ZiMT Journal Club Juli 2020: Dr. Anna-Maria Liphardt / Auswirkung von Immobilisation und Mikrogravitation sowie körperlicher Aktivität auf den menschlichen Körper

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Dr. Anna-Maria Liphardt, Lehrstuhl für Innere Medizin III, UniKlinik Erlangen

Auswirkung von Immobilisation und Mikrogravitation sowie körperlicher Aktivität auf den menschlichen Körper, insbesondere Knorpel- und Knochengewebe

Gesunde Gelenkknorpel sind eine Voraussetzung für gute Gelenkfunktionen und damit für eine uneingeschränkte körperliche Aktivität. In den Synovialgelenken sorgt der Gelenkknorpel für Gelenkkongruenz, verteilt die Kraft zwischen den Gelenkflächen und erleichtert so die Gelenkbewegung. Beim Menschen, insbesondere bei gesunden Personen, ist die Wirkung der Entlastung auf den Gelenkknorpel schwer zu untersuchen. Modelle aus der Raumfahrt bieten eine einzigartige Möglichkeit, diese spezielle Reaktion darzustellen. Die Raumfahrt ist jedoch nicht nur ein gutes Modell, um die Auswirkungen der Ruhigstellung auf einen gesunden menschlichen Körper zu untersuchen. Auch die damit verbundenen Effekte sind für die Gesundheit der Besatzung von hoher Relevanz: Denn bis heute hat sich die Raumfahrtforschung nicht mit Fragen der Knorpelgesundheit befasst. Dies mag daran liegen, dass die Besatzungszeiten während der Space-Shuttle-Missionen zu kurz sind, weshalb die Knorpeldegeneration nicht sichtbar und für die Besatzungsmitglieder nicht spürbar ist. In den letzten Jahren haben sich die bildgebenden Verfahren und die Verfügbarkeit biochemischer Methoden zur Analyse der Serum-Biomarker-Konzentrationen weiterentwickelt. Frühere Arbeiten unserer Gruppe [3, 4] und anderer weisen darauf hin, dass Immobilisierungen eine Knorpeldegeneration auslösen können, was zu einem erhöhten Gesundheitsrisiko für die bemannte Raumfahrt führt. Die derzeitigen Gegenmaßnahmen sind nicht in der Lage, die Knorpelgesundheit zu behandeln. In unseren jüngsten Projekten zusammen mit der Deutschen Sporthochschule Köln (Prof. Dr. A. Niehoff) war es das Ziel, das Potenzial verschiedener Gegenmaßnahmenregime zur Beeinflussung der Knorpelbiologie zu untersuchen [1, 2]. In Bezug auf die Gesundheit der Besatzung ist die Optimierung von Gegenmaßnahmen ein wichtiger Bestandteil für einen erfolgreich bemannten Raumflug. Während auf der Internationalen Raumstation (ISS) derzeit verschiedene Übungsgegenmaßnahmen umgesetzt werden, muss das optimale Trainingsregime erst noch gefunden werden. Wir konnten bestätigen, dass (neben anderen) das Knorpel-Oligomer-Matrixprotein (COMP) ein mechanosensitiver Knorpel-Biomarker ist, welcher durch Immobilisierung und mechanische Belastung beeinflusst wird. Einfache Interventionen wie das aufrechte Stehen oder ein spezifisches Widerstandstrainingsprogramm während der Bettruhe konnten diese Veränderungen nicht verhindern.

 

(1) Liphardt AM, Mündermann A, Heer M, Achtzehn S, Niehoff A, Mester J. J Orthop Res. (2020). Locomotion replacement exercise cannot counteract cartilage biomarker response to 5 days of immobilization in healthy adults. May 26. doi: 10.1002/jor.24753. Online ahead of print.

(2) Dreiner M, Willwacher S, Kramer A, Kümmel J, Frett T, Zaucke F, Liphardt AM, Gruber M, Niehoff A. (2020). Short-term Response of Serum Cartilage Oligomeric Matrix Protein to Different Types of Impact Loading Under Normal and Artificial Gravity. Front Physiol. Aug 31;11:1032. doi: 10.3389/fphys.2020.01032. eCollection 2020.

(3) Liphardt AM, Mündermann A, Andriacchi TP, Achtzehn S, Heer M, Mester J. (2018). Sensitivity of serum concentration of cartilage biomarkers to 21-days of bed rest. J Orthop Res. May;36(5):1465-1471. doi: 10.1002/jor.23786. Epub 2017 Nov 17.

(4) Liphardt AM, Mündermann A, Koo S, Bäcker N, Andriacchi TP, Zange J, Mester J, Heer M. (2009). Vibration training intervention to maintain cartilage thickness and serum concentrations of cartilage oligometric matrix protein (COMP) during immobilization. Osteoarthritis Cartilage, Dec;17(12):1598-603. doi: 10.1016/j.joca.2009.07.007. Epub 2009 Sep 1. PMID: 19747585