Der gesunde Knochen

Um die Erkrankung Osteoporose verstehen zu können ist es sinnvoll, sich zunächst mit Aufbau und Funktion des gesunden Knochens zu beschäftigen. Auf dieser Seite lernen Sie den Unterschied zwischen den beiden Grundbauformen des Knochens, der „Spongiosa“ und der „Kompakta“ kennen. Wir besprechen, wie unser Knochen immer wieder den Belastungsverhältnissen entsprechend umgebaut wird, erläutern den Prozess der normalen Knochenalterung und zeigen Ihnen welche Faktoren bestimmen, wie stabil unser Knochen ist.

Das Knochengewebe

Zum besseren Verständnis der Zusammenhänge wollen wir uns zu Beginn anschauen, aus welchem Grundbaustoff unser Knochen besteht und wie daraus die Knochen unseres Skeletts aufgebaut werden.
Der Grundbaustoff aller Knochen ist das Knochengewebe. Dieses besteht, stark vereinfacht dargestellt, aus zwei Bestandteilen:

 

  • Einem organischen Grundgerüst aus Bindegewebsfasern, genannt Matrix. Das Bindegewebe der Matrix besteht vor allem aus einem sehr strapazierfähigen Eiweiss, dem Kollagen
     
  • Die Matrix alleine würde dem Knochen keine ausreichende Stabilität verleihen, sie ist zwar reissfest, aber biegsam und elastisch. In das Grundgerüst der Matrix  werden deshalb Mineralien, vor allem Calcium und Phosphat, eingelagert, welche dem Knochengewebe die notwendige Festigkeit verleihen.
Knochengrundsubstanz und Mineralisation
Abbbilldung: Matrix und Mineralisierung. Der Knochen wird zunächst aus einem Geflecht aus Bindegewebsfasern aufgebaut. Dieses Grundgerüst wird als Matrix bezeichnet (oben links). Um den Knochen zu versteifen, werden in die Matrix dann Mineralien eingelagert. Vor allem Calcium und Phosphat spielen hier eine grosse Rolle (unten links). Durch diese "Mineralisierung" entsteht letztlich das tragfähige, stabile Knochengewebe (oben rechts).

Kompakta und Spongiosa

Das Knochengewebe bildet den Rohstoff, aus dem die Knochen des menschlichen Körpers bestehen. Dieser Rohstoff kann aber auf unterschiedliche Weise im menschlichen Knochen verwendet werden. Man unterscheidet zwei wesentliche Arten, wie das Knochengewebe zum Aufbau eines Knochens eingesetzt wird:

  • Teile eines Knochens bestehen aus Knochengewebe, welches ohne Hohl- oder Zwischenräume durchgehend verbaut wird. Es entsteht eine starke, solide Knochenschicht, die  Kompakta genannt wird.
  • Das Knochengewebe kann aber auch verwendet werden, um ein Geflecht feiner Knochenbälkchen zu bilden. Wegen des schwammartigen Aussehens wird diese Art des Knochenaufbaus auch Spongiosa genannt. Vorteil dieser Bauweise ist eine gute Stabilität bei viel geringerem Gewicht.

Bei den meisten Knochen liegen beide Bauweisen nebeneinander vor: Die stabilere Kompakta bildet in der Regel die äussere Begrenzung eines Knochens, die leichtere Spongiosa füllt die Innenräume aus und stabilisiert den Knochen von innen.
Die folgende Grafik zeigt Ihnen Kompakta und Spongiosa am Beispiel des Oberschenkelknochens:

Der Aufbau des Knochens aus Kompakta und Spongiosa
Abbildung: Kompakta und Spongiosa
Erläuterung: Ein Querschnitt durch den Kopf des Oberschenkelknochens zeigt die beiden grundsätzlichen Arten des Knochenaufbaus. Die äussere Schicht (kurzer, dicker Pfeil) besteht aus solidem Knochengewebe, das keine Hohlräume aufweist. Diese stabile Schicht wird Kompakta genannt. Das Innere des Knochens wird von einem Geflecht feiner Knochenbälkchen ausgefüllt (langer, dünner Pfeil), die dem Knochen bei geringem Gewicht eine gute Stabilität verleihen. Dieses Geflecht aus Knochenbälkchen wird wegen seinem schwammartigen Aussehen als Spongiosa bezeichnet.
 
Das Verhältnis von Kompakta zu Spongiosa ist bei verschiedenen Knochen unterschiedlich: Während z.B. der Unterarmknochen vor allem aus solider Kompakta besteht, sind unsere Wirbelkörper vor allem aus Spongiosa aufgebaut Dies spielt eine wichtige Rolle, da Kompakte und Spongiosa unterschiedlich auf äussere und innere Einflüssse reagieren. Ein Beispiel: Der spongiöse Knochen reagiert stärker auf Veränderungen des Östrogens als der kompakte Knochen. Der abfallende Östrogenspiegel nach den Wechseljahren wirkt sich deshalb vor allem an den stärker aus Spongiosa aufgebauten Wirbelkörpern aus.

Unser Knochen: Ein dynamisches Gewebe

In unserer Vorstellung handelt es sich beim Knochen um ein inaktives Gewebe, welches irgendwann einmal gebildet wird und dann, spätestens ab dem Erwachsenenalter, mehr oder weniger unverändert bleibt.  Das Gegenteil ist der Fall: Unser Knochen befindet sich in einem konstanten Umbau und wird ständig den aktuellen Belastungsverhältnissen angepasst. Dazu wird der Knochen gleichzeitig durch spezielle Fresszellen, die Osteoklasten, abgebaut und durch knochenbildende Zellen, die Osteoblasten, wieder aufgebaut.


Die folgende Grafik illustriert die Zusammenhänge:

Osteoblasten und Osteoklasten
Abbildung: Osteoklasten und Osteoblasten
Links im Bild: Unser Knochen wird ständig durch "knochenfressende" Zellen, die Osteoklasten, abgebaut (hier in rot dargestellt). Die Osteoklasten hinterlassen mikroskopische Löcher im Knochen, die als Resorptionslakunen bezeichnet werden.
Rechts im Bild: In die enstandenen Löcher wandern knochenbildende Zellen, die Osteoblasten ein (hier in grün dargestellt), und beginnen mit der Neubildung von Knochengewebe. Sie produzieren zunächst die bindegewebige Grundsubstanz, die Matrix, die dann später durch Einlagerung von Mineralien versteift wird.
 
 

Wieviel Knochengewebe in einem Knochen vorhanden ist, wird letztlich vom Verhältnis zwischen Knochenabbau und -aufbau bestimmt: Sind die knochenbildenden Osteoblasten stärker aktiv, wird insgesamt mehr Knochen aufgebaut, überwiegen hingegen die Fresszellen, die Osteoklasten, geht in der Bilanz Knochenmasse verloren.

 

Dieser Prozess des ständigen Umbaus wird durch viele Faktoren beeinflusst. Einer der wichtigsten davon ist die Beanspruchung des Knochens: Eine regelmässige Belastung regt die Osteoblasten an, der Knochen wird stabiler. Hingegen werden bei körperlicher Inaktivität, wie z.B. bei Bettlägrigkeit,  die Osteoklasten stärker aktiv, der Knochen verdünnt sich. Ausser durch die Belastung wird der Auf- und Abbau unseres Knochens aber auch durch viele andere Faktoren beeinflusst,  so z.B. durch hormonelle Einflüsse, unsere Ernährung und natürlich durch unsere Erbanlagen.

Das Verhältnis zwischen Knochenabbau und Knochenaufbau bestimmt die Dichte unseres Knochens
Abbildung: Die Balance zwischen Knochenabbau und Knochenaufbau
Wieviel Knochengewebe in unseren Knochen vorhanden ist, hängt von der Balance zwischen der Aktivität der knochenabbauenden Osteoklasten (rot, links) und der knochenbildenden Osteoblasten (grün, rechts) ab. Ein Beispiel: Ein vermehrter Knochenaufbau kann sowohl durch eine Anregung der Osteoblasten erzielt werden (z.B. durch vermehrte körperliche Aktivität) als auch durch eine Hemmung der Osteoklasten (z.B. durch Gabe bestimmter Osteoporosemedikamente).