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20.4:

Knochenumbau

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Biology
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Bone Remodeling

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Sogar im erwachsenen Skelett sind Knochen aktive Gewebe, die sich ständig in der Struktur verändern. Dieser Prozess, der als Knochenumbau bezeichnet wird, besteht aus gleichen Phasen der Knochenresorption, der Entfernung und der Ablagerung von neuem Gewebe. Wenn reife Knochenzellen, Osteozyten, mechanischen Stress spüren, signalisieren sie Zellen an der Knochenstelle, zum Beispiel den Femurenden, die alle sechs Monate ausgetauscht werden. Während der Resorption haftet ein Zelltyp, Osteoklasten, fest an der Oberfläche. Durch die Sekretion von lysosomalen Enzymen und Wasserstoffprotonen können sie die organischen Komponenten abbauen und beim Verdauen der alten oder beschädigten Matrix Erosionshohlräume bilden. Calcium wird auch ins Blut abgegeben und spielt eine Rolle in hormonellen Rückkopplungsschleifen. Sobald das Material aufgelöst ist, zerstört sich die Osteoklaste durch Apoptose selbst, wodurch eine weitere Zerstörung des Knochens verhindert wird. Um die Umkehrung einzuleiten, erscheinen einkernige Zellen auf der Oberfläche, um den nächsten Schritt vorzubereiten. In der Entstehungsphase dringen Osteoblasten in den Hohlraum ein und lagern durch die Verknöcherung der als Osteoid bekannten organischen Matrix neuen Knochen ab. Dieser Teil enthält Kollagenfasern, die zur Struktur und Flexibilität beitragen. Nach der Matrixsynthese können sich Osteoblasten in abgeflachte, knochenauskleidende Zellen differenzieren oder als Osteozyten im Knochen vergraben werden.

20.4:

Knochenumbau

Der Knochenumbau ist ein kontinuierlicher und ausgewogener Prozess der Knochenresorption durch Osteoklasten und der Knochenbildung durch Osteoblasten. Dadurch werden die Knochenmasse und die Kalziumhomöostase im erwachsenen Menschen aufrechterhalten. Während mechanischer Stress diese Umwandlung als Teil des normalen Erhaltungs- und Reparaturprozesses stimulieren kann, wird er auch durch verschiedene Hormone reguliert.

Hormonelle Steuerung des Knochenumbaus

Parathyroidhormon (PTH) erhält die homöostatische Kontrolle des Blutkalziumspiegels durch die Regulierung der Knochenresorption aufrecht. PTH wird von den Nebenschilddrüsen als Reaktion auf einen niedrigen Kalziumspiegel in das Blut freigesetzt. Es stimuliert die Osteoblasten zur Produktion von Immunmolekülen, die die Differenzierung von Vorläuferzellen in Osteoklasten fördern. Die Aktivierung der Osteoklasten fördert die Knochenresorption, wodurch die mineralisierte Knochenmatrix abgebaut wird und das Kalzium dann ins Blut freigesetzt wird. Wenn der Kalziumspiegel im Blut wieder hergestellt ist, verhindert eine Rückkopplungsmechanismus die weitere Freisetzung von PTH.

Die Osteoporose

Osteoporose ist eine Krankheit, bei der die Knochenresorption die Knochenbildung überwiegt, was zu einer reduzierten Knochendichte führt. Die Osteoporose ist bei Frauen, insbesondere nach der Menopause, stärker ausgeprägt. Dies ist auf die kritische Rolle des weiblichen Geschlechtshormons Östrogen beim Knochenumbau zurückzuführen. Östrogen beschränkt die Bildung von Osteoklasten und fördert ihre Zerstörung durch die Apoptose. Dadurch wird sichergestellt, dass die Knochenbildung höher ist als der Knochenabbau. Bei Frauen in den Wechseljahren nimmt der Östrogenspiegel jedoch stark ab. Daher ist die Knochenresorption schneller als die Knochenbildung, was zu einem Verlust der Knochenfestigkeit und einem erhöhten Bruchrisiko führt.

Suggested Reading

Crockett, Julie C., Michael J. Rogers, Fraser P. Coxon, Lynne J. Hocking, and Miep H. Helfrich. “Bone Remodelling at a Glance.” J Cell Sci 124, no. 7 (April 1, 2011): 991–98. [Source]

Fierro, F. A., J. A. Nolta, and I. E. Adamopoulos. “Concise Review: Stem Cells in Osteoimmunology.” Stem Cells (Dayton, Ohio) 35, no. 6 (June 2017): 1461–67. [Source]