MR-basierte Charakterisierung des Knochenmarks in seiner Relevanz für Skeletterkrankungen bei Patienten mit Diabetes

Lange Zeit konnte kein direkter Zusammenhang zwischen den beiden Volkskrankheiten Diabetes mellitus und Osteoporose gesehen werden. Da jedoch immer mehr jüngere Menschen von Übergewicht betroffen sind, einen Diabetes mellitus Typ 2 entwickeln und osteoporotische Frakturen erleiden, stellt sich nun die Frage nach einem Zusammenhang zwischen diesen Krankheitsbildern.

Moderne Techniken der Magnetresonanztomographie und -spektroskopie ermöglichen eine detaillierte und nicht-invasive Charakterisierung des Knochenmarks in verschiedenen Körperregionen.

Es wurde gezeigt, dass ein niedriges Körpergewicht (BMI <20 kg/m²) mit einer verringerten Knochendichte verbunden ist, während Fettleibigkeit seit langem mit einer hohen kortikalen Knochenmasse in Verbindung gebracht wird – die Idee der Knochengesundheit. Mittlerweile ist nachgewiesen, dass sich Fettleibigkeit auch negativ auf die Knochenstruktur auswirkt. Dabei ist nicht nur der BMI entscheidend, sondern auch die Lokalisation des Fettgewebes im Körper. Viszerales Fett hat durch die gestörte Produktion und Freisetzung von Zytokinen und Adipokinen eine direkt schädigende Wirkung auf die Knochenmikroarchitektur. So konnte gezeigt werden, dass sowohl Typ-1- als auch Typ-2-Diabetiker eine verringerte Knochenumbaurate aufweisen und stark adipöse Patienten mit Typ-2-Diabetes ein erhöhtes Frakturrisiko haben. Daraus muss geschlossen werden, dass das Körpergewicht (BMI) nicht der einzige Maßstab für die Einschätzung der Knochengesundheit sein kann. So zeigt Typ-2-Diabetes einen verminderten Knochenumbau bei normaler oder leicht erhöhter Knochendichte, aber schlechterer Stabilität. Dies bedeutet, dass Typ-2-Diabetes mit einem erhöhten Risiko für osteoporotische Frakturen verbunden ist, selbst wenn die Knochendichtemessungen unauffällig sind. Der Verlust der trabekulären Knochenstruktur im roten (hämatopoetischen) Knochenmark ist auch durch eine zunehmende Infiltration des Knochenmarkraums mit Fettzellen (Knochenmark-Fettgewebe) gekennzeichnet. Im gelben Knochenmark, das vor allem in der Diaphyse der Tafelknochen vorkommt, sind dagegen besonders viele Fettmengen in die Retikulumzellen eingelagert.

Lange Zeit wurde diesen Fettzellen nur die Rolle eines „Platzhalters“ zugeschrieben, es konnte jedoch gezeigt werden, dass sie über die Produktion von autokrinen, parakrinen und endokrinen Hormonen und Zytokinen bzw. Adipokinen mit anderen Zellen interagieren und somit verwandt sind auf den Stoffwechselzustand des gesamten Körpers. Eine Grundannahme hierbei ist, dass die Menge an ungesättigten Fettsäuren im Fettknochenmark ein wichtiger und funktioneller Marker für verschiedene Arten von Adipozyten ist. Es wurde gezeigt, dass drei Personen mit geringerer Insulinsensitivität mehr ungesättigte Fettsäuren im gelben Knochenmark aufweisen.

Somit könnte das Konzept verschiedener Arten von Adipozyten im Knochenmark mit ihrer inhärenten unterschiedlichen Fettsäurezusammensetzung dazu dienen, die auf den ersten Blick kontraintuitive physiologische Regulierung des Knochenmarkfetts und seine Reaktion auf Stoffwechselstörungen in Einklang zu bringen.

Um zu zeigen, ob und wie sich die Zusammensetzung des gelben (ungesättigte Fettsäuren) und des roten (Knochenmark-Fettgewebe) Knochenmarks bei gesunden Personen, Personen mit eingeschränkter Insulinsensitivität verschiedener Altersgruppen und Patienten mit Typ-2-Diabetes unterscheidet und ob Damit lassen sich frühe Veränderungen der Knochenmatrix hinsichtlich der Knochendichte erkennen, der Anteil des Knochenmarks-Fettgewebes im roten Knochenmark an verschiedenen Stellen im Skelett wird mittels chemisch-shift-selektiver MRT-Sequenzen quantifiziert sowie die Zusammensetzung des Knochenmarkfetts im gelben Knochenmark hinsichtlich der Anteile einfach und mehrfach ungesättigter Fettsäuren mittels volumenselektiver MRS.

Insgesamt werden 96 gesunde Freiwillige (jeweils 48 Männer und Frauen) im Alter von 25 bis 75 Jahren und mit einem Body-Mass-Index zwischen 18,5 und 35 kg/m² eingeschlossen. Darüber hinaus werden 24 Patienten (12 Frauen/12 Männer) mit Typ-2-Diabetes rekrutiert.

Nach der Magnetresonanzuntersuchung erfolgt eine anthropometrische und metabolische Charakterisierung (oraler Glukosetoleranztest).