Sport, Bewegung und Osteoporose

Autoren: Eva Heinen, Diplom Sportwissenschaftlerin (Univ), Prof. Dr. med. Edgar Heinen

Die Osteoporose ist eine systemische Skeletterkrankung, die durch eine Abnahme der Knochenmasse (der Knochendichte) und eine weniger stabile Mikroarchitektur des Knochengewebes charakterisiert ist. Dadurch nimmt die Knochenbrüchigkeit, die Anfälligkeit für Knochenbrüche zu.  Sind bereits Frakturen als Folge der Osteoporose aufgetreten, sprechen wir von einer manifesten Osteoporose.

Das Skelett des Menschen besteht aus 220 Knochen, die unterschiedlich aufgebaut sind: Neben den Röhrenknochen gibt es spongiösen Knochen, z. B. in den Wirbelkörpern, die wie ein von einer festen Hülle (Corticalis) umgebener Schwamm konstruiert sind. Die einzelnen Knochenbälkchen (Trabekel), sind wie die Streben eines Baukrans so angeordnet, dass sie einen für den Bedarf optimierte Druck und Zugfestigkeit gewährleisten.

Ein besonders gutes Beispiel für diesen trajektoriellen Aufbau ist der  Oberschenkelhals, den man mit einer im modernen Bauwesen verwendeten Stahlbetonkonstruktion vergleichen kann. Er besteht aus zugfesten Bindegewebsfasern- dem Stahlgerüst – und aus druckfesten Kalksalzen, die dem Betonanteil entsprechen. Die Mischung aus beiden verleiht dem Knochen Festigkeit und Elastizität zugleich, was für eine  hohe Belastbarkeit sorgt.

Schon vor vielen Jahren konnte gezeigt werden, dass der Organismus in der Lage ist, diesen trajektoriellen Aufbau des Knochens durch An- und Abbau an  sich ändernde Belastungen anzupassen. Die Steuerung des Umbaus scheint dabei feinsten Ausläufern der Knochenzellen (Osteozyten) zu zu kommen, mit denen ständig die Belastung gemessen und der Umbau bestimmt wird. Insgesamt wird der Bälkchenknochen in etwa drei Jahren, der Röhrenknochen in ca fünf Jahren „runderneuert“ mitsamt den notwendigen Anpassungen.

Knochendichtemessung

Ein wichtiger Faktor zur Beurteilung der Knochenfestigkeit ist die Knochendichte, die meist mit der Dual Photonen-Absorptiometrie gemessen wird. Leider haben sich die Gerätehersteller bis heute nicht auf eine Standard einigen können. Daher unterscheiden sich die erhaltenen Ergebnisse je nach verwendetem Gerät. Ein Zustand, der für eine physikalische Messmethodik eigentlich nicht akzeptabel ist. Statt eines klar definierten Wertes für die Knochendichte (in g/cm²) muss man sich mit dem T-Score und dem Z-Score herumschlagen, wenn mann die Ergebnisse, die auf unterschiedlichen Geräten gemessen wurden, vergleichen will. Absurd: man sollte unbedingt die Messung zur Kontrolle, ob eine Maßnahme etwas gebracht hat, am selben Gerät wie die Erstmessung durchführen!

Ein  T-Score von  – 1 bedeutet, dass die Knochendichte der untersuchten Person 1 Standardabweichung niedriger liegt, als bei gesunden 30 jährigen Frauen bzw Männern, die an einem Gerät des gleichen Herstellers gemessen wurden. Liegt der gemessene T-score unterhalb von – 2,5 so hat die untersuchte Person definitionsgemäß (WHO) eine Osteoporose.  Um das ganze noch etwas undurchsichtiger zu machen, hat man auch noch den Z-Score definiert. Dieser gibt bei negativ  Wert an, wieviel Standardabweichungen der Wert niedriger liegt als bei altersgleichen Frauen bzw. Männern. Da die Knochendichte mit dem Alter typischerweise abnimmt, liegt dieser Wert also höher des T-Scores. (P.s. -1,0 ist > als – 2,5!) Hintergrund für die Definition des Z-Scores ist die Überlegung, ob man Personen, die in etwa eine Knochendichte aufweisen wie das Alterskollektiv, überhaupt behandeln sollte.

In der Osteologie geht man zurecht davon aus, dass eine möglichst hohe individuelle peak bone mass (maximale Knochenmasse) einen gewissen Schutz vor Osteoporose-bedingten Knochenbrüchen bietet. Mehr körperliche Aktivität, insbesondere das Training der Muskulatur  in der Jugend und im frühen Erwachsenenalter stellen somit einen Schutzfaktor gegen die Entstehung einer Osteoporose dar. Aber auch im höheren Alter und in der Menopause dürfte eine höhere Muskelmasse mit einer höheren Knochendichte verbunden sein. Man muss allerdings davon ausgehen, dass die Muskelmasse deutlich schneller stimuliert werden kann (Wochen bis Monate) als der Knochen, der zumindest viele Monate braucht, bis dass er in Folge höherer Beanspruchung deutlich an Masse zunimmt.

Zusammenhang zwischen Muskulatur und Knochenmasse

Unser Organismus ist offensichtlich so konstruiert, dass er Systeme, die er nur wenig braucht, zurückfährt. Legt man sich über viele Wochen ins Bett, so werden die Größe des Herzens, das Schlagvolumen, die Muskelmasse ja sogar die Knochenmasse abnehmen, atrophieren. Der Körper passt seine Werkzeuge dem Bedarf an. Umgekehrt führt mehr Bewegung zu einer Zunahme des Schlagvolumens und der Größe des Herzens, zu einer Mehrung der Muskelmasse und der Kraft. Sogar das Knochenwachstum wird an den Stelle, die besonders beansprucht werden, stimuliert – ein „atmendes System“.

Mit der Dual-Photonen-Absortiometrie kann neben der Knochendichte von Wirbelkörpern und Oberschenkelhals auch die Knochenmineralmasse des gesamten Körpers bestimmt werden. Dieser Wert ist verständlicherweise stark von der Körpergröße abhängig. Durch Division der  Knochenmineralmasse durch die Körpergröße² (analog zum BMI) kann der Knochenmineralmasse-Index berechnet werden, der – so wie der BMI- von der Körpergröße unabhängig ist. Ebenso kann man mit der Dual-Photonen-Absortiometrie der körpergrößen-unabhängige Muskelmasseindex (MMI) bestimmen. (s. Dexa-Methode). 

Sowohl bei Frauen – pinkfarbene Linie – als auch bei Männern – gelbe Linie –  findet sich eine signifikante Korrelation zwischen dem Muskelmasse-Index und dem Knochenmineralmasse-Index. Untersucht wurden nur die 252 von 709 Frauen und nur die 84 von 297 Männern, die in dem Kollektiv der Diplomarbeit von Eva Heinen  jünger als 40 Jahre waren. Die Frauen hatten alle noch einen regelmäßigen Zyklus.

 Wurden auch alle Probanden über 40 Jahre in die Untersuchung aufgenommen, so war die Korrelation nicht mehr signifikant. Dies dürfte zum Einen auf die mit dem Alter zunehmende Osteoporose einerseits und durch das zunehmende appositionelle Knochenwachstum in Folge der Arthrose sowie durch zunehmende Verkalkungen bedingt sein.  

Für Endokrinologen ist besonders interessant, dass der Mittelwert des Knochenmineralmasse-Indexes bei Männern und Frauen mit 1,01 bzw 1,03 kg/m² nahezu identisch gemessen wurde. Allerdings zeigte die Korrelation praktisch eine Parallelverschiebung der Trendkurven: Frauen wiesen bei gleicher Muskelmasse durchgehend einen um 0,17 kg/m² höheren Knochenmineralmasse-Index auf als Männer. Das darf man wohl dem positiven Effekt der Östrogene auf die Knochenneubildung zuschreiben. 

Muskulatur und Osteoporose-bedingte Frakturen

Neben der Muskelmasse als Stimulanz des Knochenwachstums spielen weitere muskuläre Faktoren eine wichtige Rolle bei der Verhinderung von Knochenbrüchen. Die Muskelkraft per se kann den einen oder anderen Sturz verhindern oder abmildern; eine gute Koordination der Muskulatur auf Grund regelmäßiger Betätigung ist für die Verhinderung von Stürzen, der Hauptauslöserin von Knochenbrüchen, von entscheidende Bedeutung. (s. Abb. unten).

In der nächste Abbildung soll der Zusammenhang zwischen der einwirkenden Kraft und der Wahrscheinlichkeit einer Fraktur in Abhängigkeit von der Knochendichte dargestellt werden.

Auf der rechten Seite der Abbildung sind die Prinzipien der Werkstoffkunde auf die Verhältnisse am Knochen übertragen. Ist die einwirkende Kraft größer als die Bruchschwelle (für den Knochen: die Frakturgrenze), so wird der Knochen brechen.  Dabei ist davon auszugehen, dass der Knochem um so eher bricht, je niedriger der T-Score ist ( cave – 4 < – 2!).  Aus diesem Teil der Abbildung soll hervorgehen, dass jeder Knochen – gleich welcher Stabilität (Knochendichte) – brechen kann, wenn nur die einwirkende Kraft hoch genug ist!

Die oberste Reihe von roten Linien auf der linken Seite zeigt, was man als Medizinalassistent in seiner chrirurgischen Zeit in der Nähe der Düsseldorfer Altstadt regelmäßig gesehen hat:  Ein Überfluss an Alkohol hatte immer wieder meist Männer in einen Zustand versetzt, dass sie die Orientierung im Raum verloren hatten, mit dem Stuhl nach hinten kippten und ohne jegliche Reflexe auf dem Hinterhaupt aufschlugen. Da es am Hinterhaupt auch kaum Fettmassen gibt, die als Schockabsorber hätten dienen können, waren Schädelfrakturen gar nicht so selten. 

Eine Orientierung im Raum und insbesondere gute Reflexe hätten den Sturz wahrscheinlich vermieden, zumindest aber abgefedert, da man als Reflex in einer solchen Situation typischerweise den Kopf einzieht, auf die Brust herunter nimmt und so die einwirkende Kraft auf das Hinterhaupt erheblich reduziert.

Den mit Abstand größten Anteil an der Reduktion der einwirkenden Kraft kommt also den Reflexen zu, die das Resultat aus Leistungen des Nervensystems und der Muskulatur sind. Je größer die Kraft der Muskulatur, desto eher kann ein Sturz vermieden oder aber abgemildert werden.

Es ist erstaunlich, dass sich trotz der überwältigen Studienlage in den Leitlinien der DVO (Dachverband der Osteologie) zur Prophylaxe der Osteoporose durch Sport und Muskulatur sowie zur Unterstützung der Therapie, oder besser noch: als wichtiger Pfeiler der Therapie lediglich findet: „Regelmäßige körperliche Aktivität sollte gefördert werden mit dem Ziel, Muskelkraft, Gleichgewicht und Koordination zu verbessern. Immobilisierung sollte vermieden werden.“ Da sind die Darstellungen des Bundesselbsthilfeverbandes für Osteoporose doch viel nützlicher: Steht doch in deren Broschüre bei der Therapie die Bewegung mit vielen gut belegten Aussagen vor der Beschreibung der medikamentösen Therapie, um die man oft auch nicht herum kommt.

Deswegen hier einige Hinweise.

Ausdauertraining (Gehen, Fahrradfahren, Schwimmen) hat viele positive Effekte auf nahezu alle Körperfunktionen. Viele Studien haben aber gezeigt, dass mit Ausdauertraining alleine keine Stimulation des Knochenwachstums erreicht werden kann. Daher wird von den meisten Experten zu Kraft-Training zur Reduktion des Osteoporoserisikos geraten (einen guten Übersichtsartikel finden Sie hier). Liegt allerdings schon eine erhebliche Minderung des Kalksalzgehaltes des Knochens vor, so muss dem in Form von geringeren Belastungen (Gewichten) Rechnung getragen werden. Zu hohe Gewichte, besonders bei nach vorne gebeugtem Oberkörper, sollten vermieden werden.

In einer Studie von Uusi-Rasi et al. 2015 aus Finnland wurde gezeigt, dass auch bei 70 – 80 jährigen Frauen mit einem moderaten Krafttraining 2 x / Woche und zusätzlichen Übungen 5 – 15 Minuten pro Tag ein deutlicher Kraftzuwachs der Muskulatur zu erreichen ist und dass die Gruppe, die die Kraftübungen durchführte nur halb so viele Frakturen erlitten hat, wie die Vergleichsgruppe. Also: auch im zunehmenden Alter kann man die Muskulatur eindeutig trainieren und damit Lebensqualität erhalten!

Allerdings muss auchbei diesem Thema dringend vor Überbelastungen besonders zu Beginn des Kraft-Trainings geraten werden. Muss man doch heute davon ausgehen, dass im Knochen Sensoren (Ausläufer von Osteozyten) vorhanden sind, die die einwirkende Kraft messen. Wird dabei eine deutlich höhere Belastung gemessen, so werden zunächst sogenannte Osteoklasten (knochenabbauende Zellen) aktiviert. Zunächst findet also sogar ein vermehrter Knochenabbau statt. Dann erst rufen die Osteoklasten die Osteoblasten auf den Plan, die die Knochensubstanz vermehren. (bone remodeling unit).

Beim Knochenneubau läuft also alles analog zum Ausbau einer Autobahn statt. Zunächst wird erhöhtes Verkehrsaufkommen gemeldet. Die unvermeidliche Baustelle zur Ertüchtigung der Autobahn hat zu Beginn unweigerlich mehr Staus zur Folge. Erst nach dem Ausbau kann mehr Verkehr bewältigt werden. Gut ist allerdings, dass der Ablauf eines Zyklus der „bone remodeling unit“ insgesamt etwa 3 Monate dauert, nicht so lange wie manche Baustelle auf der Autobahn!