Muskuloskelettale Anpassung bei Immobilisation

Zusammenfassung

Julius Wolff hatte schon 1892 in seinem “Das Gesetz der Transformation der Knochen” beschrieben, dass der Knochen sich seiner Funktion anpasst. In Studien zur Immobilität (Bed-Rest-Studien) wird dokumentiert, dass der Knochen innerhalb weniger Stunden bis Tage seinen Metabolismus anpasst, sobald die Verformung (Strain) des Knochens abnimmt oder zunimmt. Während die Knochenmarker diese Änderung des Metabolismus unmittelbar anzeigen, ändert sich die Knochenmasse deutlich langsamer und es können erst nach ca. 40 Tagen signifikante Änderungen nachgewiesen werden. Dem schnellen Knochenabbau bei Beginn einer Immobilisation folgt ein langsamer Knochenaufbau nach Wiederbelastung. Da der Knochen seine Last zu über 90 % durch die Muskelkraft erfährt und nicht durch das Körpergewicht, ist die Muskelkraft ein wichtiger Stimulator für den Knochenaufund -abbau. Bei Immobilisation, Paraplegie und anderen Muskelfunktionsstörungen kann die Knochendichte um bis zu 75 bis 80 % abfallen. Durch lebenslanges Muskelkrafttraining kann die Muskelkraft und damit auch die Knochenmasse erhalten werden, was am Beispiel der Studie mit Master-Athleten bewiesen werden konnte. Für die Stimulation des Knochens ist die Muskelkraft und nicht die Muskelausdauer entscheidend. Demzufolge ist auch im hohen Alter noch ein Krafttraining empfehlenswert.

Summary

As far back as 1892, Julius Wolff wrote that bone, in a healthy person or animal, will adapt to the loads it is placed under. Studies of physical inactivity and immobilisation (prolonged bed-rest) have shown that bone metabolism begins to change within a few hours/days after the alteration of bone loading patterns (strain). Whilst bone markers evince this change in bone metabolism, the actual change in bone mass/density is much slower and it can take up to 40 days of immobilisation before significant changes in bone mass/density can be detected. Rebuilding of bone after immobilisation occurs at a much slower rate than that which the bone is lost during bed-rest. Bone experiences above 90 % of its load via the musculature during activity, which dominates the effect of static “body-weight” acting on the bones under Earth’s gravity. For this reason, muscle force and the pattern of forces applied is an important regulator for bone resorption and formation. In immobilisation, paraplegia and other muscular dysfunctions bone density can fall by up to 80 %. With lifelong muscle force training, it is possible to maintain muscle force and hence bone mass. This latter concept has been shown to be the case in recent studies on master (elderly elite level) athletes. To stimulate bone, muscle force, and not muscular endurance, is the decisive factor. Hence, it is advisable, even in the elderly, to conduct muscle force training.

Schlüsselwörter

Immobilisation - Knochenmasse - Knochenmarker - Schwerelosigkeit - Sport

Keywords

Immobilization - bone mass - bone marker - weightlessness - sports

• Literatur

• 1 Böhme S. Altersabhängige Muskelleistung und -kraft bei Senioren – Leistungssportlern verschiedener Sprungdisziplinen und die Anpassung des Knochens. Dissertation, Charité – Campus Benjamin Franklin, Freie Universität & Humboldt-Universität; Berlin: 2010
• 2 Campion F, Nevill AM, Karlsson MK. et al. Bone status in professional cyclists. Int J Sports Med 2010; 31 (07) 511-515. Epub 2010 Apr 29..
• 3 Creighton DL, Morgan AL, Boardley D, Brolinson PG. Weight-bearing exercise and markers of bone turnover in female athletes. J Appl Physiol 2001; 90 (02) 565-570.
• 4 Eser P, Schiessl H, Willnecker J. Bone loss and steady state after spinal cord injury: a cross-sectional study using pQCT. J Musculoskelet Neuronal Interact 2004; 04 (02) 197-198.
• 5 Eser P, Frotzler A, Zehnder Y, Denoth J. Fracture threshold in the femur and tibia of people with spinal cord injury as determined by peripheral quantitative computed tomography. Arch Phys Med Rehabil 2005; 86 (03) 498-504.
• 6 Frost HM. From Woff ‘s law to the Utah Paradigm: Insights about bone physiology and ist clinical applications. Anat Rec 2001; 262: 398-419.
• 7 Gallagher JC, Goldgar D, Moy A. Total body calcium in normal women – effect of age and menopause status. JBMR 1987; 2–6: 491-496.
• 8 Mudd LM, Fornetti W, Pivarnik JM. Bone mineral density in collegiate female athletes: comparisons among sports. J Athl Train 2007; 42 (03) 403-408.
• 9 Nichols JF, Rauh MJ. Longitudinal Changes in Bone Mineral Density in Male Master Cyclists and Nonathletes. J Strength Cond Res. 2010 Jun 23. [Epub ahead of print].
• 10 Reifenstein Jr EC, Albright F. The Metabolic Effects Of Steroid Hormones In Osteoporosis. JClin Invest 1947; 26 (01) 24-56.
• 11 Rittweger J, Beller G, Armbrecht G. et al. Prevention of bone loss during 56 days of strict bed rest by sidealternating resistive vibration exercise. Bone 2010; 46 (01) 137-147.
• 12 Schaffler MB, Choi K, Milgrom C. Aging and matrix microdamage accumulation in human compact bone. Bone 1995; 17 (06) 521-525.
• 13 Schießl H, Frost HM, Jee WSS. Perspectives: Estrogen and bone-muscle strength and mass relationships. Bone 1998; 22: 1-6.
• 14 Sirola J, Kröger H, Honkanen R. et al. Risk factors associated with peri- and postmenopausal bone loss: does HRT prevent weight loss-related bone loss?. Osteoporos Int 2003; 14: 27-33.
• 15 Wenzel TE, Schaffler MB, Fyhrie DP. In vivo trabecular microcracks in human vertebral bone. Bone 1996; 19 (02) 89-95.
• 16 Zioupos P. In vivo fatigue microcracks in human bone: material properties of the surrounding bone matrix. Eur J Morphol 2005; 42 (1–2): 31-41.