Longevity & Orthopädie

Die Orthopädie und Longevity Medizin verbinden viele Gemeinsamkeiten. Im Vordergrund beider Fachbereiche steht die ganzheitliche Patientenversorgung mit Berücksichtigung allgemeiner, aber auch spezifischer Gesundheitsaspekte, mit dem Ziel einer gesteigerten Lebensqualität im Alter, dem Erhalt der muskuloskelet­talen Gesundheit und dem Schutz vor degenerativ-entzündlichen Erkrankungen.

Eine integrierte Herangehensweise, bei der orthopädische Interventionen mit präventiven und therapeutischen Maßnahmen der Longevity Medizin kombiniert werden, soll dazu beitragen, die Bedürfnisse älterer Patienten effektiv zu adressieren. Hier ist vor allem an die Prävention von Erkrankungen, wie der durch gestörten Knochenstoffwechsel bedingten Osteoporose oder auch an chronisch-entzündliche degenerative Erkrankungen, wie der Arthritis zu denken, bei denen sich orthopädische Interventionen und Maßnahmen der Longevity Medizin zum Erhalt der Agilität und Funktionalität bedeutsam ergänzen können. In der Gelenkersatzchirurgie – eine Domäne der Orthopädie – greift die Longevity Medizin bereits prä- aber auch postoperativ, nicht nur um Heilung zu fördern, sondern auch zu beschleunigen. Um den ganzheit­lichen Aspekt beider Fachbereiche zu komplettieren, inte­grieren sowohl die Orthopädie als auch die Longevity Medizin den Patienten in die therapeutischen Maßnahmen mit ein und fördern individuell gesunde Lebensgewohnheiten. 

Was aber ist Altern und was ist Longevity Medizin?

Das Altern wird von Wissenschaftlern durch die „Hallmarks of Aging“ beschrieben, einem Konzept, das die grundlegenden biologischen Prozesse der Alterung von Zellen und Organismen erklärt. Auf genetischer Ebene stehen vor allem genomische Instabi­lität und  Telomere – schützende „Kappen“ an Chromosomen, die sich mit jeder Zellteilung verkürzen – im Vorder­grund. Genetische, wie auch epigenetische Veränderungen können zu Störungen in der Regulation der Gen­aktivität und damit der Zellfunktion führen. In der Folge kommt es zu zellulären Störungen, wie z. B. dem Verlust der Proteo­stase mit Ansammlung fehlgefalteter Proteine, welche zentrale Stoffwechselprozesse hemmen und mitochondriale Dysfunktionen begünstigen. Im Mittelpunkt steht dabei die Störung der zellulären Energiegewinnung mit direktem Einfluss auf die Zellhomöostase. Zellu­lärer, vor allem oxidativer Stress begünstigen chronische subklinische Entzündungen, die im Verlauf zur Seneszenz führen können. Seneszenz wird oft als eine Art zellulärer Stillstand oder „Alterung“ verstanden, welcher durch einen Verlust zur Zellteilung gekennzeichnet ist. Final führen dies dann zur Stammzellerschöpfung und Inflammaging. Stammzellen haben die einzigartige Fähigkeit, sich nach Teilung in verschiedene Zelltypen zu differenzieren, was eine entscheidende Rolle bei der Reparatur, Aufrechterhaltung und Regeneration von Geweben spielt. Im Laufe der Zeit oder unter bestimmten Bedingungen kann jedoch der Bestand funktionsfähiger Stammzellen abnehmen. Inflammaging setzt sich aus den Wörtern Inflammation und Aging zusammen und beschreibt das Phänomen, dass chronische, niedriggradige Entzündungen im Körper mit dem Alter zunehmen. Inflammaging reflektiert eine Verbindung zwischen dem Alterungsprozess und einer erhöhten Entzündungsaktivität mit Ressourcenverlust im Organismus.

Longevity [7] bezieht sich auf die allgemeine Lebensdauer und das Streben nach Erhalt und Verlängerung eines gesunden, aktiven Lebens. Es umfasst Ansätze aus Medizin, Wissenschaft und Lebensstil, die darauf abzielen, Altern zu verstehen und positive Einflüsse auf die Lebensspanne und -qualität zu nehmen. Die Rolle der Genetik und Epigenetik in der Longevity ist komplex und wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Durch die gemeinsame Verflechtung beider und Umwelteinflüsse, ist eine prozentuale Unterteilung schwierig. Hierunter verstehen wir die genetische Veranlagung mit Detektion bestimmter Gene, die mit Langlebigkeit in Verbindung gebracht werden. Beispielsweise weisen Menschen mit Verwandten in hohem Alter gehäuft Prädispositionen für ein längeres Leben auf. Allgemeine Erkenntnisse zeigen jedoch, dass die Genetik in der Longevity nur ca. 20 % ausmacht. Die anderen 80 % verteilen sich auf die Epigenetik, Umweltfaktoren und Lebensstil und die Interaktion dieser miteinander. Die Epigenetik bezieht sich auf Veränderungen in der Genaktivität, die nicht auf Veränderungen der DNA-Sequenz selbst zurückzuführen sind. Diese können direkt durch Umweltfaktoren wie Toxine beeinflusst werden. Ernährung, Lebensstil und Stress im Alltag haben ebenfalls modifizierende Einflüsse, was unterstreicht, dass die Integration des Patienten in die Behandlung unerlässlich ist und ein gesunder Lebensstil und positive Umweltfaktoren, unabhängig von genetischer Veranlagung, maßgeblich für eine gute Longevity sind und einen erheblichen Beitrag  in der Longevity leisten. Daher spielt der Erhalt und die Förderung unserer Langlebigkeitsgene eine nicht zu vernachlässigende Rolle in der Longevity Medizin, auch oder gerade wenn sie durch die nicht genetischen Einflüsse besonders „gefordert“ sind.

Wir wollen hier im Besonderen auf die folgenden vier wichtigsten so genannten „Longevity Gene“ eingehen: mTOR, AMPK, Sirtuine und NAD+ (kein Longe­vity Gen, aber als Co-Enzym 1 entscheidend in der Longevity). Diese Moleküle und Mechanismen sind Teil eines komplexen Netzwerkes, welches das Gleichgewicht zwischen Wachstum und Erneuerung einerseits und Reparatur und Schutz vor Zellschäden andererseits beeinflusst. 

mTOR (mechanistic Target of Rapamycin) 

Ein Protein mit Schlüsselrolle in der Regulation von Zellwachstum, Stoffwechsel und Lebensdauer. Es ist Teil von zwei Protein-Komplexen: mTOR-Komplex 1 (mTORC1) und mTOR-Komplex 2 (mTORC2). mTOR spielt eine komplexe Rolle in der Longevity und Orthopädie. Es beeinflusst den Stoffwechsel von Chondrozyten und des Gelenk­gewebes. Eine übermäßige Aktivierung wird mit beschleunigter Alterung und altersbedingten degenerativen Erkrankungen in Verbindung gebracht. Die Hemmung von mTOR wurde dagegen in verschiedenen Studien mit einer Verlängerung der Lebensdauer und reduzierter Apoptose assoziiert und könnte bei gezielter Modulation in Zukunft maßgeblichen Einfluss auf degenerative Gelenkerkrankungen wie der Osteoarthritis in der Orthopädie haben.

AMPK [1]

Die AMP-aktivierte Proteinkinase ist ein Enzym, das auf ATP-Mangel in der Zelle reagiert. Sie wird bei niedrigen intrazellulären ATP-Spiegeln, aber auch unter Hypoxie aktiviert und nimmt Einfluss auf Gewebe und den Energiestoffwechsel. Dabei hemmt sie Schlüsselenzyme der Cholesterin- und Fettsäurebiosynthese, die Glykogensynthese und fördert die Glykolyse. Durch den Einbau von GluT4-Transportern in die Zellmembran, gewährleistet sie außerdem eine insulinunabhängige Energieversorgung des Muskels. Der Einfluss auf den Zucker- und Fettstoffwechsel hat positive Folgen auf entzündliche Prozesse und das Gewichtsmanagement. Zudem gibt es Hinweise darauf, dass AMPK eine Rolle in der Knochen­homöostase spielt und therapeutischen Einfluss auf Erkrankungen wie Osteoporose nehmen könnte.

Sirtuine [2] 

Diese sind als eigene Enzymgruppe NAD+ abhängige Deacetylasen, deren Aktivität direkt von der Verfügbarkeit des Coenzyms NAD+ abhängt. Sie nehmen sowohl auf genetischer als auch zellulärer Ebene vielfältigen Einfluss auf den Stoffwechsel. Zu ihren Aufgaben zählt u. a. Hemmung von Entzündung und der Schutz der Telomere, aber auch der Zellen vor oxidativem Stress. Oxidativer Stress fördert chronische Entzündungsaktivität und führt zu altersbedingten Veränderungen im Gelenk- und Knochengewebe. Der bereits bekannte Einfluss auf Alterungsprozesse im Organismus ist dagegen Bestandteil aktueller Forschung.

NAD+ 

Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid ist der zentrale Spieler bei allen essenziellen Zell-Prozessen wie der Energie­gewinnung. Es handelt sich um ein ­Coenzym (Conenzym 1), das durch Reduktion bzw. Oxidation in der Lage ist, Wasserstoffionen aufzunehmen bzw. abzugeben. Von Bedeutung ist diese Fähigkeit in Teilschritten der Glykolyse, dem mitochondrialen Citratzyklus und der Atmungskette, an deren Ende der Gewinn von ATP als universeller Energieeinheit auch für den muskuloskelettalen Bewegungsapparat steht. Wie bereits erwähnt dient NAD+ als Substrat für Sirtuine und ist damit indirekt an deren Funktion beteiligt. Durch die Akti­vierung von Enzymen, wie der PARP (Poly-­ADP-Ribose-Polymerase), trägt NAD+ zudem zur DNA-Reparatur bei [3]. Die Wirkung von NAD+ (Nicotinamidadenindinukleotid) in der Orthopädie wird derzeit intensiv untersucht [4]. 

NAD+ spielt eine wichtige Rolle im Energiestoffwechsel der Zellen und hat Auswirkungen auf verschiedene Aspekte der Gesundheit und des Alterns. 

Hier sind einige potenzielle Auswirkungen von NAD+ in der Orthopädie aufgelistet:

• Entzündungshemmende Wirkung: NAD+ kann dazu beitragen, Entzündungen zu reduzieren, die bei vielen orthopädischen Erkrankungen wie Arthritis und Gelenkschmerzen eine Rolle spielen. Es könnte als entzündungshemmendes Molekül dienen und so Symptome lindern.
• Stärkung von Knorpel und Knochen: Einige Studien deuten darauf hin, dass NAD+ die Produktion von Kollagen und Proteoglykanen fördern könnte, die für die Gesundheit von Knorpel und Knochen wichtig sind. Dies könnte dazu beitragen, den Verschleiß von Gelenken zu verlangsamen.
• Energieversorgung für Zellen: NAD+ ist entscheidend für den Energiestoffwechsel der Zellen. Eine ausreichende Versorgung mit NAD+ könnte dazu beitragen, die Energieproduktion in Zellen aufrechtzuerhalten, was für die Reparatur von Gewebeschäden und die allgemeine Gesundheit der Muskulatur und des Skelettsystems von Bedeutung ist.
• Schutz vor oxidativem Stress: NAD+ kann dazu beitragen, Zellen vor oxidativem Stress zu schützen, der bei degenerativen Erkrankungen des Bewegungsapparats eine Rolle spielen kann.

Es gibt zwar vielversprechende Hinweise aus tierexperimentellen und zellulären Studien, die die Wirksamkeit von NAD+ in der Orthopädie darstellen – humane Studien hingegen fehlen aktuell noch. Menschen, vor allem Patienten mit chronisch-entzündlichen und degenerativen Erkrankungen des Band- und Halteapparates, sollten mit qualifizierten Orthopäden und Medizinern zusammenarbeiten, um individuell geeignete Behandlungspläne zu entwickeln. Praxen mit Fokus auf diese erweiterten Spektren sind zudem angehalten, durch regelmäßige Fortbildungen in der Longevity und NAD+-Behandlung auf dem neuesten Stand der Forschung und medizinischen Praxis zu bleiben. 

Es ist wichtig zu betonen, dass NAD+ nicht als Wundermittel betrachtet werden sollte, sondern als innovativer Ansatz der weiterer intensiver Forschung bedarf.

Ablauf, Compliance und Integration

Analog zur Orthopädie beginnt die medizinische Betreuung der Longevity in einem ausführlichen Anamnesegespräch, gefolgt von einer Diagnostik die derjenigen der Sportmedizin in vielen Aspekten sehr ähnlich ist. Wir untersuchen den Hormonstatus, die Mineralstoffe, den Stoffwechsel, das muskuloskelettale System und das „mojo“, also Stress, Agilität und kognitive Fähigkeiten. Was können unsere Patienten nun aber selbst zum Erhalt bestmöglicher Therapie­ergebnisse beitragen?

Enzymspiegel, wie der des NAD+, nehmen im Alter ab, was zu einem zunehmenden Funktionsverlust unserer Zellen mit Entwicklung degenerativer Erkrankungen und inflammatorischer Prozesse führen kann. Allgemein anerkannte Verhaltensweisen, wie gesunde Ernährung gepaart mit Fastenperioden, regelmäßige Bewegung und die Vermeidung von Stress, insbesondere Distress, sind als zentrale Eckpunkte zu benennen  und unseren Patienten  an die Hand zu geben. In der Longevity integrieren wir diese und weitere Verhaltensmuster in die großen Themenkonzepte der Autophagie, der Hormesis und der Adversity. Die Autophagie [6] ist ein zellulärer Prozess, der für die Aufrechterhaltung der Zellgesundheit und den Abbau von beschädigten oder nicht mehr benötigten Zellbestandteilen entscheidend ist. Der Begriff stammt aus dem Griechischen und bedeutet wörtlich „Selbstverschlingen“. Autophagie ermöglicht es Zellen, ihre eigenen Bestandteile zu recyceln oder eliminieren. Ihr Ablauf gliedert sich in aufeinander folgende Prozesse. Zunächst bildet das so genannte Autophagosom, ein Doppelmembran-Vesikel, welches abzubauende Zellbestandteile umhüllt. In einem nächsten Schritt verschmilzt das Autophagosom mit lysosomalen Vesikeln, die spezielle spaltende Enzyme enthalten. Am Ende steht die Zerlegung die von Proteinen, Organellen und anderen Zellstrukturen in ihre Bausteine, wie Amino­säuren und Fettsäuren. Der Prozess der Autphagie ist besonders wichtig zur Aufrechterhaltung der Zellgesundheit, der effizienten Energienutzung und der zellulären Anpassung an Belastungen und Stressreaktionen, was v. a. für die Gesundheit von Muskeln, Knochen und anderen Geweben von Bedeutung ist. Mit zunehmendem Alter nimmt die Effizienz der Autophagie ab. Dies könnte zur Akkumulation beschädigter Zellbestandteile und damit zu erhöhtem Risiko orthopädischer Erkrankungen führen.

Stress, Traumata, sozioökonomische Ungleichheiten, ungünstige Umweltbedingungen und andere Formen von Belastungen können als „adversity“ betrachtet werden. Adversity kann verschiedene Ausprägungen annehmen, darunter physische, emotionale, finanzielle oder soziale Herausforderungen. Die Art und Weise, wie wir mit solchen widrigen Bedingungen umgehen, hat Auswirkungen auf unsere Gesundheit und kann potenziell unsere Lebens­erwartung beeinflussen. Es gibt Studien, die darauf hinweisen, dass die Fähigkeit zur Resilienz, also der Fertigkeit, mit einschneidenden Erlebnissen umzugehen und sich anzupassen, einen positiven Einfluss auf die Langlebigkeit haben kann. Menschen, die resilienter, sprich widerstandsfähiger gegenüber widrigen Bedingungen sind, könnten entsprechend eher in der Lage sein, die negativen Auswirkungen von Stress und Belastungen auf ihre Gesundheit zu minimieren. In Bezug auf die Longevity untersucht die Forschung, wie der Umgang mit und die Bewältigung von widri­gen Bedingungen das Altern und die Lebensdauer beeinflussen können.

In diesem Kontext noch zu erwähnen ist das Konzept der Hormesis [5]. Die Hormesis beschreibt die adaptive Antwort eines Organismus auf schädliche oder stressauslösende Substanzen oder Reize, mit dem Ziel der Stärkung der Widerstandsfähigkeit und Gesundheit. Das Konzept basiert auf der Idee, dass moderate Exposition gegenüber Stressoren positive adaptive Reaktionen hervorrufen kann, während eine übermäßige Exposition schädliche Auswir­kun­­gen hat. Die Orthopädie macht sich dieses Konzept mit dem Ansatz zunutze, dass regelmäßige moderate körperliche Belastung die Stabilität unserer Gelenke und die Widerstandsfähigkeit des muskuloskelettalen Systems erhöht. Höhere Widerstandsfähigkeit des Bewegungsapparates, gepaart mit verbesserter Propriozeption, senken das Risiko für Verletzungen im Sport und schädliche Einflüsse mechanischer Belastungen auf den Knochen- und Bandapparat. Als Teilform der Hormesis kann das Kalt-Warm-Training betrachtet werden. Ziel dessen ist die Förderung der Regeneration, der allgemeinen Gesundheit von Muskeln und Gelenken und möglicherweise der Reduktion von Entzündungsvorgängen. Es ist wichtig anzumerken, dass hormetische Effekte stark von der Dosis und Art des Stressors abhängen. Eine angemessene Dosierung von Stress, sei es durch Bewegung, thermische Exposition oder andere Reize, kann adaptive Reaktionen fördern und die Gesundheit unterstützen. Hingegen ist übermäßige Belastung kontraproduktiv und kann sogar schädliche Auswirkungen auf den Bewegungsapparat haben. Eine Anpassung der Belastung an individuelle Gegebenheiten und Bedürfnisse ist daher entscheidend für einen positiven Effekt.

Fazit

Die Longevity Medizin und die Orthopädie gehen in vielen Punkten Hand in Hand, zeigen gemeinsame Maßnahmen und Ziele in der Behandlungssteuerung und ergänzen sich auf ebenso vielen Ebenen. Es ist wichtig zu betonen, dass die Forschung in diesem Bereich weiterhin aktiv ist und während es vielversprechende Hinweise insbesondere auf die Rolle von NAD+ in der Orthopädie gibt, sind weitere Studien erforderlich, um die genauen Mechanismen und therapeutischen Anwendungen besser zu verstehen.

Literatur

[1] AMPK and the biochemistry of exercise: Implications for human health and disease Erik A Richter & Neil B Ruderman https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2779044/

[2] Sirtuins, a promising target in slowing down the ageing process Wioleta Grabowska, Ewa Sikora & Anna Bielak-Zmijewska https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5514220/ 

[3] Coordination of DNA repair by NEIL1 and PARP-1: a possible link to aging Nicole Noren Hooten,Megan Fitzpatrick,Kari Kompaniez, Kimberly D. Jacob, Brittany R. Moore, Julia Nagle, Janice Barnes, Althaf Lohani, Michele K. Evans https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3517938/

[4] NAD+metabolism and its roles in cellular processes during ageing Anthony J. Covarrubias, Rosalba Perrone, Alessia Grozio, Eric Verdin https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7963035/

[5] Hormesis defined Mark P. Mattson https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2248601/

[6] Autophagie: „Selbstverstümmelung“ als Überlebensstrategie Dtsch Arztebl 2016; 113(40): A-1740 / B-1469 / C-1461 Lenzen-Schulte, Martina; Zylka-Menhorn, Vera https://www.aerzteblatt.de/archiv/182779/Autophagie-Selbstverstuemmelung-als-Ueberlebensstrategie

[7] Key Signaling Pathways in Aging and Potential Interventions for Healthy Aging Mengdi Yu, Hongxia Zhang, Brian Wang, Yinuo Zhang, Xiaoying Zheng, Bei Shao, Qichuan Zhuge, Kunlin Jin https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8002281/ 

Autoren

Prof. Dr. med. Philip Schoettle

ist Facharzt für Orthopädie und Medizinischer Direktor des Ortho Health Instituts in München. Davor war er Chefarzt der orthopädischen Klinik am ISAR­Klinikum in München. Prof. Schoettle ist Spezialist für regenerative und Longevity Medizin.

Philip Traut

ist Physiotherapeut, cand. med. und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Ortho Health Institut in München.