Der Effekt von Phyto- und Sexualhormonen auf den osteoporotischen Knochen der männlichen Rattentibia

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Einfluss der Sexualhormone, Dihydrotestosteron (DHT) und Östrogen (E2), sowie der Phytohormone, Genistein (GEN) und Equol (EQ), auf den osteoporotischen Knochen der männlichen Ratte zu untersuchen. Der Versuch wurde an 150 adulten, männlichen Sprague-Dawley-Ratten durchgeführt. Zunächst wurden die Tiere zur Induktion einer Osteoporose orchiektomiert (orx) und über ein Zeitintervall von 4 Wochen mit sojafreiem Futter versorgt. Anschließend wurden die Tiere in 5 Gruppen zu je 30 Tieren eingeteilt, von denen 4 Gruppen als Verum DHT, E2, GEN oder EQ mit dem Futter erhielten. Eine Gruppe wurde weiterhin sojafrei ernährt und diente der Kontrolle (SF). Nach 2, 3 bzw. 9 Wochen wurden jeweils 10 Tiere einer Gruppe obduziert, dabei wurden die rechten Tibiae entnommen und im Anschluss in Kunststoffblöcke eingebettet. Die histologische und histomorphometrische Analyse wurde an Goldner-gefärbten Semidünnschnitten vorgenommen, an denen die meta- und diaphysäre Kortikalisdicke, die Spongiosafläche, die Trabekelanzahl sowie, als Parameter für die Trabekelgröße, die mediane Trabekelgröße und der Feretdurchmesser als auch, als Parameter für die Trabekelverzweigung, die Kompaktheit der Trabekel gemessen wurden. Als wesentliches Ergebnis konnten eine osteoporotische Knochenveränderung im Sinne einer Abnahme der Kortikalisdicken und in der Spongiosa eine Abnahme der Trabekelanzahl und der Trabekelverzweigung in der SF-Gruppe festgestellt werden. Nach 9-wöchiger Hormonbehandlung war die diaphysäre Kortikalis in der DHT-Gruppe um 42μm (+8,2%; n=352) und in der E2-Gruppe um 20,5μm (+4,0%; n=272) signifikant dicker (p≤0,05) als in der SF-Referenzgruppe (514,2μm; n=362). Die Dicke der metaphysären Kortikalis unterscheidet sich in beiden Gruppen nicht von der SF-Gruppe. Auf die Spongiosa haben DHT und E2 einen positiven Effekt. Nach 9 Wochen war die gewichtsadaptierte Trabekelfläche (%TbA/100g KG) um 11% (DHT) bzw. 22,7% (E2) größer als in der Kontrollgruppe. Im Vergleich zu DHT scheint die Wirkung von E2 auf die Spongiosa stärker ausgeprägt zu sein und frühzeitiger einzutreten. Die Trabekelanzahl blieb bei beiden Gruppen konstant. Die mediane Trabekelgröße war nach 9 Wochen in der E2-Gruppe um 88% (+219,6μm²; n=1101) größer gegenüber der SF-Gruppe (247,3 μm²=100%; n=1426), während sie in der DHT-Gruppe um 14,7% (-36,4μm²; n=1173) kleiner war. Die Phytoöstrogene, GEN und EQ, haben einen positiven Effekt auf die Kortikalis. Nach 9-wöchiger Substanzapplikation war die diaphysäre Kortikalis in der GEN-Gruppe um 11,6μm (+2,2%; n=252) nicht signifikant, in der EQ-Gruppe um 20,6μm (+4,0%; n=282) signifikant dicker als in der SF-Kontrolle. Die Kortikalis in der Metaphyse war sowohl in der GEN-Gruppe, um 44,6μm (+10,1%; n=701), als auch in der EQ-Gruppe, um 30,8μm (+7,0%; n=762), signifikant dicker als in der SF-Gruppe. In der Spongiosa hingegen konnten GEN und EQ der orx-induzierten Osteoporose nicht entgegenwirken. Die gewichtsadaptierte Spongiosafläche (%TbA/ 100g KG) war nach 9-wöchiger Applikation in der GEN-Gruppe um -30,7%, in der EQ-Gruppe um -11,3 % gegenüber der SF-Kontrolle reduziert. Die geringere Spongiosafläche gegenüber der Referenzgruppe ist in beiden Phytoöstrogengruppen vor allem durch die starke Reduktion der Trabekelanzahl bedingt (GEN: -24,8%, EQ-17,5% vs. SF). Beide Phytoöstrogene haben jedoch einen positiven Einfluss auf die Trabekelverzweigung. Nach 9-wöchiger Substanzapplikation war die Kompaktheit der GEN-Gruppe mit 18,0 (+27,5%; n=915) und der EQ-Gruppe mit 24,0 (+36,7%; n=1033) signifikant größer als in der SF-Gruppe. Insgesamt betrachtet ist EQ das Phytoöstrogen mit der besseren Wirkung auf den osteoporotischen Knochen der männlichen S.D.-Ratte. Zusammenfassend kann daher aus den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit geschlossen werden, dass bei der männlichen Osteoporose die Sexualhormone, DHT und E2, eine bessere Wirkung auf den spongiösen Knochen als die Phytoöstrogene, GEN und EQ, haben, während die Kortikalis umgekehrt effizienter durch GEN und EQ als durch DHT und E2 vor den Folgen einer Osteoporose schützt. Bei der Betrachtung der Studienergebnisse im Kontext der aktuellen Literatur kann vermutet werden, dass Phytoöstrogene im männlichen und weiblichen Knochenstoffwechsel unterschiedlich wirken.