Ao.Univ.-Prof. Dr. Gerold Holzer
MUW RESEARCHER OF THE MONTH, September 2009
Die Jury „Researcher of the Month” verleiht die Auszeichnung für diesen Monat Herrn Ao.Univ.-Prof. Dr. Gerold Holzer aus Anlass der Publikation „Hip Fractures and the Contribution of Cortical versus Trabecular Bone to Femoral Neck Strength” in dem Top-Journal „Journal of Bone and Mineral Research” 2009,24:468-474 [1]. Die vorliegende experimentelle Arbeit wurde an der Universitätsklinik für Orthopädie (Leiter: Univ.-Prof. Dr. R. Kotz) im Adolf Lorenz-Labor für Biomechanik (Leiter: Ass.-Prof. Dr. G. Skrbensky) in Kooperation mit dem Institut für Materialphysik der Universität Wien (Ao.Univ.-Prof. Dr. W. Pichl) durchgeführt. Derzeitige Forschungsschwerpunkte betreffen die Biomechanik von osteoporotischen Frakturen und die Suche nach Möglichkeiten einer verbesserten Diagnostik der Osteoporose im Hinblick auf die Einschätzung eines potentiellen Frakturrisikos. Die vorliegende Publikation wurde im März 2009 in die „Faculty of 1000“ aufgenommen.
Kortikaler vs. spongiöser Knochen – Ist Umdenken bei der Osteoporose notwendig?
Die Osteoporose ist eine systemische Skeletterkrankung, charakterisiert durch niedere Knochendichte und Verschlechterung der Mikroarchitektur, die zu einer erhöhten Fragilität des Knochen mit daraus resultierend erhöhter Inzidenz nicht-traumatischer Frakturen führt. Die Hauptlokalisationen osteoporotischer Frakturen sind Wirbelkörper, proximales Femur und distaler Radius. Die Knochenfestigkeit („bone strength“) kann durch geometrische Faktoren und intrinsische Materialeigenschaften des Knochens definiert werden.
In der klinischen Praxis werden die Osteoporose und das Frakturrisiko durch die Knochendichte (BMD: Bone Mineral Density) definiert, die routinemäßig mittels der Dual-Energy X-ray Absorptiometry (DXA) bestimmt wird. Dabei wird in erster Linie der trabekuläre Knochenanteil gemessen, auf den auch die derzeitige medikamentöse Therapie hauptsächlich ausgerichtet ist. Neueste Studien zeigen hingegen, dass die Reduktion der BMD nicht mit der Frakturinzidenz korreliert und die Bedeutung des kortikalen Knochens für die „bone strength“ neu zu definieren ist.
Die vorliegende Arbeit untersucht das Verhältnis von trabekulärem zu kortikalem Knochen hinsichtlich der Knochenfestigkeit. Die Autoren entwickelten dafür ein einfaches, aber überzeugendes experimentelles Modell im Bereich des Collum femoris:
Dazu wurden gepaarte Femora von Verstorbenen verwendet und von jeweils einem Knochen eines Paares der trabekuläre Knochen aus dem Schenkelhals entfernt. Dazu wurde ein Zugang vom Caput femoris her gewählt und die Präparation durch eine intraossäre Arthroskopie kontrolliert. Danach wurden an allen Femora mittels eines mechanischen Testsystems (MTS) Frakturen im Bereiche des Collum femoris produziert und die dafür benötigten Kräfte („forces to fracture“ in Newton) korreliert.
Die Resultate waren überraschend, weil gezeigt werden konnte, dass der komplette Verlust von trabekulärem Knochen zu einer vergleichsweise geringen Reduktion der Knochenfestigkeit (median nur sieben Prozent) führt, wobei der prozentuelle Anteil des trabekulären Knochens in dieser Region mit fast 70 Prozent sehr hoch ist. Diese Resultate wurden gegenüber den Parametern der Knochendichte und der Geometrie des jeweiligen Knochenpräparates korrigiert.
Die exzentrische Verteilung von Knochen am proximalen Femur – eine kortikale Hülle umschließt den physikalisch "weicheren trabekulären" Knochen – ist für die Knochenfestigkeit hinsichtlich des Widerstandes gegen Kräfte und der Prävention von Frakturen von großer Bedeutung. Die Resultate der vorliegenden Arbeit zeigen, dass der Anteil des trabekulären Knochens für die Knochenfestigkeit des Collum femoris gering ist, hingegen stellt der kortikale Knochen durch seine Materialeigenschaften und die geometrische Beschaffenheit des Knochens die Hauptdeterminanten für die Knochenfestigkeit zur Verfügung.
Die Konsequenzen der vorliegenden Arbeit scheinen vielfältig zu sein und erfordern ein Umdenken in der Betrachtung der Physiologie und
Pathologie des Knochens. Betreffend der unterschiedlichen Funktionen dieser beiden Knochentypen ist vorstellbar, dass kortikaler Knochen primär für die Kraftübertragung vorgesehen ist. Der gerüstartig aufgebaute trabekuläre Knochen stellt hingegen über seine große Oberfläche die rasche Verfügbarkeit von Mineralien und verschiedenen Zellformen und ihren Progenitoren sicher. Besondere Konsequenz haben die Ergebnisse für die Diagnose und Therapie des osteoporotischen Knochens.
Wissenschaftliches Umfeld
Die Forschungstätigkeit von Prof. Holzer umfasst ein weites Spektrum innerhalb der gesamten Orthopädie, u.a. prognostische Faktoren und Serummarker bei Knochentumoren, Infektionen von Tumorendoprothesen, die Effekte von Knochentumoren und Chemotherapie auf Knochendichte bzw. Frakturen, Ätiologie von Phantomschmerzen und deren Therapie sowie prothetische Versorgung von Amputierten.
Das Hauptinteresse gilt aber seit beinahe 20 Jahren der Osteoporose mit Arbeiten zu den Effekten von Sexualhormonen auf den Knochen, Osteoblastendifferenzierung, Parathormon und Frakturheilung, Serummarker bei Osteoporose, Biomechanik osteoporotischer Frakturen und der Frakturprophylaxe mittels Hüftprotektoren. Auf diesem Gebiet entwickelten sich Kooperationen mit der gynäkologischen Endokrinologie (Univ.-Prof. DDr. J. Huber, Ass.-Prof. Dr. M. Metka), mit der Universitätsklinik für Radiologie – Osteoradiologie (Doz. Dr. St. Grampp) sowie der Yamagata School of Medicine in Yamagata, Japan
(Prof. Dr. S. Sato), der Mount Sinai School of Medicine in New York
(Prof. Dr. T. Einhorn und Prof. Dr. R. Majeska), der Boston University (Prof. Dr. T. Einhorn), der Eidgenössische Materialprüfanstalt in St. Gallen, Schweiz (Drs. S. Derler und B. Spierings), der Chinese University of Hongkong (Prof. Dr. Lau und Leung) [2 -9] sowie weitere multinationale Kooperationen bei anderen klinischen Studien.
Persönliches
Prof. Holzer wurde 1957 in Klagenfurt geboren und maturierte 1976 am Humanistischen Gymnasium. Während seiner Jugend- und Studienjahre war er als Schwimmer im Leistungssport aktiv, wurde fünfmal österreichischer Staatsmeister und verbesserte sechs österreichische Rekorde. Medizinstudium in Wien mit Promotion 1986. Nach Abschluss des Turnus Facharztausbildung für Orthopädie von 1992-1995. Zurzeit leitet Prof. Holzer die Osteoporoseambulanz der Klinik.
1995 war Prof. Holzer Gastprofessor an der Yamagata School of Medicine in Japan. 1996 absolvierte er einen Forschungsaufenthalt an der Mount Sinai School of Medicine in New York mittels eines Max Kade Stipendiums. 2002 Habilitation mit dem Thema „Serummarker in der Diagnostik von malignen Knochentumoren“.
Seit 1997 ist Prof. Holzer Mitglied der „International Osteoporosis Foundation“ und vertritt seit 2002 Österreich im EU Consultation Panel dieser Gesellschaft. In diesem Zusammenhang war er während der Österreichischen EU Präsidentschaft 2006 Berater des Bundesministeriums für Gesundheit und Frauen zur Vorbereitung einer „Council Conclusion Osteoporosis“.
Prof. Holzer ist Mitglied in zahlreichen wissenschaftlichen Gesellschaften im In- und Ausland und wurde wiederholt als Invited Speaker zu Kongressen weltweit eingeladen. Er ist außerdem Visting Professor am Department of Orthopaedic Surgery der Boston University/USA und der Chinese University of Hongkong.
Ausgewählte Literatur
- Holzer G, Skrbensky G, Holzer L, Pichl W. Hip Fractures and the Contribution of Cortical Versus Trabecular Bone to Femoral Neck Strength. J Bone Miner Res. 2009;24:468-474 (IF 6.443). „Faculty of 1000“ (http://www.f1000medicine.com/article/id/1157535/evaluation).
- Holzer G, Noske H, Lang T, Holzer L, Willinger U. Soluble cathepsin K: a Novel Marker for the Prediction of Nontraumatic Fractures? J Lab Clin Med. 2005;146:13-7.
- Holzer G, Pfandlsteiner T, Koschat M, Noske H, Trieb K, Kotz R. Soluble p185(HER-2) in Patients with Malignant Bone Tumours. Pediat Blood Cancer. 2005;44:163-6.
- Holzer G, Krepler P, Koschat MA, Grampp S, Dominkus M, Kotz R. Bone Mineral Density in Long-term Survivors of Highly-malignant Osteosarcoma. J Bone Joint Surg. 2003;85-B:231-237.
- Holzer G, Kittl E, Pfandelsteiner T, Trieb K, Kotz R. Concentration of Soluble CD44 Standard and Soluble CD44 variant v5 in the Serum of Patients with Malignant Bone Tumors. Medical Pediatric Oncology. 2003;40:64-65.
- Holzer G, Einhorn TA, Majeska RJ. Estrogen Regulation of Growth and Alkaline Phosphatase Expression by Cultured Human Bone Marrow Stromal Cells. J Orthop Res. 2002;20:281-288.
- Holzer G, Obermair A, Koschat M, Preyer O, Kotz R, Trieb K. Concentration of Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) in the Serum of Patients with Malignant Bone Tumors. Medical Pediatric Oncology. 2001;36:601-604.
- Holzer G, Majeska RJ, Lundy MW, Hartke JR, Einhorn TA. Parathyroid Hormone Enhances Fracture Healing. Clin Orthop Relat Res. 1999;366:258-263.
- Holzer G, Windhager R, Kotz R. One Stage Revision Surgery for Infected Uncemented Large Prostheses. J Bone Joint Surg. 1997;79:31-35.
Kontakt
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