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Östrogenmangel als Ursache für strukturelle Veränderungen in der Knochenmatrix
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Published: | October 23, 2017 |
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Fragestellung: Osteoporose ist eine systemische Knochenerkrankung, welche durch ein Ungleichgewicht bei der Knochengeweberemodellierung zu verminderter Knochenmasse und reduziertem Mineralgehalt führt. Röntgenologische Untersuchungen können zur Bestimmung der Knochendichte und der trabekulären Ausdünnung verwendet werden. Sie lassen Rückschlüsse auf die biomechanische Stabilität und damit auf das Frakturrisiko des Knochens zu. Die nicht-mineralisierten Bestandteile des Knochens wie die Kollagen-Matrix bleiben bei diesen Untersuchungen jedoch unbeachtet.
Das Ziel dieser Studie war die Etablierung eines "multi-Model Imaging" zur Überprüfung, ob bei Osteoporose (im Vergleich zu gesunden Individuen) neben der Knochenmasse und -Mineralisierung auch die Knochenmatrix strukturellen Veränderungen unterliegt.
Methodik: Senile weibliche Sprague Dawley Ratten (15 Monate alt) wurden einer von fünf Gruppen zugeteilt: 1) unbehandelte Kontrolltiere (K), 2) zum Schein operierte Tiere (SHAM), 3) beidseitig ovarektomierte Tiere (OVX), 4) Tiere, die eine Kalzium- und Vitamin D-arme Diät bekamen (D) und 5) beidseitig ovarektomierte Tiere, die zusätzlich mit einer Kalzium- und Vitamin D-armen Diät gefüttert wurden (OVXD). Die Euthanasie erfolgte nach 3 Monaten (SHAM, OVX, D; OVXD) oder direkt (K). Hierbei wurden die 2. Lendenwirbel (L2) entnommen und Cryo eingebettet. Neben Schnitten für die Histologie konnten erstmals aus dem gleichen Cryo-Block Proben auch für die Rasterelektronenmikroskopie (REM) verwendet werden.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Mineralisierte Kollagenfibrillen, Fibrillen mit einer Beschichtung aus nicht-fibrillärer Knochenmatrix sowie Risse in der Knochenstruktur waren in allen fünf Probengruppen zu finden. In der K Gruppe überspannte die nicht-fibrilläre organische Matrix Risse in der Knochenstruktur und verlieh der Knochenoberfläche eine weiche Struktur. Mineralisierte Kollagenfibrillen waren in der D Gruppe und unmineralisierte Kollagenfibrillen in der OVX Gruppe häufiger zu finden. In beiden Gruppen (D und OVX) gab es ebenfalls die Risse überspannende nicht-fibrilläre organische Knochenmatrix. Im Vergleich zur K Gruppe jedoch in weniger starker Ausprägung. In der OVXD Gruppe war diese Risse überspannende nicht-fibrilläre organische Knochenmatrix kaum zu finden.
Östrogenmangel (OVX; OVXD) und defizitäre Diät (D) führen zu strukturellen Veränderungen der Knochenmatrix. Dies stellt sich in den unterschiedlichen Häufigkeiten beim Überspannen von Rissen in der Knochenstruktur durch die nicht-fibrilläre Knochenmatrix dar. Die strukturelle Veränderung der Knochenmatrix ist neben der reduzierten Knochendichte und Trabekelstärke ein Faktor, welcher im osteoporotischen Knochen zur Verringerten biomechanischen Stabilität führt.