Knochenumbau und -heilung

Knochenumbau

• Die Gesamtknochenmasse bleibt bei Erwachsenen konstant; Knochen sind jedoch nicht statisch:
  • Knochenauf- und abbau finden ständig statt.
  • Aufbau und Abbau treten sowohl an den Oberflächen des Periosts als auch des Endosts auf.
• Knochenaufbau:
  • Durch Osteoblasten
  • Osteoidnaht: unmineralisiertes Matrixband durch Osteoblasten aufgebaut
  • Verkalkungsfront: abrupte Trennung zwischen altem Knochen und Osteoidnaht
• Knochenabbau:
  • Von Osteoklasten durchgeführt: lysosomale Enzyme und Protonen (H⁺) bauen Knochenmatrix ab
  • Sobald die Resorption abgeschlossen ist, gehen Osteoklasten in Apoptose.
• Initialsignal:
  • Mikroschäden werden von Osteozyten wahrgenommen.
  • Beschädigte Osteozyten durchlaufen Apoptose, wodurch intrazelluläre Komponenten freigesetzt werden → Knochenauskleidungszellen erkennen Apoptose und senden Chemoattraktoren.
• Steuerung des Umbaus:
  • Der Calciumspiegel steuert den Parathormonspiegel (PTH), der wiederum die Osteoklastenaktivität steuert.
  • Reaktion auf mechanische Belastung (Wolff’sches Gesetz): Ein Knochen remodelliert sich als Reaktion auf die auf ihn ausgeübte Kraft.
    • Gebogene Knochen sind dicker, wo sie sich biegen können.
    • Die Trabekel richten sich entlang der Kompressionslinien aus.
    • Die Knochen der dominanten Hand sind dicker.
    • Große knöcherne Vorsprünge erscheinen dort, wo der Muskelzug stärker ist.

Eselsbrücke:

• Osteoblasten bauen Knochen auf.
• Osteoklasten klauen Knochenmasse.

Knochenheilung

• Nach einer Fraktur dauert die Heilung und Reparatur etwa 6–8 Wochen.
• Schritte der Reparatur:
  • Hämatombildung/ Untergang von Knochengewebe
  • Fibrokartilaginäre Kallusbildung:
    • Weiches Granulationsgewebe (Blutgefäße wachsen in das Hämatom ein, phagozytäre Zellen beginnen die Gewebereste zu beseitigen)
    • Fibroblasten, Chondroblasten und osteogene Zellen dringen in das Gebiet ein.
    • Fibroblasten produzieren Kollagen, das die beiden getrennten Knochenenden wieder vereint.
    • Chondroblasten bilden eine knorpelige Matrix.
    • Osteoblasten beginnen, spongiosen Knochen zu bilden.
  • Knochenkallusbildung:
    • Nach einer Woche bilden sich Trabekel im Kallus.
    • Nach einigen Monaten wird der Kallus zu Knochen.
  • Knochenrekonstruktion:
    • Überschüssiges Material an der Diaphyse wird entfernt.
    • Kompakter Knochen bildet den Schaft.

Hormonelle Kontrolle des Knochenumbaus

Parathormon (PTH)

• Von den Nebenschilddrüsen sezerniert
• Erhöht den Calciumspiegel im Blut (wird aus den Knochen freigesetzt):
  • Indirekte Aktivierung von Osteoklasten
  • Wirkt auch auf Nieren und Darm, um die Calciumsekretion/-aufnahme zu regulieren

Calcitonin

• Von C-Zellen der Schilddrüse freigesetzt
• Reguliert den Knochenabbau durch Hemmung von Osteoklasten
• Wird oft zur Behandlung von Osteoporose supplementiert

Wachstumshormon

• Von der Hypophyse abgesondert
• Stimuliert die Freisetzung von insulin-like growth factor (IGF)
• Verursacht sowohl die Osteoblasten- als auch die Osteoklastenfreisetzung, aber der Kumulativeffekt ist das Knochenwachstum

Östrogen

• Wird bei Frauen von den Eierstöcken und bei Männern von den Hoden freigesetzt
• Blockiert die Proliferation/Aktivität von Osteoklasten
• Mangel führt zu einer Abnahme der Knochenmasse

Klinische Relevanz

• Knochenfraktur: Bruch im Knochen, der durch Unfallverletzungen, Stürze oder Sportverletzungen entsteht. Brüche können sogar spontan in geschwächten Knochen, wie Knochen geringer Dichte und osteoporotischen Knochen, oder bei Überbeanspruchung und Stress entstehen. Frakturen werden in unterschiedliche Kategorien eingeteilt, z.B. Querfraktur, Impressionsfraktur, Grünholzfraktur und Schrägfraktur. Der Knochenumbau wird als Reaktion auf Frakturen aktiviert und führt zur Reparatur.
• Osteomalazie und Rachitis: verursacht durch Mangel an Calcium in der Nahrung oder durch Vitamin-D-Mangel. Unter diesen Bedingungen sind die Knochen schlecht mineralisiert. Rachitis beeinflusst den Knorpel der epiphysären Wachstumsfugen bei Kindern, während Osteomalazie die Lokalisationen des Knochenumbaus bei Kindern und Erwachsenen beeinflusst. Als Endergebnis sind die Knochen schlecht mineralisiert. Das Osteoidgerüst wird errichtet, aber Calciumsalze füllen diese Matrix nicht ausreichend, was zu brüchigen Knochen führt, die sich leicht verformen. Normalerweise stellt die Einnahme von Vitamin D die Homöostase der Knochenbildung und der Calciumablagerung wieder her.
• Osteoporose: Krankheitsprozess, bei dem der Knochenabbau größer ist als der Knochenaufbau. Ätiologien können variieren, aber Östrogenmangel nach der Menopause ist eine häufige Ursache. Die Zusammensetzung der Matrix bleibt normal, aber die Knochenmasse nimmt ab und die Knochen werden porös und leicht. Menschen mit Osteoporose werden selbst bei leichten Traumata anfällig für Frakturen. Die Behandlung/Prävention kann mit Bewegung, Hormonersatztherapie, Bisphosphonaten und Statinen erfolgen.