Induktion von Osteoporose beim Schaf : Tierexperimentelles Modell zur Untersuchung der Frakturbehandlung beim osteoporotischen Knochen

Abstract

Osteoporose ist eine systemische Skeletterkrankung, die häufig erst aufgrund von Frakturen ohne adäquates Trauma diagnostiziert wird.Aufgrund der epidemiologischen Entwicklung, ist mit einer deutlichen Zunahme der Inzidenz zu rechnen. Eine zufriedenstellende Stabilisierung von osteoporoseassoziierten Frakturen ist mit derzeit verwendeten Osteosyntheseverfahren nichtimmer möglich. Ziel dieser Studie war die Entwicklung eines Tiermodells für Osteoporose, welches in Anatomie und Knochenstoffwechsel dem Menschenähnlich ist. Am Schaf wurde Osteoporose mit einer Behandlung aus Ovarektomie, Kalzium- und Vitamin D-reduzierten Diät undverschiedenene Steroideapplikationensformen induziert. Über eine Induktionszeit von 7 Monaten sollte der Effekt verschiedenerSteroidedosierungen und Steroidedarreichungsformen auf die Ausprägung der Osteoporose untersucht werden. Es wurden zwei Gruppen gebildet. Gruppe 1 (n=16) diente als unbehandelte Kontrollgruppe. Gruppe 2 (n=16) wurde ovarektomiert und miteiner Kalzium- und Vitamin D-reduzierten Diät gefüttert und erhielt über 14 Wochen 3 x 40 mg Methylprednisolon (MP)-Lösung pro Wochei.m. appliziert. Über weitere 8 Wochen erhielt diese Gruppe 5 x 40 mg (MP)-Lösung pro Woche. Die letzten sechs Wochen wurden 5 x 40mg (MP)-Kristallsuspension verabreicht. Mittels peripherer quantitativer Computertomographie (pQCT) wurden die Knochendichteverläufe über 7 Monate an distaler Tibia, distalemRadius und Calcaneus beidseits dokumentiert. Es wurden Biopsien aus den Beckenkämmen, aus Wirbelkörpern und Femurköpfen entnommen. Von diesen Proben wurden verschiedeneKnochenstrukturparameter (BV/TV in %, BS/BV in 1/mm, Tb.N in 1/mm, Tb.Th in mm, Tb.Sp in mm und DA) imMikro-Computertomographen (mittelhohe Auflösung, die Rekonstruktion der Bilder erfolgte mit 512 x 512 Pixel) ermittelt. Im Verlauf der Studie wurden verschiedene Knochenstoffwechselparameter (ALP, PICP, PYD, DPD) bestimmt, um Veränderungen desKnochenstoffwechsels im Rahmen der Osteoporoseinduktion darzustellen. In dieser tierexperimentellen Untersuchung konnte gezeigt werden, dass im Schafsmodell mit einer Dreifachbehandlung aus Ovarektomie,Kalzium- und Vitamin D-reduzierter Diät und Steroideapplikation die Induktion von Osteoporose möglich ist. Die Abnahme im spongiösenKnochen betrug im Mittel 37 %, im kortikalen Knochen 2 %. Es konnte aufgezeigt werden, dass Methylprednisolon-Suspension im Bezug auf die Osteoporoseinduktion im Vergleich zurMethylprednisolon-Lösung eine höhere Wirksamkeit aufwies. Die Veränderungen der Knochenstrukturparameter im Rahmen der Osteoporoseinduktion beim Schaf sind mit der Situation beimMenschen vergleichbar. Die Knochenstoffwechselparameter wiesen in dieser Untersuchung nur eine geringe Aussagekraft in Bezug auf die Dokumentation vonOsteoporose auf. Mit Abnahme der Knochendichte kam es zu einer Reduktion der mechanischen Eigenschaften des Knochens. Das Schaf scheint somit ein geeignetes Tiermodell zu sein, um an einer grösseren Anzahl vergleichbarer Individuen Untersuchungen undEntwicklungen neuer Osteosyntheseverfahren bei Osteoporose durchführen zu können. In weiteren wissenschaftlichen Untersuchungen müssen histologische Aufarbeitungen und Auswertungen die Vergleichbarkeit desOsteoporosetyps Schaf/ Mensch belegen. Osteoporosis is a systemic bone disease. The diagnosis is often only made when fractures without adequate trauma occur. Due to theepidemiologic development an increase in incidence is to be expected. Current methods of osteosynthesis do not always result in a satisfactory stabilization of osteoporosis associated fractures. The aim of this study was the development of an animal model for osteoporosis which is similar to the human anatomy and bonemetabolism. Osteoporosis was induced in sheep by a treatment consisting of ovarectomy and a diet reduced in calcium and vitamin D onthe one hand and steroids applied in different doses and as different compounds on the other hand. Over a period of 7 months the effect ofdifferent doses and different steroid compounds on the extent of osteoporosis was studied. Two groups were formed. Group 1 (n=16) served as the untreated control group. Group 2 (n=16) was ovarectomized and fed with a dietreduced in calcium and vitamin D. For 14 weeks 40 mg of Methylprednisolone (MP-) solution was applied i.m. three times a week. Forfurther 8 weeks the group received 40 mg MP- solution five times a week. During the last 6 weeks 40 mg MP- crystalline suspension wasapplied five times a week. Bone densitiy of the distal tibia, distal radius and calcaneus on both sides was documented by peripheral quantitative CT over a 7-monthperiod. Biopsies were taken from iliac crest, vertebral bodies and femoral head. Different bone structure parameters (BV/TV in %, BS/BV in 1/mm,Tb.N in 1/mm, Tb.Th in mm, Tb.Sp in mm DA) were measured by micro computer tomography. In order to show changes of bone metabolism due to the induction of osteoporosis different parameters of bone metabolism (ALP, PICP,PYD, DPD) were measured. The animal experiments showed, that the induction of osteoporosis in sheep is possible. The tripple treatment consisting of ovarectomyand a diet reduced in calcium and vitamin D on the one hand and steroids applied in different doses and as different compounds on theother hand lead to a 37 % decrease in trabecular bone and a 2 % decrease in cortical bone. Compared to the Methylprednisolone solution the Methylprednisolone suspension had a better effect on the induction of osteoporosis. Thechanges in the parameters of bone structure in sheep is comparable to the situation in man. Bone metabolism parameters were of little help in the documentation of osteoporosis in this study. The decrease of bone density was accompanied by a reduction of mechanical properties. Therefore, the sheep seems to be a suitable animal model to study and develop new methods of osteosynthesis in greater groups ofcomparable individuals. Further scientific studies will have to prove that the type of osteoporosis in man and sheep is comparable. This should be done byhistological examination and evaluation.