MERKE
- der Knochen besteht zum überwiegenden Teil aus anorganischen Verbindungen (v.a. Hydroxylapatit), der Rest sind organische Verbindungen (v.a. Kollagen Typ I) und Wasser
- strukturell werden der spongiöse (trabekuläre) Knochen mit feinen Bälkchen und Plättchen und großer Oberfläche und der kortikale (kompakte) Knochen, der v.a. die Hülle der Röhrenknochen bildet unterschieden
- von den Knochenzellen sind die Osteoblasten für den Aufbau des Knochens verantwortlich, die Osteoklasten für dessen Abbau Osteozyten gelten als Sensoren für die mechanische Belastung des Knochens. „lining cells“ sind inaktive Osteoblasten auf der endostealen Knochenoberfläche
- das Skelett stützt den Körper und schützt die inneren Organe, es dient als Speicher für Mineralien (v.a. Kalzium und Phosphat) und beherbergt das blutbildende rote Knochenmark
- der Knochen befindet sich in ständigem Umbau („Remodeling“), der der Mineralhomöostase und der Anpassung an mechanische Belastungen dient. Der Umbau kann in Ruhe-, Aktivierungs- (Freilegung der Knochenmatrix), Resorptions- oder Abbau- (Abbau durch Osteoklasten) und Anbauphase (Anbau durch Osteoblasten) eingeteilt werden. Die Regulation ist komplex, eine Vielzahl systemischer und lokaler Faktoren hemmt (z.B. Östrogene, mechanische Belastung) oder stimuliert (z.B. PTH, 1,25-Dihydroxycholecalciferol) den Knochen-Umbau
71.1 – Zusammensetzung des Knochens
Spongiöser (trabekulärer) und kortikaler (kompakter) Knochen
| Masse | Oberfläche | Anteil, der jedes Jahr erneuert wird | |
| Spongiöser Knochen | 20% | 80% | 25% |
| Kortikaler Knochen | 80% | 20% | 3% |
Abb. C-1.9 Knochenstruktur
71.2 – Funktionen des Knochens
- Stützen des menschlichen Körpers und Schutz der inneren Organe
- Knochen enthält 99% des Körperkalziums und weitere Mineralien
- rotes, blutbildendes Knochenmark ist in Fetalzeit und Kindheit in allen Knochen zu finden, bei Erwachsenen nur in den Epiphysen der Röhrenknochen sowie in platten, kurzen und unregelmäßigen Knochen
- das Knochenmark in den Diaphysen der Röhrenknochen wandelt sich in gelbes, durch Adipozyten gefülltes Mark um
71.3 – Knochenumbau (Remodeling)
- Knochen befindet sich in ständigem Umbau (Remodeling)
- durch den Ersatz von altem, von Belastungsschäden und Mikrofrakturen geschädigtem Knochen durch neues Gewebe wird die mechanische Kompetenz aufrechterhalten
- Freisetzung und Einbau von Kalzium: Mineralhaushalt bleibt im Gleichgewicht
- Umbauvorgänge werden durch mechanische Belastungen sowie eine Vielzahl von systemischen und lokalen Hormonen und Wachstumsfaktoren reguliert
71.3.1 – Steuerung des Knochenumbaus
Der Knochenumbau verläuft in einer bestimmten Sequenz und kann in 5 Phasen eingeteilt werden:
Ruhephase, Aktivierungsphase, Resoprtions- oder Abbauphase, Umkehrphase, Anbauphase
- Osteoblasten und Stromazellen exprimieren den die Makrophagenkolonie stimulierenden Faktor (M-CSF),
- M-CSF ist ein Zytokin, das sich an seinen Rezeptor (c-Fms) an den Osteoklastenvorstufen bindet.
- M-CSF induziert die frühesten Differenzierungsprozesse → Osteoklastenvorstufen, und agiert dann auch in Zusammenarbeit mit dem RANKL (Rezeptoraktivator des nukleären Faktors KB-Ligand) und fördert die weitere Entwicklung und Aktivität der Osteoklasten.
- M-CSF und RANKL sind Hauptfaktoren der Osteoblasten, die die Rekrutierung und Differenzierung von Osteoklasten regulieren.
- gleichzeitig können Osteoblasten aber auch Osteoprotegerin (OPG) synthetisieren, das als
- Scheinrezeptor (decoy receptor) für RANKL wirkt und mit der RANK-RANKL-Bindung konkurriert und so die Osteoklastenaktivität hemmt
- physiologischer Regulator des Knochenumbaugleichgewichts
- Knochenabbau und -anbau sind eng miteinander gekoppelt
- vorwiegend die Osteoblasten steuern den Knochenumbau
- der Umbauzyklus beginnt mit der Aktivierung von ruhenden Osteoblasten auf der Knochenoberfläche über lokale und systemische Faktoren (z.B. Wachstumshormon, Interleukine, PTH, Östrogenmangel oder ein mechanisches Signal) sowie von Stromazellen im Knochenmark
- darauf folgt eine Signalkaskade→ Rekrutierung und Differenzierung von Prä-Osteaktasten und Aktivierung von Osteaktasten
Abb. C-1.11 Steuerung der Osteoklastenrekrutierung und -aktivität durch die Osteoklasten
c-Fms: Rezeptor für M-CSF
M-CSF: makrophagenkoloniestimulierender Faktor
RANK: Rezeptoraktivator des nukleären Faktors KB
RANKL: RANK-Ligand
OPG: Osteoprotegerin