Zahlreiche aktuelle Beobachtungs- und Interventionsstudien beschreiben die Bedeutung von körperlicher Aktivität und Sport für die Knochengesundheit. Bereits im Kindes- und Jugendalter erhöht sich der Knochenzuwachs infolge körperlicher und sportlicher Aktivität. Im Erwachsenenalter können vor allem bei Frauen nach der Menopause altersbedingte Knochenabbauprozesse durch kontinuierlich durchgeführte Sportprogramme verlangsamt werden [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17]. Die Wirkungsweise von körperlicher Aktivität und Sport auf die Knochenaufbau- und Knochenumstrukturierungsprozesse ist Gegenstand zahlreicher Untersuchungen [18, 19, 20, 21, 22, 23].

Aktuelle Übersichtsarbeiten fassen überwiegend Interventionsstudien, vor allem randomisierte kontrollierte Studien (RCT) zusammen, die die Wirkung bestimmter Sportarten und -programme auf den Knochenzuwachs in verschiedenen Lebensphasen untersuchen. Nur selten wurde jedoch der Einfluss alltäglicher körperlicher Aktivität untersucht. Zudem gibt es nur wenige Arbeiten, die den Einfluss von körperlicher Aktivität oder Sport im Kindes-, Jugend- und Erwachsenenalter, das heißt im gesamten Lebenslauf, dar- und gegenüberstellen. Obwohl die unterschiedlichen Lebensphasen getrennt voneinander untersucht werden, wird häufig geschlussfolgert, dass körperliche Aktivität und Sport im Kindes- und Jugendalter den Knochenzuwachs erhöhen und damit das Risiko für Erkrankungen des Bewegungsapparates wie Osteopenie, Osteoporose und osteoporosebedingte Frakturen im Erwachsenenalter reduziert wird [18, 19, 24, 25].

Die vorliegende narrative Übersichtsarbeit fasst den gegenwärtigen Wissensstand zum Einfluss und zur Wirkungsweise körperlicher und sportlicher Aktivität auf die Knochengesundheit im Kindes-, Jugend- und Erwachsenenalter, das heißt im gesamten Lebenslauf, zusammen. Eingeschlossen werden Überblicksartikel, Interventions- und Beobachtungsstudien ab dem Jahr 2000. Neben Besonderheiten und Limitationen der Studiendesigns werden mögliche sensible Zeitfenster für nachhaltige Interventionsstrategien im Lebenslauf diskutiert.

Hintergrund

Die kritischste Eigenschaft, die einen Knochen als gesund oder krank beschreibt, ist die Knochenfestigkeit [21]. Knochenarchitektur und -struktur sind wichtige Charakteristika der Knochenfestigkeit, die an unterschiedlichen Knochen und Knochenregionen mithilfe verschiedener Indikatoren beschrieben werden [21, 23]. Aufgrund der hohen alters- und bewegungsabhängigen Abnutzungserscheinungen werden häufig Indikatoren an Knochenregionen der Extremitäten, Hüfte sowie der Lendenwirbelsäule als Endpunkte zur Erforschung der Knochenfestigkeit verwendet [26, 27]. Die am häufigsten untersuchten Knochenregionen und Indikatoren werden in Tab. 1 dargestellt und sind in diesem Übersichtsartikel mit dem Begriff der „Knochenfestigkeit“ (KF) zusammengefasst und definiert.

Tab. 1 Knochenregionen, Indikatoren der Knochenfestigkeit und Erfassungsmethoden zur Bestimmung der Knochenfestigkeit in Beobachtungs- und Interventionsstudien
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Die größte mechanische Einwirkung auf den Knochen hat die Muskelkontraktion, ausgelöst durch körperliche Aktivität [18, 20]. Zwischen Muskelkraft und KF besteht eine stärkere Assoziation als zwischen Alter oder Körpergewicht und KF [21, 22]. Es ist erwiesen, dass lang andauernde körperliche Inaktivität (Bettruhe) nicht nur zu Muskel-, sondern auch zu Knochenschwund führt. Infolge der reduzierten Knochenmasse und -dichte und einer zerstörten Mikroarchitektur ist das Risiko für Osteoporose und Osteopenie, die Vorstufe von Osteoporose, erhöht [19, 28]. Osteoporose ist heute ein bedeutendes gesellschaftliches Gesundheitsproblem von dem viele Millionen Menschen, vor allem postmenopausale Frauen, weltweit betroffen sind [27]. Die WHO definiert Osteoporose bei postmenopausalen Frauen und Männern über 50 Jahren ab einer um 2,5 Standardabweichungen reduzierten Knochendichte (Bone Mineral Density, BMD) im Vergleich zu jungen gesunden Frauen (20 bis 29 Jahre). Die klinische Relevanz, Osteoporose zu erfassen, betrifft das erhöhte osteoporosebedingte Frakturrisiko von Oberschenkelhals, Hüfte und Lendenwirbelsäule. Zudem erhöhen sowohl Osteoporose als auch osteoporosebedingte Frakturen die Morbidität und Mortalität [26, 27].

Zahlreiche Beobachtungs- und Interventionsstudien haben den Einfluss von körperlicher Aktivität und Sport auf die Knochengesundheit untersucht (Tab. 2, Tab. 3, Tab. 4, Tab. 5, Tab. 6, Tab. 7). Dabei zeigen Querschnittsstudien lediglich Zusammenhänge zwischen körperlicher Aktivität und KF. Prospektive Beobachtungsstudien und experimentelle Untersuchungen stellen hingegen mögliche Veränderungen und Wirkungen infolge körperlicher und sportlicher Aktivität auf den Bewegungsapparat dar. Um Studienergebnisse miteinander vergleichen zu können, müssen die Begriffe „körperliche Aktivität“ und „Sport“ unterschieden werden. Unter körperliche Aktivität (KA) ist jede körperliche Bewegung zu verstehen, bei der die Skelettmuskulatur durch eine Muskelkontraktion beansprucht wird und die einen Energieverbrauch zur Folge hat. Sport ist eine geplante, strukturierte und sich wiederholende körperliche Aktivität, die eine Verbesserung der körperlichen Fitness anstrebt [29]. Der Effekt der Muskelkontraktion auf die KF ist von der Art, Dauer und Intensität der KA abhängig [30]. Vor allem kurzzeitig belastende und gewichtstragende Aktivitäten (Weight-Bearing Activities, WBA) mit einer hohen Bodenreaktionskraft (Ground Reaction Force, GRF) lösen starke Muskelkontraktionen in den unteren und oberen Extremitäten, in der Hüfte sowie in der Lendenwirbelsäule aus und haben auf diese Knochenpartien eine osteogene (knochenaufbauende) Wirkung [7, 9, 25, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37]. Bekannte WBA mit einer hohen GRF und einem nachgewiesenen Einfluss auf die KF sind Fußball, Kurz- und Mittelstreckenläufe (GRF: Zwei- bis Dreifache des Körpergewichts), Basketball (GRF: Vier- bis Fünffache des Körpergewichts) oder Volleyball (GRF: Drei- bis Sechsfache des Körpergewichts) [38]. Hingegen wurden für geringe gewichtstragende Aktivitäten mit einer niedrigen GRF (Schwimmen, Radfahren) keine osteogenen Effekte ermittelt [5, 13, 25, 31, 37]. Während mechanische Belastungen die Variabilität der KF bis zu 40% determinieren, bestimmen nicht-mechanische Faktoren wie Hormone (Wachstumshormone, Androgene) und Nährstoffe (Kalzium, Vitamin D) die Anbau- und Umstrukturierungsprozesse im Knochen zu einem geringeren Prozentsatz. So wurde festgestellt, dass bei gesunden Menschen ohne Hormonmangel, ohne eine klinisch relevante Rachitis oder ohne Erkrankungen des muskuloskelettalen Systems die Variabilität der KF durch nicht-mechanische Faktoren bis zu 10% determiniert werden kann [20, 21].

Tab. 2 Ergebnisse von Querschnittstudien zum Einfluss von körperlicher Aktivität und Sport im Kindes- und Jugendalter auf die Knochengesundheit
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Tab. 3 Ergebnisse von longitudinalen Studien zum Einfluss von körperlicher Aktivität und Sport im Kindes- und Jugendalter auf die Knochengesundheit
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Tab. 4 Interventionsstudien (RCT, CT) zum Einfluss von körperlicher Aktivität und Sport im Kindes- und Jugendalter auf die Knochengesundheit
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Tab. 5 Ergebnisse von Querschnittsstudien zum Einfluss von körperlicher Aktivität und Sport im Erwachsenenalter auf die Knochengesundheit
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Tab. 6 Ergebnisse aus longitudinalen Studien zum Einfluss von körperlicher Aktivität und Sport im Erwachsenenalter auf die Knochengesundheit
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Tab. 7 Interventionsstudien (RCT, CT) zum Einfluss von körperlicher Aktivität und Sport im Erwachsenenalter auf die Knochengesundheit
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Einfluss körperlicher Aktivität auf die Knochengesundheit im Kindes- und Jugendalter

Das Kindes- und Jugendalter gilt als eine der sensibelsten Phasen für Aufbau- und Umstrukturierungsprozesse des Knochens [18, 34]. Eine optimale Knochenentwicklung wird häufig anhand der maximalen Knochenmasse (Peak Bone Mass, PBM) geschätzt, die zwischen dem 20. und 30. Lebensjahr erreicht ist. In der Knochenforschung werden einer hohen erreichten PBM eine verbesserte KF sowie ein protektiver Effekt in Bezug auf Frakturen und Osteoporose im Erwachsenenalter zugeschrieben [14, 19, 39]. Obwohl die PBM zu einem hohen Anteil genetisch festgelegt ist, weisen Beobachtungs- und Interventionsstudien darauf hin, dass KA und Sport die PBM in jungen Jahren positiv beeinflussen [19, 30, 33, 40].

Kinder vor und zu Beginn der Pubertät

In Beobachtungsstudien werden bei Kindern häufig moderate bis starke KA (Moderate to Vigorous Physical Activity, MVPA) mittels Accelerometrie oder Fragebögen (Berechnung von KA-Skalen) erfasst (Tab. 2, Tab. 3). Ergebnisse aus Querschnitts- und longitudinalen Untersuchungen zeigen einen positiven Zusammenhang zwischen MVPA und der KF [9, 10, 11, 41, 42]. So wird bei Grundschulkindern, die 40 Minuten am Tag moderat bis stark körperlich aktiv sind, eine bis zu 3% bis 5% höhere KF erwartet als bei Kindern, die nur zehn Minuten MVPA am Tag durchführen [41]. Teilweise wurde für moderate KA ein größerer osteogener Effekt auf die unteren Extremitäten ermittelt als für starke KA [42]. Die mittels Accelerometrie gemessene MVPA erklärt einen höheren Varianzanteil der KF als der häufig eingesetzte Fragebogen „Physical Activity Questionnaire for Children“ [9]. Das deutet darauf hin, dass aufgrund der durch Accelerometrie erfassten Beschleunigung in der vertikalen Bewegung der Effekt von WBA auf die KF besser festgehalten werden kann als durch Fragebögen und errechnete KA-Skalen.

Gegenüber Beobachtungsstudien untersuchen Interventionsstudien die Wirkung definierter, häufig schulbasierter Sport- und Bewegungsprogramme auf den Knochenzuwachs. Die über mehrere Monate durchgeführten Interventionsprogramme, häufig bestehend aus Sprungübungen (Seilspringen, Treppen-, Boxenhüpfen), erhöhten die KF an Lendenwirbelsäule, Hüfte und Oberschenkelhals (Tab. 4).

Studien, die Kinder vor und zu Beginn der Pubertät einschlossen, zeigten, dass die KF durch MVPA und Sportprogramme vor der Pubertät stärker beeinflusst wurde als zu Beginn der Pubertät [11, 12, 30, 43, 44, 45]. Besonders bei präpubertären Jungen wurde in einigen Beobachtungs- und Interventionsstudien ein bedeutender osteogener Effekt von KA und Sport beobachtet [10, 11, 45, 46]. Dieser Effekt lässt sich durch eine stärkere Beziehung zwischen KA und KF sowie durch die höhere KA/MVPA und Muskelstärke bei Jungen erklären [10, 11, 41, 42, 47]. Aber auch bei Mädchen konnte vor der Pubertät ein nennenswerter Effekt von Sport auf die KF gezeigt werden. Allerdings schlossen diese Studien keine Jungen ein, sodass ein direkter Vergleich zwischen den Geschlechtern schwierig ist [48, 49].

Schulbasierte Sportprogramme und KA hatten bei Mädchen auch zu Beginn der Pubertät noch einen positiven Effekt auf den Knochenzuwachs [16, 50, 51, 52, 53, 54]. Bei ihnen beobachteten einige Studien mit Eintritt in die Pubertät einen stärkeren Einfluss von KA und Sport als im präpubertären Alter [52, 54]. Dieser Effekt kann bei Mädchen, aber auch bei Jungen auf die in der Pubertät erhöhte Östrogenproduktion zurückgeführt werden [21, 24]. Hingegen wurde für den ansteigenden Testosteronspiegel bei Jungen zu Beginn der Pubertät kein direkter Einfluss auf die Knochen, sondern lediglich auf die Muskelmasse gefunden [21].

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass KA und Sport bei Mädchen und Jungen sowohl vor als auch zu Beginn der Pubertät für einen beschleunigten Knochenzuwachs von großer Bedeutung sind. Die in den RCTs durchgeführten schulbasierten Interventionsprogramme bestätigen die Annahme, dass verstärkter Sportunterricht in Schulen ausreicht, um bei Kindern die KF zu erhöhen [40].

Jugendliche und junge Erwachsene

Bei Jugendlichen sowie bei jungen Erwachsenen (bis zum 20. Lebensjahr) wurden in Beobachtungsstudien weniger die allgemeine KA als vielmehr der Einfluss von WBA bei bestimmten Sportarten auf den Knochenzuwachs untersucht. Vor allem im Rahmen von Querschnittsuntersuchungen wurden Jugendliche und junge Erwachsene aus Sportvereinen, bei denen zum Beispiel Fußball, Squash oder Gymnastik angeboten wurde, rekrutiert (Tab. 2). Die spontanen und abrupten Start- und Stoppmomente in den Bewegungsabläufen bei solchen Sportarten erhöhen die GRF [24, 55]. Die hierfür erforderlichen maximalen kurzzeitigen und wiederholenden Muskelkontraktionen üben eine hohe mechanische Belastung auf den jeweils belasteten Knochen aus [20]. Deshalb zeigten Jugendliche und junge Erwachsene, die in ihrer Freizeit Sport im Tennis-, Fußball-, Basketball- oder Volleyballverein durchführten, eine höhere KF als Jugendliche oder junge Erwachsene, die diese Freizeitsportarten nicht betrieben [5, 31, 35, 38, 43, 55, 56, 57, 58]. Dennoch wurde vor allem bei jungen Frauen eine Abnahme der Sensitivität der Knochen gegenüber KA und Sport beobachtet [58]. Dieses Ergebnis wird durch Studien unterstützt, die alle drei Reifegrade, das heißt vor, zu Beginn und nach der Pubertät, einschlossen. Sowohl bei Jungen als auch bei Mädchen war ab dem 14. Lebensjahr die Wirkung von KA und Sport auf die KF geringer als davor [43, 51, 59, 60]. Ob diese Beobachtung auf den Abschluss der Pubertät und der Körperlängenentwicklung sowie auf die Beendigung des Wachstums der Gelenkflächen zurückzuführen ist, wurde in der Literatur bisher kaum untersucht. Auch existieren bislang nur wenige Interventionsstudien, die die osteogene Wirkung bestimmter Sportarten in der späten und nach der Pubertät sowie im jungen Erwachsenenalter (14. bis 20. Lebensjahr) analysieren.

Nur wenige Studien haben die Effektivität von KA und Sport(programmen) gemeinsam untersucht und miteinander verglichen. So ermittelten Meyer et al. für KA (erfasst mit Accelerometrie) bei prä- und peripubertären Kindern keinen positiven Zusammenhang mit der KF. Hingegen konnten sie für ein schulbasiertes Sportprogramm in der Sportgruppe einen signifikanten Knochenzuwachs beobachten [12]. Eine Aussage zur Dosis-Wirkungs-Beziehung zwischen KA sowie Sport und dem Knochenzuwachs im Kindes- und Jugendalter ist aufgrund der heterogenen Datenlage problematisch. Dieser Überblicksartikel bestätigt die Aussage des US-amerikanischen Department of Health, dass vor allem WBA mit einer GRF über dem Dreifachen des Körpergewichts einen osteogenen Effekt auf die Lendenwirbelsäule und die Hüftknochen haben [61]. Mindestens zehn Minuten Sport, vor allem WBA, an zwei bis drei Tagen in der Woche über einen Mindestzeitraum von mehr als sechs bis sieben Monaten bewirken bei Kindern vor und zu Beginn der Pubertät eine positive Veränderung der Knochendichte und -struktur (Tab. 4, [61, 62]). Dabei hatten WBA mit einer höheren GRF (Achtfache des Körpergewichts) innerhalb eines kürzeren Interventionszeitraums eine osteogene Wirkung im Vergleich zu WBA mit einer geringeren GRF (Drei- bis Fünffache des Körpergewichts) (Tab. 4).

Mit Blick auf die Sensitivität bestimmter Knochenregionen und Indikatoren in den jeweiligen Reifestadien konnte bisher kein klarer Trend beobachtet werden (Tab. 2, Tab. 3, Tab. 4). Der Grund hierfür ist, dass bei Mehrpunktuntersuchungen insbesondere im Kindes- und Jugendalter infolge von Wachstum, Reifung und sich verändernden Proportionen nicht exakt derselbe Messpunkt erfasst wird wie in der jeweils vorausgehenden Untersuchung [45]. Zudem ist aufgrund der unterschiedlichen Methoden zur Erfassung der KF ein Vergleich der Indikatoren untereinander schwierig (Tab. 2, Tab. 3, Tab. 4).

Trotz der teilweise heterogenen Datenlage und der eingeschränkten Vergleichbarkeit unterschiedlicher Indikatoren und Erfassungsmethoden kann zusammenfassend sowohl für MVPA als auch für Sport bei Mädchen und Jungen vor und zu Beginn der Pubertät eine positive Wirkung auf den Knochenzuwachs konstatiert werden. Umstritten bleibt der Effekt von Leistungssport auf die KF. Sportler stellen eine selektierte Gruppe dar, die durch eine mögliche genetische Disposition, zum Beispiel für eine ausgeprägtere Muskulatur, bereits für bestimmte Sportarten geeigneter sind als andere Menschen. Hinzu kommt hier die Schwierigkeit, geeignete Kontrollpersonen zu finden, um für genetische, hormonelle und ernährungsbedingte Kofaktoren zu kontrollieren [13, 18, 24, 44]. Um diesen Selektionsbias zu vermeiden, wird häufig an einem einzigen Individuum der Effekt mechanischer Belastungen auf die KF untersucht. So ist Tennis ein geeigneter Sport, um die KF des spielenden (belasteten) Arms mit der KF des nicht spielenden (nicht belasteten) Arms zu vergleichen [35, 43, 63]. Während Studien zum Tennis sowie zu anderen Sportarten einen positiven Effekt auf die belasteten Knochenregionen zeigten [5, 13, 31, 35, 38, 43, 44, 55], wurde in anderen Untersuchungen an Leistungssportlern eine Verringerung der KF festgestellt. Auf der einen Seite bewirkt die reduzierte Verfügbarkeit von Energie für das Längenwachstum und für die Reifung einen verspäteten Eintritt in die Pubertät, vor allem bei weiblichen Leistungssportlern. Diese Wachstums- und Reifeverzögerungen sind stark mit einer verzögerten Knochenentwicklung assoziiert. Auf der anderen Seite erklärt sich die verringerte KF durch die sich wiederholenden, übermäßigen Belastungen des Knochens, wodurch es zur Ermüdung und Zerstörung der Mikrostruktur kommt. Abgebauter Knochen kann folglich nicht schnell genug ersetzt werden und wird brüchig [19, 24]. Ob die zurückgebliebene Knochenentwicklung nach Einstellung des Leistungssports langfristig wieder aufgeholt werden kann, konnte bislang nicht ausreichend geklärt werden [24, 64].

Nachhaltigkeit

Die Nachhaltigkeit des osteogenen Effekts von KA und Sport im Kindes- und Jugendalter ist wenig untersucht. Häufig verfolgen Beobachtungs- und Interventionsstudien die Studienteilnehmer nur über wenige Jahre, sodass bisher keine Aussagen zur Wirkung von KA und Sport auf die KF über einen Zeitraum von zehn oder mehr Jahren gemacht werden können.

Allerdings wurde ein mittelfristig anhaltender Effekt von KA und Sport auf die KF beobachtet. So zeigten Kinder vor der Pubertät noch drei bis fünf Jahre nach einem siebenmonatigen schulbasierten Sprungprogramm im Vergleich zur Kontrollgruppe einen erhöhten Knochenmineralgehalt (Bone Mineral Content, BMC) (nach drei Jahren: 2,3 bis 4,4%; nach fünf Jahren: 1,4%) [33]. Auch bewirkte ein hohes Maß an KA im präpubertären Alter einen längerfristigen Effekt auf die KF im Vergleich zu präpubertären Kindern mit niedriger KA [4]. Fünfjährige mit einer hohen MVPA hatten auch noch nach drei und sechs Jahren (das heißt im Alter von acht und elf Jahren) eine um 4 bis 14% höhere BMC (Ganzkörper, Hüfte, Lendenwirbelsäule) als fünfjährige Kinder mit einer geringen MVPA [10]. Trotz der sich jährlich reduzierenden Effektstärke blieb dieser über den Beobachtungszeitraum statistisch signifikant [7, 10, 33]. Auch im Jugend- und frühen Erwachsenenalter hatte Sport (Fußball, Eishockey) einen mittelfristig anhaltenden Effekt auf die KF. Selbst fünf Jahre nach Beendigung des Trainings wurde bei männlichen Ex-Sportlern ein um 4 bis 8% höherer BMD festgestellt als in der Kontrollgruppe [65]. Auch konnte bei jungen Frauen, die während ihrer Jugendzeit sportlich aktiv waren (Fußball), noch acht Jahre nach Beendigung der Sportausübung ein im Vergleich zur Kontrollgruppe höherer BMD am Oberschenkelhals nachgewiesen werden [58]. Ob diese Nachhaltigkeit von KA und Sport bis ins hohe Erwachsenenalter wirkt, wird im nächsten Abschnitt diskutiert.

Einfluss körperlicher Aktivität auf die Knochengesundheit im Erwachsenenalter

Infolge eines veränderten Hormonspiegels im Erwachsenenalter nehmen nach Erreichen der maximalen Knochenmasse (PBM) die Aufbau- und Umstrukturierungsprozesse im Knochen ab. Bei postmenopausalen Frauen finden kaum noch knochenaufbauende Prozesse statt [6]. Die Knochenfläche nimmt ab dem 60. Lebensjahr altersbedingt ab [66]. Der durchschnittliche altersbedingte Knochenschwund (BMC) pro Jahr liegt bei postmenopausalen Frauen bei etwa 0,5% [67]. Der Knochen verliert an Festigkeit. Damit erhöht sich das Risiko für Osteoporose und osteoporosebedingte Frakturen, insbesondere an Hüfte und Wirbelsäule [14, 26, 27, 68]. Inwiefern KA und Sport die knochenaufbauenden und Knochenumstrukturierungsprozesse im prä- und postmenopausalen Alter unterstützen, ist bis heute nicht eindeutig geklärt. Allerdings konnte sowohl in Beobachtungs- als auch in Interventionsstudien ein verringerter altersbedingter Knochenschwund durch KA und Sport an den unteren Extremitäten und der Lendenwirbelsäule beobachtet werden [1, 2, 6, 8, 15, 17, 69, 70, 71, 72, 73]. Zudem war sowohl im prä- als auch im postmenopausalen Alter die MVPA mit einem reduzierten Risiko für Hüftfrakturen assoziiert. So wurde für Frauen ein bis zu 38% und für Männer ein bis zu 45% reduziertes Hüftfrakturrisiko ermittelt [74].

Wie auch im Kindes- und Jugendalter untersuchen Beobachtungs- und Interventionsstudien im Erwachsenenalter den Einfluss jeweils unterschiedlicher körperlicher und sportlicher Aktivität auf die KF (Tab. 5, Tab. 6, Tab. 7). Beobachtungsstudien richteten den Fokus sowohl auf die allgemeine KA in der Freizeit (häufig erfasst mittels Fragebögen und KA-Skalen) als auch auf definierte Sportarten, wie Fußball, Squash oder Gymnastik. Allerdings fand sich keine Studie, die einen möglichen osteogenen Effekt von MVPA (mittels Accelerometrie) sowohl für das prä- als auch für das postmenopausale Alter untersuchte. Interventionsstudien bewerten hingegen die osteogene Wirkung von Sportprogrammen, die häufig aerobe (Ausdauersportarten wie Laufen, schnelles Gehen) und anaerobe Aktivitäten (Resistenztraining) kombinieren (Tab. 7).

Prämenopausales Alter

Trotz unterschiedlicher Studiendesigns bestätigen Beobachtungs- und Interventionsstudien die positive Wirkung von WBA auf die KF an Lendenwirbelsäule, Hüfte, Oberschenkelhals- und Unterarmknochen [8, 44, 55, 72, 73, 75, 76].

Ein Vergleich der Interventionsergebnisse zeigt, dass Resistenztraining ohne zusätzliche aerobe Sportübungen und durchgeführt in einem Zeitraum von unter einem Jahr keine osteogene Wirkung hatte [77, 78, 79]. Erst die Durchführung eines Resistenztrainings am Ober- und Unterkörper, durchgeführt in einem Zeitraum von über zwölf Monaten, zeigte eine signifikante Zunahme des BMD an Lendenwirbelsäule und Trochanter [76]. Resistenztraining in Kombination mit Lauf- und Sprungübungen verbesserte nach zwölf Monaten ebenfalls die KF der unteren Extremitäten, nicht aber die der Lendenwirbelsäule [8, 72, 75, 76]. Eine mögliche Erklärung hierfür ist, dass durch Laufen oder Sprungübungen primär die Knochen der unteren Extremitäten und Hüfte beansprucht werden, weniger die der Lendenwirbelsäule. Lediglich für Sportarten wie Fußball oder Squash konnten schwache osteogene Effekte an der Lendenwirbelsäule nachgewiesen werden. Sie erklären sich dadurch, dass diese Sportarten nicht nur die Muskeln der unteren Extremitäten, sondern die Muskeln des gesamten Bewegungsapparates, das heißt auch die der Lendenwirbelsäule, intensiv beanspruchen [55, 73].

Für Männer in der Altersspanne von 20 Jahren bis zum Einsetzen der Andropause wurde in der Literaturrecherche keine Studie gefunden, die den Zusammenhang zwischen körperlicher/sportlicher Aktivität und dem Knochenstatus untersuchte.

Postmenopausales Alter

Weitaus mehr Studien existieren zum Einfluss von KA und Sport auf die KF bei Frauen im postmenopausalen Alter. Beobachtungsstudien zeigen, dass körperlich aktive Frauen eine höhere KF haben als körperlich inaktive Frauen [6, 15, 80]. Bereits schnelles Gehen (6,1 km/h) über eine Distanz von 4,8 km viermal die Woche bei einer maximalen Herzfrequenz von über 82% und einem Sauerstoffvolumen von 74% VO2max verringerte den altersbedingten Knochenschwund [69]. Unabhängig von der Geschwindigkeit, zeigten Frauen mit einer höheren Schrittzahl bessere Werte an der Lendenwirbelsäule als Frauen mit einer geringeren Schrittzahl [6]. Regelmäßiges schnelles Gehen reduzierte zudem das Risiko für Hüftfrakturen [81].

Interventionsstudien zeigen unterschiedliche Ergebnisse zum osteogenen Effekt von Resistenztrainings und deren Kombination mit Lauf- und Sprungübungen. Ein sechsmonatiges Resistenztraining ohne zusätzliche Lauf- und Sprungübungen erzielte bei gesunden postmenopausalen Frauen mit Kalziumsupplementation keine signifikanten positiven Veränderungen der KF. Allerdings wurde in dieser Interventionsstudie keine Kontrollgruppe berücksichtigt. Folglich ist eine Aussage zu einem möglichen verringerten Knochenschwund durch das Resistenztraining problematisch [77]. Auch bei Frauen mit Osteopenie und Östrogendefizit bewirkte ein Resistenztraining über acht bis zwölf Monate keine osteogenen Effekte [82, 83]. Eine Ausnahme zeigte sich bei Frauen mit Östrogendefizit nach einem sechsmonatigen intensiven Resistenztraining. Bei ihnen erhöhte sich der BMD an Trochanter und Oberschenkelhals [71]. Lediglich die Kombination von Resistenztraining mit Lauf- und Sprungübungen über einen Zeitraum von mindestens zehn Monaten wirkte bei gesunden und osteopenen Frauen einem altersbedingten Knochenschwund entgegen [2, 70, 84, 85].

Die Frage zur präventiven Wirkung von KA und Sport in Bezug auf Osteoporose ist bisher nicht eindeutig beantwortet. Der Hüftknochen (insbesondere der Oberschenkelhals) sowie die Lendenwirbelsäule sind besonders anfällige Knochenregionen für eine Osteopenie, Osteoporose oder für osteoporosebedingte Frakturen [26, 27]. An diesen Knochenregionen wurde nach KA und kombinierten Sportprogrammen häufig kein osteogener Effekt beobachtet (Tab. 5, Tab. 6, Tab. 7, [2, 69, 70, 71, 77, 80, 82, 83, 84, 85, 86]). So führte ein bis zu drei Jahre durchgeführtes kombiniertes Sportprogramm bei osteopenen Frauen nur zu geringen oder auch zu keinen osteogenen Effekten an der Hüftregion [70, 84]. Auch an der Lendenwirbelsäule konnten Interventionsprogramme (kombiniert aus Resistenztraining und schnellem Gehen) unter sechs Monaten keine bedeutenden positiven Veränderungen der KF erzielen [69, 71]. Erst die Kombination der Sportprogramme mit einer Kalziumsupplementation oder einer Hormonersatztherapie (HRT) über einen Zeitraum von mindestens zehn Monaten zeigte eine osteogene Wirkung an der Lendenwirbelsäule und am Trochanter [2, 70, 84]. Aufgrund der zusätzlichen Kalziumsupplementation und HRT sind Aussagen über den osteogenen Effekt kombinierter Sportprogramme schwierig. Dennoch deuten diese Studienergebnisse darauf hin, dass ein protektiver Effekt in Bezug auf Osteoporose bei postmenopausalen Frauen (vor allem an der Lendenwirbelsäule) nur mittels kombinierter und langfristig durchgeführter Sportprogramme, die den gesamten Bewegungsapparat belasten, bewirkt werden kann [2, 70, 84]. Die Wirkung am Oberschenkelhals bleibt fraglich [84, 85, 87]. Trotz der geringen beobachteten osteogenen Effekte sind langfristige Sportprogramme für das hohe Alter von großer Bedeutung. Die Kombination von WBA sowie Ausdauer-, Resistenz- und Balancetrainings verbessern die Muskelkraft, Balance und Koordination, wodurch das Sturzrisiko sowie sturzabhängige Frakturen bei postmenopausalen Frauen gesenkt werden konnten [6, 8, 74, 88, 89, 90, 91].

Andropause

Im Vergleich zu postmenopausalen Frauen haben Männer im hohen Alter eine geringere Osteoporoseprävalenz und -inzidenz [92]. Das kann unter anderem auf ihren allgemein höheren BMD zurückgeführt werden [2]. Wie bei postmenopausalen Frauen zeigten Männer ab dem 50. Lebensjahr, die in der Freizeit noch körperlich und sportlich aktiv waren, eine bessere KF als körperlich inaktive Männer [1, 3, 6, 93, 94, 95]. Obwohl sich die positive Beziehung zwischen Freizeitsport und BMD (Hüfte) mit zunehmendem Alter abschwächte [3], hatte die Muskelkraft und -masse bei Männern mit zunehmendem Alter immer noch eine große Bedeutung für die KF [94, 96]. Der Zusammenhang zwischen KA/Sport und KF wurde bei Männern bisher überwiegend nur in Querschnittsstudien untersucht (Tab. 5). Die wenigen Interventionsstudien zeigen allerdings, dass Resistenztraining bei Männern während der Andropause bereits nach sechs Monaten zu einem osteogenen Effekt an der Lendenwirbelsäule führte, während bei postmenopausalen Frauen ein Interventionseffekt erst nach zehn Monaten zu beobachten war [2, 71, 82]. Allerdings beschreiben Whiteford et al., dass ein Resistenztraining keinen zusätzlichen Effekt auf den BMD bei älteren Männern hat. Durch schnelles Gehen wurden dieselben Interventionseffekte erzielt [17]. KA und Sport in der Freizeit schützten bei Männern im hohen Alter nicht nur vor Knochenschwund, sondern senkten auch das Risiko für Hüftfrakturen [74, 97].

Wie im Kindes- und Jugendalter wurden auch im Erwachsenenalter verschiedene Methoden zur Erfassung der KF eingesetzt (Tab. 5, Tab. 6, Tab. 7). Deshalb sind Aussagen zur Sensitivität der einzelnen Knochenregionen und Indikatoren sowie ein Vergleich dieser untereinander problematisch.

Klare Dosis-Wirkungs-Beziehungen zwischen KA beziehungsweise Sport und der KF bei Männern und Frauen sind aus bisherigen Metaanalysen nicht bekannt [61]. Zusammenfassend lässt sich aber feststellen, dass die Ausführung kombinierter anaerober und aerober Sportarten (Resistenz-, Lauf- und Sprungübungen) an drei Tagen pro Woche über mindestens zwölf Monate den altersbedingten Knochenschwund bei postmenopausalen Frauen reduziert. Eine zusätzliche Kalziumsupplementation oder HRT kann die osteogene Wirkung dieser Sportprogramme erhöhen [2, 84].

Nachhaltigkeit

Bisher untersuchten nur wenige longitudinale Studien die Auswirkungen von KA und Sport im Kindes- und Jugendalter auf das hohe Erwachsenenalter. Vor allem im Rahmen von Interventionsstudien wurden die Studienteilnehmer nur über wenige Jahre aktiv verfolgt. In Beobachtungsstudien erfolgte auch häufig nur eine retrospektive Querschnittsbefragung, in der die vergangene KA sowie die Durchführung bestimmter Sportarten bis zurück in das Kindes- und Jugendalter erfasst wurde [1, 13, 44, 55, 64, 67, 95, 98]. Allerdings zeigten die Studien unterschiedliche Ergebnisse. Kato et al. ermittelten bei Frauen (52 bis 73 Jahre), die in ihrer Jugendzeit WBA betrieben, 40 Jahre später nachhaltige Veränderungen in BMC, Geometrie und Struktur am Oberschenkelhals [99]. Demgegenüber reichte nach einer Untersuchung von Daly und Bass sportliche Aktivität im Jugendalter (13 bis 18 Jahre) nicht aus, um unter anderem die Knochenstruktur und -festigkeit am Oberschenkelhals im hohen Alter (50 bis 87 Jahre) aufrechtzuerhalten [95]. Die größte osteogene Wirkung wurde bei kontinuierlich und aktuell durchgeführter körperlicher oder sportlicher Aktivität beobachtet (Tab. 6, Tab. 7). Bereits sechs bis zwölf Monate nach Abbruch des Trainings reduzierte sich bei prämenopausalen Frauen nicht nur die Muskelkraft, sondern auch der Interventionseffekt an Oberschenkelhals, Wirbelsäule und Gesamtkörper. Die Ex-Sportler zeigten sogar einen höheren Knochenschwund nach Abbruch der sportlichen Aktivität als die Kontrollen [75, 76]. Ein Abbruch des Trainings oder eine Verringerung regelmäßiger körperlicher und sportlicher Aktivität in der Freizeit erhöhte zudem das Hüftfraktur- und Sturzrisiko [89]. Ein langfristiger nachhaltiger Effekt von KA und Sport im Kindes- und Jugendalter auf das Frakturrisiko im hohen Erwachsenenalter wurde bisher nicht ermittelt [64, 65].

Diese Studienergebnisse belegen, dass KA und Sport, vor allem WBA, kontinuierlich im Kindes-, Jugend- und Erwachsenenalter durchgeführt werden sollten, um einen protektiven und präventiven Effekt für die Knochengesundheit bis ins hohe Alter zu erreichen und Osteoporose vorzubeugen. Prospektive Langzeituntersuchungen, die die Nachhaltigkeit von KA und diversen Sportarten auf die Knochengesundheit bis ins hohe Erwachsenenalter untersuchen, sind bisher nicht bekannt [64, 65, 99].

Fazit

Dieser Überblicksartikel beschreibt den Einfluss körperlicher und sportlicher Aktivität auf den Knochenzuwachs und die Knochengesundheit in unterschiedlichen Lebensphasen. Beobachtungs- und Interventionsstudien konnten eine osteogene Wirkung von KA und Sport – vor allem von WBA – bei Kindern, Jugendlichen und Erwachsenen bis ins hohe Alter belegen. Zudem wurde für hohe KA und Sport neben der osteogenen Wirkung auch eine Erhöhung der Mager-, insbesondere der Muskelmasse und eine Verringerung des Fettgewebes beobachtet [16, 42, 46, 57, 94].

Im Kindesalter sind die Präpubertät und der Beginn der Pubertät bei Jungen und Mädchen sensible Phasen, in denen der Knochenzuwachs durch regelmäßige MVPA und Sport beschleunigt werden kann. Dieser Effekt hat noch einige Jahre später Bestand. Im Erwachsenenalter nimmt der nachhaltige Effekt von KA und Sport mit zunehmendem Abstand zur sportlich aktiven Zeit ab. Daher kann das Risiko für Osteoporose und osteoporosebedingte Frakturen – insbesondere bei postmenopausalen Frauen – nur durch regelmäßige mehrmonatige Sportprogramme (kombiniert aus Resistenz-, Lauf- und Sprungübungen) reduziert werden. Eine zusätzliche HRT und Kalziumsupplementation kann helfen, das Risiko für Osteopenie, Osteoporose und osteoporosebedingte Frakturen zu verringern. Weitere Untersuchungen sind nötig, um auf einen therapeutischen Effekt von KA/MVPA und Sport bei postmenopausalen Frauen mit Östrogendefizit oder bei Frauen mit bereits bestehender Osteopenie/Osteoporose schließen zu können.

Aussagen über eine langfristig nachhaltige Wirkung von KA und Sport sowohl auf die Erhöhung der KF als auch auf die Reduktion des Sturz- und Frakturrisikos im gesamten Lebenslauf, sind aufgrund des Mangels an entsprechenden prospektiven Langzeitstudien nur beschränkt möglich. Studienergebnisse weisen lediglich auf einen mittelfristigen Interventionseffekt von Sport auf die KF in den jungen Lebensjahren hin. Da der überwiegende Anteil von Frakturen nicht nur auf eine geringe KF, sondern auch auf Stürze über die gesamte Altersspanne zurückzuführen ist, könnten in diesem Kontext die Zusammenhänge zwischen den neuromuskulären Funktionen und dem Sturzrisiko eine besondere Bedeutung haben. Diese Zusammenhänge fanden vor allem in der Literatur zur Wirkung der KA im Kindes- und Jugendalter bisher wenig Berücksichtigung. Die Bedeutung von Sport- und Bewegungsprogrammen im Kindes- und Jugendalter erklärt sich nicht nur aus der hohen osteogenen Wirkung von KA vor Abschluss des Längenwachstums und der Pubertät. Sport und Bewegungsprogramme verbessern auch die motorischen Fähigkeiten. Ob dadurch das Sturzrisiko und folglich das spätere Fraktur- und Osteoporoserisiko bereits im Kindes- und Jugendalter gesenkt werden kann, sollte Inhalt zukünftiger Studien sein.

Eine Limitation vieler Studien ist die Rekrutierung zu kleiner Stichproben. Zudem erschwert die unzureichende Datenlage zur nachhaltigen Wirkung von MVPA die sichere Beantwortung der Frage, ob sie das spätere Osteoporoserisiko reduziert. Weitere Langzeituntersuchungen, vornehmlich bevölkerungsbasierte RCTs mit größeren Stichproben, einer längeren Beobachtungszeit und standardisierten Studienprotokollen sind erforderlich, um eine langfristige Wirkung von KA und Sport auf die KF und das spätere Osteoporoserisiko nachzuweisen.