Kno­chen und Bewe­gungs­man­gel: Regu­la­tion durch Osteozyten

10.02.2022 | Medi­zin

Der Bewe­gungs­ap­pa­rat muss bewegt wer­den, damit er sich in rich­ti­ger Weise ent­wi­ckelt. Eine zen­trale Rolle bei der Anpas­sung des Kno­chens an Bewe­gung spie­len Osteo­zy­ten als Regu­la­ti­ons­or­gane. Die Aus­wir­kun­gen eines lang­fris­ti­gen Bewe­gungs­man­gels sind erst nach rund zwölf Mona­ten in der Kno­chen­dich­te­mes­sung sichtbar.

Sophie Fessl

Wir wis­sen erst aus der Raum­fahrt, dass sich Schwe­re­lo­sig­keit nega­tiv auf den Kno­chen nie­der­schlägt“, berich­tet Univ. Prof. Hein­rich Resch von der II. Medi­zi­ni­schen Abtei­lung für Innere Medi­zin, Gas­tro­en­te­ro­lo­gie, Hepa­to­lo­gie, Stof­f­­wech­­sel- und Ent­zün­dungs­me­di­zin am Kran­ken­haus Barm­her­zige Schwes­tern Wien. „Die Raum­fahrt führte schließ­lich auch zur Ent­wick­lung des ers­ten Knochendichte-Messgeräts.“

Dass sich feh­lende Belas­tung – ob durch Bewe­gungs­man­gel oder Schwe­re­lo­sig­keit – auch auf den Kno­chen aus­wirkt, ist für viele Pati­en­ten über­ra­schend, berich­tet Priv. Doz. Lukas Hol­zer von der Abtei­lung für Ortho­pä­die und Trau­ma­to­lo­gie am Unfall­kran­ken­haus Kla­gen­furt am Wör­ther­see. „Der Kno­chen wird oft als solide Struk­tur betrach­tet. Doch ganz im Gegen­teil: Der Kno­chen ist ein leben­di­ges und elas­ti­sches Organ, das einem per­ma­nen­ten Adap­t­ati­ons­pro­zess unter­liegt.“ Durch das „Remo­del­ling“, einen per­ma­nen­ten Umbau, kann sich der Kno­chen ent­spre­chend den äuße­ren Ein­fluss­fak­to­ren anpas­sen. „Form fol­lows func­tion“, betont auch Ortho­päde Univ. Prof. Ste­fan Neh­rer vom Uni­ver­si­täts­kli­ni­kum Krems. „Wir müs­sen den Bewe­gungs­ap­pa­rat bewe­gen, damit er sich in rich­ti­ger Weise entwickelt.“

Gemäß dem Erfor­der­nis­prin­zip wird der Kno­chen bei Bett­läg­rig­keit, Immo­bi­li­tät oder auch Bewe­gungs­man­gel auf­grund einer erhöh­ten Kno­chen­re­sorp­tion abge­baut. Die­ser Pro­zess ist durch Bewe­gung rasch rever­si­bel, ins­be­son­dere Kraft­trai­ning ver­bes­sert die Kno­chen­dichte. „Stoß­be­las­tung – etwa durch Erschüt­te­run­gen bei Aero­bic, beim Lau­fen oder beim Sprin­gen – sti­mu­liert beson­ders den Kno­chen­auf­bau“, berich­tet Neh­rer. Beson­ders belas­tete Struk­tu­ren bauen sich dabei stär­ker auf als weni­ger belas­tete Struk­tu­ren. Ab-und Auf­bau der Kno­chen ste­hen aber auch in einem ste­ten Wech­sel­spiel mit den Mus­keln, betont Resch. „Kno­chen und Mus­kel sind Kor­re­spon­den­ten der Bewegung.“

Bewe­gung ist Erschütterung

Der Kno­chen ist höchst­emp­find­lich auf mecha­ni­sche Belas­tung: Bewe­gung wird im Kno­chen als rela­tive Erschüt­te­rung regis­triert. Über das feine Kapil­lar­sys­tem des Kno­chens kommt es in wei­te­rer Folge zur Bewe­gung von Zilien, die wie­derum in Pro­te­in­syn­these und Syn­these von Kno­chen­zel­len über­setzt wer­den. Als ver­bin­den­des Ele­ment die­nen die Mechano-Sen­­so­­ren der Osteo­zy­ten. „Alle Kräfte, beim Sprin­gen etwa die dumpfe Ener­gie der Erschüt­te­rung, pflan­zen sich in der Kno­chen­be­we­gung wei­ter und sti­mu­lie­ren Osteo­zy­ten, wel­che Stoffe pro­du­zie­ren, damit sich der Kno­chen an die Bewe­gung anpasst und auf­baut“, erläu­tert Resch. „Die Funk­tion von Osteo­zy­ten war jahr­hun­der­te­lang unbe­kannt. Sie wur­den als bloße ein­ge­mau­erte Osteo­b­las­ten betrach­tet. Jetzt wis­sen wir: Osteo­zy­ten sind hoch­in­tel­li­gente Regu­la­ti­ons­or­gane, mit einer zen­tra­len Auf­gabe in der Anpas­sung des Kno­chens an Bewegung.“

Auf­grund von Belas­tung kommt es zu einer ver­mehr­ten Bil­dung von Kno­chen­ma­trix, auch Kor­ti­ka­lis und Spon­giosa wer­den dich­ter und die Kno­chen­struk­tu­ren mecha­nisch sta­bi­ler, fügt Neh­rer hinzu. Wird bei einem Man­gel an phy­si­ka­li­scher Akti­vi­tät keine Ener­gie an den Kno­chen wei­ter­ge­lei­tet, so wird auch kein neuer Kno­chen mehr gebil­det. Da der Kno­chen einem stän­di­gen Abbau­pro­zess unter­liegt, dem sonst durch Kno­chen­auf­bau auf­grund von Bewe­gung ent­ge­gen­ge­hal­ten wird, kommt es bei Bewe­gungs­man­gel zur Knochenresorption.

Bewe­gung ist bereits in der Jugend wich­tig, um den Kno­chen bis zur soge­nann­ten Peak Bone Mass, der lebens­lang höchs­ten Kno­chen dichte, auf­zu­bauen. Auf­grund von Belas­tung, Sport, Anpas­sung und Ernäh­rung wird die maxi­male Kno­chen­dichte bis zum 25. und dann bis zum 35. Lebens­jahr auf­ge­baut. Vor dem Hin­ter­grund hor­mo­nel­ler Ver­än­de­run­gen und auf­grund des Alte­rungs­pro­zes­ses erhöht sich spä­ter die abbau­ende Akti­vi­tät der Osteoklasten.

Ein Pro­zent Ver­lust jährlich

„Ab dem 40. Lebens­jahr ver­lie­ren wir rund ein Pro­zent Kno­chen­masse pro Jahr“, erläu­tert Neh­rer. „Wer schon in Jugend­jah­ren einen sit­zen­den Lebens­stil ver­folgt mit Bewe­gungs­man­gel, bil­det keine hohe Peak Bone Mass aus. Es geht von einem nied­ri­gen Kno­chen­­dichte-Niveau bergab, womit man im Alter in eine schwie­rige Situa­tion kommt.“ Bei einer nied­ri­gen Peak Bone Mass kann eine Osteo­po­rose bereits frü­her auf­tre­ten, das Kno­chen­­bruch-Risiko steigt und der Kno­chen ist nicht aus­rei­chend belast­bar. „In der Jugend ist Sport wich­tig, um über­haupt eine Peak Bone Mass aus­zu­bil­den und aus­rei­chend Kre­dit für den spä­te­ren Abbau aufzubauen.“

Im Alter befin­det sich der Kno­chen hin­ge­gen bereits in einem Abbau­pro­zess. „Wenn keine wei­te­ren Belas­tun­gen durch Bewe­gung gesetzt wer­den, so kommt es suk­zes­sive und schnel­ler zu einem wei­te­ren Abbau des Kno­chens“, berich­tet Neh­rer. Mit Bewe­gung könne hin­ge­gen der Kno­chen­ab­bau zwar nicht rück­gän­gig gemacht, aber merk­bar ver­lang­samt werden.

Auch bei einer kur­zen Phase der Inak­ti­vi­tät wird ein Abbau von Kno­chen- und Mus­kel­masse beob­ach­tet, berich­tet Hol­zer aus der Pra­xis. „Wir sehen an Pati­en­ten, dass es bereits nach weni­gen Tagen Bett­ruhe zu einer signi­fi­kan­ten Reduk­tion von Mus­­kel- und Kno­chen­masse kommt. Auch die mikro­struk­tu­rel­len Para­me­ter der Kno­chen ändern sich nach kur­zer Zeit. Daher ist auch die früh­zei­tige Mobi­li­sie­rung bei sta­tio­nä­rer Behand­lung von gro­ßer Bedeu­tung.“ Kon­se­quen­zen eines lang­fris­ti­gen Bewe­gungs­man­gels sind nach rund zwölf Mona­ten in der Kno­chen­dich­te­mes­sung sicht­bar, erläu­tert Resch, da deut­li­che Ver­än­de­run­gen erst nach einem Jahr sta­tis­tisch beleg­bar dar­ge­stellt wer­den können.

Die ver­füg­ba­ren Mess­me­tho­den – die Kno­chen­dich­te­mes­sung mit­tels DXA-Mes­­sung sowie die Mikro-Com­­pu­­ter­­to­­mo­­gra­­phie – begrenz­ten aller­dings die Aus­sa­ge­fä­hig­keit, betont Hol­zer. Da die Kno­chen­dich­te­mes­sung am pro­xi­ma­len Femur und an der Len­den­wir­bel­säule durch­ge­führt wird und die Mikro-Com­­pu­­ter­­to­­mo­­gra­­phie die Berei­che am dista­len Unter­arm bezie­hungs­weise der dista­len Tibia erfasst, bezie­hen sich die meis­ten ver­füg­ba­ren Daten zur Ver­än­de­rung von Kno­chen auf­grund von Bewe­gung auf diese Regio­nen. „Da die Unter­su­chungs­me­tho­den limi­tiert sind, kön­nen wir Ver­än­de­run­gen in ande­ren Kno­chen nicht so gut erfas­sen. Es ist aber anzu­neh­men, dass die Effekte – also Auf­bau durch Bewe­gung und Abbau auf­grund von Bewe­gungs­man­gel – in ande­ren Kör­per­re­gio­nen ähn­lich sind.“

An der Wir­bel­säule wirkt sich Bewe­gungs­man­gel vor allem durch die Abnahme der Stütz­funk­tion der Mus­kel­man­schette aus. Bei einer Atro­phie auf­grund von Bewe­gungs­man­gel kommt es zu einer ver­mehr­ten axia­len Belas­tung der Wir­bel­säule, berich­tet Hol­zer. „Diese Belas­tung wirkt sich nega­tiv auf die Band­schei­ben und die Wir­bel­ge­lenke aus. Sofern eine hoch­gra­dige Osteo­po­rose besteht und die umlie­gende Mus­ku­la­tur atro­phiert ist, kann bereits eine geringe Kraft­ein­wir­kung zu spon­ta­nen Frak­tu­ren der Wir­bel­kör­per mit gra­vie­ren­den Kon­se­quen­zen führen.“

Als ers­tes Sym­ptom einer her­ab­ge­setz­ten oder redu­zier­ten Bewe­gung tre­ten aller­dings Rücken­schmer­zen auf, die über 80 Pro­zent der Bevöl­ke­rung im Lauf des Lebens betref­fen. „Auf­gund der ver­mehr­ten axia­len Belas­tung wer­den sämt­li­che Struk­tu­ren
im Bereich der Wir­bel­säule über­las­tet.“ Leit­sym­ptom sei dabei der Schmerz. Doch auch Band­schei­ben­vor­fälle, Irri­ta­tio­nen der Ner­ven­wur­zel sowie Arthro­sen im Bereich der Wir­bel­ge­lenke kön­nen in Folge eines Bewe­gungs­man­gels auftreten.

Bewe­gung als Prävention

Kno­chen, die einer direk­ten Belas­tung durch Bewe­gung aus­ge­setzt sind, reagie­ren schnel­ler und deut­li­cher auf das Aus­maß der Bewe­gung als die Wir­bel­säule. „Das kon­se­quente Nicht­be­nut­zen der eige­nen Kraft­über­tra­gung führt zu einer gewis­sen Faul­heit der Kno­chen. Letzt­lich kann die Kno­chen­re­sorp­tion in eine Osteo­po­rose mün­den“, unter­streicht Resch. „Fast jede Osteo­po­rose geht mit Mus­kel­schwund ein­her, natür­lich auch auf­grund man­geln­der Bewe­gung im Vor­feld.“ Bewe­gung sei daher auch neben der Ernäh­rung eine der Säu­len der Osteoporose-Prävention.

Eine Stär­kung der Mus­kel sei als beste Osteo­­po­rose-The­ra­­pie zu sehen, wobei es hier fast keine medi­ka­men­tö­sen Mög­lich­kei­ten gibt. „Wir haben mitt­ler­weile die Bedeu­tung des Mus­kels auch für die Behand­lung von Kno­chen­er­kran­kun­gen erkannt“, betont Resch. Und wei­ter: „For­cierte Bewe­gungs­the­ra­pie kann zu einem gewis­sen Grad die medi­ka­men­töse Osteo­­po­rose-The­ra­­pie erset­zen in einer Grö­ßen­ord­nung von drei bis fünf Pro­zent Knochendichtezunahme.“

Wäh­rend der Mus­kel­auf­bau rasch erfolgt, sind Effekte am Kno­chen durch län­ger­fris­tige Trai­nings­pro­gramme zu erzie­len. „Für den Kno­chen­auf­bau sollte das Trai­ning ein spe­zi­el­les Kraft­trai­ning beinhal­ten. Alters­ab­hän­gig und abhän­gig vom Zustand des Pati­en­ten sollte das Kraft­trai­ning mit dem Kör­per­ei­gen­ge­wicht oder zusätz­li­chen Gewich­ten durch­ge­führt wer­den“, berich­tet Hol­zer. Zusätz­lich zum Kraft­trai­ning soll­ten Aus­dauer und vor allem im höhe­ren Alter die Koor­di­na­tion trai­niert wer­den. Da der Effekt von Bewe­gung auf den Kno­chen spe­zi­fisch ist, füh­ren etwa rumpf­sta­bi­li­sie­rende Pro­gramme oder Rücken­gym­nas­tik zwar zu einer Erhö­hung der loka­len Kno­chen­dichte, haben aber auf andere Kno­chen kei­nen Effekt. Des­halb sollte der ganze Kör­per trai­niert werden.

Zusätz­lich zur Akti­vie­rung der Mus­kel und Kno­chen durch Kraft­trai­ning sollte auch auf eine Stoß­be­las­tung geach­tet wer­den, erklärt Neh­rer. „Belas­tung ist opti­mal, um Kno­chen­ab­bau ent­ge­gen­zu­wir­ken. Es sollte ein Impakt auf den Kno­chen kom­men, um den Abbau zu ver­zö­gern.“ Aller­dings sollte beson­ders bei älte­ren Per­so­nen berück­sich­tigt wer­den, dass die Kno­chen­be­last­bar­keit gerin­ger ist. Daher sollte die Belas­tung gezielt gesetzt wer­den, um eine End­be­las­tung der Gelenke zu ver­mei­den und keine Maxi­mal­be­las­tung zu erreichen.

© Öster­rei­chi­sche Ärz­te­zei­tung Nr. 03 /​10.02.2022