Methoden zur Knochendichtebestimmung

Zur Ermittlung der Knochendichte (BMD) bei den in dieser Studie untersuchten Personen stellte sich die Frage, mit welcher Methode man die Knochendichte am besten messen kann. Zur Wahl standen verschiedene, heute übliche Verfahren. Den Goldstandard einer Knochendichtemessung stellt nach wie vor die Messung mit dem Computertomographen (CT) dar. Bei dieser Methode ist eine Knochendichtemessung auch heutzutage noch am genauesten durchzuführen. Allerdings hat die Methode den gravierenden Nachteil, dass die untersuchten Personen während der Untersuchung eine nicht unerhebliche Radioaktive Strahlenbelastung erhalten. Da die CF-Patienten bereits wegen ihrer rezidivierenden Infektionen der Lunge regelmäßigen Röntgenaufnahmen ausgesetzt sind, sollte man sie keiner zusätzlichen Strahlenbelastung aussetzen. Dies ist vor allem unter dem Gesichtspunkt wichtig, dass es für die Strahlenbelastung keinen Grenz- bzw. Schwellenwert gibt, unter dem man vor einer malignen Entartung sicher wäre. Für die Kontrollen zeigte sich diese

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Tatsache als in doppelter Hinsicht von Bedeutung, da sie lediglich als Vergleichsgruppe bei dieser Studie sind und somit die Strahlenbelastung einer Computertomographie ohne diagnostischen oder therapeutischen Grund medizinisch und vor allem ethisch nur schwer zu rechtfertigen wäre.

Eine weitere Möglichkeit der Knochendichtemessung ist die Ultraschallmessung. Diese Methode hat den Vorteil, dass sie nach heutigem Wissen vollkommen ohne Nebenwirkungen arbeitet. Es treten dabei keine Strahlenbelastungen oder Verletzungen des Patienten auf. Allerdings hat das Verfahren auch einige Nachteile. Zum einen ist die Genauigkeit dieser Messung im Vergleich zu anderen üblichen Messmethoden wie der Computertomographie oder dem Dual-Energy-X-Rayabsorptiometry (DEXA) Verfahren zumindest als fraglich, wenn nicht sogar als ungenau zu bezeichnen.

Die mit diesem Verfahren zu erreichende Genauigkeit hängt hierbei sehr stark von der Erfahrung des Untersuchers ab. Daraus ergeben sich bereits die Schwierigkeiten, dass wenn zwei oder mehr Personen die Untersuchungen vornehmen, es zu deutlichen Differenzen zwischen diesen beiden Untersuchern kommt (Flohr 2002; Baroncelli 2003). Auf Grund dieser Schwierigkeiten wurde dieses Verfahren in der vorliegenden Studie ebenfalls nicht angewandt.

Histologische Untersuchungen des Knochengewebes, wären ebenfalls eine sehr genaue Möglichkeit der Knochendichtemessung gewesen. Allerdings hat auch dieses Verfahren trotz der sehr genauen Messmethode einige zum Teil gravierende Nachteile. Ein solches Verfahren ist nur möglich, indem eine Probe bzw. eine Biopsie aus dem Knochen entnommen wird. Dies bedeutet aber einen kleinen operativen Eingriff, welcher mit den entsprechenden Risiken für den Patienten verbunden ist. Zum einen besteht bereits während des Eingriffes immer die Gefahr einer Infektion, zum anderen kann es selbst bei sorgfältigstem Vorgehen zu Verletzungen des umliegenden Gewebes kommen.

Zusätzlich müsste es eine Möglichkeit geben, die Patienten nach dem Eingriff zu beobachten oder sie gegebenenfalls auch stationär aufnehmen zu können.

Durch diese doch erheblichen Risiken und der mangelnden logistischen Möglichkeiten, musste diese Möglichkeit der Knochendichtebestimmung ebenfalls verworfen werden.

Als letzte Möglichkeit bleibt die Dual-Energy-X-Rayabsorptiometry (DEXA)-Untersuchung. Diese Art der Untersuchung bietet im Vergleich zu den anderen Untersuchungsmöglichkeiten Vorteile bei nur wenigen Nachteilen. Der Hauptvorteil dieser Untersuchungstechnik besteht in der guten Validität der Untersuchung und der einfachen Durchführbarkeit. Die Untersuchung selbst ist nach der Positionierung des Patienten automatisiert, so dass es keine

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Unterschiede in der Untersuchungstechnik gibt. Bei der anschließenden Auswertung der Scanergebnisse werden von Hand einige Linien zur Unterteilung der einzelnen Körperregionen gesetzt (Siehe Kapitel 2.2.2). Bei dem Positionieren der einzelnen Linien gibt es auch bei unterschiedlichen Untersuchern nur sehr geringe Abweichungen zwischen den einzelnen Ergebnissen, die sich zwischen 1,6 bis max. 7% bewegen (Slosman 1992;

Pritchard 1993; Mazess 1990). Ein weiterer Vorteil ist, dass dieses Verfahren eine sehr hohe Genauigkeit bei der Knochendichtemessung (BMD) im Vergleich zur Computertomographie erzielt. In der Literatur finden sich Werte für eine Abweichung von ca. 2% (Bates 2002). Ein geringer Nachteil dieses Verfahrens ist, dass es wie das CT mit Röntgenstrahlung arbeitet. Allerdings ist die Strahlenbelastung gerade im Vergleich zum CT extrem gering. Auf Grund der hohen Genauigkeit bei der Knochendichtemessung und der nur sehr geringen Strahlenbelastung wurde in dieser Studie das DEXA-Verfahren zur Knochendichtebestimmung verwendet.

2.2.1 Das Lunar-DEXA-Gerät

Wie im vorherigen Kapitel bereits erwähnt, wurde zur Bestimmung der Knochendichte die DEXA-Untersuchung ausgewählt. Die Durchführung dieser Untersuchung erfolgte mit einem DEXA-Gerät der Firma Lunar (USA). Bei diesem Verfahren wird die Knochendichte mit Hilfe einer Dualenergie-Röntgenabsorptiometrie Methode gemessen. Hierbei werden zwei einzelne Photonen-Energien (38 KeV und 70 KeV) verwendet, welche durch den Patientenkörper abgeschwächt und dann gemessen werden. Durch die gemessene Abschwächung der Energien kann man unter Verwendung des Lambertschen Gesetzes eine Unterteilung der einzelnen Körperkomponenten berechnen (Lunar© Bedienungsanleitung). Hierbei muss man bedenken, dass es sich bei dem DEXA-Verfahren um ein planares Verfahren handelt und nicht wie bei der QCT-Messung um ein volumetrisches Verfahren. Aus diesem Grund müssen vor allem bei kleinen und leichten Patienten die gemessenen Werte mit Vorsicht betrachtet werden. Um diese Problematik zu umgehen, wurde eine Normierung der Werte vorgenommen (Siehe hierzu Kapitel 2.2.2).

Das Lunar-DEXA-Gerät arbeitet mit Röntgenstrahlen. Allerdings sind die Strahlenbelastungen um den Faktor 400 niedriger als bei der Computertomographie (Bernhardt 1995). Laut Benutzerhandbuch der Firma

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Lunar ist der Patient bei einem Ganzkörperscan einer durchschnittlichen Strahlendosis von 0,04 mGy ausgesetzt.

2.2.2 Ermittlung der Körperzusammensetzung und Knochendichte

Zur Ermittlung der Körperzusammensetzung der Gesamtknochenmasse (Knochenmineraldichte(BMD)), des Muskelgewebes und des Körperfettes wurde ein Ganzkörper-Scan mit einem Dual-Energy X-Rayabsorptiometry (DEXA) der Firma Lunar aus den USA sowohl für die 40 CF-Patienten als auch für die 28 Kontrollpatienten durchgeführt. Die unterschiedlichen Körperregionen wurden auf Grund der höheren Genauigkeit von Hand positioniert. Wie auf der Abbildung 1 zu erkennen ist, wurde der Körperstamm folgendermaßen definiert:

Zuerst wurde eine Horizontale Linie oberhalb der Schultern gesetzt, um so die Kopfregion vom Stamm zu trennen. Danach wurden zwei vertikale Linien platziert, eine an jeder Seite durch die Schulterregion, um so die beiden Arme ebenfalls vom Körperstamm zu separieren. Dabei wurde genau darauf geachtet, nicht eventuell die Fußspitzen mit zu erfassen, da die vertikalen Linien auf Grund der Software des Lunar DEXA nicht weiter aufzuschlüsseln waren. Als nächstes wurde auf jeder Seite eine diagonale Linie durch das Hüftgelenk gelegt, um so die Beine vom Rest zu trennen, ohne jedoch die Beckenkämme mit abzuschneiden. Nach dem Platzieren dieser Linien ist der Körperstamm eindeutig vom Kopf und den Armen abzugrenzen. Die weiteren Linien sind ebenfalls durch die DEXA Software vorgegeben und dienen der zusätzlichen Separierung der Wirbelsäule vom Körperstamm. In die Berechnung des Körperstamms als Vergleich zu den Extremitäten wird die Wirbelsäule aber mit einbezogen.

Seite 12 Abbildung 1: Manuelle Bestimmung der Körperregionen mit dem Lunar-DEXA

Um Variationen durch die möglichen Unterschiede in der von Hand durchgeführten Liniendefinition festzustellen, wurden die Messungen mit verschiedenen Linienführungen wiederholt, damit die Ausprägung dieser Unterschiede bestimmt werden konnten. Hierbei zeigten sich Abweichungen von 1% für das gesamte fettfreie Körpergewebe (LBM), 2,2% für das Fettgewebe sowie 1,6 bis 7 % für die korrespondierenden Messungen der anatomischen Subregionen. Diese Abweichungen in den einzelnen Messungen sind relativ konstant und entsprechen den Werten, die man bei ähnlichen Messungen auch in der Literatur findet (Mazess 1989; Mazess 1990; Pritchard 1993). Die Gesamtknochenmassenmessung, die mit dem DEXA-Gerät gemessen wird, zeigt einen Gesamtfehler von 2% bei gut dokumentierten und in vielen Kliniken verbreiteten Anwendungsgebieten (Bates 2002; De Vita 1999).

Die relative Körperzusammensetzung, mit dem DEXA-Gerät gemessen, definiert folgende Komponenten: das gesamte fettfreie Körpergewebe (LBM),

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den Knochenmineralgehalt (Bone mineral content (BMC)), Gesamtfettmasse (fat body mass (FBM)) als Prozent vom Gesamtkörpergewicht. Die Fettverteilung wird durch die Berechnung des Fettverhältnisses von Extremitäten zum Körperstamm berechnet. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass es sich bei dem DEXA Verfahren um ein planares Verfahren handelt und nicht wie bei der QCT-Messung um ein volumetrisches Verfahren. Aus diesem Grund müssen vor allem bei kleinen und leichten Patienten die gemessenen Werte mit Vorsicht beurteilt werden. Auf Grund des planaren Verfahrens wird eine Dichte Messung nur als g/cm gemessen. Um diese, durch das Verfahren bedingte Problematik zu umgehen, wurden die Werte des Lunar-DEXA-Gerätes sowohl für die CF-Patienten als auch für die Kontrollgruppe auf eine Körpergröße von 170 cm normiert. Dies erfolgte nach der folgenden Formel:

170 cm

X

X

Körpergröße

X steht in dieser Formel für die entsprechende Körperkomponente (FBM,BMC,LBM). Durch diese Normierung auf eine einheitliche Körpergröße konnte der Einfluss der unterschiedlichen Körpergrößen zwischen den CF-Patienten und der Kontrollgruppe auf die Knochendichte minimiert werden.