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Die dünne kortikale Hülle des Oberschenkelhalses nach der kompletten Entfernung des trabekulären Anteils erwies sich als sehr widerstandsfähig.
Foto: wikipedia   Foto: Privat

Prof. Dr. Gerold Holzer Universitätsklinik für Orthopädie, Medizinische Universität Wien

 
Orthopädie 9. Dezember 2009

Knochen sind keine Eiffeltürme

Eine Studie über die Belastbarkeit von Oberschenkelhalsknochen zwingt zum Umdenken, was die Physiologie und Pathologie von Knochen betrifft.

„Die Erde ist eine Kugel und nicht flach, und Knochen sind Rohre und keine Eiffeltürme“ – so lautet das Fazit nach der Untersuchung der Faktoren, die für die Stabilität von Knochen verantwortlich sind. Entgegen der bisherigen Lehrmeinung ist es nämlich nicht das verästelte Innenleben, sondern das feste Drumherum, das den Knochen widerstandsfähig macht, wie Prof. Dr. Gerold Holzer von der Universitätsklinik für Orthopädie der MedUni Wien und sein Team feststellten.

 

Die Osteoporose ist eine systemische Knochenerkrankung, charakterisiert durch eine niedere Knochendichte und Verschlechterung der Mikroarchitektur des Knochens, weshalb die Fragilität des Knochens zunimmt und das Risiko für nicht-traumatische Frakturen steigt. Die Definition, Klassifikation, Diagnose und Therapie basieren auf der Knochendichtemessung. Die Resultate der Studie haben direkte Konsequenzen für die Osteoporose, die ein major health care target ist und mehr als 75 Million Menschen in Europa, den USA und Japan betrifft und verantwortlich ist für mehr als 1 Million „Hüftfrakturen“ (Frakturen des proximalen Femur) weltweit pro Jahr.

Knochendichte = Stärke?

Die Entwicklungen auf dem Gebiet der Osteoporose während der letzten Dekaden wurden primär durch die Möglichkeit der exakten Messung der Knochenmasse oder -dichte ermöglicht. Die Knochendichte besteht zum Großteil aus dem inneren schwammartigen, trabekulären Knochen.

Hinsichtlich der Knochenfestigkeit wurde der trabekuläre Knochen, besonders die Architektur am Oberschenkelhals, oftmals mit technischen Strukturen wie dem Eiffelturm verglichen, unter der Annahme, das die trabekuläre Struktur des Knochens zur Knochenfestigkeit beiträgt.

Anteil der Spongiosa an der Knochenfestigkeit marginal

Deshalb haben die Forscher das Verhältnis von trabekulärem zu kortikalem Knochen hinsichtlich der Knochenfestigkeit untersucht, indem sie ein einfaches experimentelles Modell entwickelt haben. Mit Hilfe dieses Modells waren sie in der Lage, den ganzen Knochen als Einheit zu messen, an einer Stelle, wo die schwerwiegendsten osteoporotischen Frakturen auftreten, nämlich am Oberschenkelhals.

Dazu wurden neun Paar menschliche Kadaverfemora verwendet. Von jeweils einem Knochen eines Paares wurde der innere schwammartige trabekuläre Anteil des Knochens entfernt. Dazu wurde ein Zugang vom Femurkopf her gewählt. Das Ergebnis wurde mittels einer intraossären Arthroskopie kontrolliert.

Danach wurden an allen Femora mittels eines mechanischen Testsystems Frakturen im Bereich des Femurhalses erzeugt und die dafür benötigte Kraft verglichen. „Wir konnten nun zeigen, dass der komplette Verlust von trabekulärem Knochen zu einer vergleichsweise geringen Reduktion der Knochenfestigkeit im Durchschnitt nur sieben Prozent, führt, bei einem durchschnittlichen prozentuellen Anteil des trabekulären Knochens in dieser Region von fast 70 Prozent. Diese Resultate sind für die Knochendichte und geometrische Eigenschaften korrigiert“, so Holzer.

Stabile kortikale Hülle

Die ekzentrische Verteilung von Knochen am Femur, wo eine kortikale Hülle den physikalisch „weicheren” trabekulären Knochen umschließt, ist von großer Bedeutung für die Knochenfestigkeit hinsichtlich des Widerstandes gegen Kräfte und der Prävention von Frakturen. Die mechanischen Eigenschaften des trabekulären Knochens in Relation zur Kortikalis sind deshalb bereits durch geometrische Faktoren eingeschränkt.

Die Daten1 zeigen, dass der Anteil des trabekulären Knochens an der Knochenfestigkeit am Femurhals sehr gering ist. Daher scheint es so zu sein, dass der kortikale Knochen und seine geometrischen und Materialeigenschaften die Hauptdeterminanten für die Knochenfestigkeit auch an einer Stelle im menschlichen Körper zu sein scheinen, wo der Anteil des trabekulären Knochens relativ groß ist, während der trabekuläre Knochen nur einen geringen Anteil daran hat.

Trabekulärer Knochen macht Mineralien rasch verfügbar

Die Konsequenzen dürften laut Holzer unterschiedlich sein: „Unsere Daten sollten Auswirkungen haben sowohl auf die Knochenphysiologie als auch die -pathologie. Was die unterschiedlichen Funktionen dieser beiden Knochentypen betrifft, kann man sich vorstellen, dass kortikaler Knochen primär für das Aufnehmen von Kräften und die Kraftübertragung vorgesehen ist, während trabekulärer Knochen vor allem ein Gerüst darzustellen scheint, um große Oberflächen für eine rasche Verfügbarkeit von Mineralien und verschiedenen Zelltypen und ihren Vorläuferzellen aufzuweisen.“

Paradigmenwechsel in der Therapie der Osteoporose

Wenn man die Osteoporose betrachtet, ist den Studienautoren zufolge eine neue Definition erforderlich und eine Revision des gegenwärtigen diagnostischen und therapeutischen Procedere. Die Arbeit adressiert ein wichtiges Problem im Bereich des Knochens mit Konsequenzen sowohl für die Physiologie als auch die Pathologie und somit für eine so wichtige Erkrankung wie die Osteoporose.

 

1) Holzer, G; von Skrbensky, G; Holzer, L. A.; Pichl, W.: Hip fractures and the contribution of cortical versus trabecular bone to femoral neck strength. Journal of Bone and Mineral Research 2009; 24(3): 468–74 doi: 10.1359/JBMR.081108

 

Die Publikation wurde in die „Faculty of 1000“ aufgenommen.  http://f1000medicine.com

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