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Bestimmung der Altersabhängigkeit der Adaption des kortikalen Knochens an mechanische Belastung
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Published: | October 23, 2013 |
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Fragestellung: Knochen besitzt die Fähigkeit sich an mechanische Stimuli anzupassen. Wir untersuchten mithilfe einer Kombination aus in vivo Mikrotomographie (µCT) und einer neuen Bildverarbeitungstechnik (dreidimensionale dynamische Knochenmorphometrie) die Hypothese, dass diese Adaption der Knochenarchitektur - erhöhte Knochenneubildung und verringerte Resorption - mit zunehmendem Alter abnimmt.
Methodik: Die linke Tibia adoleszenter (10 Wochen), adulter (26 Wochen) und älterer (78 Wochen) C57Bl/6-Mäuse wurde über zwei Wochen axial, in vivo auf Kompression belastet, die rechte Tibia diente als interne Kontrolle. Zu mehreren Zeitpunkten wurden in vivo µCT Aufnahmen der ROI (Mitte des Schafts, 5% der Tibialänge; VivaCT40, Scanco) erzeugt (Abbildung 1A [Abb. 1]). Die strukturelle Adaption wurde anhand des Vergleichs mehrerer µCT Bilder der gleichen Extremität verschiedener Zeitpunkte bestimmt (dreidimensionale dynamische Knochenmorphometrie). Resorbierter Knochen ist im frühen aber nicht im späten Bild vorhanden, neu geformter Knochen tritt nur im späten Bild auf, während konstanter Knochen in beiden Bilder zu finden ist (Abbildung 1B [Abb. 1]). Es wurden sowohl neugeformte als auch resorbierte Knochenvolumen, -oberfläche und -dicken, sowie Formations- und Resorptionsvolumeraten (3D-BFR, 3D-BRR) bestimmt.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Varianzanalyse mit Messwiederholungen (ANOVA) deutete darauf hin, dass die Rate des neugeformten Knochenvolumens pro Zeiteinheit (3D-BFR) sowohl vom Alter als auch von der Belastung beeinflusst wird; zudem verändert sich der Einfluss der Belastung mit dem Alter (p=0,016, Abbildung 1C [Abb. 1]). Die Resorptionsrate (resorbiertes Knochenvolumen pro Zeiteinheit, 3D-BRR) hingegen wird nur von Alter und Belastung beeinflusst (p<0,001), jedoch nicht von einer Wechselwirkung der beiden Parameter. Knochen aller Altersgruppen reagierten auf die mechanische Belastung durch verstärkte Knochenneubildung (t-test, p=0,003). Knochenresorption war in aller Gruppen verringert, jedoch nur in den adulten signifikant (t-test, p=0,001).
Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Fähigkeit des kortikalen Knochens sich an mechanische Belastung anzupassen mit dem Alter abnimmt, jedoch nicht vollständig verschwindet. Im höheren Alter kommt es jedoch im Mausmodell lediglich zu einer Kompensation des Knochenverlustes durch zusätzliche Mechanik und kaum zu einem echten Gewinn. Derzeit charakterisieren wir den trabekulären Knochen auf seine Mechano-Responsivität. Die Ansätze sind relevant für ein Grundverständnis der Fähigkeit des Knochens auf mechanische Stimuli seine Struktur auch im Alter anzupassen.