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Bewegung stärkt Knochen

06.10.2003
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Osteoporose

Bewegung stärkt Knochen

von Gerd Leidig, Köln

Bislang sahen Wissenschaftler den entscheidenden Indikator für das Frakturrisiko des alternden Knochens in der verringerten Knochendichte. Die Arbeitsgruppe um den Kölner Pädiater Professor Dr. Eckhard Schönau widerlegte mit ihren Untersuchungen nun diese Theorie und wurde dafür mit dem „Hufeland-Preis“ ausgezeichnet.

Erkrankungen des Knochenbaus zählen mittlerweile neben Stoffwechselstörungen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu den Volkskrankheiten. Immer mehr Menschen leben mit der Diagnose einer Osteoporose, die bislang als eine typische Krankheit des alternden Menschen angesehen wurde. Pädiater beobachten aber auch bei Kindern und Heranwachsenden, dass die für die Stabilität des Skelettsystems notwendige Knochenmasse entweder nicht genügend gebildet wird oder auf Grund chronischer Erkrankungen abnimmt, so zum Beispiel bei Mukoviszidose, Nierenerkrankungen, rheumatischen Krankheitsbildern oder nach der Behandlung mit Steroiden.

Eine nicht altersgerechte körperliche Entwicklung lässt sich häufig durch den Lebensstil erklären. Vor allem mangelnde körperliche Bewegung in Verbindung mit Adipositas führt bei Kindern und Jugendlichen zu Haltungsschäden, gestörter Körperkoordination und mangelhaftem Muskelaufbau.

Knochen brauchen Muskeln

Eine gesunde körperliche Entwicklung ihrer Kinder versuchten Eltern bislang primär mit einer ausgewogenen Ernährung zu unterstützen. Die Werbung überzeugte sie davon, dass Calcium den Knochen stark mache. Schönau untersuchte nun die Bedingungen für einen gesunden Aufbau des kindlichen und jugendlichen Skelettsystems - und kam zu überraschenden Ergebnissen. Gemeinsam mit dem Forschungsinstitut für Kinderernährung in Dortmund bestimmten die Wissenschaftler drei entscheidende Knochenparameter (Dichte, Masse und Geometrie) sowie die Muskelmasse bei 349 gesunden Kindern. Entgegen früherer Arbeiten, bei denen zur Messung dieser Kenngrößen lineare Absorptionsmethoden (meist die Doppelenergie-Röntgenabsorptiometrie, kurz DEXA - Dual Energy X-ray Absorption) eingesetzt wurden, wendete Schönau die periphere quantitative Computertomografie (pQCT) an, die eine genauere Analyse der Knochenwerte ermöglicht. Überraschenderweise erwies sich dabei die Knochendichte als eine nahezu altersunabhängige Materialkonstante, während sich die Knochenmasse und deren Verteilung im Raum, also die Knochenfläche oder Knochengeometrie, belastungsabhängig veränderte.

Wie stabil und fest sich ein Knochen entwickelt, hängt von den Anforderungen seitens der Muskulatur ab, denen er genügen muss. Die Knochenmasse korreliert dabei mit der auf den Knochen einwirkenden Muskelkraft. Knochen und Muskel bilden somit eine funktionelle Einheit, die von nicht mechanischen Einflüssen wie Ernährung, Hormonen oder Medikamenten lediglich moduliert wird.

Osteozyten geben Steuersignale

Die Forschungsgruppe um Schönau bestätigte damit die bereits in den 60er-Jahren durch den amerikanischen Orthopäden Harold Frost aufgestellte Hypothese eines Mechanostaten. Im Zentrum dieses Regulationssystems stehen nach heutiger Auffassung die Osteozyten, die sich lange Zeit nicht kultivieren ließen, wodurch sich der Mechanostat als eine Art Black Box darstellte. Die Osteozyten transformieren die von außen einwirkenden Kräfte in Signale an die Knochenzellen: aufbauende Osteoblasten sowie abbauende Osteoklasten. Damit bildet dieses System einen geschlossenen Regelkreis, der bei ungenügender muskulärer Belastung über ein negatives Feedback auch die Abnahme der Knochenmasse bewirken kann.

Muskelmangel erkennen

Die neuen Ergebnisse erfordern ein Umdenken in Diagnose und Therapie. Da Knochen und Muskel eine funktionelle Einheit darstellen, sollte bei der Beurteilung des Knochenstatus auch immer die Muskulatur mit untersucht werden (siehe Schema). Zuerst muss überprüft werden, ob die vorhandene Muskelmasse und/oder Muskelkraft normal ist. Wenn dies der Fall ist, aber Knochenmasse und -fläche unterdurchschnittliche Werte zeigen, handelt es sich um eine primäre Skeletterkrankung wie die Glasknochenkrankheit (Osteogenesis imperfecta). Hier sind Bisphosphonate Mittel der Wahl, um die inneren Umbauvorgänge des Knochens möglichst rasch zu stoppen. Parallel dazu sollte aber möglichst früh mit einer Mobilisierung begonnen werden, um mit der Muskulatur auch wieder den Mechanostaten und damit das Knochenwachstum anzuregen.

Liegt dagegen eine verminderte Muskelmasse mit adäquater Knochenanpassung vor, handelt es sich um eine sekundäre Knochenerkrankung. Hierbei ist der Knochen gesund, auch wenn eine Osteopenie (Knochenmangel) diagnostiziert wurde. Die Ursache liegt dann im Mangel an Muskeln. Neben katabolen Prozessen bei chronischen Erkrankungen, primären Muskelerkrankungen oder steroidinduziertem Muskelschwund bewirkt häufig auch der zunehmende Bewegungsmangel diese Abnahme der Muskelmasse.

Da die Ernährung und andere nicht mechanische Faktoren den Knochenstatus lediglich modifizieren, sollte der Fokus stärker auf dem Erhalt und der Stärkung der Muskulatur liegen. Bei der Abgabe von calciumhaltigen Nahrungsergänzungsmitteln oder Arzneimitteln zur Osteoporosetherapie sollte immer darauf hingewiesen werden, dass dies alles wenig nützt, wenn der Patient nicht in Bewegung kommt.

Literatur

  • Schönau, E., et al., Bone Mineral Content per Muscle Cross-Sectional Area as an Index of the Functional Muscle-Bone Unit. J. Bone Miner. Res. 17 (6) (2002) 1095 - 1101.
  • Schönau, E., Frost, H. M., The "muscle-bone unit" in children and adolescents. Calcif Tissue Int. 70 (5) (2002) 405 - 407.
  • Schönau, E., Rauch, F. The Developing Bone: Slave or Master of Its Cells and Molecules? Pediatr. Res. 50 (3) (2001) 309 - 314.
  • Schönau, E., et al., Bone Densities and Bone Size at the Distal Radius in Healthy Children and Adolescents: A Study Using Peripheral Quantitative Computed Tomography. Bone. 28(2) (2001) 227 - 232.

 

Bewegung lässt sich nicht durch Medikamente ersetzen

von Gerd Leidig, Köln

Wie wirken sich die neuen Erkenntnisse auf Diagnose und Therapie der Osteoporose aus? Die PZ sprach mit Professor Dr. Eckhard Schönau, Klinik und Poliklinik für allgemeine Kinderheilkunde der Universität Köln.

PZ: Bedeuten Ihre Ergebnisse einen Paradigmenwechsel im Verständnis der Osteoporoseentwicklung?
Schönau:
Aus unserer Sicht ja, obwohl die von uns im Kindes- und Jugendalter dargestellten Ergebnisse Zusammenhänge bestätigen, die seit mehr als 100 Jahren bekannt sind. Knochen und Muskel bilden eine funktionelle Einheit, bei der die Struktur und die Geometrie des Knochens die adaptive Antwort auf die muskulären Anforderungen darstellt. Eine erhöhte Knochenbrüchigkeit beruht daher viel häufiger auf einer ungenügenden Nutzung der Muskulatur.

PZ: Wie kann man sich das Zusammenspiel von Muskel und Skelett genauer vorstellen?
Schönau:
Bei unseren Überlegungen folgen wir dem amerikanischen Orthopäden Harold Frost, der bereits in den 60er-Jahren sein Modell des so genannten Mechanostaten entwickelte. Im Mittelpunkt steht hier das Netzwerk der Osteozyten, die mit circa 95 Prozent den Hauptanteil der Knochenzellmasse bilden. Wenn äußere Kräfte über die Muskeln mit Druck und Zug auf den Knochen einwirken, signalisieren diese Osteozyten durch noch nicht vollständig geklärte Mechanismen den Knochenzellen, die Festigkeit den äußeren Bedingungen anzupassen.

PZ: Welchen Einfluss haben nicht mechanische Faktoren wie calciumreiche Ernährung oder die Nahrungsergänzung mit Kombinationen aus Calcium und Vitamin D3?
Schönau:
Bei einer ausgewogenen Mischkost, bei der auch Milch und Milchprodukte auf dem Speiseplan stehen, wird sicherlich genügend Calcium aufgenommen und muss nicht supplementiert werden. Insgesamt kann man sich alle nicht mechanischen Einflüsse wie eine Bremse oder ein Gaspedal bei einem Auto vorstellen, mit denen sich die Geschwindigkeit regulieren lässt. Nur nutzt dies gar nichts, wenn das Muskelsystem als Fahrer nicht die initiale Zündung gibt.

PZ: Welche Schlüsse lassen Ihre Ergebnisse für die Osteoporose des alternden Menschen zu?
Schönau:
Aus anderen Arbeitsgruppen liegen bereits vergleichbare Daten für Erwachsene vor. Gegenüber den heranwachsenden Kindern und Jugendlichen werden ältere Menschen alterstypisch zunehmend inaktiver. Daneben demotivieren vor allem Krankheiten wie die des rheumatischen Formenkreises. Entscheidend ist aber auch hier: Der Verlust von Knochenmasse und das damit steigende Risiko für eine Osteoporose ist meist eine Folge von zu geringer muskulärer Bewegung.

PZ: Welche Konsequenzen für die ärztliche Therapie der Osteoporose halten Sie für gerechtfertigt?
Schönau:
Wer ein Skelettsystem beurteilen will - so zeigen unsere Ergebnisse eindeutig - wird um die quantitative Analyse sowohl der Muskelmasse als auch der Muskelfunktion nicht herumkommen. Therapie und Prävention gehen dann Hand in Hand, wenn sie die Menschen mobil halten, die Muskulatur belasten und damit den Knochen stimulieren. Natürlich sind die bekannten Medikamente, wie Bisphosphonate und möglicherweise zukünftig Parathormon, wesentliche Bausteine zur Therapie der schweren Osteoporose. Hervorzuheben ist aber, dass physikalische Maßnahmen, Sport und allgemeine körperliche Aktivität nicht durch medikamentöse Maßnahmen ersetzt werden können.

PZ: Welche Art von Muskelarbeit können Sie empfehlen, um die Knochenmasse effektiv zu erhalten?
Schönau:
Das Skelettsystem passt sich an die Maximalkräfte der Muskulatur an. Zur gezielten Stimulation der Knochenmasse beziehungsweise zur Erhöhung der Knochenfestigkeit sind gewichtsbelastende Sportarten empfehlenswert. Kinder und Jugendliche profitieren besonders von möglichst verschiedenen Sportarten und körperlichen Aktivitäten. Koordination und Beweglichkeit werden so optimal trainiert. Für Erwachsene gilt dies gleichermaßen. Patienten mit bestehender Osteoporose sollten sich jedoch vorher einer ärztlichen Untersuchung unterziehen und dann nur nach physiotherapeutisch geprüften Bewegungsprogrammen trainieren.

PZ: Wie beurteilen Sie die Knochendichtemessung am Fuß, die manche Apotheken ihren Kunden anbieten?
Schönau:
Solche sonografischen Bestimmungen der Knochendichte sind zur Diagnose der Osteoporose bei einem einzelnen Menschen nicht geeignet. Nur wenn man große Kollektive untersucht, zeigen sich gewisse Unterschiede, die aber keine Rückschlüsse auf den einzelnen Patienten zulassen. Ebenso ist dieses Verfahren als so genannte Screening-Methode abzulehnen. Aus meiner Sicht verunsichern solche Messungen einen Patienten unnötig, oder sie wiegen ihn möglicherweise in der falschen Sicherheit, dass mit den Knochen alles in Ordnung sei, ohne sich um die eigentliche Ursache für den Verlust von Knochenmasse zu kümmern: der muskulären Inaktivität. Nur radiologische oder computertomografische Messungen durch entsprechend ausgebildete Ärzte ermöglichen zuverlässige Aussagen über den Zustand der Knochen. Top

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