Normale und osteoporotische Knochen

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Zu Struktur und Funktion der Knochen: Im funktionellen Sinn dienen Knochen und Skelett als mechanischer Gelenk­rahmen mit integrierten Stoss­dämpfern.

Mit ihrer Struktur und Funktion dienen Knochen und Skelett im eigentlichen Sinn als mechanischer Gelenkrahmen mit integrierten Stoss­dämpfern wie Bändern, Knorpeln und Bandscheiben. Zusätzlich übernimmt das Skelett noch die Schutzfunktion für die inneren Organe wie Herz und Lunge. In der Funktion eines Stoffwechselorgans kann das Skelett in Zeiten des besonderen Bedarfes – beispielsweise in Schwangerschaft und Stillzeit – Kalzium und Phosphat rasch in großen Mengen mobilisieren.

 

Osteoblasten, Osteozyten, Osteoklasten

Nur rein äußerlich erscheinen Knochen statisch, physiologisch gesehen beeindrucken sie durch eine rege Zelltätigkeit. Die Osteoblasten produzieren Osteoid – das ist natives, nicht kalzifiziertes Knochengewebe – im gemeinsamen Verbund von einigen Hundert Zellen. Erst 10 ­Tage später erfolgt der notwendige Kalziumeinbau.

Die Osteoblasten-Aktivität lässt sich an Hand der alkalischen Phosphatase im Blut bestimmen. Später gehen etwa 20% der Osteoblasten in Osteoztyen über. Die Osteozyten sind in das Knochengewebe gleichsam »eingemauert« und stehen über ein Netzwerk von Kanälen miteinander in Verbindung.

Als Lakunen bezeichnete Höhlen im Knochengerüst besitzen eine große innere Oberfläche von 1.000–5.000 m2 und sind von einer gelatinösen Flüssigkeit ausgefüllt.

Dank der großen Kontaktfläche kann Kalzium­phosphat im Bedarfsfall rasch aus den Knochen mobilisiert werden. Osteozyten steuern also die Knochenfunktion im Rahmen des allgemeinen Stoffwechsels.

Die Osteoklasten wiederum sind reich an lysosomalen Enzymen und sehr stoffwechselaktiv. Durch ein Austauschsystem »Cl– gegen HCO3–« entsteht »HCl«, die die Knochensubstanz auflösen kann. Die sich ausbildenden Lakunen tragen zum trabekelartigen Netzwerk bei und verleihen dem Knochen seine Festigkeit bei gleichzeitiger Elastizität.

 

Knochen sind permanent im Umbau

Der Knochen scheint statisch zu sein, ist es aber nicht. Im permanenten Wechselspiel zwischen Knochenaufbau und Knochenabbau passt sich der Knochen an die physiologischen Belastungen an. Während sich die Osteoklasten zum Abbau 6 Wochen am Werk sind, benötigen die aufbauenden Osteoblasten für die Produktion 20 Wochen.

Im Jahresschnitt erfolgt auf diese Weise der Umbau von insgesamt 25% des trabekulären und 3% des kortikalen Knochenanteiles. Etwa ab dem 30. Lebensjahr steht dem abbaubedingten Jahresverlust nur ein Aufbau von 98% gegenüber.

Die Differenz erhöht sich bei Frauen in der Menopause auf jährlich 6–7%, weil die östrogenbedingte Hemmung des »Knochen-Turn-over’s« wegfällt. Man muss wissen, dass die Knochenstruktur im engen Zusammenhang mit der Muskelbewegung steht.

Demzufolge führt Muskel­atrophie durch Bettlägerigkeit oder Schwerelosigkeit zur Verminderung der Knochenmasse. Bei Raumfahrern steigt deshalb der Kalziumspiegel im Serum als Zeichen des Abbaues.

Bei der Untersuchung von gesunden Freiwilligen ließ sich nach dreimonatigem Bettaufenthalt ein 20- bis 25%-iger Verlust an Knochenmasse feststellen. Einige Experten fordern daher bei einer Osteoporosetherapie gleichzeitig physiotherapeutische Maßnahmen. Denn nur bei der üblichen Belastung durch Gehen oder Laufen erfolgt der notwendige »Stress-/Strain-«Effekt am Knochen, verbunden mit einer Kompression und der daraus folgenden Adaption.

 

Knochen von Sportlern wie Gewichtheber und Bodybuilder

Untersucht man Knochen von Stemmern post mortem, so haben diese im Vergleich zu den Knochen älterer osteoporotischer Damen einen wesentlich höheren Biegungsindex.

Man weiß aus der Sportmedizin, dass Menschen mit Typ I-Muskelfasern zwar hohe Ausdauer besitzen, aber gleichzeitig eine verminderte Knochenmasse aufweisen und von »Zerrüttungsfrakturen« bedroht sind. Im Gegensatz dazu bieten Typ ­II-Muskelfasern der Schwerathleten oder Bodybuilder hohe Anreize für einen ­gesteigerten Knochenaufbau.

Daraus lässt sich schlussfolgern: Knochen benötigen als physiologisches Stimulans eher Spitzenbelastungen statt Ausdauerbelastung. Arnold Schwarzenegger sollte daher niemals eine Osteoporose bekommen.

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Dr. Darko Stamenov

MEDMIX-Redaktion, Projektleiter, AFCOM Digital Publishing Team

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