Vibrationstraining und Osteoporose

Die Osteoporose ist unter den wachsamen Augen der Welt-Gesundheits-Organisation während der vergangenen Jahrzehnte in die unrühmlichen Top 10 der wichtigsten Volkskrankheiten aufgestiegen. Geschätzte 40 Prozent aller Frauen erleiden mittlerweile einmal in ihrem Leben eine durch Osteoporose bedingte Fraktur. Und auch 1/5 der Männer sind vom Knochenschwund betroffen. Die Kosten für das Gesundheitssystem in Deutschland betragen, betrachtet man nur die durch Osteoporose bedingten Schenkelhalsfrakturen, etwa 3 Milliarden Euro jährlich. Die Tendenz aufgrund des inaktiven Lebensstils in den Industrieländern ist weiterhin steigend. Nach vorsichtigen Schätzungen wird die Zahl der Schenkelhalsfrakturen in den nächsten 60 Jahren weltweit auf mehr als sechs Millionen jährlich ansteigen, so dass die Osteoporose auch eine zunehmende ökonomische Bedeutung bekommt. Allgemeine Therapieformen sind bei 52 Prozent der Patienten in Deutschland nur die Verabreichung von Kalziumpräparaten und zusätzlich bei 21 Prozent der Betroffenen Vitamin D. Bei Frauen hat sich über einen langen Zeitraum die Hormonersatztherapie etabliert. Die mittlerweile bekannten Nebenwirkungen dieser Behandlungsmethode auf das Gefäßsystem zwingen jedoch zur Entwicklung alternativer Therapieformen:

Es handelt sich nur zu deutlich um ein sehr ernst zu nehmendes Problem, welches die Hersteller von Vibrationsgeräten, traut man deren Angaben, bereits gelöst haben.

Ganzkörpervibration ist der Trend der Zukunft und verspricht bei minimalem Aufwand maximale Erfolge. Doch handelt es sich bei diesem Vibrationstraining wirklich um den optimalen Trainingsreiz von dem Kemmler spricht?

Durch meinen beruflichen Alltag als Trainer und Therapeut werde ich auch persönlich mit der Osteoporoseproblematik konfrontiert. Ich habe durch Ausbildung und Studium eine fundierte Meinung entwickelt, die ich den Patienten und Trainierenden als Ratschlag mit auf den Weg gebe. Die klassischen Krafttrainingsmethoden mit hohen Lasten im Rahmen der individuellen Toleranz stellen bisher mein Mittel der Wahl dar. Während der letzten Jahre durfte ich die Bekanntschaft mit den vertikalen Vibrationsplattformen Vibrafit (www.vibrafit.de) und Powerplate (www.powerplate.de) machen. Gerade Frauen und ältere Menschen zeigten großes Interesse am 10-Minuten Training (Powerplate.de). Leider konnte ich meine Empfehlung für oder gegen die Geräte bisher nur an den Kontraindikationen der Hersteller festmachen und nicht auf eine wissenschaftliche Basis zurückgreifen. Im Rahmen meiner Magisterarbeit werde ich diese Wissenslücke schließen und meine Kompetenz im Bereich der Osteoporoseprävention erweitern. Das spezielle Interesse gilt dabei dem Vibrationstraining. Ist es wirklich sinnvoll zur neuen Technik zu greifen oder stellen die klassischen Krafttrainingsmethoden weiterhin die effektivere Vorsorge dar? Sind die mechanischen Vibrationsreize ausreichend, um den Knochenstoffwechsel zu aktivieren, oder bieten sie zumindest eine Möglichkeit zum Erhalt der Knochenmasse?

In der vorliegenden Arbeit werde ich zunächst die Grundlagen zum Forschungsobjekt Knochen darstellen. Es folgen die knöchernen Stoffwechsel- und Adaptionsvorgänge mit seiner Pathologie, hier natürlich mit Blick auf die Osteoporose und ihre Diagnostik. Bevor ich abschließend den aktuellen Forschungsstand der Osteoporoseprävention durch Vibrationstraining vorstelle und kritisch hinterfrage, stelle ich die genutzte Vibrationstechnik der mir bekannten Studien vor.

Kapitel 3, Anpassung des Knochengewebes:

Generell unterscheidet man beim Knochenwachstum der Röhrenknochen zwischen Längen- und Breitenwachstum. Interessant für diese Arbeit ist nur das Breitenwachstum, da nach der Pubertät und Schließung der Epiphysenfugen kein Längenwachstum auf natürliche Weise mehr möglich ist. Das Dickenwachstum bleibt hingegen ein Leben lang erhalten. Dickenwachstum geht von Osteoblasten aus, die nahe des Periosts im Stratum osteogenicum liegen oder sich dort entwickeln. Aufgrund der knöchernen Leichtbauweise bauen die Osteoklasten bei Dickenwachstum vom Markraum aus Knochen ab. Der Knochen ist mitunter das schwerste Gewebe im Körper. Um nicht unfunktionell zu werden versucht der Körper mit einem Minimum an Material das Maximum an Leistung zu erzielen. Die Leichtbauweise ist besonders gut beim Lamellenknochen ausgebildet. Hier herrschen hohe Druck-, Zug- und Biegebelastungen. Die Kompakta ist nur dort verdickt, wo sie besonders stark belastet wird. Zudem sind die Knochenbälkchen in diesen Gebieten so ausgerichtet, dass sie in Richtung der größten Druck- oder Zugspannung liegen. Im Röntgenbild werden Hauptspannungslinien deutlich, die Trajektorien genannt werden. Dieser Aufbau macht den Knochen zwar robust gegen Druck- und Zugbelastungen aber auch anfällig bei zu großer Biegebelastung. In der Kompakta treten die höchsten Spannungen jeweils in der Längsrichtung auf. Den Biegespannungen, die auf den Schaft des Röhrenknochens unter Belastung einwirken, ist die Zuggurtung entgegengesetzt. Bei der Zuggurtung wirken entsprechende Skelettmuskeln durch Kontraktion der im Schaft auftretenden Biegespannung entgegen. Bei hoher Belastung kommt es zur Aktivitätshypertrophie, wobei vor allem die Struktur der Spongiosa verstärkt wird.

Zur Beschreibung der resultierenden, grundlegenden Umbauvorgänge des adulten Knochens haben sich die Begriffe Modelling und Remodelling etabliert.

Kapitel 3.1, Modelling:

Modelling beschreibt die voneinander unabhängigen Veränderungen durch Resorption und Formation, die die Knochenmasse und -festigkeit erhöhen und die Querschnittsgeometrie und Form von Knochen und Trabekeln bestimmen. Während der gesamten Lebensspanne wird der Knochen an die mechanischen Anforderungen adaptiert und schützt sich so vor Brüchen und Schmerzen durch willentlich durchgeführte Bewegungen.

Modelling is a form of sculpting that determines the shape, size and proportions of skeletal organs by locally modifying their directions and speed of growth”. Der Knochen ist ein sehr aktives Organ: Stoffwechsel und Durchblutung finden wider Erwarten in hohem Maße statt. Beim Säugling sind erst wenige Knochen wirklich fertig gestellt und das Knochengerüst ist noch sehr biegsam da es durch Knorpel und Bindegewebe geprägt wird. Das fertige robuste Skelett entsteht erst Schritt für Schritt. Aus Knorpel und Bindegewebe entwickelt sich der lammelläre Knochen. Das eigentliche Knochenwachstum, auch modelling genannt, wird nach der Pubertät mit der Verknöcherung der Wachstumsfugen abgeschlossen. Einige Quellen sprechen auch nach der Pubertät und dem Erreichen der peak bone mass von modelling, wenn Knochenzuwachs erzielt wird. In den meisten Quellen wird dann jedoch von remodelling gesprochen. Modelling stellt die ungekoppelte Aktivierung von Osteoblasten und Osteoklasten dar und repräsentiert die örtlich begrenzte zelluläre Reaktion auf mechanische Reize. Modelling ist, um ein Beispiel zu nennen, dafür verantwortlich, dass der Spielarm eines Tennisspielers deutlich dickere Knochen aufweist als der nicht-dominante Arm. Die Terminologie wird in älteren Quellen vielfach missverständlich eingesetzt. .Seit 1964 (siehe 3.2) wird jedoch klar differenziert. Modelling betrifft in jedem Fall die Zuwächse am Knochen.

Kapitel 3.2, Remodelling:

Im Erwachsenenalter wird der Knochen immer wieder der aktuellen Beanspruchung angepasst. Die Knochensubstanz altert wie alle biologischen Strukturen und verliert durch Mineralverlust und Matrix-Alterung an Bruchfestigkeit und Elastizität. Der Knochen wird spröde und neigt bei Überbelastung schneller zur Fraktur. Mit dem Knochenstoffwechsel, der auch remodelling genannt wird, tauscht der menschliche Körper vorbeugend in regelmäßigen Abständen die Knochensubstanz aus. Dieser Austausch dient 4 wichtigen Aufgaben: der Adaptation an neue Belastungsanforderungen, dem Ersatz des alten Knochengewebes, der Kalziummobilisation zur Selbstregulierung des Kalziumhaushalts, der Reparatur nach Traumata.

Die Reparatur und die Erneuerung sind wesentliche Elemente der Osteoporoseprophylaxe. Denn es sind in erster Linie nicht die großen Frakturen, sondern mikroskopisch kleine Perforationsbrüche der Trabekel, die neben der Knochendichte das Risiko eines Knochenbruchs heraufsetzten. In der Literatur sorgen auch hier unterschiedliche Definitionen für Verwirrung. Mit remodelling ist aber seit der Einführung des Begriffs modelling 1964 der Umbau und die Erneuerung in sogenannte bone modelling units definiert. Diese knöchernen Umbauprozesse werden durch spezialisierte Zellsysteme durchgeführt, die im Folgenden dargestellt werden.