Malariainfektionen führen zu Knochenverlust

Als ob es nicht schon schlimm genug wäre an akuter Malaria zu erkranken, kann die Tropenkrankheit noch ein paar weitere unangenehme Folgen nach sich ziehen. Zu den bekanntesten Komplikationen gehört unter anderem die zerebrale Malaria.(1) In über 400 000 Fällen pro Jahr endet eine Erkrankung sogar tödlich.(2) Besonders für Kinder und Immunschwache ist Malaria gefährlich. Daher ist es auch ein erklärtes Ziel der WHO, diese Krankheit auszurotten. Auch wenn sich viele Erkrankte wieder erholen; neben den bekannten Spätfolgen ist aufmerksamen Beobachtern aufgefallen, dass es zu einem gehäuften Auftreten von Knochenbrüchen in Malariaregionen kommt. Zudem scheinen Kinder nach einer Malariainfektion ein vermindertes Größenwachstum zu haben. Aber dies sind natürlich Beobachtungen, die in den oft auch von Mangelernährung gezeichneten Malariaregionen nur sehr schwierig zu verfolgen sind.(3)

Auswirkungen einer Malariainfektion auf die Knochen

Wissenschaftler des Laboratory of Malaria Immunology an der Osaka University in Japan sind diesem Phänomen nun auf die Spur gegangen. Dazu haben sie Mäuse mit dem Malariaparasiten Plasmodium infiziert und beobachtet, wie sich die Infektion auf die Knochenbildung auswirkt.

Sie haben die Änderungen in den Knochenstrukturen der Mäuse während akuter Erkrankungen und in chronisch infizierten Mäusen untersucht. Generell spricht man von einer chronische Malariainfektion bei Menschen, wenn sie sich immer wieder neu infizieren und dadurch eine Art Immunität annehmen.(4) Das hat zwar den Vorteil, dass diese Personen nicht so schlimm von den akuten Malariasymptomen betroffen sind und auch die Gefahr eines tödlichen Verlaufs sehr viel geringer ist, jedoch scheinen sie trotzdem vor manch unangenehmen Spätfolgen nicht geschützt zu sein.

Botenstoff induziert Knochenabbau

Cevayir Coban und ihr Team haben beobachtet, dass es in den Knochen der von ihnen mit einer Art “Mäusemalaria” infizierten Versuchstiere zu einer gesteigerten Produktion des Botenstoffes „Receptor Activator of NF-κB Ligand“ (RANKL) kommt.(3) RANKL wird von einer bestimmten Art von Knochenzellen gebildet, den Osteoblasten und aktiviert eine andere Art von Knochenzellen, die Osteoklasten. Die Osteoklasten bauen Knochengewebe ab. Dies ist unter normalen Umständen ein Bestandteil des Knochenstoffwechsels und verläuft im Zusammenspiel mit dem Knochenaufbau durch die Osteoblasten. Bei einer überhöhten Ausschüttung von RANKL kommt es jedoch zu vermehrter Aktivität der Osteoklasten und somit zu einer Art Knochenzerstörung.(5) Eine gesteigerte Osteoklastenaktivität ist übrigens auch bei der Osteoporose zu beobachten.(6)

Zwei Arten der „Mäusemalaria“ und drei Krankheitsphasen

Für ihre Untersuchungen haben die Forscher ihre Mäuse mit zwei Arten des Parasiten Plasmodium infiziert: PyNL und Pcc. Während PyNL eine einzige selbstheilende Malariainfektion ausgelöst hat, hat wurde durch die Infektion mit Pcc der Effekt einer chronischen Infektion untersucht.(3)

Die Änderungen in den Knochen der Mäuse wurden während der akuten Erkrankungsphase, in der Erholungsphase und während der chronischen Phase untersucht. Mittels computertomographischen Methoden haben die Wissenschaftler die Knochendichte untersucht und dabei festgestellt, dass die Dichte der Knochensubstanz im Inneren des Knochens auch 60 Tage nachdem die Tiere gar keine Parasiten mehr im Körper hatten noch verringert war.(3)

Malaria verringert Größenwachstum

Um zu untersuchen, wie sich eine Malariainfektion auf das Größenwachstum auswirkt, haben die Forscher junge, im Wachstum befindliche Mäuse mit der “Mäusemalaria” infiziert und 3 Wochen später untersucht. Diese hatten deutlich kürzere Oberschenkelknochen und eine geringere Knochendichte. Bei den Tieren die nach weiteren 3 Wochen, also 6 Wochen nach der Infektion untersucht wurden, hatte sich zwar die Knochenlänge normalisiert, die Dichte jedoch nicht.(3)

Während der akuten Infektion war die Aktivität der Osteoblasten und der Osteoklasten reduziert und die Ausschüttung von Entzündungfaktoren (Zytokinen) erhöht. Dies führte zu einem abgeschwächten Knochenwachstum. Selbst 90 Tage nach der akuten Infektion war noch immer eine vermehrte Knochenrückbildung zu verzeichnen. Der Knochenverlust war dann hauptsächlich auf die erhöhte Osteoklastenaktivität zurückzuführen.(3)

Parasitenprodukte im Knochen

Zusätzlich haben die Wissenschaftler dunkle Verfärbungen der Knochen während der Erholungsphase und der chronischen Phase (nicht jedoch im akuten Krankheitsstadium) beobachtet. Daraus haben sie geschlossen, dass sich bestimmte Substanzen im Knochen einlagern und dort bleiben. Diese stimulieren wiederum die Ausschüttung von Entzündungsfaktoren, wie den Zytokinen und RANKL, welche Osteoblasten und Osteoklasten aktivieren und somit den Knochenumsatz erhöhen.(3)

Natürlich hat das Team um Cevayir Coban diese Substanzen im Konchen noch genauer unter die Lupe genommen. Sie fanden das „Malariapigment“ Hemozoin, ein Produkt welches der Malariaparasit produziert während er sich von unserem roten Blutfarbstoff ernährt. Hinweise auf den Parasiten selbst konnten sie jedoch im Knochen nicht entdecken. Es gibt Plasmodiumstämme, die kein Hemozoin produzieren. Diese verursachten auch keinen Knochenverlust in der Maus. Die Wissenschaftler gingen sogar noch einen Schritt weiter und haben künstliches Hemozoin zu isolierten Osteoklasten und Osteoblasten gegeben. Dabei konnten sie beobachten, dass diese mehr Zytokine und RANKL freisetzten. Das Malariapigment Hemozoin scheint also eine große Rolle bei der Knochenentzündung und dem Knochenverlust nach einer Malariainfektion zu spielen.(3)

Vitamin D gegen Knochenverlust

Eine andere Gruppe malariainfizierter Mäuse wurde mit Alfacalcidol behandelt, einer zu Vitamin D3 verwandten Substanz, die auch gegen Knochenverlust bei Osteoporose eingesetzt wird. Die Gabe von Alfacalcidol schützte diese Mäuse vor malariainduziertem Knochenverlust. Höhere Dosen führten sogar trotz Infektion zu stärkerem Knochenwachstum. Isolierte, mit Alfacalcidol behandelte Osteklasten und Osteoblasten zeigten weniger Entzündungszeichen und sogar das Parasitenwachstum war verringert. Somit scheint laut den Autoren der Studie die Gabe des Vitamin D3 Derivats Alfacalcidol plasmodiuminfizierte Mäuse vor Knochenverlust zu bewahren. Dies sei vermutlich durch eine verminderte Produktion von RANKL durch die Osteoblasten zu erklären. Auch scheine Vitamin D3 die Ausbreitung des Parasiten einzudämmen. Wie, sei jedoch noch ungeklärt.(3)

Schlussfolgerung der Autoren

Das verminderte Knochenwachstum sei eine der vielen Komplikationen einer Malariaerkrankung schlussfolgern die Autoren der Studie. Als eine der Kernaussagen dieser Studie betrachten sie, dass auch wenn die Malariainfektion vollständig aus dem Körper beseitigt sei, die von Plasmodium hinterlassene Produkte, wie das Hemozoin noch länger im Knochen verbleiben und dort Schäden anrichten können. Ein häufiges Mittel zur Behandlung von Malaria ist Chloroquin. Doch dieses könne den malariainduzierten Knochenverlust nicht eindämmen. Die Gabe des Vitamin D3 Derivats Alfacalcidol könne jedoch möglicherweise vor Knochenverlust schützen. Um das verminderte Größenwachstum von Kindern und die erhöhte Knochenbrüchigkeit als Folge von Malariainfektionen zu verbessern könnte also die gemeinsame Gabe von Knochentherapeutika mit Antimalariamitteln vorteilhaft sein.(3)

Literaturquellen

(1) Mishra, S. K. et al. Diagnosis and management of the neurological complications of falciparum malaria Rev. Neurol. 5, 189–198 (2009)

(2) World Health Organization: WHO World Malaria Report (2016)

(3) Lee , M. S. J. et al. Plasmodium products persist in the bone marrow and promote chronic bone loss Sci. Immunol. 2, eaam8093 (2017)

(4) Brugat, T. et al. Antibody-independent mechanisms regulate the establishment of chronic Plasmodium infection Nat. Microbiol. 2, 16276 (2017)

(5) Boyce, B. F., Xing, L. Functions of RANKL/RANK/OPG in bone modeling and remodeling Arch. Biochem. Biophys. 473 139–146 (2008)

(6) McClung, M. Role of RANKL inhibition in osteoporosis Arthritis Res. There. 9 (Suppl 1): S3 (2007)

Veröffentlicht von

Dr. Anja Rüther testet an der Monash University in Melbourne spektroskopische Methoden zur Diagnose von Infektionskrankheiten, insbesondere Malaria. Ihre Forschung bringt sie in die entlegensten Ecken Südostasiens, wo sie Proben von Malariapatienten mit Infrarotspektroskopie untersucht. Nach dem Pharmaziestudium in Berlin und Innsbruck hat sie in pharmazeutischer Chemie in Freiburg promoviert. Während ihrer Promotion hat sie chiroptische Spektroskopiemethoden zur Untersuchung dynamischer Systeme verwendet.

4 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Zitat:“Erklärtes Ziel der WHO [ist es] diese Krankheit [die Malaria] auszurotten.” Bei 400’000 Malariatoten pro Jahr rechtfertigt das meiner Meinung nach sogar die Ausrottung der Malaria übertragenden Insekten. Heute gibt es bereits wirksame Methoden, diese Insekten stark zu reduzieren und eine gemeinsame Anstrengung analog zu den Malariaausrottungskampagnen des 20. Jahrhunderts könnte die Malaria wohl aus vielen Gebieten dauerhaft verdrängen.

    Ich bin zudem überzeugt von folgendem: Gäbe es Malaria in Europa und den USA hätte man sie längst eliminiert und dabei vor keinem Mittel zurückgeschreckt um das zu erreichen. Mitleid mit den Malariamücken (wenn diese Mücken “eliminiert” werden) haben in der Regel nicht die von Malaria Betroffenen sondern diejenigen, die den Hinweis auf Malaria nur als Warnhinweis für Touristen kennen.

    • Zitat:”Ich bin zudem überzeugt von folgendem: Gäbe es Malaria in Europa und den USA hätte man sie längst eliminiert und dabei vor keinem Mittel zurückgeschreckt um das zu erreichen.”

      In der Antike und im Mittelalter gab es auch in Europa Malaria. Und in der Nähe, dem türkischen Kaunos hatte schon Galen diese Krankheit erwähnt. Allerdings hielt er die Ernährung für die Ursache.

    • @Rudi Knoth: Klar hat Europa seine Malariagebiete schon lange saniert und die Malaria damit ausgerottet. In tropischen Gebieten ist es allerdings schwieriger die Mücken unter Kontrolle zu bringen mit heutigen technischen Mitteln aber dennoch nicht unmöglich. Eine technologisch fortgeschrittene Gesellschaft wie unsere, würde heute jedes denkbare Mittel ergreifen um die Malaria zum Verschwinden zu bringen. China, welches technologisch aufschliesst, scheint die (teilweise noch vorhandene) Malaria beispielsweise schon gut unter Kontrolle zu haben. Dass es weiterhing stark malariaverseuchte Gebiete gibt hat meiner Ansicht nach viel mit der Unterentwicklung in diesen Gebieten zu tun und damit, dass nicht alle Möglichkeiten der Malariakontrolle ausgeschöpft werden.

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