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Titel: Knochendichte von Kindern mit antenatalem Bartter-Syndrom (Hyperprostaglandin-E-Syndrom) - Vergleich mit ehemaligen Frühgeborenen
Autor: Wasen, Felix van
Weitere Beteiligte: Klaus, Günter (Prof. Dr.)
Erscheinungsjahr: 2014
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2014/0737
DOI: https://doi.org/10.17192/z2014.0737
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2014-07374
DDC: 610 Medizin, Gesundheit
Titel(trans.): Bone density in children with antenatal Bartter syndrome (hyperprostaglandin E syndrome) - comparison with former premature born children

Dokument

Schlagwörter:
Bartter-Syndrom, Barter syndrome, Hyperprostaglandin-E-Syndrom, Knochen, bone density, Knochendichte, Frühgeborene, premature born

Zusammenfassung:
Das antenatale Bartter-Syndrom oder auch Hyperprostaglandin-E-Syndrom (HPS-Gruppe) gehört zu den angeborenen hypokaliämischen Salzverlusttubulopathien. Eine Störung im aufsteigenden Teil der Henleschen Schleife führt zu einer Hypokaliämie, Hyperkalziurie, metabolischen Alkalose und zu einer exzessiven renalen und systemischen Prostaglandin-E2-Synthese (Seyberth et al. 1985; Seyberth et al. 1987). Neben einer Polyhydramniose, einem stark erhöhten Risiko einer Frühgeburt, treten Wachstumsretardierung und Osteopenie auf (Seidel et al. 1995; Shoemaker et al. 1993; Proesmans 1997). Der Knochenstoffwechsel beim antenatalen Bartter-Syndrom wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, die zur verminderten Knochendichte führen können. Hierzu gehören eine Hyperkalziurie, eine erhöhte Prostaglandin-E-Synthese, das ebenfalls erhöhte Parathormon als ein Induktor der Osteolyse und das Auftreten eines spezifischen, die Knochenresorbtion fördernder Komplex aus dem „basic fibroblast growth factor” (b-FGF). Die Folgen der Frühgeburtlichkeit führen ebenfalls zur Verstärkung der Osteopenie. Ziel der Studie war die nähere Untersuchung der Wachstumsretardierung und der Osteopenie anhand der Knochendichte und Knochengeometrie der Patienten mit antenatalem Bartter-Syndrom im Vorschulalter. Die etablierten Verfahren zur Knochendichtemessung im Erwachsenenalter (DXA, QCT) nutzen die dichteabhängige Schwächung von Röntgenstrahlen. Im Kindesalter bestehen jedoch besondere Ansprüche und Merkmale, die bei der Wahl des Osteodensitometrieverfahrens berücksichtigt werden mussten. Die gewählte Methode der digitalen Radiogrammetrie (DXR) vereint viele Vorteile (keine erneute Strahlenexposition, kein Einfluss des variablen Weichteilmantels) in der Osteodensitometrie im Kindesalter (Kotzki et al. 1994; Genant et al. 1996; Bottcher et al. 2005). Die Interpretation von Knochendichtemessungen und Bestimmungen der Knochengeometrie bei Kindern ist komplex. Veränderungen durch die kindliche Entwicklung und das Wachstum müssen bedacht und die Ergebnisse dementsprechend korrigiert werden. Demzufolge wurden in dieser Studie die zu vergleichenden Paare vorrangig nach dem Knochenalter gebildet, um Fehlern durch anthropometrische Einwirkungen entgegenzuwirken. Als Kontrollgruppen dienten zum einen ehemalige Frühgeborene (FG-Gruppe), zum anderen eine Gruppe aus gepaarten gesunden Kindern (Norm-Gruppe). Im Vergleich der anthropometrischen Daten zeigte sich sowohl bei der HPS-, als auch bei der FGGruppe eine Wachstumsretardierung gegenüber dem Normkollektiv. Die Patienten mit antenatalem Bartter-Syndrom und die ehemaligen Frühgeborenen waren signifikant kleiner und leichter als das Normkollektiv. So zeigte sich in der HPS-Gruppe im Mittel eine Körperlänge von 113,91 cm, in der FG-Gruppe von 114,22 cm gegenüber 127,86 cm in der Normgruppe (p<0,001). Im Vergleich des Körpergewichts zeigte die HPS-Gruppe mit 20,29 kg und die FG-Gruppe mit 19,22 kg gegenüber dem Normkollektiv mit 30,14 kg einen signifikanten Unterschied (p<0,001). Die Wachstumsretardierung konnte ebenfalls durch signifikante Unterschiede beim Vergleich des Knochenalters zwischen Gleichaltrigen dargestellt werden. Um die Osteopenie im Patientenkollektiv zu untersuchen, wurde die Knochendichte bestimmt und mit statistischen Zwillingen aus der Frühgeborenen-Gruppe verglichen. Patienten mit antenatalem Bartter- Syndrom zeigten mit 0,361 g/cm2 eine signifikant geringe Knochendichte gegenüber der FG-Gruppe mit 0,405 g/cm2 (p=0,003). Signifikante Veränderungen im Knochenaufbau zeigten sich auch in der Untersuchung der Knochengeometrie. Die Metakarpalia der HPS-Gruppe waren signifikant dünner und hatten ebenso eine dünnere Kortikalis gegenüber der FG-Gruppe (p<0,05). Im Vergleich der ehemaligen Frühgeborenen mit dem Normkollektiv konnte kein signifikanter Unterschied in der Knochendichte und Knochengeometrie festgestellt werden. Neben der Knochendichte und der Knochengeometrie, werden durch die DXR innovative Parameter, wie die Porosität (kortikale Mikroarchitektur) bestimmt. Hier zeigten die ehemaligen Frühgeborenen eine höchst signifikante höhere Porosität gegenüber der Norm (p=0,001). Auch beim Vergleich der HPS-Gruppe mit der FGGruppe konnte bei Kindern mit antenatalem Bartter-Syndrom eine erhöhte Porosität festgestellt werden, jedoch ohne eine Signifikanzniveau zu erreichen. Gegenüber dem Normkollektiv konnte wiederum eine signifikante Erhöhung (p=0,01) festgestellt werden. Die genaue Pathogenese der Osteopenie ist unklar. Beim antenatalem Bartter-Syndrom zeigt sich, wie auch in diesem Patientenkollektiv, eine vermehrte Kalziumausscheidung (Shoemaker et al. 1993; Proesmans 1997). Neben metabolischen Faktoren, wie die erhöhte Produktion von Zytokinen als lokale Mediatoren der Knochenresorbtion (Pacifici et al. 1990; Manolagas 2000), sowie diätetischen Faktoren wie z.B. eine erhöhte Proteinaufnahme (Pietschmann et al. 1992) konnten auch genetische Faktoren (Prié et al.2002) als Teil der Pathogenese der Osteopenie bei Hyperkalziurie nachgewiesen werden. Eine zentrale Rolle im Knochenstoffwechsel beim antenatalem Bartter-Syndrom könnte ein nachgewiesener „basic fibroblast growth factor”-Komplex spielen. Dieser Komplex führt zu einer erhöhten Knochenresorption (Shoemaker et al. 1998; Williams et al. 1999). Seyberth et al. (Seyberth et al. 1985; Leonhardt et al. 1992) haben vermutet, dass die erhöhte Knochenresorption durch die PGE2-Erhöhung vermittelt wird. Prostaglandine stimulieren allerdings über verschiedene Rezeptoren sowohl die Knochenresorbtion, als auch den Knochenaufbau (Li et al. 2007; Hartke, Lundy 2001). Beim antenatalem Bartter-Syndrom spielt der Rezeptor EP4 eine dominante Rolle (Nüsing et al. 2005). Studien, in denen der Rezeptor EP4 näher untersucht wurde, zeigten einen katabolen Effekt (Li et al. 2005; Suzawa et al. 2000). Falls die anabole Wirkung des Prostaglandin-E2 dennoch überwiegt, könnte die Therapie mit Indomethacin als Prostglandinsynthesehemmer einen negativen Effekt auf die Knochendichte haben. Das Parathormon, als Induktor der Osteolyse, könnte einen weiteren Grund der Demineralisation darstellen. Hyperparathyreodismus führt zu einer endostealen Resorption der Kortikalis und einer erhöhten Porosität (Richardson et al. 1986; Parfitt 2003). Zur Einschätzung des Frakturrisikos spielen neben der verminderten Knochendichte weitere Parameter, wie die Kortikalisdicke und die Porosität eine zentrale Rolle (Bouxsein et al. 2004; Wenzler 2003; Skaggs et al. 2001; Rauch et al. 2001). Dass die Messung der Kortikalisdicke, der Messung der Knochendichte in der Einschätzung des Frakturrisikos sogar überlegen sein könnte, zeigen Studien über die Therapie mit Bisphosphonaten (Hyldstrup et al. 2001). In dieser Arbeit konnte somit festgestellt werden, dass beim antenatalem Bartter-Syndrom durch die verminderte Knochendichte, der erhöhten Porosität und der verminderten Kortikalisdicke ein erhöhtes Frakturrisiko bestehen könnte. Im Vergleich der ehemaligen Frühgeborenen mit dem Normkollektiv konnte, mit der erhöhten Porosität, ebenfalls signifikante Veränderungen des Knochens dargestellt werden.

Summary:
Antenatal Bartter syndrome, also known as hyperprostaglandin E syndrome (HPS group) is one of the congenital hypokalaemic salt-losing tubulopathies. A disorder in the ascending segment of the loop of Henle results in hypokalaemia, hypercalciuria, metabolic alkalosis and to excessive renal and systemic prostaglandin E2 synthesis (Seyberth et al. 1985; Seyberth et al. 1987). Besides polyhydramnios, a severe increase in risk of premature birth, growth retardation and osteopenia also occur (Seidel et al. 1995; Shoemaker et al. 1993; Proesmans 1997). Bone metabolism in antenatal Bartter syndrome is influenced by different factors, which can lead to reduced bone density. This includes hypercalciuria, increased prostaglandin E synthesis, as well as an increased parathyroid hormone-induced osteolysis, and the occurrence of a particular basic fibroblast growth factor (b-FGF) complex that promotes bone resorption. The consequences of prematurity also result in increased osteopenia. The aim of the study was to investigate growth retardation and osteopenia more closely, based on the bone density and bone geometry of patients of pre-school age with antenatal Bartter syndrome. Practices established for measuring bone density in adulthood (DXA, QCT) make use of densitydependent attenuation by x-rays. However, certain requirements and characteristics must be taken into account when selecting the osteodensitometry method for childhood. Digital radiogrammetry (DXR), the technique selected, combines a number of advantages (no renewed exposure to x-rays, no influence by the variable soft tissue mantle) for osteodensitometry in childhood (Kotzki et al. 1994; Genant et al. 1996; Bottcher et al. 2005). Interpreting bone density measurements and determining the bone geometry in children is a complex procedure. Changes as a result of children’s development and growth must be taken into consideration and the results must be corrected accordingly. Consequently, the pairs to be compared in this study were primarily formed according to bone age to prevent errors as a result of anthropometric effects. The control groups were made up of former premature babies (FG group) on the one hand, and paired healthy children (norm group) on the other. A comparison of the anthropometric data showed growth retardation in both the HPS and FG groups, as opposed to the norm collective. The patients with antenatal Bartter syndrome and the former premature babies were significantly smaller and lighter than the norm collective. On average, a height of 113.91 cm was found in the HPS group, and 114.22 cm in the FG group, compared to 127.86 cm in the norm group (p<0.001). A comparison of the body weight showed that the HPS group with 20.29 kg and the FG group with 19.22 kg was significantly different to the norm collective with 30.14 kg (p<0.001). Growth retardation was also shown by means of significant differences in bone age when comparing children of the same age. In order to investigate osteopenia in the patient collective, the bone density was determined and compared with statistical twins from the premature baby group. Patients with antenatal Bartter syndrome showed a distinctly low bone density (0.361 g/cm2) compared to the FG group (0.405 g/cm2) (p=0.003). Significant changes in bone structure were also found when examining the bone geometry. The metacarpals of the HPS group were considerably thinner and also had thinner cortical bone compared to the FG group (p<0.05). A comparison of the former premature babies and the norm collective did not show a significant difference in the bone density and bone geometry. Besides the bone density and the bone geometry, innovative parameters such as the porosity (cortical microarchitecture) are determined by means of DXR. Here, the former premature babies showed a highly significant greater porosity when compared to the norm (p=0.001). Similarly, when comparing the HPS group with the FG group, an increased porosity was determined in children with antenatal Bartter syndrome, although a significance level was not reached. Compared to the norm collective, a significant increase (p=0.01) was again determined. The precise pathogenesis of osteopenia is not known. In antenatal Bartter syndrome, as is also the case in this patient collective, increased calcium elimination (Shoemaker et al. 1993; Proesmans 1997) can be seen. Besides metabolic factors, such as increased production of cytokines as local mediators for bone resorption (Pacifici et al. 1990; Manolagas 2000), and dietetic factors, such as increased protein absorption (Pietschmann et al. 1992), genetic factors (Prié et al. 2002) were also shown as part of pathogenesis of osteopenia in hypercalciuria. A proven basic fibroblast growth factor complex could play a key role in bone metabolism in antenatal Bartter syndrome. This complex leads to increased bone resorption (Shoemaker et al. 1998; Williams et al. 1999). Seybarth et al. (Seybarth et al 1985; Leonhardt et al. 1992) assumed that this increased bone resorption is mediated by the PGE2 increase. However, prostaglandins stimulate both bone resorption and bone structure via different receptors (Li et al. 2007; Hartke, Lundy 2001). In antenatal Bartter syndrome the EP4 receptor plays a dominant role (Nüsing et al. 2005). Studies in which the EP4 receptor was examined more closely showed a catabolic effect (Li et al. 2005; Suzawa et al. 2000). Should the anabolic effect of the prostaglandin E2 nonetheless be predominant, treatment using indomethacin as a prostaglandin synthesis inhibitor could impact negatively on bone density. The parathyroid hormone, as inductor of osteolysis, could represent an additional reason for demineralisation. Hyperparathyroidism leads to endosteal resorption of cortical bone and increased porosity (Richardson et al. 1986; Parfitt 2003). In order to estimate the risk of fractures, additional parameters, besides reduced bone density, play a key role; these factors include cortical thickness and porosity (Bouxsein et al. 2004; Wenzler 2003; Skaggs et al 2001; Rauch et al. 2001). The fact that measurement of the cortical thickness may even be superior to measurement of the bone density when estimating the risk of fractures was shown in studies concluded on treatment using bisphosphonates (Hyldstrup et al. 2001). In this thesis it was thus established that an increased risk of fractures may exist in antenatal Bartter syndrome due to reduced bone density, increased porosity and reduced cortical thickness. When comparing the former premature babies with the norm collective, significant bone changes were also determined, based on the increased porosity.


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