Podcasts about knochenformation

Da es bisher noch kein Knochenersatzmaterial gibt, das den komplexen Eigenschaften des Knochengewebes entspricht, wird intensiv an der Entwicklung neuer Materialien geforscht. In der vorgestellten Studie wurden ein Calciumphosphat- und ein Magnesiumphosphat-Zement (Bruschit bzw. Struvit) in einem unbelasteten und einem teilbelasteten Knochendefekt kritischer Größe im Schafmodell untersucht. Von jeder Zementformulierung kamen zwei unterschiedliche Pulver-Flüssigkeits-Verhältnisse (2,0 und 3,0), welche zu unterschiedlichen Porositäten der abgebundenen Zemente führten, zum Einsatz. Die Implantationszeiträume betrugen 4, 7 und 10 Monate. Als Kontrolle diente bei der 10-Monats-Gruppe ein CDHA-Zement (Ca9(PO4)5HPO4OH) bzw. ein Leerdefekt. Alle Zementformulierungen erwiesen sich als biokompatibel und osteokonduktiv. Bei den Struvit-Zementen (MgNH4PO4•6H2O) konnte nach 10 Monaten Implantation eine fast komplette Degradation beobachtet werden. Diese fand sowohl passiv durch chemisch-physikalische Lösungsvorgänge als auch aktiv, d.h. zellvermittelt, statt. Gleichzeitig bildete sich neues trabekuläres Knochengewebe, so dass gesagt werden kann, dass die Resorptions-geschwindigkeit der Geschwindigkeit der Knochenformation entsprach. Die mechanische Stabilität nahm zwar gegenüber den in vitro ermittelten Werten nach Implantation stark ab, wurde aber im Zeitverlauf durch das Einwachsen von neuem Knochengewebe wieder auf ein physiologisches Niveau angehoben. Signifikante Unterschiede zwischen den Porositäten gab es nur zum Teil hinsichtlich des verbliebenen Zementvolumens. Aufgrund der besseren Verarbeitbarkeit als injizierbare Paste, wäre ein Pulver-Flüssigkeits-Verhältnis von 2,0 eventuell besser für den klinischen Einsatz geeignet als ein Pulver-Flüssigkeits-Verhältnis von 3,0. In Kontakt mit Weichgewebe lösten sich die Struvit-Zemente schneller auf als neues Knochengewebe einwachsen konnte. Durch weitere Modifikationen bei der Zementzusammensetzung könnte dies verhindert werden. Durch die Kombination mit einem im Verhältnis zu Struvit stabileren Calciumphosphat (z.B. β-Tricalciumphosphat) könnte ein biphasischer Zement entwickelt werden, bei dem sich die einzelnen Komponenten unterschiedlich schnell auflösen. Die Bruschit-Zemente (CaHPO4•2H2O) und der CDHA-Zement zeigten selbst nach zehn Monaten Implantation kaum Degradation. Bei dem CDHA-Zement war dies zu erwarten, bei den Bruschit-Zementen jedoch nicht. Die Ursache hierfür kann bei der höheren Porosität (PLR 2,0) in der Phasenumwandlung von Bruschit zu Octacalciumphosphat bzw. generell in der Zementkomposition gesehen werden. Da die Bruschit-Zemente im teilbelasteten Defekt Risse aufwiesen, war ihre mechanische Stabilität in vivo für lasttragende Bereiche nicht ausreichend. Deshalb wäre es nötig, die Bruschit-Zemente weiter zu modifizieren, bevor sie erneut im Tiermodell untersucht werden können. Um die Stabilität zu verbessern, könnten Keramik- oder Polymerfasern in den Zement eingebracht werden. Für die Verbesserung der Degradation sollte eine andere Flüssigkeitskomponente, z. B. Natriumhyaluronat oder Pyrophosphat, wie sie in anderen Studien verwendet wurden, in Betracht gezogen werden. Zusätzlich zu den orthotopen Implantaten wurden jeweils auch subkutan Formkörper eingebracht. Diese zeigten, dass die untersuchten Zemente auch eine gewisse Osseoinduktivität besaßen. Im Fall der Bruschit-Zemente verhielten sich die subkutanen Implantate allerdings anders als die im Knochen implantierten Zemente. Im Gegensatz zu den orthotopen Implantaten zeigten die Formkörper im subkutanen Gewebe eingesetzt eine deutliche Größenreduktion. Die Ursache dafür kann im unterschiedlichen Gewebemilieu oder in der unterschiedlichen Implantatform (orthotop: Paste / heterotop: Block) gesehen werden. Um eine möglichst genaue Aussage über das biologische Verhalten eines Materials treffen zu können, ist es daher notwendig, die Materialien immer in der Form und im entsprechenden Zielgewebe zu untersuchen, wie sie später verwendet werden sollen, d.h. ein Zement als resorbierbares Knochenersatzmaterial sollte immer als Paste im Knochenlager untersucht werden. Auch eine Untersuchung in einem belasteten Implantationsmodell ist sinnvoll, da eine mechanische Belastung einen Einfluss auf das Verhalten der Zemente und das Knochenremodelling hat.

In der vorliegenden Arbeit wurde geprüft, wie sich der Anteil an Ω-3-Fettsäuren im Gesamtfettsäuremuster von Pferden nach Fütterung von Algen, die reich an Ω-3-Fettsäuren sind, verändert. Neben Fischöl gelten Mikroalgen als Quelle für die beiden Ω-3-Fettsäuren Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA). Positive Effekte von Ω-3-Fettsäuren auf den Knochen werden diskutiert. Aufgrund dessen wurde in der hier durchgeführten Studie erstmals die Wirkung von Ω-3-Fettsäuren auf den Knochenstoffwechsel des Pferdes untersucht. Während des insgesamt 24-wöchigen Versuchs wurden dem Futter von 4 Ponies über einen Zeitraum von 12 Wochen DHA-reiche Mikroalgen (0.32g/kg KM) zugesetzt. Im Serum wurden das Gesamtfettsäuremuster und die Knochenformationsmarker, gesamtalkalische Phosphatase und Osteocalcin bestimmt. Im Urin wurden die Knochenresorptionsmarker Collagen-Crosslinks (Pyridinolin und Desoxypyridinolin) und der Calciumgehalt untersucht. Im Serum der Tiere konnte nach Zusatz der Algen zum Futter ein deutlicher Anstieg der beiden Ω-3-Fettsäuren EPA und DHA auf das 13-fache bzw. das 23-fache nachgewiesen werden. 6 Wochen nach Absetzen der Algensupplementierung wurde die DHA-Konzentration des Ausgangswertes fast wieder erreicht. Die Verabreichung der Omega-Algen führte weder bei den Markern der Knochenformation noch bei den Markern der Knochenresorption zu signifikanten Veränderungen. Es lassen sich lediglich Tendenzen feststellen. Eventuell ist eine längere Verabreichung oder eine höhere Dosierung nötig, um eine Veränderung des Knochenstoffwechsels zu erzielen.

Fortschreitender Knochenmasseverlust und sekundäre Osteoporose sind häufige Komplikationen bei Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz. Aufgrund von Schmerzen, spontanen Frakturen und eventuell dauerhafter Immobilisation werden die ohnehin schon schwer erkrankten Patienten noch weiter beeinträchtigt. Bisher jedoch gibt es noch keine Standardtherapie für die sekundäre Osteoporose nach Herzinsuffizienz. In vorliegender Arbeit wurde deshalb erstmals der Effekt einer Osteoporose-Therapie mit Alfacalcidol (1-α-Hydroxy-Vitamin D3) plus Calcium auf den Knochenstoffwechsel von Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz untersucht. Dies geschah in interdisziplinärer Zusammenarbeit mit der Medizinischen Poliklinik Innenstadt der Ludwig-Maximilians-Universität München. Es sollte evaluiert werden, ob diese Therapie entscheidende Vorteile gegenüber der alleinigen prophylaktischen Gabe von Calcium bietet. Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz erhielten im ersten Studienjahr eine Basisgabe von 500 mg Calcium und im 2. Studienjahr eine Kombinationstherapie aus 1 µg Alfacalcidol plus 500 mg Calci-um. Als Hauptzielgrößen für den Therapieerfolg dienten die biochemischen Parameter des Knochenstoffwechsels und die Entwicklung der Knochendichte. Als Marker der Knochenformation wurden das nichtkollagene Knochenprotein Osteocalcin und die Knochenspezifische Alkalische Phosphatase, als Marker der Knochenresorption die Pyridinium-Crosslinks Pyridinolin und Desoxypyridinolin herangezogen. Die Messung der Knochendichte erfolgte mittels Zweispektren-Röntgenabsorptiometrie (DXA) an Lendenwirbelsäule (LWS) und Femur. Zu Studienbeginn zeigten die Patienten einen gestörten Knochenstoffwechsel mit physiologischer Knochenformation und erhöhter Knochenresorption. Die mittlere Knochendichte an Femur und Len-denwirbelsäule war gemäß der WHO-Definition im Sinne einer Osteopenie vermindert. Eine Osteopo-rose war bei 18 % der Studienteilnehmer am Femur und bei 23 % an der LWS nachweisbar. 41 % der Patienten litten zudem an einem sekundären Hyperparathyreoidismus, welcher einen wichtigen Faktor bei der Krankheitsentstehung darstellt. Die Untersuchung ergab, dass unter dem Einfluss der alleinigen Calciumgabe im ersten Studienjahr die Knochenresorption weiter anstieg und auch der fortschreitende Verlust an Knochenmasse nicht aufgehalten werden konnte. Hingegen bewirkte die Therapie mit Alfacalcidol plus Calcium im zweiten Studienjahr eine Normalisierung des Knochenstoffwechsels. Die Knochendichte an der Lendenwirbelsäule und am Femurhals stieg unter der Therapie mit Alfacalcidol plus Calcium hochsignifikant an. In vorliegender Arbeit konnte gezeigt werden, dass die alleinige Gabe von Calcium nicht geeignet ist, den pathologischen Knochenstoffwechselvorgängen bei Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz entgegen zu wirken. Hingegen stellt die Kombination aus Alfacalcidol plus Calcium eine geeignete Therapie dar, durch welche die erhöhte Knochenresorption gehemmt, der fortschreitende Knochenverlust aufgehalten und in Folge eine Steigerung der Knochenmasse herbeigeführt wird.

In der vorliegenden Studie wurde erstmals der knochenprotektive Effekt von Seltenen Erden im Osteoporosemodell der ovariektomierten Ratte untersucht. Bei den Seltenen Erden handelt es sich um 17 chemische Elemente, die zur dritten Nebengruppe des Periodensystems gehören. Die Studie wurde als Fütterungsversuch an 60 weiblichen Wistar Han Ratten über einen Zeitraum von 6 Monaten durchgeführt. Die Versuchstiere wurden in eine scheinoperierte Postivkontrollgruppe (SHAM), eine ovariektomierte, aber nicht therapierte Negativkontrollgruppe (OVX) und in vier ovariektomierte Therapiegruppen eingeteilt. Von den vier Therapiegruppen erhielten zwei Gruppen reines Lanthancarbonat (1740 mg/kg Futter) und zwei Gruppen eine Seltene-Erd-Citrat Mischung (8000 mg/kg Futter). Zudem wurde jeweils eine der beiden Wirkstoffgruppen mit zusätzlich 1500 I.E. Vitamin D supplementiert. Jede Gruppe umfasste 10 Tiere. Als Parameter für die Knochenformation wurde Osteocalcin im Serum und als Parameter für die Knochenresorption wurden die Collagencrosslinks Pyridinolin und Desoxypyridinolin im Urin bestimmt. Die Probenahme erfolgte dabei einmal pro Monat. Um die direkte Wirkung der Seltenen Erden auf den Knochen zu untersuchen, wurde post mortem die Knochenmasse, die Knochenlänge und der Knochenaschegehalt mit seinem Gehalt an Calcium, Phosphor und Magnesium bestimmt. Die Dichte und Architektur des Knochens wurden mit Hilfe der Knochendichtemessung mittels Peripherer Quantitativer Computertomographie und Microcomputertomographie gemessen. Um mögliche Veränderungen der Organe durch die Applikation der Seltenen Erden in der gewählten Dosierung beurteilen zu können, wurden post mortem die Organgewichte von den Kreislauforganen Herz und Lunge, sowie von den Stoffwechselorganen Niere und Leber bestimmt. Außerdem wurde die Calcium- und Phosphorkonzentration der Herzen und der Lebern bestimmt. Die Ergebnisse der Studie zeigen bei den meisten gemessenen Parametern, dass die eingesetzten Seltenen Erden über einen knochenprotektiven Effekt verfügen. Ein zusätzlicher additiver Effekt von Vitamin D bestand dabei jedoch nicht. So konnte in jeder der Therapiegruppen der durch die Ovariektomie entgleiste Knochenstoffwechsel positiv beeinflusst werden. Ein antiresorptiver Effekt und eine Aktivierung der Osteoblasten konnten nachgewiesen werden. Dies führte desweiteren zu einer signifikanten Erhöhung des Calciumgehaltes der Knochenasche. Darüberhinausgehend wurde auch die Knochendichte positiv beeinflusst. Es kann also zusammenfassend festgestellt werden, dass die Seltenen Erden in dieser Studie knochenprotektive Eigenschaften gezeigt haben. Somit ist zu überlegen, ob Seltene Erden eine Alternative zu den bisher eingesetzten Prophylaktika und Therapeutika in der Osteoporose darstellen könnten.