Histomorphometry as a method for assessing the healing of tubular bone fractures

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Aim – to carry out a quantitative assessment of the healing of tubular bone fracture modeled by applying a hole defect in it and to analyze existing methods of bone regenerate morphometry.

Material and methods. The data were obtained on 30 white mature rats, which had a hole defect made in the tibiae. Morphological and morphometric studies of the regenerate were performed on the 3rd, 10th, 15th, 24th and 45th days after surgery on histological sections.

Results. Microscopically the tibial regenerate in mature rats is characterized by the presence of hematoma from 3rd to 10th days, as well as granulation tissue from 3rd to 24th days, fibroreticular tissue, woven bone from 3rd to 45th days, and lamellar bone, from 10th to 45th days of reparative osteogenesis. Along with the well-known structures of the bone regenerate, muscle fibers have been identified in its granulation tissue. Due to the peculiarities of the structural organization of fibroreticular tissue, woven and lamellar bones and their localization in the regenerate, it is proposed to distinguish organized and unorganized layers in the first, and typical and atypical (disorganized) components in the rest. Histomorphometry was used to obtain data on the actual values of the areas of hematoma, granulation, fibroreticular tissue, woven and lamellar bones on 3rd, 10th, 15th, 24th, 45th days after fracture modeling, their percentages to the total area of the regenerate and the dynamics of their changes from one period to another.

Conclusion. The histomorphometry data of the tibial regenerate on the 3rd, 10th, 15th, 24th and 45th days after surgery, as well as the revealed features of its histostructure, supplement the available information on bone fracture healing and can be used for fundamental medicine.

About the authors

Vitalii N. Morozov

Belgorod National Research University

Author for correspondence.
Email: vitaliyymorozov85@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1169-4285

MD, Dr. Sci. (Medicine), Associate professor, Associate professor of the Department of Human Anatomy and Histology

Russian Federation, Belgorod

Viktoriya P. Pecherskaya

Yakovlevskaya Central District Hospital

Email: konshina.viktory@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1615-4904

neurologist of the neurological department for the treatment of patients with stroke

Russian Federation, Belgorod Region, Stroitel

Ekaterina S. Novik

Belgorod National Research University

Email: sidekser@mail.ru
ORCID iD: 0009-0007-7489-0260

laboratory assistant at the Department of Human Anatomy and Histology

Russian Federation, Belgorod

Elena N. Morozova

Belgorod National Research University

Email: tiger2910@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-6117-080X

MD, Cand. Sci. (Medicine), Associate professor, Associate professor of the Department of Human Anatomy and Histology

Russian Federation, Belgorod

References

  1. Shcherbak NP, Mansurov DSh, Dorofeev YuL, et al. Features of the organization of traumatological care in the regions of the Russian Federation (A Scientific Review). Physiсal and Rehabilitation Medicine. 2021;3(3):62-72. [Щербак Н.П., Мансуров Д.Ш., Дорофеев Ю.Л., и др. Особенности организации травматологической помощи в регионах Российской Федерации. Физическая и реабилитационная медицина. 2021;3(3):62-72]. doi: 10.26211/2658-4522-2021-3-3-62-72
  2. Vasilyeva LS, Slivnitsyna NV, Shevchenko OI, et al. Clinical and psychological features of combined trauma in participants of military actions. Polytrauma. 2024;2:55-61. [Васильева Л.С., Сливницына Н.В., Шевченко О.И., и др. Клинико-психологические особенности сочетанной травмы участников военных действий. Политравма. 2024;2:55-61]. doi: 10.24412/1819-1495-2024-2-55-61
  3. Mikhanov VA, Kolosova NI, Polyakova VS, et al. The method to measure the evolution healing fractures of the tubular bones of rats in the experiment. Journal of Anatomy and Histopathology. 2017;6(1):58-62. [Миханов В.А., Колосова Н.И., Полякова В.С., и др. Способ количественной оценки динамики заживления переломов трубчатых костей крыс в эксперименте. Журнал анатомии и гистопатологии. 2017;6(1):58-62]. doi: 10.18499/2225-7357-2017-6-1-58-62
  4. Luzin VI, Ivchenko DV, Pankrat’ev AA. A technique for modeling bone defects in laboratory animals. Ukraїns’kij medichnij al’manah. 2005;8(2):162. (In Russ.). [Лузин В.И., Ивченко Д.В., Панкратьев А.А. Методика моделирования костного дефекта у лабораторных животных. Український медичний альманах. 2005;8(2):162].
  5. Korzh NA, Deduh NV. Reparative bone regeneration: a modern view of the problem. Stages of regeneration. Orthopaedics Traumatology and Prosthetics. 2006;1:76-84. (In Russ.). [Корж Н.А., Дедух Н.В. Репаративная регенерация кости: современный взгляд на проблему. Стадии регенерации. Ортопедия, травматология и протезирование. 2006;1:76-84].
  6. Silant’eva TA, Chirkova AM, Erofeev SA. Method of histomorphometric examination of distractive osteogenesis. Patent RF №2213963 C2, published Date of publication. 10.10.2003. (In Russ.). [Силантьева Т.А., Чиркова А.М., Ерофеев С.А. Способ гистоморфометрического исследования дистракционного остеогенеза. Патент РФ №2213963 C2, опубл. 10.10.2003].
  7. Annikov VV, Slesarenko NA. Experimental research on the possibility of optimizing of reparative osteogenesis. Veterinarnaja praktika. 2005;1:14-18. (In Russ.). [Анников В.В., Слесаренко Н.А. Морфометрическая характеристика костного регенерата при его оптимизации с помощью аллопланта. Ветеринарная практика. 2005;1:14-18].
  8. Dєduh NV, Nіkol’chenko OA. Bone regeneration in Alimentary osteoporosis (experimental study). Orthopaedics Traumatology and Prosthetics. 2009;2(575):34-40. (In Ukrainian). [Дєдух Н.В., Нікольченко О.А. Регенерація кістки при аліментарному остеопорозі (експериментальне дослідження). Ортопедия, травматология и протезирование. 2009;2(575):34-40].
  9. Slisarenko OV, Bumeister VI. Reparative Osteogenesis under Dehydration. Tavricheskiy Mediko-Biologicheskiy Vestnik. 2013;16(1-1):222-224. [Слисаренко А.В., Бумейстер В.И. Течение репаративного остеогенеза в условиях обезвоживания организма. Таврический медико-биологический вестник. 2013;16(1-1):222-224].
  10. Ashukina NО, Diedukh NV, Geleta MM. Features of reparative osteogenesis in femur diaphyseal defects under condition of hypothyroidism modeling. Tavricheskiy Mediko-Biologicheskiy Vestnik. 2013;16(1-1):9-12. (In Ukrainian). [Ашукіна Н.О., Дєдух Н.В., Гелета М.М. Особливості репаративного остеогенезу в діафізарних дефектах стегнових кісток щурів за умов моделювання гіпотиреозу. Таврический медико-биологический вестник. 2013;16(1-1):9-12].
  11. Lebedinskiy VYu, Puseva ME, Netesin ES, et al. Dynamics of quantitative parameters of regeneration in the experiment. Sibirskij medicinskij zhurnal (Irkutsk). 2015;137(6):98-100. [Лебединский В.Ю., Пусева М.Э., Нетесин Е.С., и др. Динамика количественных параметров регенерации в эксперименте. Сибирский медицинский журнал (Иркутск). 2015;137(6):98-100].
  12. Lebedinskiy VYu, Puseva ME, Netesin ES, et al. Qualitative characteristics of distraction forelimb bone graft in rabbits in experiment. Acta Biomedica Scientifica. 2015;5(105):62-65. [Лебединский В.Ю., Пусева М.Э., Нетесин Е.С., и др. Количественная характеристика дистракционного регенерата костей предплечья кролика в эксперименте. Acta Biomedica Scientifica. 2015;5(105):62-65]. URL: https://www.actabiomedica.ru/jour/article/view/116
  13. Mikhailov IN, Lebedinskiy VYu, Puseva ME, et al. Distraction forearm bone graft characteristics in experiment with stimulation of biologically active points. Acta Biomedica Scientifica. 2015;5(105):66-71. [Михайлов И.Н., Лебединский В.Ю., Пусева М.Э., и др. Характеристика дистракционного регенерата костей предплечья в эксперименте при стимуляции БАТ. Acta Biomedica Scientifica. 2015;5(105):66-71]. URL: https://www.actabiomedica.ru/jour/article/view/117
  14. Kovalchuk PYe, Hasko MV, Tuliuliuk SV. Reparative osteogenesis in normal conditions and in micronutrient iodine and selenium deficiency. Mezhdunarodnyj jendokrinologicheskij zhurnal. 2015;3(67):61-64. (In Ukrainian). [Ковальчук П.Е., Гасько М.В., Тулюлюк С.В. Репаративний остеогенез у нормі та за умов дефіциту мікроелементів йоду та селену. Международный эндокринологический журнал. 2015;3(67):61-64].
  15. Korenkov OV. Morphological peculiarities of bone healing in the place of experimental cortical defect of long bone of rats in the conditions of natural hydroxyapatite implantation. Orthopaedics Traumatology and Prosthetics. 2016;1(602):84-88. [Кореньков О.В. Морфологічні особливості загоєння дефекту коркового шару довгої кістки щурів за умов імплантації природного гідроксилапатиту. Ортопедия, травматология и протезирование. 2016;1(602):84-88]. doi: 10.15674/0030-59872016184-88
  16. Shpakovskiy MS, Budaev AV, Razumov AS, et al. Cytomorphometric and immunohistochemical results of regenerate bone after intraosseous injection of the drug “Perftoran” at the osteosynthesis of femoral neck fractures (experimental study). Journal of New Medical Technologies. 2016;1:127-134. [Шпаковский М.С., Будаев А.В., и др. Результаты цитоморфометрического и иммуногистохимического исследований костного регенерата после внутрикостного введения препарата «Перфторан» при остеосинтезе переломов шейки бедренной кости (экспериментальное исследование). Вестник новых медицинских технологий. 2016;1:127-134]. doi: 10.12737/18566
  17. Shyshchuk VD, Redko SI, Ogienko MN, et al. Disturbances of Reparative Osteogenesis in the Hypovolemia and their Correction in Experiment. Novosti Khirurgii. 2018;26(5):526-534. [Шищук В.Д., Редько С.И., Огиенко М.Н., и др. Нарушения репаративного остеогенеза при дегидратации и их коррекция в эксперименте. Новости хирургии. 2018;26(5):526-534]. doi: 10.18484/2305-0047.2018.5.526
  18. Gorbach YeN. Morphometric analysis of blood vessels of tibial regenerate in tibia automatic lengthening at an increased rate. Morphology. 2018;153(1):33-38. [Горбач Е.Н. Морфометрический анализ сосудов регенерата большеберцовой кости при автоматическом удлинении голени с повышенным темпом. Морфология. 2018;153(1):33-38]. DOI: https://doi.org/10.17816/morph.398184
  19. Suchkov DI, Pavlov AV, Vinogradov AA, et al. Bone Regeneration in the Application of a New Device for Osteosynthesis in the Experiment. Acta Biomedica Scientifica. 2019;4(1):155-161. [Сучков Д.И., Павлов А.В., Виноградов А.А., и др. Морфологические особенности костного регенерата при применении нового устройства для погружного остеосинтеза в эксперименте. Acta Biomedica Scientifica. 2019;4(1):155-161]. doi: 10.29413/ABS.2019-4.1.24
  20. Nadyrov EA, Nikolaev VI, Kirilenko SI, et al. The Morphological Characteristics of Bone Tissue Regeneration in the Application of Bone Grafting Auto-Mixture. Health and Ecology Issues. 2019;4(62):57-62. [Надыров Э.А., Николаев В.И., Кириленко С.И., и др. Морфологическая характеристика регенерации костной ткани при использовании трансплантационной костной аутосмеси. Проблемы здоровья и экологии. 2019;4(62):57-62].
  21. Nikonorova VG, Krishtop VV, Rumyantseva TA. Granulation tissue as a type of connective tissue (review). Journal of Medical and Biological Research. 2022;10(2):167-179. [Никонорова В.Г., Криштоп В.В., Румянцева Т.А. Грануляционная ткань как разновидность соединительных тканей (обзор). Журнал медико-биологических исследований. 2022;10(2):167-179]. doi: 10.37482/2687-1491-Z098
  22. Guliuk AG, Zhelnin EV. Relationship of osteogenesis markers with processes of posttraumatic regeneration of alveolar bone. Fundamental research. 2013;7-3:534-539. [Гулюк А.Г., Желнин Е.В. Взаимосвязь маркеров остеогенеза и процессов посттравматической регенерации альвеолярной кости у крыс. Фундаментальные исследования. 2013;7-3:534-539]. URL: https://fundamental-research.ru/en/article/view?id=32050
  23. Remedios A. Bone and bone healing. Vet Clin North Am Small Anim Pract. 1999;29(5):1029-44. doi: 10.1016/s0195-5616(99)50101-0
  24. Serbest S, Tiftikci U, Tosun HB, et al. Is there a relationship between fracture healing and mean platelet volume? Ther Clin Risk Manag. 2016;12:1095-1099. doi: 10.2147/TCRM.S108790
  25. Volkov AV, Bolshakova GB. Bone histomorphometry in regenerative medicine. Clinical and Experimental Morphology. 2013;3(7):65-72. [Волков А.В., Большакова Г.Б. Гистоморфометрия костной ткани в регенеративной медицине. Клиническая и экспериментальная морфология. 2013;3(7):65-72].

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. Tibial bone regeneration site after applying a hole defect in it on the 3rd day of the experiment: A – area of the tibia with regenerate, B – hematoma in which remnants of muscle fibers (1) with vessels (2), C – granulation tissue containing a vessel (2), fibroblast (3), macrophage (4), lymphocyte (5), D – area of an organized (6) and non-insular disorganized (7) fibroreticular tissue containing areas of typical woven bone (8) that adhere to granulation tissue (9), E – area of non-insular disorganized fibroreticular tissue in contact with red bone marrow, 10 – megakaryocytes. Staining: hematoxylin-eosin (A-C, E), according to Masson (D).

Download (31KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. The tibial bone regeneration site after applying a hole defect in it on the 10th day of the experiment: A – area of the tibia with regenerate, B – hematoma containing fibrin fibers (1), C – granulation tissue containing a vessel (2), fibroblast (3), macrophage (4), lymphocyte (5), D – area of granulation tissue with muscle fibers (6), E – organized (7) and insular (8) disorganized fibroreticular tissue containing areas of typical woven bone (9), F – section of typical woven bone surrounding bone marrow cavities with insular disorganized fibroreticular tissue, turning into typical lamellar bone (10) surrounding bone marrow cavities with red bone marrow (11), G – area of typical lamellar bone of the regenerate with red bone marrow surrounding it, 12 – osteoblasts, 13 – osteocyte, 11 – bone marrow cavity with red bone marrow, 12 – bone trabeculae of typical lamellar bone, 14 – osteoclast, 15 – megakaryocytes. Staining: hematoxylin-eosin (A-D, F, G), according to Masson (E).

Download (44KB)
Indexing metadata
4. Figure 3. Tibial bone regeneration site after applying a hole defect in it on the 15th day of the experiment: A – area of the tibia with regenerate, B – area of regenerate with granulation tissue (1), with organized fibroreticular tissue (2), with typical woven bone (3) containing bone marrow cavities with insular disorganized fibroreticular tissue (4), with typical (5) and atypical (6) lamellar bone surrounding cavities with red bone marrow (7), C – regenerate site containing typical and atypical lamellar bone surrounding bone marrow cavities with red bone marrow, D – granulation tissue site, 8 – osteoclast, 9 – muscle fiber. Staining: hematoxylin-eosin.

Download (29KB)
Indexing metadata
5. Figure 4. Tibial bone regeneration site after applying a hole defect in it on the 24th day of the experiment: A – area of the tibia with regenerate, B – area of regenerate with granulation tissue (1), with organized fibroreticular tissue (2), with typical woven bone (3) containing bone marrow cavities with insular disorganized fibroreticular tissue (4), with typical (5) and atypical (6) lamellar bone surrounding cavities with red bone marrow (7), C – area of granulation tissue with organized fibroreticular tissue, D – regenerate site containing typical and atypical lamellar bone surrounding bone marrow cavities with red bone marrow, 8 – muscle fiber in granulation tissue, 9 – empty lacuna. Staining: hematoxylin-eosin.

Download (30KB)
Indexing metadata
6. Figure 5. The tibial bone regeneration site after applying a hole defect in it on the 45th day of the experiment (A, Б): A – area of the tibia with regenerate, B – area of regenerate with organized fibroreticular tissue (1), with typical woven bone (2), with typical (3) and atypical (4) lamellar bone surrounding cavities with red bone marrow (5), C – area of regenerate containing typical and atypical lamellar bone surrounding bone marrow cavities with red bone marrow. Staining: hematoxylin-eosin.

Download (24KB)
Indexing metadata
7. Figure 6. “Rain cloud” graph reflecting the dynamics of changes in the area of tibial regenerate during different phases of reparative osteogenesis (a – from 3 to 10 days, b – from 10 to 15 days, c – from 15 to 24 days, d – from 24 to 45 days).

Download (10KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Morozov V.N., Pecherskaya V.P., Novik E.S., Morozova E.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».