Effects of a 30 Hz whole-body vibration training in combination with various isoflavones on the proximal metaphysis of the ovariectomized rat tibia

Einleitung: Lässt sich Osteoporose durch ein Vibrationstraining vermeiden, wenn dessen Effektivität durch Isoflavone gesteigert wird? Osteoporose ist eine Skeletterkrankung, die durch den Verlust von Knochenbälkchen und zurückgehender Kortikalisdicke gekennzeichnet ist. Es ist bekannt, dass hochfrequente Vibrationen sowohl auf den spongiösen wie auch auf den kortikalen Knochen anabol wirken können. Nach dem Mechanostat-Modell steigern Östrogene die Empfindlichkeit des Knochens gegenüber mechanischen Stimulationen. Die dauerhafte Gabe von Östrogenen ist jedoch mit zahlreichen Risiken behaftet. Eine mögliche Alternative könnten die Isoflavone aus der Gruppe der Phytoöstrogene darstellen, denen man Östrogen-ähnliche Effekte bei geringerem Risikoprofil zuschreibt. Ziel dieser Arbeit war es, durch zusätzliche Isoflavon-Gabe den Vibrationseffekt auf den Knochen zu verbessern. Dies sollte am Osteoporose-Modell der ovarektomierten Ratte untersucht werden. Methoden: Das Vibrationstraining erfolgte mit einer handelsüblichen Vibrationsplatte. Die Vibrationsfrequenz betrug 30 Hz bei einer Amplitude von 2 mm und einer täglicher Vibrationsdauer von 15 Minuten über insgesamt 3 Monate. Die substituierten Isoflavone waren Equol, Genistein und Puerarin. Der Schwerpunkt der Knochenanalyse lag in der histomorphometrischen Beurteilung der Knochenarchitektur. Ergebnisse: Das hier untersuchte Vibrationstraining konnte den osteoporosetypischen spongiösen Knochenmasseverlust nach Ovarektomie nicht beeinflussen. Dagegen führte es zu einer Steigerung der kortikalen Dicke der Metaphyse. Dieser Effekt zeigte sich nur in der isoflavonfrei ernährten Kontrollgruppe. Diskussion: Das verwendete 30-Hz-Vibrationstraining erwies sich als zu geringer Stimulus für den spongiösen Knochen, da selbst unter Östradiol und einer zu erwartenden maximalen Empfindlichkeit kein Vibrationseffekt zu beobachten war. Am kortikalen Knochen zeigte sich dagegen eine signifikante Dickenzunahme. Allerdings wurde der Vibrationseffekt sowohl durch die Isoflavone als auch durch Östradiol verhindert. Diese Beobachtung entspricht der Erkenntnis, dass Östrogene am kortikalen Knochen nicht zu einer verbesserten Empfindlichkeit führen, sondern Knochenadaptationen dort eher verhindern. Der ausbleibende Vibrationseffekt auch unter den Isoflavonen könnte an deren überwiegender Affinität zum Östrogenrezeptor ß beruht haben. Zusammenfassung: Die Kombination von Vibrationstraining und Isoflavonen hat sich in dieser Arbeit nicht bewährt hat. Das alleinige Vibrationstraining könnte sich durch eine kortikale Dickenzunahme dagegen positiv auf die Knochenstabilität ausgewirkt haben.Introduction: Can osteoporosis be prevented by means of vibration training, if its effectiveness is increased with isoflavones? Osteoporosis is a skeletal disease, which is characterized by loss of trabecular bone and a reduction of cortical thickness. It is known that high-frequency vibrations may have an anabolic effect on trabecular as well as cortical bone. According to the Mechanostat model, estrogens increase bone sensitivity to mechanical stimulation. Yet, the permanent administration of estrogens implies several risks. Isoflavones could be an alternative treatment. These phytoestrogens are supposed to have estrogen-like effects while posing fewer risks. The aim of this study was to improve the effects of vibrations on bones through the administration of isoflavones. This was studied in the ovariectomized rat model for postmenopausal osteoporosis. Methods: Vibration training was conducted on a commercially available vibration plate. A vibration frequency of 30 Hz with an amplitude of 2 mm and a daily vibration length of 15 minutes was applied over a total period of 3 months. The administered isoflavones were equol, genistein and puerarin. The bone analysis was focused on the histomorphometric assessment of bone architecture. Results: The studied vibration training could not influence the osteoporosis-related loss of trabecular bone mass following ovariectomy. On the contrary, the cortical thickness of the methaphysis increased. This effect was only observed in the control group fed with an isoflavone-free diet. Discussion: The 30 Hz vibration training proved to be too little stimulation for the trabecular bone, since even under estradiol and an expected maximal sensitivity, no vibration effect could be observed. In contrast, the cortical bone increased significantly in thickness. However, the vibration effect was prevented both by isoflavones and estradiol. This confirms the finding that estrogens applied to cortical bone do not result in an improved sensitivity but rather prevent bone adaptation. The lack of a vibration effect even under isoflavones may be due to their predominant affinity to the estrogen receptor ß. Summary: The combination of vibration training and isoflavones in this study did not produce the expected results. Nevertheless, the vibration training itself may have improved bone stability by increasing cortical thickness