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Calcium- und Vitamin-D-Supplementation verbessert die Knochenheilung in einem osteoporotischen Mausmodell
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Veröffentlicht: | 10. Oktober 2016 |
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Fragestellung: Wesentliche Risikofaktoren für die Entwicklung einer Osteoporose sind ein Mangel an Calcium (Ca) und Vitamin D (VitD) (Lips et al. 2011). Deshalb gehört die Ca/VitD-Supplementation zur Basistherapie der Osteoporose. Allerdings wird die Krankheit häufig erst nach der ersten Fragilitätsfraktur diagnostiziert, was eine frühzeitige prophylaktische Intervention erschwert (Hadji et al. 2013). Jedoch erhalten auch nach der ersten osteoporotischen Fraktur nur knapp 20% der Patienten eine Therapie (Haussler et al. 2007), obwohl in klinischen Studien gezeigt wurde, dass die Frakturheilung bei Osteoporose gestört ist (Nikolaou et al. 2009). Ziel dieser Studie war es, die Effekte eines chronischen Ca/VitD-Mangels, sowie mögliche positive Einflüsse einer direkt ab Frakturzeitpunkt erfolgenden Ca/VitD-Supplementation auf die osteoporotische Frakturheilung zu untersuchen.
Methodik: Weibliche C57BL/6J Mäuse (n=44) wurden mit 18 Wochen ovarektomiert, um eine Osteoporose zu induzieren. Ein Drittel der Mäuse wurde nach Ovariektomie mit einer Standard-Diät und zwei Drittel mit einer Ca/VitD-defizienten Diät gefüttert, um einen chronischen Mangel zu erzeugen. Nach 8 Wochen wurde das Femur osteotomiert und mit einem Fixateur externe stabilisiert. Die Hälfte der defizienten Tiere wurde ab Frakturzeitpunkt mit einer Ca/VitD-supplementierten Diät gefüttert. Der Heilungsverlauf und das intakte Skelett wurden nach 10 und 23 Tagen mittels Dreipunkt-Biegung, µCT, Histomorphometrie und Serumanalysen untersucht. Statistik: ANOVA, p<0,05.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die µCT-Analyse des Skeletts und signifikant erhöhte PTH-Serumspiegel zeigten einen katabolen Effekt der Ca/VitD-Defizienz auf den trabekulären Knochen verglichen zur normal ernährten Kontrolle (BV/TV: 3,5 vs. 1,8 %; Tb.N: 0,7 vs. 0,5 1/mm). 10 und 23 Tage nach Fraktur wiesen die Ca/VitD-defizienten Mäuse einen signifikant verringerten Knochenanteil im Kallus verglichen zur Kontrollgruppe auf. Die Anzahl an Osteoklasten im Frakturkallus war um 34% erhöht (p<0,05). Die Ca/VitD-Supplementation hob die katabolen Effekte der defizienten Diät auf das Skelett sowie die negativen Effekte auf die Frakturheilung auf. Die frakturieren Femora der supplementierten Mäuse wiesen eine höhere Biegesteifigkeit im Vergleich zur defizienten Gruppe auf (+60%, p<0,05). Weiterhin hatten die supplementierten Mäuse signifikant erhöhte FGF-23-Serumspiegel und reduzierte Serumspiegel des Knochenresorptionsmarkers CTX.
Die chronische Ca/VitD-Defizienz führte zu einer moderaten Beeinträchtigung der Frakturheilung einhergehend mit einer erhöhten Osteoklastenaktivität. Dies wurde durch die Supplementation mit Calcium und Vitamin D aufgehoben. Dabei könnte der erhöhte FGF-23 Spiegel eine Rolle spielen, da FGF-23 die Osteoklastenbildung hemmt (Allard et al. 2015). Aufgrund des häufigen Auftretens eines Ca/VitD-Mangels in osteoporotischen Patienten bekräftigen diese Ergebnisse das therapeutische Potential einer Ca/VitD-Supplementation zur Verbesserung der Frakturheilung in der Klinik.