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Fragestellung: Lokale Infektionsherde können am Knochen eine Osteomyelitis verursachen. Patienten nach überstandener Sepsis zeigen teilweise auch weiterhin einen beeinträchtigten Gesundheitszustand mit teils erhöhter Frakturanfälligkeit. In Knochenumbauprozesse sowie inflammatorische Reaktionen ist auch das non-neuronale cholinerge System mit seinem nikotinischen Acetylcholinrezeptor alpha7 (nAChR) involviert, das auch von Fettsäuren beeinflusst werden kann. Wir stellten uns daraufhin die Frage, ob auch eine systemische Sepsis zu einem veränderten Knochenstoffwechsel mit nachfolgender struktureller und biomechanischer Änderung des Knochens führt, und ob Fettsäuren einen protektiven Effekt bei systemischer Sepsis in Bezug auf Knochenstoffwechsel und Knochenstruktur haben. Zur Untersuchung dieser Fragestellung verwendeten wir ein experimentelles murines Sepsismodell.

Methodik: Bei männlichen Mäusen – transgene FAT-1 (Mäuse, die durch Gentransfer in der Lage sind, endogen n-3 Fettsäuren zu synthetisieren) sowie Wildtyp (WT)-Mäuse (C57Bl6/J) – wurde mittels caecaler Ligatur und Punktion (CLP) eine generalisierte Sepsis induziert. Nach 2, 5 und 8 Tagen erfolgte die Entnahme der Knochenproben, biomechanische Testung, real-time-RT-PCR sowie µCT-Analyse. Die statistische Auswertung erfolgte mittels Kruskal-Wallis- und Mann-Whitney-U-Test.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Expression des alpha7 nAChR war bei Sepsis in WT und FAT-1 Mäusen unverändert. Die mRNA-Expression von Osteocalcin war bei Sepsis von Tag 2 bis Tag 8 postoperativ signifikant reduziert. Bei den FAT-1 Mäusen konnten keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden. Die Expression von Cathepsin K wurde nur bei längeren Standzeiten (5 bzw. 8 Tage) herabgesetzt. Die biomechanische Testung zeigte, dass 2 Tage postoperativ die Biegesteifigkeit der FAT-1-Mäuse gegenüber den WT- und den WT-Sham-Tieren signifikant (p < 0,05) vermindert war.

Der Knochenstoffwechsel scheint im Verlauf der systemischen Sepsis inaktiv zu sein, da Osteocalcin als auch Cathepsin K in ihrer Expression vermindert waren. Des Weiteren deuten unsere Versuche an, dass die systemische Sepsis nur in Bezug auf die Biegesteifigkeit bei transgenen Mäusen mit verändertem Fettsäuremetabolismus einen Einfluss zu haben scheint. Da die freien Fettsäuren als nicht-kompetitive Antagonisten am nAChR agieren, kann darüber spekuliert werden, dass die anti-inflammatorische Eigenschaft der freien Fettsäuren durch die Inhibition des cholinergen anti-inflammatorischen Signalwegs kompensiert wird. Wir konnten jedoch in unseren Messungen keine Unterschiede in der mRNA-Expression des alpha7 nAChR feststellen. Inwiefern die systemische Sepsis zu genannten erhöhten Frakturraten führt, scheint evtl. andere Ursachen zu haben, die weiteren Untersuchungen bedürfen.