Patienteninformation

Was ist Knochen?

Knochen bildet den Großteil unseres Skeletts. Er besteht aus hartem Bindegewebe und erfüllt innerhalb des menschlichen Körpers viele Aufgaben wie

•  Unterstützung der Körperstrukturen: Das Skelett verleiht unserem Körper seine erkennbare Form

• Schutz der lebenswichtigen Organe, z.B. Schutz des Gehirns durch den Schädelknochen und Schutz von Herz und Lungen durch die Rippen

• Beweglichkeit: Knochen bilden z.B. an Knie und Hüfte Gelenke und ermöglichen uns eine gezielte Mobilitätl

• Produktion roter Blutkörperchen: u.a. im Knochenmark großer Röhrenknochen wie z.B. dem Oberschenkel (Femur) werden rote Blutkörperchen hergestellt, die für den Sauerstofftransport im Körper zuständig sind.

• Speicherung lebenswichtiger Mineralien: Unser Knochen speichert Mineralien wie Kalzium, Phosphat und zahlreiche Spurenelemente.

Wie im Bild zu sehen und in Ihrem eigenen Körper spürbar, verfügen alle Knochen über unterschiedlichen Formen. Dies liegt an ihrer unterschiedlichen Ausprägung während unseres Wachstums und unserer Entwicklung, in der sie die für ihre jeweilige Funktion perfekte Form annehmen.

Es gibt lange Knochen wie unseren Oberschenkelknochen (Femur), irreguläre Knochen wie unsere Kniescheibe (Patella) und platte Knochen wie unser Schulterblatt (Scapula).

Der Knochen selbst besteht aus zwei Schichten: Die Kortikalis ist flach und hart und bildet die Außenschicht unseres Knochens, die ihn vor einwirkenden Lasten schützt. Die innen liegende Spongiosa ist weicher und weist eine bienenwabenähnliche Lamellenstruktur (Trabekel) auf.Die Struktur dieser Trabekel verleiht dem Knochen eine große Widerstandsfähigkeit gegen Biegekräfte. Denselben verstärkenden Mechanismus verwenden wir auch im täglichen Leben, z.B. bei Wellpappe.

Knochen bildet sich auf zwei Weisen: direkt oder chondral (aus dem Knorpel). Bei der direkten Ossifikation (Verknöcherung) wird auf direktem Wege Bindegewebe durch Knochen ersetzt. Undifferenzierte Zellen im Gewebe stellen knochenbildende Zellen her, die sogenannten Osteoblasten, die um sich herum eine Knochenmatrix bilden. Der so entstehende sogenannte desmale Knochen findet sich vorwiegend im Schädel. Bei der chondralen Ossifikation bilden sich die späteren Knochen aus Knorpel. Diese Knorpelstrukturen werden von Blutgefäßen infiltriert, die Osteoblasten importieren. Diese Osteoblasten durchdringen das Knorpelgewebe und ersetzen es durch Knochen. Bei Kindern wächst zunächst der Knorpel weiter und verlängert die sich entwickelnden Knochen.

Zwischen den Knochen in unserem Körper besteht ein dynamisches Gleichgewicht. Bestehende Knochensubstanz wandelt sich beständig um. Alte Knochenzellen werden von darauf spezialisierten Zellen, den Osteoklasten, abgebaut, während von den Osteoblasten neue Zellen angelegt werden. Auf diese Weise bleibt der Knochen gesund und flexibel.

Im Verlauf des Knochenwachstums oder der Neubildung von Knochen, z.B. in der kindlichen Entwicklung oder nach einem Bruch oder einem operativen Eingriff, wird schnell Geflechtknochen nachgebildet. Die Fasern dieses Geflechtknochens sind zufällig angeordnet und verfügen deshalb über eine nur geringe Festigkeit. Im Gegensatz dazu weist spongiöser Knochen einen parallelen Faserverlauf auf und ist deutlich stabiler. Im weiteren Verlauf des Wachstums oder der Knochennachbildung wird Geflechtknochen häufig durch Spongiosa ersetzt.

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Woraus bestehen Knochen?

Unsere Knochen enthalten Substanzen, die für das Wachstum, die Funktion und die Wiederherstellung unseres Skeletts unentbehrlich sind:

• Kollagen

•  Hydroxyapatit (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)

•  Wachstumsfaktoren

• Spezialisierte Zellen

Kollagen ist ein Protein, das dem Knochen Flexibilität verleiht. Würden unsere Knochen ausschließlich aus Mineralien wie Kalzium bestehen, wären sie sehr brüchig und pulvrig wie Kreide. Das Kollagen verleiht dem Knochen auch Elastizität, so dass unsere Knochen wiederholten und anstrengenden Belastungen standhalten können. Kollagen liefert unseren Knochen ein Rahmengerüst, an dem sich Mineralien anlagern können, in erster Linie Kalziumphosphat und Hydroxylapatit (siehe unten).

Die Formel für Hydroxyapatit (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂) mutet ein wenig kompliziert an, bedeutet jedoch einfach dass das Mineral Kalzium(CA), Phosphor (P), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) enthält.

Hydroxyapatit oder „HA“, wie es zumeist genannt wird, ist unverzichtbar für unsere Knochen und unser Skelett, da dieses Mineral den Knochen ihre Festigkeit verleiht. HA ist eine extrem harte Substanz und sorgt dafür, dass der Knochen schwere Lasten tragen kann. Es verleiht ihnen also ihre Belastbarkeit. Eine weitere Funktion des HA besteht in seiner Eigenschaft, die Kollagenfasern im Knochen sozusagen zu verkleben, wodurch eine feste und stabile Matrix bzw. ein Rahmengerüst entsteht.

Wachstumsfaktoren sind von entscheidender Bedeutung für die Knochenbildung, die Knochenheilung und den Knochenumbau (auf den wir nachfolgend genauer eingehen). Manchmal erfordern Prozesse oder Reaktionen Auslöser, um den Vorgang in Gang zu bringen oder zu beschleunigen. Ein gutes Beispiel dafür ist die Zugabe von Hefe in ein Mehl-Wasser-Gemisch, um Brot herzustellen. Die Herstellung würde ohne Hefe einfach nicht funktionieren. Auf gleiche Weise initiieren oder stimulieren Wachstumsfaktoren das Knochenwachstum, die Knochenheilung und den Knochenumbau. Wachstumsfaktoren sind im Blut und im Knochen vorkommende Substanzen, die für die gesunde Knochenfunktion unerlässlich sind. Sie sind Teil des Nachrichten- oder Kommunikationssystems, welches unseren Knochen anweist, was er zu tun hat – wachsen, Form verändern, abbauen oder nachbilden. Bekannte Wachstumsfaktoren sind zum Beispiel das BMP (bone morphogenetic protein/morphogenetisches Knochenprotein), der TGF (transforming growth factor/transformierender Wachstumsfaktor) und der PDGF (platelet derived growth factor/Thrombozytenwachstumsfaktor).

Spezialisierte Zellen übernehmen die Arbeit beim Knochenauf-, -um- und -abbau. Es gibt 3 wichtige Zelltypen:

• Osteozyten

• Osteoblasten

• Osteoklasten

Osteozyten sind reife Knochenzellen. Sie machen etwa 90% der Zellen im Knochen aus.

Osteoblasten sind verantwortlich für die Bildung neuen Knochens (Osteogenese).

Osteoklasten sind verantwortlich für den Abbau von Knochen und die Freisetzung der in ihm gespeicherten Mineralien (Osteolyse).

Wie bereits beschrieben handelt es sich bei unseren Knochen um dynamisches und lebendiges Gewebe, welches sich ständig erneuert, so dass der Normalzustand durch ein kontinuierliches Gleichgewicht zwischen älteren Knochenzellen, die abgebaut werden, und frischen Knochenzellen, die neu gebildet werden, gekennzeichnet ist.

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Spurenelemente

Spurenelemente sind essenziell für das normale Wachstum und die Entwicklung des menschlichen Skeletts. Wenn sie auch nur einen sehr geringen Anteil des Gewichts unserer Knochen ausmachen, spielen sie dennoch eine wichtige Rolle bei Knochenstoffwechsel, -umbau und –nachbildung. Dazu gehört beispielsweise Fluorid, das an der Knochenneubildung beteiligt ist und die Knochenmasse vergrößert, außerdem Zink, das die Hormonsekretion reguliert und die Geschwindigkeit des Knochenumsatzes beeinflusst, sowie Silizium, das für die Bildung der Kollagenmatrix im Knochen benötigt wird.

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Knochenumbau und –nachbildung

Wenn Sie Ihre Knochen Situationen aussetzen, denen sie normalerweise nicht ausgesetzt sind, führen diese einen entsprechenden Umbau durch. Trügen Sie beispielweise über einen langen Zeitraum spitze enge Schuhe, würden sich Ihre Füße irgendwann verformen, wodurch das normale Gehen erschwert würde. Würden Sie den ganzen Tag körperlich hart arbeiten, wären Ihre Knochen dicker und fester als die von Personen, die weniger körperliche Arbeit leisten. Deshalb ist es für uns alle so wichtig, regelmäßig Sport zu treiben, um unser Skelett zu belasten und dadurch unsere Knochen zu stärken.

Es gibt Zeiten, in denen unsere Knochen sich selbst nicht ausreichend strukturieren und umbauen. Bei Krankheiten, die die Knochenphysiologie beeinflussen, wie z.B. Osteoporose, oder bei Einnahme von Medikamenten, die sich auf den Knochenstoffwechsel auswirken wie z.B. die Chemotherapie zur Krebsbehandlung, benötigen unsere Knochen Unterstützung, um intakt zu bleiben.

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Wie heilt Knochen?

• Entzündung/Hämatom

• Zelldifferenzierung

•  Schaffung eines Gerüsts

• Umbau

Sind unsere Knochen beschädigt, sei es durch eine Erkrankung, einen Unfall oder eine Operation, blutet die beschädigte Stelle und es entsteht eine Entzündung, wie dies auch bei einer Hautverletzung der Fall wäre. Im Bereich der Verletzung entsteht ein Blutgerinnsel, auch Hämatom genannt.

Daraufhin erhält der Körper (über die Wachstumsfaktoren) die Information, dass ein Heilprozess erforderlich ist und spezialisierte, Knochen produzierende Zellen benötigt werden (Osteoblasten). Diese Phase nennt man Osteoblasten- oder Zelldifferenzierung. Anschließend beginnen die Osteoblasten mit ihrer Arbeit.

Osteoblasten benötigen eine Struktur, auf der die neuen Knochenzellen angelagert werden können, ein Rahmengerüst. Dieses Rahmengerüst wird durch das Hydroxylapatit (HA) gestellt. Knochen kann nicht an Orten wachsen, an denen keine andere Knochensubstanz vorhanden ist. Er kann einen kleinen Spalt überbrücken, also von Knochen zu Knochen wachsen, wie beispielsweise bei einem kleinen Knochenbruch. Bei großen Lücken oder Räumen ist die Hilfe eines Arztes und der Medizin erforderlich, um den Knochen wieder herzustellen. Ist dies der Fall und der Körper benötigt beim natürlichen Heilungsprozess Unterstützung in Form eines Knochen- oder synthetischen Ersatzmaterials, so findet Apapore™ Verwendung, ein Knochenersatzmaterial aus Hydroxylapatit.

Verfügt der Knochen über ein gutes Rahmengerüst für die Anlagerung von Knochenzellen und die Osteoblasten haben neue Knochenzellen produziert, entsteht im Bereich der Verletzung ein sogenannter Kallus, vergleichbar mit einem Schorf, der über einer Schnittwunde auf der Haut entsteht. Die letzte Phase der Heilung ist der Umbau dieses Kallus zu einer der Original-Knochenform möglichst entsprechenden Form. Diese Aufgabe erfüllen die Osteoklasten.

Umfangreiche Forschungen über Silizium haben ergeben, dass dieses für die normale Knochenentwicklung von entscheidender Bedeutung ist. Die Mineralphase normalen Knochens ist Hydroxylapatit mit einer variierenden Menge an Spurenelementen wie Silizium und Zink. In der Röntgenanalyse wurde Silizium in den Wachstumsbereichen von Knochen junger Menschen identifiziert. Bei Erwachsenen wurde Silizium in aktiven Osteoblasten (knochenbildenden Zellen) lokalisiert und stellt ein wichtiges Ion der knochenbildenden Zellen dar (gleichwertig mit Kalzium, Phosphor und Magnesium). Silicat findet sich in den Bereichen der Kalzifizierung. Seine Bedeutung für die Knochenbildung und –nachbildung ist sicher nachgewiesen.

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