Das ovariektomierte und glukokortikoid-behandelte Schaf als Großtiermodell für die Osteoporoseforschung

The aim of this study was to evaluate and establish a large animal model of osteoporosis by a combination of ovariectomy and steroid treatment. A variety of densitometric, morphometric and biomechanical methods were used to quantify changes in ovine bone under estrogen-deficiency and glucocorticoid treatment. With DXA we monitored the progression of the loss of bone mineral density of integral bone at the central and the load-bearing skeleton. Peripheral QCT was employed to determine the different respons es of trabecular and integral bone. High-resolution µCT-images allowed the evaluation of precise morphometrical parameters. Histomorphometric analyses provided information about newly formed osteoid. Stiffness and strength of trabecular bone were assessed by uniaxial compression tests. For all these examinations we utilized integral or trabecular bone from various skeletal locations. The results of this study showed that a combination of ovariectomy and glucocorticoid treatment leads to osteopenia in sh e ep. Bone mineral density of integral bone was reduced during glucocorticoid treatment and returned to normal values thereafter. However, loss of bone mineral at trabecular sites was not reversible. Corticoid treatment also affected the microarchitecture of trabecular bone: bone volume, bone surface and trabecular thickness differed from the control group. However, trabecular number did not change under steroid treatment. Bone stiffness and strength of trabecular bone of corticoid treated animals were m arkedly reduced. These results showed the suitability of the ovariectomized and glucocorticoid treated sheep as an animal model in osteoporosis research. It could be used to develop new orthopaedic techniques or to test prosthetic designs or implants for the treatment of osteoporotic fractures.

Ziel der Studie war die Evaluierung und Etablierung eines Großtiermodells für die Osteoporoseforschung. Der Knochenverlust sollte bei 8 Merinolandschafen durch eine Kombination von Ovariektomie zu Beginn der Studie und einer anschließenden 6-monatigen Glukokortikoid Behandlung hervorgerufen werden. Die Tiere wurden mit einer nur ovariektomierten Gruppe (n=8) und einer unbehandelten Kontrollgruppe (n=9) verglichen. Zur Quantifizierung der Veränderungen des Schafsknochens unter Östrogenmangel und Glukokortikoid-Behandlung wurde eine Vielzahl densitometrischer, morphometrischer und biomechanischer Methoden eingesetzt. Mit der Dual-energy X-ray Absorptiometry konnte eine In-vivo Verlaufskontrolle über die Entwicklung der Knochenmineraldichte im Gesamtknoc he n während des Versuchszeitraums gemacht werden. Die quantitative Computertomographie-Analyse gab dagegen Aufschluss über unterschiedliche Reaktionen des trabekulären und des Gesamtknochens. Mit Hilfe von hoch auflösenden Mikrocomputertomographie-Schnitten konnten detaillierte Erkenntnisse über Veränderungen in der Knochenarchitektur gewonnen werden. Die Histomorphometrie lieferte Informationen über neu gebildetes Osteoid. Die biomechanischen Eigenschaften der Schafsknochen wurden mit Drucktests überprüft. Dabei konnte die Steifigkeit und die Druckfestigkeit der Proben ermittelt werden. Für diese umfassende Untersuchung der verschiedenen Parameter wurde sowohl Gesamt- als auch trabekulärer Knochen aus den unterschiedlichsten Körperregionen der Schafe verwendet. Die Ergebnisse dieser Studie belegen, dass eine Kombination von Ovariektomie und Glukokortikoid-Therapie eine Osteoporose beim Schaf erzeugt. Dabei kommt es zu einer Verringerung der Knochendichte am Gesamtknochen um 5-15 % und am trabekulären Kno chen sogar um bis zu 30 %. Diese Veränderungen sind am Gesamtknochen reversibel, am trabekulären Knochen bleiben sie jedoch bis zum Versuchsende bestehen. Beeinflusst wird auch die Knochenarchitektur: Knochenvolumen, Knochenoberfläche und die Dicke d er Trabekel sind stark verändert (bis 30 %). Die Anzahl der Trabekel bleibt dagegen gleich. Knochen von behandelten Tieren sind weniger steif (20?60 %) und brechen schon unter geringerer Belastung als Knochen von Kontrolltieren. Die Neubildungsrate von Osteoid ist unter Östrogenmangel und Glukokortikoideinfluss merklich reduziert (50-70 %). Somit stellt das ovariektomierte und glukokortikoid-behandelte Schaf ein gutes Modell für osteopenischen Knochen dar. Anhand dieses Tiermodells wird es möglich sein, besondere Verankerungsmechanismen oder speziell für den Osteoporosepatienten entwickelte Implantate direkt am porösen Knochen zu testen. Für die Erprobung neuer orthopädischer Techniken zur chirurgischen Versorgung osteoporotischer Frakturen ist dieses Modell ebenfalls gut geeignet. ss