Stützgewebe 2/3. Knochengewebe

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1 Stützgewebe 2/3 Knochengewebe

2 Allgemeines Hauptanteil des passiven Bewegungsapparates Befestigungsorte der Muskulatur, bilden Gelenke hohe Zug- und Druckfestigkeit gut durchblutet hohes Heilungsvermögen dynamisches Material mit hohem Stoffumsatz zentrale Stoffwechselfunktion, u. a. als Kalziumspeicher (99% des Gesamtkalziums) Hartsubstanz bietet Schutz für weichere Gewebe und Organe (Brustkorb, Schädel)

3 Einteilung menschliches Skelett: ca. 200 Knochen unterschiedlichen Typs o o o o o kurze Knochen Ossa brevia, z.b. Wirbelkörper lange Knochen Ossa longa, z.b. Humerus, Femur platte Knochen Ossa plana, z.b. Sternum, Scapula, Os parietale unregelmäßige Knochen Ossa irregularia, z.b. Os sphenoidale Lufthaltige Knochen Ossa pneumatica, z.b. Maxilla, Os ethmoidale

4 Humerus Aufbau: makroskopisch Gliederung in Diaphyse, Metaphyse und Epiphyse Unterteilung in Substantia compacta und Substantia spongiosa Trabekelstruktur der Spongiosa an Zug- und Drucktrajektorien ausgerichtet

5 Aufbau: makroskopisch Umgeben von Knochenhaut (Periost) fehlt an Gelenkflächen Periost ist gut vaskularisiert und innerviert Periost

6 Histologischer Aufbau: Periost Adventitia gefäßreich, lockeres Bindegewebe Stratum fibrosum straffes, kollagenes Bindegewebe kollagene Fasern strahlen in den Knochen Sharpey Fasern Stratum osteogenicum (Kambium) zellreich, mesenchymale Stammzellen, Osteoblastenvorläufer verantwortlich für Dickenwachstum

7 Histologischer Aufbau: Zellen des Knochengewebes Osteoprogenitorzellen Differenzierung aus mesenchymalen Stammzellen Osteoblast Osteozyt Knochenaufbau Osteoklast Knochenabbau

8 Histologischer Aufbau: Extrazelluläre Matrix 30% org. Material 45% Mineralien 25% Wasser 90% Kollagen Typ I Osteopontin Osteonektin Osteokalzin Knochensialoprotein Alkalische Phosphatase u.a. Hydroxylapatit Ca10(PO4)6(OH)2 Hydroxylgruppe (OH - ) oft durch Fluorid ersetzt H2O

9 Schwermetallintoxikation Bsp.: Blei, Mangan Einlagerung im Knochen Knochenumbau etwa 10% / Jahr Therapie mit Chelatbildnern Basophile Tüpfelung in Erythrozyten

10 Osteoblasten differenzieren sich zeitlebens aus Osteoprogenitorzellen BMP-2 sitzen existierenden Knochenbälkchen auf (Endost) Synthese des Osteoids Kontrolle der Mineralisierung Kontrolle der Osteoklastenaktivität

11 Bildung des Osteoids / Mineralisierung Osteoblasten über Gap junctions verbunden sezernieren org. Bestandteile in Vesikeln Teppich aus Kollagen Osteoid, zunächst unverkalkt Bereitstellung anorganischen Phosphats über Alk. Phosphatase Kristallisationskeime aus Hydroxylapatit bereits in Vesikeln Kristallwachstum bei Vorhandensein der nötigen Ionen Vesikel zerreißen Hydroxylapatit lagert sich Kollagenfibrillen an

12 Osteoklasten mehr- bis vielkernige Zellen (50-100µm) entstehen durch Fusion einkerniger Vorläufer (Synzytien) liegen meist in flachen, selbst erschaffenen Lakunen (Howship-Lakunen) mitochondrienreich, gut ausgeprägtes rer

13 Knochenresorption Versiegelung der Resorptionszone subostoklastisches Kompartiment ATP abhängige Sekretion von HCl Herauslösen des Calciums Sekretion von Enzymen (Cathepsin K, Metalloproteinasen) Degradation der organischen Matrix rezeptorvermittelte Endozytose Transzytose und Abgabe

14 Regulation der Osteoblasten- und Osteoklastentätigkeit von Osteoblasten gebildete Faktoren M-CSF (macrophage colony stimulating factor) fördern Proliferation von Osteoklastenvorläufern RANKL (receptor activator of NF-κB) fördern Osteoklastenaktivität Ephrin B4 beendet Osteoklastentätigkeit durch Interaktion mit Ephrin B2 OPG (Osteoprotegerin) verhindert RANK/RANKL Interaktion und Osteoklastenaktivierung von Osteoklasten gebildete Faktoren RANK Ephrin B2 Calcitoninrezeptor Bindung von Calcitonin deaktiviert Osteoklasten Estrogenrezeptor Bindung von Estrogen fördert Apoptose Hormone Calcitriol (aktive Form des Vitamin D3) fördert die Mineralisation, Calciumresorption in Darm und Niere gleichzeitig Osteoklastenaktivierung über RANK/RANKL Parathormon fördert Knochenabbau (Rezeptoren auf Osteoblasten)

15 Klinik Osteoporose Abnahme der Knochenmasse durch negative Bilanz des Knochenstoffechsels häufigste Ursache: Estrogenmangel nach Menopause Behandlung mit Estrogenen obsolet erhöhtes Krebsrisiko Antikörper gegen RANKL und Sclerostin, Hemmstoffe des Cathepsin G Knochentumoren/ Metastasen osteolytische Herde durch RANKL Expression durch Tumorzellen Verminderung der Freisetzung von Osteoprotegerin (OPG) vermehrte Osteoklastenaktivität erhöhte Frakturgefahr, Wirbelkörpereinbrüche (Tannenbaumphänomen)

16 Histologische Knochenstruktur Lamellenknochen: histologische Struktur des ausgereiften Knochens Unterteilung in äußere und innere Generallamellen, Spezial- und Schaltlamellen Havers- und Volkmannkanäle enge Beziehung zwischen Knochenlamellen und Gefäßen Bauprinzip des Osteons 4-20 konzentrische Knochenlamellen (Speziallamellen) zentral Havers-Kanal mit Havers Gefäß Schaltlamellen zwischen Osteonen

17 Osteozyten der einzelnen Lamellen über Gap junctions gekoppelt Ernährung der Zellkörper über Zellfortsätze Zellkörper liegen in Lakunen, Zellfortsätze liegen in Canaliculi entfernte Osteozyten besitzen keinen direkten Kontakt zum Gefäß

18 Spongiosa Trabekel sind gefäßlos Lamellen parallel zur Oberfläche angeordnet (flächig) Trabekel in der regel nur µm dick max. 200 µm Diffusionsstrecke zu inneren Osteozyten Trabekel überzogen vom Endost Zwischenräume enthält blutbildendes Knochenmark oder Fett

19 Knochenumbau in der Kompakta Osteoklasten fressen Bohrkanal zukünftiges Osteon Bindegewebe, Gefäße und marklose Nervenfasern sprossen ein Osteoblasten besiedeln Tunnelwand bilden Osteoid nachfolgende Osteoblasten mauern die Darunterliegenden Schicht für Schicht ein jüngste Osteoblastenschicht ruht und bildet das Endost

20 Schaltlamellen sind Ausdruck intensiven Knochenumbaus

21 Knochenumbau in der Spongiosa Knochentrabekel sind gefäßfrei Knochenumbau erfolgt ohne Ausbildung von Havers-Kanälen Osteoklasten resobieren flächige Buchten auf der Oberfäche Osteoblasten bilden erneut Endost und lagern neue Lamellen an Ausrichtung der Trabekel entlang Druck- und Zugtrajektorien (Druck- und Biegebeanspruchung)

22 Regulation des Knochenumbaus mechanische Beanspruchung ist entscheidend für Knochenanbau Verlust an Knochenmasse bei mangelnder Belastung (Krankenlager, Weltraum) Osteozyten als Mechanosensoren Osteozyten produzieren Sclerostin verhindert Knochenanbau mech. Belastung senkt Sclerostinproduktion Knochenanbau gesteigert