pQCT – Konzept
Die funktionale Muskel-Knochen-Einheit
Muskel und Knochen bilden eine funktionelle Einheit. Muskelkräfte regulieren im Wesentlichen die Knochenfestigkeit. Außerdem ist die Muskelfunktion ein entscheidender Faktor, um Stürze und Frakturen zu verhindern. Daher ist eine Osteoporosediagnostik unzureichend, wenn sie den Muskel nicht mit einbezieht. Eine Verbesserung der Muskelfunktion führt nicht nur zu einer Steigerung der Knochenfestigkeit, sondern verhindert auch Stürze und vermindert so das Frakturrisiko.
Funktion des Knochens
Mechanische Festigkeit
Die wesentliche Funktion des Knochens ist es, mechanische Kräfte zu übertragen und damit Bewegung zu ermöglichen. Die größten Kräfte, die auf den Knochen einwirken, stammen von Muskelkontraktionen und werden über die Sehnen auf den Knochen übertragen. Wegen der Hebelverhältnisse können Kräfte auf die Knochen wirken, die mehr als das 10fache des Körpergewichts betragen. Um seine mechanischen Aufgaben erfüllen zu können, muss der Knochen in der Lage sein, sich an Änderungen der Größe oder Richtung der Kraft anzupassen, so dass willentliche Muskelkontraktionen keine Schmerzen verursachen oder gar zu Frakturen führen. Daneben muss der Knochen auch auf Veränderungen des Stoffwechsels und der Umwelt reagieren können.
Mechanostat
Knochengeometrie
Die Knochenfestigkeit (nicht Knochenmasse) ist eine regulierte Größe. Harold Frost beschrieb seit den sechziger Jahren einen Regelkreis, Mechanostat genannt, der die Anpassung des Knochens an die aus den mechanischen Kräfte resultierenden Verformungen des Knochens (Strain) erklärt.
Regelkreise
Kennzeichen eines jeden Regelkreises ist die negative Rückkopplung. Die Muskelkräfte erzeugen im Knochen eine Verformung. Osteozyten, die weitaus häufigsten Knochenzellen, sind in der Lage die Verformung des Knochens zu messen.
Optimierung ein Leben lang
Übersteigt die Verformung des Knochens einen bestimmten Grenzwert, wird die Knochenfestigkeit durch Osteoblasten erhöht, so dass die Verformung wieder unter diesen Wert fällt. Wird andererseits ein zweiter, niedrigerer Grenzwert nicht regelmäßig überschritten, wird Knochen durch Osteoklasten abgebaut, so dass die Verformung wieder in einem Bereich zwischen den Grenzwerten liegt. Dadurch wird Knochengeometrie und damit die Knochenfestigkeit mit einem Minimum an Material ein Leben lang optimiert.
Diagnose
Knochenparameter
Das Frakturrisiko hängt einerseits von der Festigkeit des Knochens und andererseits von den auf ihn wirkenden Kräften ab. Ziel der Knochendichtemessung mittels pQCT ist es, die Festigkeit des Knochens zu bestimmen. Die Festigkeit wird durch die Materialeigenschaften und die Geometrie vorgegeben. Mit Ausnahme einiger Erkrankungen sind die Materialeigenschaften des Knochens relativ konstant, so dass die Knochenfestigkeit in erster Linie mit der Knochengeometrie beschrieben werden kann. Veränderungen im Knochenstoffwechsel zeigen sich zuerst im spongiösen Knochen.
Muskelparameter
"Die Form folgt der Funktion" ist ein entscheidender Satz von Julius Wolff, den Harold Frost mit seiner Mechanostat Theorie präzisierte. Als logische Konsequenz muss die Knochendiagnostik die Muskeldiagnostik und insbesondere die Muskelfunktion einschließen. pQCT ermöglicht Muskelparameter wie Muskelfläche und Muskeldichte zu diagnostizieren. Leonardo Mechanography ergänzt diese Muskeldiagnostik durch Muskelfunktion und Muskelleistung. Die Kombination dieser Parameter ist entscheidend für die Diagnose von Sarkopenie, Dynapenie und Frailty.
