ö Schaftlnuer

C. Physiologie
Osteoblast Osteoklast Makrophage Osteoblasten
Aktivierung Resorption Umkehrphase Neubildung
Abb.Ol: Schema des in einer »multizellulären Basiseinheit« des Knochens (braun) ablaufenden Umbauzyklus
2 Funktion des Knochens
2.1 Belastbarkeit
Die hauptsächlich aus Kollagen bestehenden Pasern
der Knochengrundstruktur sorgen für die Zugfestig
keit, die eingelagerten Mineralien für die Druckfestig
keit des Knochens. Bei getrockneten Knochen liegt die
Druckfestigkeit in der Größenordnung von 10 Pa
(lOkp/mm2). Die Zugfestigkeit ist etwas geringer.
Knochen sind nicht homogen, sondern besitzen einen
trajektoriellen Aulbau aus Lamellen, Platten und Stäb
chen, so daß Zug- und Druckfestigkeit je nach Richtung
der einwirkenden Kraft unterschiedlich hoch sind. Die
Belastbarkeit der komplizierten Knochenstrukturen
bzw. ihre Brachgefährdung läßt sich daher nicht
unmittelbar aus der röntgenologisch meßbaren Kno
chendichte (Mineralisationsgrad) ableiten, obwohl
selbstverständlich eine Korrelation zwischen der Kno
chendichte und der durchschnittlichen Druckfestigkeit
des Knochens besieht.
2.2 Steuerung von Auf- und Umbau
des Skeletts
Der einmal entstandene Knochen unterliegt einem
ständigen Umbau (remodeling), bei dem die sich
erneuernden Strukturen den Belastungsänderungen
angepaßt werden können. Als strukturelle Basis der
Umbauprozesse wird eine multizelluläre Basiseinheit
(basic multicellular unit, BMU) angesehen, die pro
Durchlauf etwa 0.05 mm3 Knochensubstanz um
schlägt. Der lokale Umbau beginnt mit einer Aktivie
rungsphase, in der (wahrscheinlich hormonell) stimu
lierte Zellen der osteoblastischen Linie auf der
Knochenoberfläche proteolytische Knzyme wie Kolla
genase se/.ernieren und die mineralisierle Matrix des
Knochens freilegen. In der folgenden Besorptionsphase
heften sich Osteoklasten, die durch Zusammen
fließen aus dem Knochenmark stammender Vorläufer
zellen entstehen, an die Knochenoberfläche, lösen
mittels sezernierter Säuren die Knochenmineralien auf
und bauen in dem sauren Milieu die organischen
Matrixbestandteile durch lysosomale Knzyme ab.
Gegen Abschluß der Resorptionsphase lagern sich
Makrophagen an die erodierte Knochenoberfläche an,
und in einer Umkehrphase werden die VViederbesiedlung
der Knochenoberfläche mit Osteoblasten und die
Knochenneubildung (l'ormationsphase) eingeleitet.
Wie rasch und umfangreich der abgebaute Knochen
erneuert wird, hängt von dem Ausmaß des verbliebe
nen, als Matrize; dienenden unresorbierten Knochens
und von der Aktivität der Osteoblasten und ihrer
Stimulation durch lokale (Wachslumsläktoren) und
systemische Botenstoffe (Hormone) ab. Die Knochen
neubildung wird mit dem Übergang in eine neue
Ruhephase unter Umwandlung der Osteoblasten zu
Osteozyten abgeschlossen. Insgesamt dauert ein
Zyklus etwa vier Monate.
Der in den Basiseinheiten (BMU) ständig ablaufende
Knochenumbau erleichtert die Aufrechterhaltung des
Fließgleichgewichts im Mineralhaushalt des Organis
mus (Knochen als Pufferdepot für Kalzium, Phosphat
und Magnesium), regeneriert gealterte, möglicher-