imported>Uwe Gille: /* Regulation */

2023-11-13T14:49:05Z

Regulation

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[[Datei:Bone remodeling 01.svg|mini|hochkant=1.5|Vereinfachte Darstellung des Vorgangs bei der Knochengeweberemodellierung.<ref>{{Webarchiv |url=http://www.surgeongeneral.gov/library/reports/bonehealth/ |text=''Bone Health and Osteoporosis.'' |wayback=20121120142236 |archiv-bot=2022-03-10 03:12:52 InternetArchiveBot}} (PDF; 25 MB) U. S. Department of Health and Human Services under the general direction of the Office of the Surgeon General, 2004, S. 22. Nach: F. Rauch, F. H. Glorieux: ''Osteogenesis imperfecta.'' In: ''Lancet'' Band 363, Nummer 9418, April 2004, S. 1377–1385, {{ISSN|1474-547X}}. [[doi:10.1016/S0140-6736(04)16051-0]]. PMID 15110498. (Review).</ref> Die mehrkernigen Osteoklasten bauen die Knochenmatrix ab und die Osteoblasten bauen sie über die Zwischenstufe des [[Osteoid]]s wieder auf.]]

Der '''Knochenumbau''' ({{enS|bone (re)modeling|de=Knochengewebe(re)modellierung}})<ref>P. Reuter: ''Der Große Reuter: Springer Universalwörterbuch Medizin, Pharmakologie und Zahnmedizin. Deutsch-Englisch''. Birkhäuser, 2005, ISBN 3-540-25104-9, S. 742, [https://books.google.de/books?id=Xroudn8c7NIC&pg=PA243&dq=Bone+Remodeling+deutsch&lr=&as_brr=3&hl=de#v=onepage&q=&f=false books.google.de]</ref> ist ein fortwährend ablaufender Prozess, in dessen Verlauf altes [[Knochengewebe]] von [[Osteoklast]]en abgebaut und von [[Osteoblast]]en am gleichen ''(remodeling)'' oder anderen ''(modeling)'' Ort neu gebildet wird. Pro Jahr werden etwa 3 % des [[Kortikalis und Spongiosa|kortikalen]] Knochens und 25 % des [[Kortikalis und Spongiosa|trabekulären]] Knochens auf diese Weise umgebaut; innerhalb von 7 bis 10 Jahren wird demnach das [[Gleichwertigkeit|Äquivalent]] der gesamten Knochenmasse des Menschen einmal abgebaut und neu [[Synthese|synthetisiert]].

== Aufgabe ==
[[Datei:Inaktivitaetsosteporose nach Fraktur 59jw - Roe Fuss schraeg mit Kontrolle - 001.jpg|miniatur|Abbau von Knochensubstanz bei ruhig gestelltem Fuß nach einem Bruch am 5. [[Mittelfußknochen]]: Links die Aufnahme unmittelbar nach dem Bruch, rechts ca. 5 Wochen später nach Ruhigstellung.]]
Der Knochenumbau dient dem Erhalt eines stabilen und funktionsfähigen [[Skelett]]systems, das ohne diesen Reparaturmechanismus schnell verschleißen würde. Ein wesentlicher Mechanismus besteht darin, Strukturschäden ([[Micro Cracks]]), die durch alltägliche Bewegungen und Beanspruchungen entstehen, zu reparieren und dabei zugleich die Mikroarchitektur der Beanspruchung anzupassen. Die Anpassung des Knochens an seine Belastung wurde erstmals von [[Julius Wolff (Mediziner)|Julius Wolff]] am Beispiel der Spongiosaarchitektur gezeigt und ist Gegenstand des [[Wolffsches Gesetz|Wolffschen Gesetzes]] von 1892.

Auf gleiche Weise übernimmt der Knochenumbau auch die Wiederherstellung des voll funktionsfähigen Knochens am Ende der [[Knochenbruch|Frakturheilung]]. Hierbei wird der [[Kallus (Medizin)|Kallus]] aus [[Knochengewebe#Geflechtknochen|Geflechtknochen]] nach und nach durch an die Belastungsrichtung angepassten [[Knochengewebe#Lamellenknochen|Lamellenknochen]] ersetzt.

Da die Knochen zusätzlich zu ihrer Funktion im [[Stütz- und Bewegungsapparat]] das größte [[Reservoir]] des [[Körper (Biologie)|Körpers]] für [[Calcium]] und [[Phosphat]] darstellen, ist die Demineralisierung oder der Abbau von Knochengewebe auch für die [[Calciumhomöostase]] von großer Bedeutung: Durch Verstärkung der ohnehin im Rahmen des Knochenumbaus stattfindenden Osteoklastenaktivität kann bei akutem Calciummangel schnell Calcium zur Verfügung gestellt werden, ohne dass langfristig Knochensubstanz verloren geht.

== Funktionsweise ==
Im Laufe des ''Remodelings'' „graben“ sich Osteoklasten mit Hilfe verschiedener lytischer [[Enzym]]e ([[Cathepsin|Cathepsin K]], [[Metalloproteasen|MMP-3 und 9]], [[Alkalische Phosphatase|ALP]]) in die Knochenmatrix und bilden Gruben an der Oberfläche der Trabekel ([[Howship-Lakune|Howshipsche Lakunen]]) oder Bohrkanäle im Inneren der Kortikalis. Dieser '''Knochenresorption'''<ref>Vgl. bereits [[Albert von Koelliker|Albert Kölliker]]: ''Die normale Resorption des Knochengewebes.'' F. C. W. Vogel, Leipzig 1873.</ref> nachfolgend sezernieren [[Osteoblast]]en in großen Feldern von wenigstens 50 Zellen neues kollagenes Knochengrundgerüst ([[Osteoid]]) ab, welches im weiteren Verlauf nach und nach kalzifiziert und somit neue Knochenmatrix bildet. Einige der Osteoblasten werden hierbei von der mineralisierenden Matrix eingeschlossen und differenzieren im weiteren Verlauf zu [[Osteozyt]]en.

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Osteoclast.jpg|[[Transmissionselektronenmikroskop]]ische Aufnahme (TEM) eines Osteoklasten in der Bildmitte. Die [[Synzytium|Mehrkernigkeit]] dieses knochenabbauenden Zelltyps ist gut sichtbar.
Active osteoblasts.jpg|Aufnahme mehrerer Osteoblasten, den knochenaufbauenden Gegenspielern der Osteoklasten. In der TEM-Aufnahme ist das von den Osteoblasten synthetisierte Osteoid als helle, zur mineralisierten Knochenmatrix hin scharf abgegrenzten Zone (schwarze Grenzlinie) mit zwei eingelagerten [[Osteozyt]]en (ehemalige Osteoblasten) gut zu erkennen.
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== Regulation ==
Im Zentrum der Regulation des Knochenumbaus stehen die [[Osteozyt]]en, die mit ihren Zellfortsätzen in den Canaliculi das gesamte Knochengewebe durchziehen und untereinander mittels [[Gap Junction]]s Informationen austauschen: Sie erfassen die mechanische Beanspruchung über Scherkräfte an ihrer Zelloberfläche, die entstehen, wenn extrazelluläre Flüssigkeit bei Verformung des Knochens durch das [[Knochengewebe#Lakuno-kanalikuläres System|lakuno-kanalikuläre System]] gepresst wird. Auch den radiär ausgespannten feinen Fädchen, mit denen die Zellmembranen an den Wänden der Canaliculi befestigt sind, könnte eine mechanosensorische Funktion zukommen. Darüber hinaus detektieren Osteozyten Mikroschäden des Knochengewebes in ihrer Umgebung. All diese Informationen integrieren sie mit chemischen Signalen des lokalen Milieus und des [[Hormonsystem|endokrinen Systems]]. Osteoblasten wirken teilweise synergistisch in der Regulation mit. Über die folgenden Mechanismen können Osteozyten auf den Knochenauf- und -abbau einwirken:

* Sekretion von [[Sclerostin]], das die Proliferation und Differenzierung von Vorläuferzellen zu Osteoblasten sowie die Osteoblastenaktivität hemmt (ausgeschüttet bei mangelnder mechanischer Belastung; [[Parathormon]] hemmt die Sekretion)
* Sekretion von [[M-CSF]], das die Proliferation von Vorläuferzellen der Osteoklasten fördert
* Expression des Membranproteins [[RANKL]], dessen Bindung an [[RANK]], einen Membranrezeptor der Osteoklasten, Voraussetzung für deren Aktivierung ist (Parathormon fördert die Expression)
* Sekretion von [[Osteoprotegerin]], das als [[Decoy-Rezeptor]] den RANKL besetzt und unwirksam macht

Daneben können die Osteozyten über die endokrine [[Sekretion]] von [[FGF23]] die [[Phosphatausscheidung]] in der Niere stimulieren. Auf Mikroschäden des Knochengewebes reagieren die lokalen Osteozyten mit [[Apoptose]], während die umliegenden Osteozyten vermehrt RANKL exprimieren, sodass der geschädigte Bereich rasch von Osteoklasten abgeräumt wird. Die Osteoblasten koordinieren ihre Aktivität untereinander über Gap Junctions. Die Mechanismen, über die die Aktivität von Osteoklasten an die Aktivität von Osteoblasten gekoppelt ist, sind schlecht verstanden.

[[Parathormon]] dient der akuten Bereitstellung von Calcium im Rahmen der [[Calciumhomöostase#Regulation|Calciumhomöostase]]. Chronisch erhöhte PTH-Spiegel bewirken zunächst einen erhöhten Knochenumsatz und später den Verlust von Knochensubstanz, da die RANKL-vermittelte Osteoklastenaktivierung die erhöhte Osteoblastenaktivität überwiegt, die aus der verminderten Hemmung durch Sclerostin resultiert. Bei intermittierend erhöhten Hormonspiegeln, wie sie etwa durch tägliche Injektionen herbeigeführt werden können, besteht die wesentliche Wirkung des PTHs dagegen in der Hemmung der Sclerostinsekretion, was therapeutisch zum Gewinn von Knochensubstanz ausgenutzt werden kann.

[[Calcitriol]] (aktiviertes Vitamin D) fördert einerseits die Differenzierung von Osteoklasten aus Vorläuferzellen und andererseits die Aktivität der Osteoblasten. Insgesamt bewirkt es meist den Aufbau von Knochensubstanz, woran aber die Erhöhung des Calciumangebots durch seine Wirkungen an Darm und Niere den größeren Anteil hat.

[[Östrogene]] und [[Androgene]] hemmen die Apoptose von Osteozyten, außerdem hemmen sie die Entstehung und Aktivierung und fördern die Apoptose von Osteoklasten. Das geschieht unter anderem durch die Synthese von [[Osteoprotegerin]]. Der so vermittelte Schutz vor Knochenabbau vermindert sich mit der [[Menopause]], was das erhöhte [[Osteoporose]]<nowiki/>risiko älterer Frauen gegenüber gleichaltrigen Männern erklärt.

== Literatur ==
* {{Literatur
|Autor=Renate Lüllmann-Rauch
|Titel=Taschenlehrbuch Histologie
|Auflage=5.
|Verlag=Thieme
|Ort=Stuttgart
|ISBN=978-3-13-129245-2
|Kapitel=Kapitel 8.4 ''Knochen''
|Datum=2015}}
* A. G. Porras, S. D. Holland, B. J. Gertz: ''Pharmacokinetics of alendronate.'' In: ''[[Clinical Pharmacokinetics]]'' Band 36, Nummer 5, Mai 1999, S. 315–328, {{ISSN|0312-5963}}. PMID 10384857. (Review).
* M. M. Cohen: ''The new bone biology: pathologic, molecular, and clinical correlates.'' In: ''American journal of medical genetics. Part A'' Band 140, Nummer 23, Dezember 2006, S. 2646–2706, {{ISSN|1552-4825}}. [[doi:10.1002/ajmg.a.31368]]. PMID 17103447. (Review).
* G. A. Rodan, T. J. Martin: ''Role of osteoblasts in hormonal control of bone resorption–a hypothesis.'' In: ''Calcified tissue international'', Band 33, Nummer 4, 1981, S. 349–351, PMID 6271355, {{ISSN|0171-967X}}.

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Gesundheitshinweis}}

[[Kategorie:Osteologie]]
[[Kategorie:Histologie der Binde- und Stützgewebe]]

Knochenumbau - Versionsgeschichte

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