10.1038/bonekey.2014.115FT-Raman spectroscopy as a method for screening collagen diagenesis in bone / C. A. M. France [et al.] // Journal of Archaeological Science. – 2014. – Vol. 42. – P. 346–355. doi.org/10.1016/j.jas.2013.11.020France C. A. M., Thomas D. B., Doney C. R., Madden O. FT-Raman spectroscopy as a method for screening collagen diagenesis in bone. Journal of Archaeological Science, 2014, vol. 42, pp. 346–355. doi.org/10.1016/j.jas.2013.11.020Karampas, I. A. A quantitative bioapatite/collagen calibration method using Raman spectroscopy of bone / I. A. Karampas, M. G. Orkoula, C. G. Kontoyannis // J. of Biophotonics. – 2012. – Vol. 6, N 8. – P. 573–586. doi.org/10.1002/jbio.201200053Karampas I. A., Orkoula M. G., Kontoyannis C. G. A quantitative bioapatite/collagen calibration method using Raman spectroscopy of bone. Journal of Biophotonics, 2012, vol. 6, no. 8, pp. 573–586. doi.org/10.1002/jbio.201200053Мецлер, Д. Биохимия. Химические реакции в живой клетке / Д. Мецлер. – М.: Мир, 1980. – Т. 2. – 501 с.Metzler D. Biochemistry: The chemical reaction of living cells. New York, Academic Press, 1977. 1129 p.Raman spectroscopy of lipids: a review / K. Czamara [et al.] // J. Raman Spectrosc. – 2015. – Vol. 46, N 1. – P. 4–20. doi.org/10.1002/jrs.4607Czamara K., Majzner K., Pacia M. Z., Kochan K., Kaczor A., Baranska M. Raman spectroscopy of lipids: a review. Journal of Raman Spectroscopy, 2015, vol. 46, no. 1, pp. 4–20. doi.org/10.1002/jrs.4607

The authors declare that there are no conflicts of interest present.