Gesund schütteln · 2012. 5. 22. · Gesund schütteln Was Knochen zum Wachsen bringt und was wir...
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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
2Science City, 14.11.2010 Prof. Dr. Ralph Müller
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