Auswirkungen des Alters und der Knochenmikroarchitektur auf die trabekuläre Knochenmineralisationsdichteverteilung : Eine rasterelektronenmikroskopische Studie an 152 humanen Beckenkammbiopsien

Abstract

Bei der vorliegenden Studie wurde der spezifische Kalziumgehalt in spongiösem Knochen mittels quantitativer rasterelektronenmikroskopischer Analyse nachgewiesen. Das Patientenkollektiv von 152 Individuen im Alter von 30 bis 90 Jahren ist weitestgehend repräsentativ für die adulte norddeutsche Bevölkerung. Die Biopsien wurden zur optimierten Vergleichbarkeit nach der Methode von Bordier et al. aus dem Beckenkamm entnommen. Die Qualität von humanem Knochen hängt vom Grad der Mineralisation und dem strukturellen Aufbau ab. Daher wurde der Zusammenhang des Kalziumgehaltes in Bezug auf patientenspezifische Parameter (Alter, Geschlecht und BMI) und histomorphometrische Variablen (BV/TV, Tb.Th., Tb.N., Tb.Sp. , OV/BV, OS/BS,) mittels univariater und multivariater Analyse ermittelt. Es konnte gezeigt werden, dass das Alter eine positive Korrelation mit dem Gesamtkalzium und dem Kalziumspitzenwert hat. Der ermittelte Gesamtkalziumwert zeigte bei reduziertem spongiösen Gesamtknochenvolumen und bei einer Abnahme der Trabekeldicke eine negative Korrelation. Ebenfalls untersucht wurde der Zusammenhang zwischen der Osteoidverteilung und der Knochenmineralisation, welche einen Anstieg der Kalziumheterogenität einhergehend mit einem Abfall des Gesamtkalziums zeigte. Mit den vorliegenden Daten konnte bewiesen werden, dass die Mineralisation von trabekulären Beckenkammbiopsien abhängig vom Alter sowie der Knochenmasse des Individuums ist. Dadurch konnte eine Verminderung der Knochenmaterialqualität im Alter durch eine repräsentative Kollektivgröße abschließend bestätigt werden. Da der Grad der Knochenmatrixmineralisation ein wichtiger Faktor für die mechanischen Eigenschaften des Knochens ist, liegt hier nahe, dass durch den erhöhten Mineralisationsgrad und die damit einhergehende Steifigkeit des Knochenmaterials ein erhöhtes Frakturrisiko besteht. Welche Präventionsmaßnahmen zur Verminderung des Frakturrisikos zusammenspielen, ist noch nicht abschließend geklärt und bleibt weiterhin ein wichtiges Thema der aktuellen Forschung und Diskussion. Die Erhebung von standardisierten Kalziumwerten eines großen Kollektivs bietet eine wichtige Grundlage für weitere Studien im Hinblick auf einen Vergleich mit Biopsien von Patienten mit Knochenerkrankungen zur besseren Diagnostik, Verlaufskontrolle und Therapieoptimierung.

The aim of the present study was to clarify how bone quality and strength of trabecular bone depends on its microarchitecture and its tissue level properties. The iliac crest bone cores were analyzed by quantitative backscattered electron imaging. The patient collective of 152 individuals between the ages of 30 and 90 is largely representative of the adult northtern german population. The quality of human bone depends on the degree of mineralization and structural composition. Therefore, the relationship between calcium content and patient-specific parameters (age, sex and BMI) and histomorphometric variables (BV / TV, Tb.Th., Tb.N., Tb.Sp., OV / BV, OS / BS,) was determined. Univariate and multivariate analyses were conducted. It has been shown that age has a positive correlation with calcium mean and calcium peak. The determined calcium mean value showed a negative correlation with reduced spongious total bone volume and a decrease in the trabecular thickness. The relationship between osteoid distribution and bone mineralization was also investigated, showing an increase in calcium width with a decrease in total calcium. The available data proved that the mineralization of trabecular iliac crest biopsies is dependent on the age as well as the bone mass of the individual. This finally confirmed a reduction in bone quality in old age based on the representative collective size. Since the degree of bone matrix mineralization is an important factor for the mechanical properties of the bone, it is suggested that there is an increased risk of fracture due to the increased mineralization and concomitant stiffness of the bone material. Which preventive measures interact to reduce the risk of fractures has not yet been conclusively clarified and remains an important topic of current research and discussion. The collection of standardized calcium values from this underlying large collective provides an important basis for further studies to compare biopsies from patients with bone disease for better diagnostics, follow-up and therapy optimization.