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The scaling of human osteocyte lacuna density with body size and metabolism - 24/02/16

Doi : 10.1016/j.crpv.2015.09.001 
Timothy G. Bromage a, , b , Yusuf M. Juwayeyi c, Julia A. Katris a, Santiago Gomez d, Olexandra Ovsiy a, Justin Goldstein e, Malvin N. Janal f, Bin Hu a, Friedemann Schrenk b
a Departments of Biomaterials & Biomimetics and Basic Science & Craniofacial Biology, New York University College of Dentistry, 345 East 24th Street, 10010 New York, USA 
b Department of Palaeoanthropology, Senckenberg Research Institute Frankfurt a.M., Senckenberganlage 25, 60325 Frankfurt am Main, Germany 
c Department of Sociology/Anthropology, Long Island University, 1 University Plaza, Brooklyn, 11201 New York, USA 
d Department of Anatomy and Pathology, University of Cádiz, Fragela 9, 11003 Cádiz, Spain 
e Department of Anthropology, Columbia University, 452 Schermerhorn Extension, 1200, Amsterdam Avenue, 10027 New York, USA 
f Department of Epidemiology and Health Promotion, New York University College of Dentistry, 380, Second Avenue, 10010 New York, USA 

Corresponding author.

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Abstract

The aim of our research is to document osteocyte lacuna density (OCD) and its biological significance among humans of known life history. Twelve human midshaft femurs obtained from sub-Saharan Africans (Malawi) of Bantu origin and known life history were prepared for backscattered electron microscopy in the scanning electron microscope (BSE-SEM). Lacunae have a characteristic size and aspect ratio in BSE-SEM images that allowed them to be identified and automatically enumerated relative to the detected bone area in all of the images processed; values for adult whole femoral midshaft cross sections averaged about 100,000 osteocyte lacunae. Statistical tests reveal significant relationships between both OCD and osteocyte lacuna area with body height. It appears that the same increase in energetic efficiency observed in interspecific comparisons of the mass specific metabolic rate of bone at larger body sizes also characterizes body size categories among humans. Long period biological rhythms that regulate rates of cell proliferation explain some aspects of human body size variability.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

Le but de notre recherche est de documenter la densité de lacunes d’ostéocyte (OCD) et sa signification chez des Hommes à histoire de vie connue. Douze diaphyses de fémurs humains provenant d’Africains sub-sahariens (Malawi) d’origine bantoue et d’histoire de vie connue ont été préparées pour examen au microscope à électrons rétrodiffusés en microscopie électronique à balayage (BSE-SEM). Les lacunes ont un rapport taille-aspect caractéristique sur les images BSE-SEM, ce qui permet de les identifier et de les dénombrer automatiquement en fonction de la zone osseuse détectée sur toutes les images analysées ; les valeurs, dans les sections de diaphyse fémorale complète d’adulte, sont en moyenne de 100 000 lacunes d’ostéocyte. Des tests statistiques révèlent des relations significatives entre l’OCD et la surface des lacunes d’ostéocyte, d’une part, et la taille corporelle, d’autre part. Il apparaît que la même augmentation de puissance énergétique, observée dans les comparaisons inter-spécifiques du taux de masse métabolique de l’os, pour des tailles corporelles plus grandes, caractérise aussi des catégories de taille corporelle chez l’Homme. Les rythmes biologiques à période longue qui régulent les taux de prolifération expliquent certains aspects de la variabilité de taille du corps humain.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Osteocyte lacunae density, Cell proliferation, Body size, Metabolism, Havers-Halberg Oscillation, Multidien rhythm

Mots clés : Densité de lacunes d’ostéocyte, Prolifération cellulaire, Taille corporelle, Métabolisme, Oscillation Havers-Halberg, Rythme « multidien » (multijournalier)


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Vol 15 - N° 1-2

P. 32-39 - janvier 2016 Retour au numéro
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