Archiv "Aussagefähigkeit der Osteodensitometrie in der Osteoporose-Diagnostik" (21.11.1991)

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DEUTSCHES

ARZTEBLATT

KURZBERICHT

^I

Aussagefähigkeit

der OsteodensitoInetrie in der Osteoporose-Diagnostik

steoporosen sind die häufigsten Osteopa- thien, die zu einer- Osteopenie mit erhöh- tem Frakturrisiko füh- ren (1). Etwa 80 Prozent der Osteo- porosen sind idiopathisch und werden den senilen und postmenopausalen Formen zugerechnet, die nach Schätzungen 30 bis 40 Prozent aller Menschen über 60 Jahre betreffen (33). Definition und Diagnosesiche- rung sind dennoch bis heute ohne Knochenbiopsie in zahlreichen Fäl- len nicht unumstritten. Es gibt keine aussagekräftigen biochemischen Tests, so daß sich die Diagnose vor Auftreten von Deformierungsereig- nissen auf klinische Symptomatik und Bestimmungen des Knochenmi- neralsalzgehalts stützen muß (5).

Charakteristische röntgenologische Strukturveränderungen mit Zunah- me von Strahlen transparenz und reaktiver Hypertrophie residueller Spongiosa lassen sich am Achsenske- lett erst in fortgeschrittenen Stadien (Verlust an Knochensubstanz > 50 bis 60 Prozent, [1]) nachweisen.

Osteodensitometrie, Methoden

Als Verfahren zur Knochendich- temessung sind derzeit drei Techni- ken etabliert, die auf der Schwä- chung einer Photonenstrahlung be- ruhen (Abbildung 1). Trotz erhebli- cher Unterschiede bezüglich Strah- lenquelle, Meßgeometrie, Objektab- bildung und Meßwertregistrierung ist allen Methoden gemeinsam, daß sie bei hohen Reproduzierbarkeiten

« fünf Prozent) mit systematischen Fehlern behaftet sind, die keine ausreichend genaue Bestimmung des

Gerd Reuther, Martina Dören, Michael Montag, Peter E. Peters * und Herrnann P. G. Schneider* *

I Bildgebende Osteodensitometrie

I

,----./--. ^~~----.

Projektive Verfahren Dual Energy Photon Absorptiometry

(DPA)

Dual energy X-ray Absorptiometry (DXA, DPX, QDR)

Tomographische Verfahren Quantitative Computertomographie

(QCT)

Abbildung 1. Verfahren zur Messung des Knochenmineralsalzgehalts

wahren Knochenmineralsalzgehaltes zulassen (12,15,31). Die wichtigsten Kennzeichen, die Vor- und Nachtei- le der Systeme widerspiegeln, sind in der Tabelle zusammengefaßt.

Normalkollektive lassen im Meßwertebereich aller drei Ver- fahren eine große physiologische Schwankungsbreite erkennen, die sich nach Erreichen der höchsten Knochendichte im dritten bis vierten Dezennium ("peak bone mass") zu- nehmend der unteren Meßgrenze annähert (10, 13, 18; Abbildung 2).

Eine osteoporotische Osteopenie führt dabei zu Volumen- oder Flä- chendichten, die zwar in der Mehr- zahl unterhalb der Regressionsgera- den, aber innerhalb der zweifachen Standardabweichung liegen (11, 14, 15). Die Verdachtsdiagnose einer

* Institut für Klinische Radiologie (Direktor:

Prof. Dr. med. P. E. Peters) Westfälische Wilhelms-Universität Münster

** Klinik und Poliklinik für Geburtshilfe und Frauenheilkunde (Direktor: Prof. Dr. med.

Hermrnm P. G. Schneider) Westfälische Wil- helms-Universität Münster

*** Klinik für Allgemeine Röntgendiagno- stik und Neuroradiologie (Chefarzt Prof. Dr.

med. E. Kühne), Alfried Krupp von Bohlen und Halbach Krankenhaus Essen

Osteoporose ohne Frakturen kann sich daher nur selten auf den Abso- lutwert einer einzeitigen Knochen- dichtebestimmung stützen, sondern muß in der Verlaufsbeobachtung eine pathologisch erhöhte Knochen- verlustrate nachweisen.

Quantitative

Computertomographie

Die quantitative Computerto- mographie (QCT), mit der wir seit 1985 über 3000 Untersuchun- gen durchgeführt haben, zeichnet sich gegenüber den projektiven Photonenabsorptiometrie- Verfahren durch die höchste Empfindlichkeit aus (2, 3, 24, 26). Die selektive Mes- sung des spongiösen Knochens mit seiner acht- bis zehnfach höheren Stoffwechselaktivität gegenüber der Kompakta, der größte auch negative Werte (Fettmark) einschließenae Meßbereich (Abbildung 3a) und die detallierte morphologische Abbil- dung (Abbildung 3b) sind trotz Ver- besserungen der Photonenabsorptio- metrie in Zwei-Energie-Technik (DPA und DXA) mit unselektiver Messung der Flächendichte des Kno- chens nicht zu erzielen. C>

A-4136 (66) Ot. Ärztebl. 88, Heft 4}, 21. November 1991

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QCT Wem

klein ja 3-4 x

+++

nicht erforderlich

+++

10 70 ( + Topogramm)

10-402) Allgemeine Betriebskosten

nein 2x

erforderlich

25-30 200 ( + LWS)

120-160 Betriebskosten

+ Gd-Quelle

DXA g/cm2 groß nein 2x

erforderlich ++

10 200 ( + LWS)

150-250 Allgemeine Betriebskosten Anschaffungskosten (TDM)

Untersuchungszeit (Minuten Dosis effektiv (ItSv)

Unterhaltungskosten

selektive Spongiosamessung relative Sensitivität')

Übersichtsaufnahmen Fehlerdetektion Meßgröße

orphologie

DPA g/cm2 groß Meßvolumen

San Francisco (n = 203), Alter 37 — 65 Jahre Münster (n =152), Alter 19 — 77 Jahre 250- mg K211PO4 /cm 3

0

[±40] 0

MÜNSTER B ₀ 04 8; 0

0 o8ogr 0 00

. 0 8 08 9 § 0

O

9 0 2,8 3gg 0 ° 8 0 -0000ögoo88° 00

eveo ... 0 0

o @ e s

200-

150-

100

50-

•

[±60]

o o

0 SAN FRANCISCO

30 40 50 60 70 Jahre

0 20

Abbildung 2: Altersabhängige Extrapolation des Knochendichteverlaufs nach QCT-Untersu chungen (14, 18). Die niedrigeren Durchschnittswerte und die geringere Schwankungsbrei te zeigen die Notwendigkeit eines regionalen Vergleichskollektivs. Jenseits des 70. Lebens- jahres reicht die untere Grenze des Schwankungsbereichs nahe an den Nullwert Tabelle: Die wichtigsten Kennzeichen der Osteodensitometrie-Verfahren im Vergleich

Preis einer Untersuchung (DM) ca. 100

1) nach Genant, 1982 (13)

2) Kosten für Referenzkörper und Auswerteprogramm bei vorhandenem CT-Scanner

Die überlagerungsfreie Spongio- samorphologie kann darüber hinaus zuverlässig destruktive (multiples Myelom, diffuse Metastasierung) und nicht-destruktive Osteopenien anderer Ätiologie (zum Beispiel Osteomalazie) differenzieren und sy- stematische Meßfehler durch Struk- turalterationen (degenerative Skle- rosierung, Osteophyten, extraossäre Verkalkungen) erkennen, die bei den projektiven Verfahren zu einer unerkannten Meßwertverfälschung führen können (Abbildungen 4a, b;

Lit. 3, 12, 15, 20).

Natürlicher Verlauf

Mehrjährige Verlaufsbeobach- tungen der Wirbelkörperspongiosa zeigen, daß nicht nur der kollektive Streubereich „normaler" Knochen- dichten sehr groß ist, sondern daß auch die jährlichen Schwankungen der individuellen Verläufe beträcht- liche Zu- und Abnahmen zeigen, die die meßtechnische Variation um ein

Mehrfaches überschreiten (Abbil- dung 5). Die hypothetische lineare Abnahme des Mineralsalzgehalts läßt sich nur im statistischen Durch- schnitt eines Kollektivs nachweisen, wird im individuellen Verlauf jedoch

durch die biologische Variation von Mineralisation und Markraumzu- sammensetzung als Folge von Ernäh- rung, Bewegungsmuster und Stoff- wechselaktivitäten überlagert (Abbil- dung 6). Eine Diskrimination von Dt. Ärztebl. 88, Heft 47, 21. November 1991 (69) A-4137

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00

o °

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•• •

O •

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• • •

o

n•

50 45 40 35 f, 30 25 20

2 ¹⁵

° 10

a -5 - 10 - 15 20

• = untherapierte Frauen (n ..55), SD =-3±9 o = hormonsubstituierte Frauen (n 65), SD =12±11

Abbildung 5: Variati- on der LWS-Spongi- osadichte postmeno- pausaler untherapierter und hormonsubsti- tuierter Frauen (Klio- gestg) pro Jahr. Signi- fikante Zunahmen der Knochemmineralisati- on und das Fehlen von Abnahnien über der biologischen Va- riation führen unter Hormonsubstitution

zu einer Erhöhung der Spongiosadichte (p < 0,001) Abbildung 3:

(a, rechts) Meßwerte- bereich der Spongi- osadichten in der QCT von etwa — 30 bis + 300 Hounsfield- Einheiten. (b, unten) Meßsituation der QCT zur Bestimmung der Wirbelkörperspon- giosa: Meßvolumen (Pfeil), Referenzsy- stem nach Cann und Genant (Pfeilspitzen) Personen mit überdurchschnittlichen

Verlustraten mineralisierter Sub- stanz ist daher auch bei selektiver Spongiosamessung im Ein-Jahres-In- tervall nicht zuverlässig möglich. Im Verlauf zeichnen sich Untergruppen ohne Dichteabnahme, mit altersent- sprechenden und überdurchschnittli- chen Verlustraten ab, so daß für eine Früherkennung einer postmenopausalen Osteoporose Intervalle von drei Jahren adäquat sind.

Mit der strukturell weniger emp- findlichen DPA ist dies bisher nicht gelungen. Mit den DXA-Systemen müssen erst mehrjährige Erfahrun- gen gesammelt werden, jedoch zeigen erste Vergleiche, daß entspre- chende Unterschiede nicht mit gleicher Empfindlichkeit darstellbar sind (24).

Therapieeffekte

Das „Dilemma der Osteoporo- se-Therapie" (33) besteht auch dar-

Abbildung 4: Verfälschte Meßwerte oder destruktive Rarefizienmgen der Spongiosastruktur sind in der QCT zuverlässig zu erkennen: (a, links) falsch überhöhter Meßwert bei Kompres- sionsfraktur und (b, rechts) Aufdeckung einer osteolytischen Osteopenie durch ein multiples Myelom

Für eine kombinierte Parathormon- fragment/Calcitonin-Therapie wur- den Anstiege der Spongiosadichte mit der QCT objektiviert (16). Einer Östrogen/(Gestagen)-Substitutions- behandlung zur Prävention der postmenopausalen Osteoporose wird überwiegend eine stabilisierende Wirkung auf die Knochendichte zu- gesprochen (8,30); Fluoride sind trotz meßbarer und auch röntgenolo- gisch sichtbarer Dichtezunahmen in ihrem Wert umstritten, da Erhöhun- gen der Dichte noch nichts über die Qualität der mineralisierten Sub- stanz aussagen (29). Bestimmte Ra- refizierungsformen der Knochen- struktur, die nur bioptisch zu ermit- teln sind („Poro-Malazie"), stellen zudem eine Kontraindikation dar.

Eigene Langzeituntersuchungen über bis zu fünf Jahren (6, 27) zeigen, daß Therapieeffekte einer si- multanen Östrogen/Gestagen-Dau- ertherapie bereits im Ein-Jahresin- tervall mit der QCT nachgewiesen werden können, wenn ein gutes An- sprechen vorliegt (6, Abbildung 5).

Dies gilt auch für 40 Prozent der individuellen Verläufe, die Dichtezu- nahmen über der physiologischen

in, etwaige Veränderungen der Mi- neralisation überprüfbar quantitativ zu sichern. Wenn osteodensitome- trisch mit einem Verfahren kürzer- fristig keine erhöhten Verlustraten ermittelt werden können, hat ein fehlender Unterschied einer The- rapiegruppe zur Kontrollgruppe wenig Aussagekraft. Die überwie- gend mit der DPA gemessenen Ver- läufe unter verschiedenen Formen der Therapie haben bisher, ausge- nommen für Fluoride, keine eindeu- tigen Ergebnisse erbracht (29, 30).

A-4138 (70) Dt. Ärztebl. 88, Heft 47, 21. November 1991

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dmg 142 1100./cW

12

-12

-16

-20

-24

3 Jahre

Anzahl 8

4

0 -10 -15 -5--0

I I I

0 5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50 3 mg KzHPO4/cm3

Initiale Spongiosadichte

■

< 86 mg (n=35)

> 86 mg (n=30)

Schwankungsbreite aufwiesen. Das Ausmaß der Meßwertänderungen (vergleiche Abbildung 5), die eine hy- pothetische Abnahme des Fettmark- anteils weit übersteigt („Fettfehler"

des Verfahrens [23, 311), zeigt, daß keine Dichteerhöhungen in der Zu- sammensetzung der nichtminerali- sierten Knochensubstanz vorliegen.

In Einzelfällen ist auch bildgebend

Schlußfolgerung

Von den zur Verfügung stehen- den Osteodensitometrie-Verfahren ist bisher nur mit der QCT in der individuellen Längsschnittbetrachtung bei postmenopausalen und senilen Osteoporosen der Nachweis eines erhöhten Verlustes ossärer Substanz möglich. Innerhalb der auch intrain- dividuell großen Schwankungen sind dafür jedoch Kontrollintervalle von mindestens drei Jahren erforderlich, aber auch ausreichend, um eine

eindeutig eine Anlagerung neuer mineralisierter Substanz an residuelle Leitstrukturen sichtbar (Abbildung 7). Dieser Effekt ist bei Frauen mit niedrigerer Dichte signifikant stär- ker ausgeprägt als bei Frauen mit hö- herer Dichte (Abbildung 8). Hieraus kann auf eine bedarfsorientierte Re- mineralisation des Knochens ge- schlossen werden.

Früherkennung zu ermöglichen. Mit der QCT ist auch erstmals eine Zu- nahme der Knochendichte mit Resti- tution der vorhandenen Substanz unter einer Hormonsubstitution post- menopausal zu belegen. Im Gegen- satz zu den projektiven Verfahren können in der QCT diese Effekte von einer umstrukturierenden Skle- rose durch Fluoride abgegrenzt .werden, die ansonsten zusätzliche über- sichtsaufnahmen erfordern würde.

Eine Therapiekontrolle einer Osteo- porose kann damit mit der QCT im

Abbildung 6: Exemplarische Darstellung von 13 individuellen Verläufen der LWS- Spongiosadichten untherapierter postme- nopausaler Frauen über drei Jahre. Durch intermittierende Dichteabnahmen über der normalen Variation, die im Folgeinter- vall nicht kompensiert werden, lassen sich nach drei Jahren mehrere Verläufe mit über- durchschnittlicher Verlustrate diskriminie- ren. Ob es sich dabei um pathologisch er- höhte Verlustraten handelt, die in einer Ost- eoporose münden, kann nur ein weiterer Verlauf zeigen

Ein- und Zwei-Jahres-Intervall durchgeführt werden. Ob dies für die neu eingeführten DXA-Verfahren ebenfalls gilt, muß erst deren mehr- jährige Erprobung zeigen.

Der letztlich für die Effektivität einer Therapie und die Validität einer Osteodensitometrie entschei- dende Nachweis einer Reduktion von Frakturereignissen kann erst nach einem längeren Verlauf gesi- chert werden. Die höhere Inzidenz von Frakturen bei Individuen mit niedriger vertebraler Spongiosadich- te (15) macht dies aber wahrschein- lich.

Die Zahlen in Klammern beziehen sich auf das Literaturverzeichnis im Sonder- druck, anzufordern über die Verfasser.

Anschrift für die Verfasser:

Dr. med. Gerd Reuther Institut für klinische

Radiologie — Röntgendiagnostik der Universität Münster

Albert-Schweitzer-Straße 33 W-4400 Münster

Abbildung 7: Initialer Wirbelkörperquerschnitt vor Therapie mit einer zentralen Spongiosa- dichte von 69 mg K2HPO4/cm 3 (a) und einer Dichtezunahme um 52 mg K2HPO4/cm 3 nach 2 Jahren Dauertherapie mit KliogesM (b). Bei gleicher Fenstereinstellung ist die Zunahme der mineralisierten Substanz unter Erhaltung des Spongiosamusters augenfällig

Abbildung 8: Ver- gleich der jährlichen Andenrogen der Spongiosadichte hor- montherapierter post- menopausaler Frau- en in bezug auf die initiale Spongiosa- dichte. Die Frauen mit einer Spongiosa- dichte unterhalb des Mittelwerts zeigen signifikant höhere Mineralisationszunah- men (p < 0,01)

Dt. Ärztebl. 88, Heft 47, 21. November 1991 (73) A-4139