Gesund schütteln · 2012. 5. 22. · Gesund schütteln Was Knochen zum Wachsen bringt und was wir...

Gesund schüttelnWas Knochen zum Wachsen bringt und was wir mit diesem Wissen anfangen können.

Prof. Dr. Ralph Müller

Institut für Biomechanik, ETH Zürich

Prof. Dr. Ralph Müller

Ausgangslage

Demografie Stetig steigende Lebenserwartung Mehr altersbedingte Krankheiten und körperliche Beeinträchtigungen

Technischer Fortschritt Biologischen Prozesse des Älterwerdens wissenschaftlich besser

verstanden Bessere Diagnosemethoden und therapeutische Technologien

Anspruch der Bevölkerung Länger gesunder leben

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Das Problem

Osteoporose (Knochenschwund) ist eine Krankheit, die sich durch eine tiefe Knochenmasse und mikrostrukturelle Veränderung in der Knochenarchitektur auszeichnet

Ein Drittel der Frauen älter als 65 Jahre sind von der Krankheit betroffen

Verursachte im Jahr 2004 alleine in den USA Gesundheitskosten von rund 18 Mia. Dollar

2000-2010 wurde von der WHO zum „Jahrzehnt der Knochen und Gelenke” ausgerufen

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Wirbelkörperfraktur

Hüftfraktur

Vorderarmfraktur

Quelle: NOF 2004

Osteoporotische Frakturen

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Osteoporose – Die stille Krankheit

Das Risiko einer 50-jährigen Frau an einer Hüftfraktur zu sterben, ist gleich gross wie das Risiko an Brustkrebs und viermal grösser als das Risiko an Gebärmutterkrebs zu sterben.

– Hüftfraktur: 2.8%

– Brustkrebs: 2.8%

– Gebärmutterkrebs: 0.7%

Cummings et al; Arch Intern Med; 1989

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Wirbelkörper

Gesund Osteoporotisch

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Versagen der Elemente

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Haarrisse

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Blutgefässe und Zellen

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Blutgefässe und Haarrisse

B6 C3HScience City, 14.11.2010 Prof. Dr. Ralph Müller 11

Können wir Osteoporose stoppen?Können wir Frakturen verhindern?

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MüllerOsteoporos. Int., 2005

Modellierung der Osteoporose

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Kno

chen

dich

te (%

)

10

12

14

16

18

20

50 60 70 80

Alter (Jahre)

Therapie Post-Menopause

Therapie Peri-Menopause

Keine Therapie

Therapie mit Bisphosphonat

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64-jährige FraumicroCT am Anfang

2 mm

67-jährige FraumicroCT nach PTH Behandlung

Dempster et al, JBMR, 16:2001Science City, 14.11.2010 Prof. Dr. Ralph Müller 15

Wie sieht es aus mit mechanischen Kräften?

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Wolffsches Gesetz

Julius Wolff, Berliner Chirurg und Anatom, propagierte 1892 Knochen baut sich auf und nimmt an Festigkeit zu wenn er belastet wird Wird der Knochen hingegen nicht oder nur wenig belastet baut er sich ab

Beispiele Schlagarm der Tennisspieler Gewichtheber/Krafttraining Astronauten

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Schafe auf Vibrationsplatte

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Knochenadaptation im Schaf

Control Experimental

Rubin et al, JBMR, 2002Science City, 14.11.2010 Prof. Dr. Ralph Müller 19

Kortikaler Knochen

Trabekulärer Knochen

Experimentelles in vivo Modell

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Knochen reagiert und adaptiert sich

B6 Kontrolle B6 Belastet (4 N)0.5 mm

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Einfluss der mechanischen Belastung auf Knochen

Woche Woche Woche

Dichte (%) Dicke (μm) Anzahl (1/mm)

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In vivo Mikro-Bildgebung

Woche 0Woche 1Woche 2Woche 3Woche 4 Differenzbild

Neuer Knochen

Resorbierter Knochen

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8N 0N

Vergleich zwischen belasteten und unbelasteten Tieren

Neuer Knochen

Resorbierter Knochen

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Mechanostat Theorie [Frost, 1960]

Hohe Dehnung → Bildung von neuem Knochen

Kleine Dehnung → Resorption von Knochen

Intermediäre Dehnung → „lazy zone“

source: www.wikipedia.org

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Zusammenhang zwischen Knochenbildung und Mechanik

■ neu

■ resorbiert

2.4 kPa

1.2 kPa

SED

micro-CT FE

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Zusammenhang zwischen Knochenbildung und Mechanik

■ neu

■ resorbiert

■ konstant

■ Kortikal

2.4 kPa

1.2 kPa

SED

micro-CT FE

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Zusammenhang zwischen Knochenbildung und Mechanik

2.4 kPa

1.2 kPa

SED

micro-CT FE

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Comparison of experiment and simulation

2.4 kPa

1.2 kPa

SED

micro-CT FE

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* ** Dichte (%)

Woche

Zusammenhang zwischen Knochenbildung und Mechanik

* p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001

neuerKnochen

konst.Knochen

resorbierterKnochen

week 1

** ***

week 2

** ***

week 3

* ***

Woche 4

Mechanisches Signal (%)

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Gesund schütteln im Mensch?

http://www.power-plate.ch

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DANKE!Science City, 14.11.2010 Prof. Dr. Ralph Müller 32