Pädiatrische Endokrinologie und Diabetologie
Autoren
Jörg Oliver Semler und Eckhard Schönau

Knochenerkrankungen bei Kindern und Jugendlichen

Die Entwicklung des muskuloskelettalen Systems war und ist in allen Kulturen und Epochen eng mit den Lebensgewohnheiten der Menschen verbunden. Bis zu den 1930er-Jahren stand in unseren Breiten vor allem die Mangelernährung mit Kalzium und Vitamin D bei der Entwicklung von metabolischen Knochenerkrankungen im Vordergrund. Alimentäre Kalzium- und Vitamin-D-Mangel sind heute in der westlichen Industriegesellschaft, nicht zuletzt aufgrund der ubiquitär durchgeführten Vitamin-D-Prophylaxe, eine Rarität. Heute stehen vor allem die Auswirkungen einer relativen Bewegungsarmut unserer Gesellschaft und sekundäre Effekte chronischer Erkrankungen bei der Entwicklung muskuloskelettaler Störungen im Vordergrund.

Grundlagen

Die Entwicklung des muskuloskelettalen Systems war und ist in allen Kulturen und Epochen eng mit den Lebensgewohnheiten der Menschen verbunden. Bis zu den 1930er-Jahren stand in unseren Breiten vor allem die Mangelernährung mit Kalzium und Vitamin D bei der Entwicklung von metabolischen Knochenerkrankungen im Vordergrund. Alimentäre Kalzium- und Vitamin-D-Mangel sind heute in der westlichen Industriegesellschaft, nicht zuletzt aufgrund der ubiquitär durchgeführten Vitamin-D-Prophylaxe, eine Rarität. Heute stehen vor allem die Auswirkungen einer relativen Bewegungsarmut unserer Gesellschaft und sekundäre Effekte chronischer Erkrankungen bei der Entwicklung muskuloskelettaler Störungen im Vordergrund.
Einteilung der Knochenerkrankungen
  • Metabolische Störungen der Mineralisation (Kap. „Endokrine Störungen des Mineralhaushaltes bei Kindern und Jugendlichen“)
  • Rachitis beim sich entwickelnden Skelett und Osteomalazie beim ausgereiften Skelett
  • Störungen in der Bildung der Knochenmatrix
Ein Mangel an Knochenmatrix kann in einem Mangel an funktionell nicht ausreichendem Material – wie z. B. aufgrund eines Strukturdefektes bei der Osteogenesis imperfecta oder in einer zu geringen Bildung von „gesunder“ Knochenmatrix – begründet sein. Die erstere Ursache wird als „primäre Knochenerkrankung“, die zweite als „sekundäre Knochenerkrankung“ bezeichnet. Diese Unterscheidung begründet sich auf unserem aktuellen Verständnis der Knochenformation unter Einfluss mechanischer Faktoren auf das Skelettsystem. Im 19. Jahrhundert formulierte Wolff das „Transformationsgesetz“ der Biomechanik, in dem die Knochenformation in ihrer Struktur der biomechanischen Inanspruchnahme folgt. Dieser Gedanke wurde vom US-amerikanischen Orthopäden und Unfallchirurgen Frost in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wieder aufgenommen und einer detaillierteren Ausarbeitung unterzogen. Zahlreiche wissenschaftliche Befunde der vergangenen 25 Jahre stützen Frosts Vorstellungen vom „Mechanostaten“, der ein theoretisches Konstrukt zum Verständnis der Knochenformation und Resorption ist. Der Mechanostat wird in einem Regelkreis beschrieben (Abb. 1), in dem die Knochenfestigkeit durch Auf- und Abbau von Knochensubstanz geregelt ist. Hohe Verformungsraten führen zu einer verstärkten Aktivität der Osteoblasten, sodass durch perichondrale Ossifikation neuer Knochen entsteht, der Umfang des Knochens zunimmt und die Knochenfestigkeit erhöht wird („Modeling“ des Knochens). Das Modeling des Knochens kann durch unterschiedliche biologische Faktoren, wie z. B. Östrogene der Frau, modifiziert werden. Aus Sicht der Regelungstechnik verändern diese Einflüsse die Sensitivität des Sensors (z. B. Östrogene) oder modifizieren die Amplifikation des aus der Verformung des Knochens resultierenden Signals. Niedrige Verformungsraten bewirken eine Reduktion der Knochenformation und eine endostale Resorption von Knochen, sodass die Knochenmasse abnimmt. Die geregelte Größe ist in diesem Kreis die Knochenfestigkeit, die von den Parametern Knochenmasse und Krümmung des Knochens im Querschnitt abhängig ist. Die Verformung des Röhrenknochens ist von den an ihm angreifenden mechanischen Kräften abhängig. Diese Kräfte entspringen in unserem Alltag überwiegend der muskulären Aktivität. Aus diesem Grund ist der Zusammenhang von Knochenmasse und Geometrie zur Muskelkraft ein universales Prinzip der menschlichen Physiologie, das man in jedem Lebensalter beim Menschen als relevant betrachten kann und als muskuloskelettale Interaktion bezeichnet.

Knochenerkrankungen mit dem Leitsymptom gehäufter Frakturen

Definitionen und pathogenetische Grundlagen

Dem gehäuften Auftreten von Frakturen liegt eine reduzierte Knochenfestigkeit zugrunde, die durch einen Mangel an Knochen, veränderten Materialeigenschaften der Knochensubstanz oder wenig Knochen bei veränderten Materialeigenschaften bedingt sein kann. Das Verhältnis zwischen Knochenmatrix und Mineralisation ist beim Knochenmangel annähernd normal, im Gegensatz zu den Mineralisationsstörungen des Knochens (Rachitis, Osteomalazie). Ein Mangel an Knochen ohne ein signifikant erhöhtes Frakturrisiko wird als Osteopenie, ein Mangel mit Auftreten von Frakturen als Osteoporose bezeichnet. Osteopenie und Osteoporose werden durch Störungen in der Kollagensynthese (z. B. Osteogenesis imperfecta), Störungen der biomechanischen Adaptation im Regelkreis des Mechanostaten (z. B. Östrogenmangel) und durch eine verminderte mechanische Stimulation (Inaktivitätsosteoporose) verursacht. Als primäre Knochenerkrankungen können die ersten beiden Ursachen bezeichnet werden, da die Ätiologie der Erkrankung primär im Knochen liegt. Der Knochenmangel durch mangelnde körperliche Aktivität, z. B. im Rahmen einer Muskelerkrankung, wird als sekundäre Knochenerkrankung bezeichnet, da die Ursache des Mangels außerhalb des Knochens liegt und die Regulation der Knochenformation intakt ist. Eine wichtige Differenzialdiagnose kindlicher Frakturen ist die Kindesmisshandlung („battered child syndrome“), die bei Vorliegen typischer Charakteristika (Hämatome, „Parierverletzungen“ im Bereich der Unterarme, Existenz von Frakturen unterschiedlichen Alters, retinale Blutungen, Hygrome im Bereich des Frontalhirns) wahrscheinlich ist.

Osteogenesis imperfecta (Glasknochenerkrankung)

Die Osteogenesis imperfecta (OI), auch Glasknochenerkrankung genannt, besitzt stark unterschiedliche Phänotypen, denen meist Punktmutationen in den Genen der beiden Ketten des Typ-I-Kollagens zugrunde liegen. Die Vererbung unterliegt vor allem einem autosomal-dominanten Erbgang und in ca. 10 % der Fälle einem rezessiven Vererbungsmuster. Für alle Subtypen der OI besteht eine Prävalenz von ca. 1:20.000.
Die Leitsymptome der Erkrankung sind eine erhöhte Knochenbrüchigkeit mit dem Auftreten von Frakturen, Skelettdeformitäten und ein reduziertes Längenwachstum (Abb. 2). Die OI verläuft sehr variabel im Beginn und in der Ausprägung ihrer Symptome. Aufgrund klinischer Kriterien können nach Sillence und Rimoln (Sillence 1981) vier Subtypen der OI unterschieden werden (Tab. 1), die basierend auf molekulargenetischen Erkenntnissen ergänzt wurden. Neben den Leitsymptomen treten weitere klinische Charakteristika der OI auf, die u. a. die Existenz von Schaltknochen der Kalotte, eine Dentinogenesis imperfecta, eine generalisierte Bindegewebsschwäche mit Schlaffheit der Bänder, blaue Skleren, Myopie, Hernien und eine Mittelohrschwerhörigkeit umfassen. Neugeborene mit OI fallen z. T. durch eine ausgeprägte muskuläre Hypotonie auf.
Tab. 1
Modifizierte Klassifikation des Phänotyps der Osteogenesis imperfecta. (Mod. nach Forlino und Marini 2016)
OI-Name
Typ
Ursächliches Gen
Vererbungsmodus
Beeinträchtigtes Protein
„Non-deforming OI with blue sclerae“
1
COL1A1
AD
Collagen α-1(I) chain
COL1A2
AD
Collagen α-2(I) chain
„Perinatally lethal OI“
2
COL1A1
AD
Collagen α-1(I) chain
COl1A2
AD
Collagen α-2(I) chain
CRTAP
AR
Cartilage-associated protein (CRTAP)
LEPRE1
AR
Prolyl-3-Hydroxylase 1 (P3H1)
PPIB
AR
Cyclophilin B (CyPB)
„Progressively deforming“
3
COL1A1
AD
Collagen α-1(I) chain
COl1A2
AD
Collagen α-2(I) chain
BMP1
AR
Bonemorphogenetic protein 1
CRTAP
AR
Cartilage-associated protein (CRTAP)
FKBP10
AR
Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase FKBP10
LEPRE1
AR
Prolyl-3-Hydroxylase 1 (P3H1)
PLOD2
AR
Procollagen-lysine,2-oxoglutarate 5-dioxygenase 2
PPIB
AR
Cyclophilin B (CyPB)
SERPINH1
AR
Heat shock protein 47 (HSP47)
TMEM38B
AR
Trimeric intracellular cation channel B (TRIC-B)
WNT1
AR
Wingless-type MMTV integration site family member 1
CREB3L1
AR
Old astrocyte specifically induced substance (OASIS)
„Common variable OI with normal sclerae“
4
COL1A1
AD
Collagen α-1(I) chain
COL1A2
AD
Collagen α-2(I) chain
WNT1
AD
Wingless-type MMTV integration site family member 1
CRTAP
AR
Cartilage-associated protein (CRTAP)
PPIB
AR
Cyclophilin B (CyPB)
SP7
AR
Osterix
PLS3
XL
Plastin 3
5
IFITM5
AD
Interferon-induced transmembrane protein 5
6
SERPINF1
AR
Pigment-epithelium-derived factor (PEDF)
„Unclassified new forms of OI“
?
SPARC
AR
Secreted protein, acidic, cysteine-rich (SPARC)
?
SEC24D
AR
SEC24 COP-II-component
?
P4HB
AR
Proteindisulfid-Isomerase (PDI)
?
XYLT2
AR
Xylosyltransferase 2 (XYLT)
AD autosomal-dominant; AR autosomal-rezessiv; XL X-chromosomal
Die Diagnose einer OI stützt sich neben den klinischen Befunden auf radiologische Kriterien und molekulargenetische Untersuchungen. In der Röntgendiagnostik zeigt sich eine erhöhte Strahlentransparenz des Skeletts, die sich in einer Osteopenie begründet. Häufig sind alte Frakturen mit guter Kallusbildung neben frischen Frakturen auffällig. Es zeigen sich Deformitäten des Skeletts, z. B. eine Kyphoskoliose der Wirbelsäule und Schaltknochen im Bereich der Schädelkalotte.
Die Therapie der OI stützt sich im Wesentlichen auf drei Pfeiler zur Verbesserung der Knochenstabilität:
  • die physiotherapeutische Behandlung zur Stärkung der Muskulatur,
  • die pharmakologische Behandlung mit Bisphosphonaten, um die Aktivität der Osteoklasten zu hemmen, und
  • die konservative und operative Versorgung von Frakturen.
Die ersten klinischen Erfahrungen zur Pharmakotherapie wurden mit Pamidronat gesammelt, das intravenös verabreicht wird. In den vergangenen 10 Jahren wurden unterschiedliche Erfahrungen mit anderen Bisphosphonaten in der Therapie der OI gesammelt, wobei die intravenöse Gabe der oralen Therapie im Kindesalter überlegen scheint. Neuere Bisphosphonate ermöglichen eine ambulante intravenöse Therapie und reduzieren somit die Phasen der Hospitalisierung. Es bleibt zu beachten, dass Bisphosphonate im Kindes- und Jugendalter nicht zugelassen sind und es sich bei deren Anwendung um einen Off-Label-Use nach den entsprechenden Kriterien handelt (Hoyer-Kuhn et al. 2017).
Ein Hauptziel der Therapie ist das Vermeiden von Phasen der Immobilisation, die zur Inaktivitätsosteoporose und zur zusätzlichen Erhöhung des Frakturrisikos führen.
Bei Patienten ohne Steh- und Gehfähigkeit können innovative Methoden der Physiotherapie wie z. B. die seitenalternierende Ganzkörpervibrationstherapie mit dem Kölner Geh-und Stehtrainer Galileo im Rahmen eines integrativen physiotherapeutischen Behandlungskonzepts eingesetzt werden.

Osteopetrose (Albers-Schönberg-Krankheit)

Die Osteopetrose, die in Abhängigkeit vom Phänotyp in vier Subtypen unterschieden werden kann, wird in die Gruppe der sklerosierenden Osteochondrodysplasien eingeordnet und wird sowohl autosomal-rezessiv (leichtere Formen) als auch autosomal-dominant (schwerere Formen) vererbt.
Die Pathogenese der Osteopetrose beruht auf einer funktionellen Störung der Osteoklastenaktivität. Osteoklasten und Osteoblasten sind in einer funktionellen Einheit für den Knochenturnover („Remodeling“) verantwortlich, wobei die von den Osteoklasten abgebaute Knochensubstanz durch von Osteoblasten neu gebildeten Knochen ersetzt wird. Aufgrund der funktionellen Störung der Osteoklasten kommt es zur Bildung von Hyperostosen und zu einer Osteosklerose, die im Bereich des Schädels zur Kompression der Austrittsstellen der Hirnnerven führen kann. Zudem engt die Osteosklerose die Markhöhle ein und führt so zu einer verminderten Blutbildung. Patienten mit Osteosklerose zeigen zudem eine erhöhte Infektanfälligkeit, da auch die Funktion der mit den Osteoklasten verwandten Makrophagen gestört ist. Die Osteopetrosis tarda hat häufig einen asymptomatischen oder subklinischen Verlauf, sodass sie oft als Zufallsbefund in der radiologischen Diagnostik bzw. bei der Knochendichtemessung mit dem Befund einer erhöhten Knochendichte entdeckt wird. Etwa 1/3 der Patienten weisen eine Anämie auf, zudem kann eine erhöhte Knochenbrüchigkeit und eine verstärkte Kariesanfälligkeit auftreten. Seltener, aber schwerer im Verlauf, ist die maligne Osteopetrose, die kongenital auftritt. Postnatal zeigt sich neben der Osteosklerose eine Hepatosplenomegalie, eine Panzytopenie, eine Lymphadenopathie und evtl. auch Hirnnervenausfälle und ein Hydrozephalus internus. Die Kinder zeigen eine charakteristische Fazies mit Makrozephalie, Hypertelorismus, Ptosis und Strabismus. Weitere Formen sind eine intermediäre Variante und eine Form mit zusätzlicher renaler Beteiligung.
Die Therapie leicht verlaufender Formen der Osteopetrose besteht in symptomatischen Maßnahmen wie z. B. Bluttransfusionen, antibiotischer Therapie und Osteosynthesen von Frakturen. Bei schweren Verlaufsformen, insbesondere der malignen Form, ist die frühzeitige Knochenmarktransplantation das Verfahren der ersten Wahl, da die Lebenserwartung ohne Transplantation in der Regel nicht die erste Lebensdekade überschreitet (Sobacchi et al. 2013).

Idiopathische juvenile Osteoporose

Die idiopathische juvenile Osteoporose manifestiert sich vor allem zum Zeitpunkt der Frühpubertät, obgleich auch Fälle bei deutlich jüngeren Patienten beschrieben wurden. Es treten Knochenschmerzen (insbesondere Rückenschmerzen), metaphysäre Frakturen der langen Röhrenknochen und Wirbelkörperfrakturen auf, die als Fischwirbelkörperbildung in der Röntgendiagnostik imponieren (Abb. 3). In manchen Fällen wird die Diagnostik durch ein verlangsamtes Wachstum oder gar durch eine Reduktion der Körperlänge, verursacht durch Sinterungsfrakturen der Wirbelkörper, angestoßen. Die Erkrankung ist meist selbstlimitierend und heilt dementsprechend nach einem Verlauf von ca. 3–4 Jahren aus.
Wichtig ist die präzise differenzialdiagnostische Einordnung der Symptome, die z. B. auch auf Leukämien oder eine milde verlaufende Osteogenesis imperfecta Typ I hinweisen können.
In der Knochenhistologie zeigt sich ein erniedrigter Mineraleinbau in den Knochen bei normaler Knochenresorption, sodass eine Imbalance zwischen Knochenformation und Resorption entsteht. Bei schweren Verläufen bietet sich eine Therapie mit Bisphosphonaten an, die im Wesentlichen den therapeutischen Empfehlungen für die Osteogenesis imperfecta folgt. Häufig ist neben physiotherapeutischer Behandlung keine medikamentöse Therapie notwendig, da die Erkrankung meist von alleine ausheilt.

Sekundäre Osteoporose

Die durch körperliche Inaktivität vermittelte Osteoporose stellt auch im Kindesalter die häufigste Form der Osteoporose dar. Es handelt sich um eine sekundäre Knochenerkrankung, da der Verlust an Knochensubstanz der verminderten körperlichen Aktivität folgt. Es sind vor allem Kinder und Jugendliche betroffen, die aufgrund einer chronisch verlaufenden Grunderkrankung mit reduzierter Mobilität und Phasen der Immobilisation wie z. B. neuromuskulären Erkrankungen eine Osteoporose ausbilden. Therapeutisches Ziel ist es, den durch mechanische Stimulation zu induzierenden Knochenaufbau (Modeling) anzuregen. Individuell ausgearbeitete physiotherapeutische Konzepte, die nach Möglichkeit integrativ gestaltet sind und verschiedene Formen der Physiotherapie kombinieren, ermöglichen eine Verbesserung der muskulären Aktivität und dadurch eine Stimulation des Modeling im Knochen.
Neben der Inaktivitätsosteoporose gibt es noch andere Ursachen, die zu einer Osteoporose führen. Hierzu zählen chronische Erkrankungen (z. B. rheumatische Erkrankungen, chronisch entzündliche Darmerkrankungen), motorische und neurologische Grunderkrankungen (z. B. Zerebralparese), Stoffwechselerkrankungen (z. B. Glykogenosen), Endokrinopathien (z. B. Wachstumshormonmangel) oder iatrogene Ursachen (z. B. Medikamente wie Kortikosteroide, Antikonvulsiva). Bei diesen Ursachen einer Osteoporose muss die Therapie zunächst in der Behandlung der primären Grunderkrankung liegen. Allerdings ist zu beachten, dass diese Grunderkrankungen in den meisten Fällen auch dazu führen, dass die Patienten weniger aktiv und beweglich sind und somit neben der primären Ursache auch noch eine Inaktivitätsosteoporose hinzukommt. Diese sollte dann durch eine Kräftigung der Muskulatur unabhängig von der Grunderkrankung behandelt werden.

Spezielle diagnostische Verfahren in der pädiatrischen Osteologie

Die Pädiatrie lebt von den Spezifika der Entwicklung des kindlichen Organismus. Dieser Aspekt nimmt auch in der pädiatrischen Osteologie eine führende Rolle ein, da die Entwicklung der Körpermaße ursächlich für entscheidende methodische Probleme in der osteodensitometrischen Diagnostik von Knochenerkrankungen im Kindes- und Jugendalter ist. Unter Osteodensitometrie wird die Untersuchung von knöchernen Skelettelementen durch Messung der Absorption ionisierender Strahlung verstanden. Das in der Erwachsenenosteologie am weitesten verbreitete Verfahren ist die „dual energy X-ray absorptiometry“ (DXA), ein planimetrisches Messverfahren, mit dem die Absorption von Strahlung pro Fläche gemessen wird (Abb. 4).
Die mit DXA ermittelte Knochendichte ist ein Surrogatparameter für die physikalische Definition von Dichte (Masse/Volumen), da zum einen über die Absorption der Strahlung auf die durchstrahlte Masse zurückgeschlossen wird und zum anderen die absorbierte Strahlung auf eine Fläche und nicht auf ein Volumen bezogen wird. Aus diesem Grund besteht für die Messung mit DXA eine starke Abhängigkeit von den Körpermaßen des Patienten. Ein großes Skelettelement mit niedriger physikalischer Dichte kann in der Messung mit DXA die gleiche Knochendichte wie ein kleines Skelettelement mit hoher physikalischer Dichte aufweisen. Die Messung der planimetrischen Dichte führt somit zu einer Überschätzung der physikalischen Dichte bei großen Individuen und zu einer Unterschätzung bei kleineren Individuen. Verschiedene methodische Ansätze sind in die DXA-Messung bei Kindern eingeführt worden, um diesem messtechnischen Problem Rechnung zu tragen. Zum einen werden die gemessenen Werte auf körpergrößenadaptierte Referenzen bezogen, zum anderen existieren geometrische Korrekturformeln, die näherungsweise aus der planimetrischen Messung einen Bezug auf das wahre Volumen des durchstrahlten Skelettelements möglich machen. Messgrößen der DXA-Messung sind planimetrische Dichtewerte unterschiedlicher Skelettelemente, meist vom Schenkelhals des Femurs und der Lumbalwirbelsäule, und die Messung des „bone mineral content“ (BMC; g oder g/cm). Dieser Wert kann auch für das gesamte Skelett angegeben werden und ist ein Maß für die Knochenmasse des Skeletts. Eine Messung der absorbierten Strahlung in Bezug auf das durchstrahlte Volumen (volumetrische Messung) ist mit der quantitativen Computertomografie (QCT) möglich. Aufgrund des Bezugs der Absorption von Strahlung auf das Volumen des Skelettelements treten geringere Probleme mit der Abhängigkeit dieses Verfahrens von den Körpermaßen des Individuums auf.
Zu beachten ist, dass bei sehr kleinen Skelettelementen mit hoher Krümmung im Querschnittsbild ein partieller Volumeneffekt auftreten kann, der zur Bestimmung von falsch-niedrigen Werten führt, da im Randbereich des Skelettelements nicht jedes Voxel komplett vom gemessenen Skelettelement ausgefüllt wird.
Dieses methodische Problem ist jedoch im Vergleich zu den größenabhängigen Messproblemen der DXA als weitaus geringer einzuschätzen. Nachteilig ist die relativ hohe Strahlenbelastung bei der Untersuchung mit QCT, wenn sie im Bereich des Rumpfes, z. B. zur Messung an der Wirbelsäule, durchgeführt wird. Aus diesem Grund sind Messungen der Knochendichte und -masse mit QCT bei Erkrankungen, die das gesamte Skelettsystem betreffen, bei Kindern und Jugendlichen nach Möglichkeit an den Extremitäten durchzuführen. Diese Art der Messung wird als periphere quantitative Computertomografie (pQCT) bezeichnet (Abb. 5).
Gut etablierte Referenzwerte zu dem Verfahren der pQCT existieren für unterschiedliche Lokalisation im Bereich des Radius und der Tibia. Messergebnisse osteodensitometrischer Untersuchungen werden häufig als „standard deviation scores“ (SDS), also als Differenz des Messwertes vom Mittelwert der Referenzpopulation mit Bezug auf die Standardabweichung (SD) angegeben. Unter dem Z-Score werden SDS mit Referenzbezug auf das Geschlecht, Alter und ggf. die Körpergröße, mit dem T-Score der Bezug auf eine altersentsprechende Referenzpopulation, die bereits die Spitzenknochenmasse („peak bone mass“) erreicht hat, verstanden. Die Spitzenknochenmasse spielt in der Diagnostik der Osteoporose bei Kindern und Jugendlichen keine Rolle (Bianchi et al. 2010), da Kinder und Jugendliche aufgrund ihrer noch nicht abgeschlossenen Skelettentwicklung noch gar keine Spitzenknochenmasse erreicht haben.
Landläufig wird der Z-Score als diagnostischer Wert benutzt, um die Diagnose einer Osteoporose (<–2,5 SD) zu stellen. Dieses Vorgehen ist aus Aspekten zur Messmethode, aber auch aus theoretischen Grundlagen zum Verständnis der Knochenentwicklung bei Kindern und Jugendlichen, als problematisch anzusehen. Untersuchungen der letzten 15 Jahre haben die allgemein verbreitete Auffassung, dass der Mensch eine Spitzenknochenmasse bis zum 30. Lebensjahr aufbaut, von der er für den weiteren Verlauf seines Lebens „zehrt“, infrage gestellt. Die Spitzenknochenmasse stellt einen Surrogatparameter für die Knochenfestigkeit dar, die jedoch nicht alleine von der Knochenmasse, sondern auch von der Geometrie des Knochens abhängig ist. Die Knochenfestigkeit ist die durch den Mechanostaten primär geregelte Größe und steht in direktem Zusammenhang zur Bruchfestigkeit des Knochens. Da im gesunden Skelett die Knochenfestigkeit an die auf den Knochen einwirkenden Kräfte, die vor allem durch die Aktivität der Skelettmuskulatur bedingt sind, adaptiert ist, ist die Spitzenknochenmasse wahrscheinlich das durch Adaptation bedingte Ergebnis der Entwicklung einer Spitzenmuskelmasse („peak muscle mass“) bzw. Spitzenmuskelkraft. Untersuchungen, die eine vermutete Interaktion zwischen der Entwicklung einer Spitzenmuskel- und Spitzenknochenmasse im Längsschnitt beschreiben, fehlen aktuell genauso wie methodisch befriedigende Untersuchungen zur Frakturprädiktion durch alleinige osteodensitometrische Untersuchungen im Kindes- und Jugendalter.
Aus diesem Grund sind osteodensitometrische Untersuchungsbefunde bei der Diagnostik von Skeletterkrankungen immer vor dem Hintergrund des klinischen Befundes (Vorliegen von Frakturen bei Bagatelltraumata, Deformitäten von Skelettelementen, klinische Charakteristika einer diagnostischen Entität) zu sehen und dürfen nie als primäre Indikatoren für den Nachweis einer Skeletterkrankung oder als Indikation zur Therapie gewertet werden.
Die bereits oben beschriebene Einteilung der Knochenerkrankungen in primäre und sekundäre ermöglicht die Erstellung eines diagnostischen Algorithmus (Abb. 6). Dieser beruht auf der Untersuchung der Muskel-Knochen-Interaktion („muscle-bone unit“) und somit auf der Beschreibung einer intakten oder unzureichenden Adaptation des Knochens auf seine mechanische Inanspruchnahme. Die Muskelquerschnittsfläche in der Messung mit pQCT dient dabei als Surrogatparameter für die Entwicklung der am Knochen angreifenden Maximalkräfte. Da die Maximalkraft eng mit dem maximalen Umfang des Skelettmuskels korrespondiert, werden an Arm und Bein Schnittebenen nahe dem maximalen Umfang zur Messung der Muskelquerschnittsfläche gewählt. Untersuchungen mit pQCT ermöglichen zudem, über Knochenmasse und Knochengeometrie ein Maß für die Knochenfestigkeit („bone strength index“, BSI) zu bestimmen, das der durch den Mechanostaten geregelten Größe der Bruchfestigkeit noch näher kommt als die Knochenmasse (BMC). Analog können in Untersuchungen mit DXA die Parameter BMC und „fat free mass“ zueinander in Verhältnis gesetzt werden.
Die Adaptation des Knochens an die muskuläre Aktivität rückt den Aspekt der muskulären Funktionsdiagnostik zunehmend ins Zentrum der osteologischen Diagnostik im Kindes- und Jugendalter. Dynanometrische Messungen zur maximalen isometrischen Griffstärke am nicht dominanten Arm geben ein genaueres Maß als die Muskelquerschnittsfläche für die durch physiologische Muskelaktivität vermittelten Kräfte auf Ulna und Radius des Unterarms. Mechanografische Untersuchungen mit Bestimmung der Spitzensprungkraft beim Einbeinsprung („peak jump force“) ermöglichen ein anaologes Vorgehen für die unteren Extremitäten.
In der osteologischen Diagnostik erwachsener Patienten ist die Untersuchung mit quantitativen Verfahren der Sonografie weit verbreitet. In der pädiatrischen Diagnostik ist der Einsatz dieser Untersuchungsmethoden nur unter konsequenter Berücksichtigung ihrer methodischen Probleme, wenn überhaupt, zu empfehlen. Der Parameter „speed of sound“ (SOS) zeigt eine überwiegende Abhängigkeit von der Körpergröße des untersuchten Patienten und einen nur geringgradigen Zusammenhang zur Knochendichte. Die „broad ultrasound attenuation“ (BUA) ist ein im Kindes- und Jugendalter in seinem Zusammenhang zur Knochenstruktur und Knochenmasse nur unzureichend untersuchter Parameter und aus diesem Grund ebenfalls nicht als belastbares diagnostisches Kriterium zu verwerten.
Mit methodischen Problemen kann auch die Bestimmung von Abbauprodukten des Knochenmetabolismus (sog. Knochenmarker, z. B. der mit der Osteoklastenaktivität korrespondierende Osteokalzinserumspiegel) in Serum und Urin der Patienten verbunden sein, da diese Stoffwechselprodukte in einem mindestens so engen Zusammenhang zum Längenwachstum wie zur Entwicklung einer Osteoporose stehen. Aus diesem Grund sind Metaboliten der Knochenmatrix (z. B. Deoxypyridinolin, Galaktosylhydroxylysin) gut einsetzbare Parameter in mathematischen Modellen zur Wachstumsprädiktion, z. B. nach Start einer Wachstumshormontherapie.
Zusammenfassend sind Anamnese und körperlicher Untersuchungsbefund die primären Eckpfeiler in der osteologischen Diagnostik. Osteodensitometrische Verfahren haben ihren Stellenwert in der Differenzialdiagnostik, vor allem weil sie bei Berücksichtigung der Muskel-Knochen-Interaktion die Unterscheidung in primäre und sekundäre Knochenerkrankungen ermöglichen.
Die diagnostische Absicherung einer Knochenerkrankung durch die alleinige Beurteilung von T-Score und Z-Score osteodensitometrischer Untersuchungen ist unzureichend und führt oftmals zu schwerwiegenden Fehlentscheidungen in der Therapie (z. B. alleinige Behandlung einer sekundären Knochenerkrankung mit Bisphosphonaten). Der diagnostische Einsatz von quantitativem Ultraschall und der Bestimmung von Knochenmarkern spielt aufgrund methodischer Probleme in der pädiatrischen Osteologie eine nur untergeordnete Rolle und kann den Einsatz osteodensitometrischer Verfahren nicht ersetzen. Letztlich verhält es sich in der Osteologie nicht anders als in anderen Teilbereichen der Medizin, nur ein exaktes Verständnis über die Pathologie der Erkrankung (in diesem Fall mangende Knochenfestigkeit und nicht mangelnde Knochenmasse oder -dichte) führt zu einem adäquaten Einsatz diagnostischer Methoden und am Ende zu validen Diagnosen und guten therapeutischen Konzepten.

Therapie der Osteoporose

Biophosphonate
Ansatzpunkt der Osteoporosetherapie sollte das Angehen der primären Ursache der mangelnden Bruchfestigkeit des Knochens sein. Die Behandlungsindikation der Osteoporose gründet sich dabei auf einen klinischen Befund (z. B. Frakturen), aber nie alleine auf osteodensitometrische Untersuchungsergebnisse. Bei primären Knochenerkrankungen handelt es sich um eine unzureichende Adaptation an die Verformung des Knochens, sodass durch eine Verschiebung des Verhältnisses von Knochenauf- und -abbau hin zum Knochenaufbau durch eine Erhöhung der Knochenmasse eine verbesserte Bruchfestigkeit erreicht werden soll. Als brauchbares Prinzip zur Hemmung der Osteoklastenaktivität hat sich in der Erwachsenenosteologie die Wirkung von Substanzen aus der Gruppe der Bisphosphonate, Derivate des Pyrophosphats, erwiesen. Diese Substanzen haben auch eine zunehmende Bedeutung in der pädiatrischen Osteologie erlangt. Die meisten Erfahrungen in der pharmakologischen Therapie mit Bisphosphonaten liegen für die Behandlung der Osteogenesis imperfecta vor. In den 1990er-Jahren wurden die ersten in Studien gewonnenen Resultate zur Therapie der Osteogenesis imperfecta mit Pamidronat, das intravenös appliziert wird, publiziert. Für Therapien mit oral verabreichten Bisphosphonaten konnte im Kindesalter nicht die gleiche Wirksamkeit wie für die intravenösen Therapieschemata gezeigt werden. Aus diesem Grund ist für das Kindesalter ein intravenös zu verabreichendes Therapieprotokoll zu empfehlen (Tab. 2, Schema für Pamidronat und Neridronat). Für andere Formen der Osteoporose (z. B. juvenile Osteoporose) liegen bisher keine Daten für die Vergleichbarkeit einer intravenösen vs. einer oralen Therapie mit Bisphosphonaten vor. Im Zweifelsfall ist bei eher jüngeren Patienten im Säuglings- und Kleinkindalter ein eher intravenöses Therapieschema zu empfehlen. Insbesondere die intravenöse Gabe von Bisphosphonaten kann zu einer Erniedrigung des Serumspiegels von Kalzium führen, sodass ggf. eine Substitution von Kalzium erfolgen sollte. Aufgrund der erhöhten renalen Ausscheidung von Kalzium unter der Gabe von Bisphosphonaten ist besondere Vorsicht bei Patienten mit einem erhöhten Risiko der Bildung kalziumhaltiger Konkremente in den ableitenden Harnwegen geboten. Unter intravenöser Gabe von Bisphosphonaten kann ein inflammatorisches Krankheitsbild mit grippeähnlicher Symptomatik auftreten. Dies ist vor allem bei der ersten Gabe eines Bisphosphonats zu beobachten. Neuere bei Erwachsenen verwendete Medikamente zur Therapie der Osteoporose sind in der Pädiatrie bisher nicht etabliert. Antiresorptive Medikamente, wie Osteoklasten-Antikörper, werden derzeit untersucht. Anabole Wirkstoffe spielen wegen ihrer potenziell Malignome auslösenden Wirkung keine Rolle in der Pädiatrie.
Tab. 2
Therapie mit Bisphosphonaten im Kindes- und Jugendalter
Bisphosphonat
Alter
Dosis
Applikationsschema
Pamidronat (i.v.)
0–24 Monate
0,5 mg/kg KG und Tag
an 3 aufeinanderfolgenden Tagen
Repetition der Gaben alle 2 Monate
2–3 Jahre
0,75 mg/kg KG und Tag
an 3 aufeinanderfolgenden Tagen
Repetition der Gaben alle 3 Monate
>3 Jahre
1 mg/kg KG und Tag
an 3 aufeinanderfolgenden Tagen
Repetition der Gaben alle 4 Monate
Neridronat (i.v.)
0–12 Monate
1. Zyklus:
1. Tag 0,5 mg/kg KG
2. Tag 1,0 mg/kg KG
2. Zyklus:
1. Tag 1,0 mg/kg KG
2. Tag 1,0 mg/kg KG
Repetition der Gaben alle 3 Monate
>12 Monate
2 mg/kg KG als Einzeldosis
Repetition der Gabe alle 3 Monate
(1. Gabe stationär, danach ambulant als Kurzinfusion über 30 min)
Alendronat (p.o.)
 
5–10 mg/kg KG und Tag
Tägliche Einnahme
Physiotherapie
Die physiotherapeutische Behandlung besitzt einen hohen Stellenwert in der Behandlung der Osteoporose, sowohl im Rahmen einer primären als auch der sekundären Knochenerkrankung. Für die sekundäre Knochenerkrankung bedeutet die durch Muskelaktivität vermittelte Zunahme der Verformungsrate des Knochens bereits eine primäre kausale Behandlung der Erkrankung. Besonders zu betonen ist dieses für Osteoporosen, die im Rahmen neurologischer oder neuromuskulärer Erkrankungen auftreten und meist durch mangelnde muskuläre Aktivität begründet sind. Besonders empfehlenswert scheinen integrierte physiotherapeutische Therapieansätze zu sein, die unterschiedliche Formen der Physiotherapie (Bobath, Vojta, konduktive Therapie, medizinische Trainingstherapie, seitenalternierende Ganzkörpervibrationstherapie) miteinander kombinieren. Patienten mit Osteoporosen durch primäre Knochenerkrankungen profitieren ebenfalls von der physiotherapeutischen Behandlung. Dadurch kann die durch Immobilisation induzierte sekundäre Knochenerkrankung (mangelnde Verformung des Knochens) und Verstärkung der Osteoporose verhindert werden.
Vitamin D und Kalzium
Die Gabe von Vitamin D oder Kalzium ist kein primärer therapeutischer Ansatz bei Osteoporose, da pathophysiologisch anders als bei der Rachitis oder der Osteomalazie der Mangel an Kalzium und Vitamin D nicht im Vordergrund stehen. Weil die Mineralisation des Knochens länger dauert als der Knochenabbau, führt jeder hohe Knochenumsatz zu osteomalazischen Bezirken (noch nicht kalzifizierte Knochenmatrix), die nicht auf einem Mangel an Kalzium und Vitamin D beruhen. Bei Patienten mit einer Osteoporose im Rahmen einer sekundären Knochenerkrankung, die auf eine immobilisierende Grunderkrankung zurückzuführen ist, sollte jedoch auf eine adäquat altersentsprechende nutritive Versorgung mit Kalzium und Vitamin D geachtet werden. Denn bei diesen Patienten ist eine ausgewogene Ernährung oft schwierig zu gewährleisten, bedingt durch Ernährungsstörungen, die z. B. durch eine neurologische Grunderkrankung verursacht sein können. Eine Substitution, die zu Vitamin-D-Spiegeln über der Norm führt, hat keinen positiven Effekt auf die Knochenentwicklung (Plante et al. 2016).
Zusammenfassend basiert die Therapie der Osteoporose auf den beiden Eckpfeilern der pharmakologischen Therapie mit Bisphosphonaten und der gezielten und intensiven physiotherapeutischen Behandlung. Kalzium und Vitamin D haben keinen Stellenwert in der Behandlung der Osteoporose im Kindes- und Jugendalter.
Literatur
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