Stützgewebe 3/3. Osteogenese

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1 Stützgewebe 3/3 Osteogenese

2 Mesenchym Mesenchymverdichtung desmale Osteogenese direkte Differenzierung des Mesenchyms zu Osteoblasten chondrale Osteogenese Differenzierung des Mesenchyms zu Chondroblasten Anlage eines Knorpelmodells perichondrale Ossifikation Verknöcherung um das Knorpelmodell herum enchondrale Ossifikation Verknöcherung aus dem Inneren des Knorpelmodells direkte Ossifikation indirekte Ossifikation

3 Desmale Osteogenese Vorkommen in Schädelknochen und Klavikula Mesenchymzellen konzentrieren sich zu Ossifikationspunkten Differenzierung zu Osteoblasten Osteoblasten bereits über Gap junctions verbunden lagern um sich herum unverkalktes Osteoid ab (vorw. Kollagen Typ I) nachfolgende Osteoblasten mauern die Zellen ein Osteozyten Wachstum erfolgt appositionell

4 Desmale Osteogenese Knochenbälkchen fusionieren primäre Spongiosa weiteres Wachstum bewirkt Entstehung einer Kompakta neu entstandene Knochen Geflechtknochen gefäßführendes Bindegewebe zwischen den Bälkchen primäres Knochenmark primäres KM wird in sekundäres (blutbildendes) KM umgewandelt gleichzeitig und fortwährend erfolgt Umbau durch Osteoklasten

5 Mesenchym Mesenchymverdichtung desmale Osteogenese direkte Differenzierung des Mesenchyms zu Osteoblasten chondrale Osteogenese Differenzierung des Mesenchyms zu Chondroblasten Anlage eines Knorpelmodells perichondrale Ossifikation Verknöcherung um das Knorpelmodell herum enchondrale Ossifikation Verknöcherung aus dem Inneren des Knorpelmodells direkte Ossifikation indirekte Ossifikation

6 Chondrale Osteogenese Mesenchymverdickungen differenzieren zu Chondroblasten in EW Knorpelmodell umgeben von Perichondrium Dickenwachstum appositionell Längenwachstum interstitiell bereits gegen Ende der 8. EW bildet sich Knochenmanschette (lange Knochen) Verknöcherung erfolgt vom Perichondrium perichondrale (direkte) Ossifikation

7 Perichondrale Ossifikation Knochenmanschette dehnt sich in Richtung Epiphysen aus Knorpel unter der Knochenmanschette hypertrophiert Blasenknorpel interterritoriale Matrix mineralisiert hypoxischer Blasenknorpel induziert Angiogenese hypertrophe Chondrozyten sterben ab (Apoptose) Gefäße sprossen vom Periost ein

8 En(do)chondrale Ossifikation Einwandern von Gefäßen und Mesenchym Differenzierung zu Osteoblasten Einwandern von einkernigen Zellen aus Blutbildungszentren der Leber verschmelzen zu Chondroklasten Schaffung von Hohlräumen primäre Markhöhle Anlagern von Osteoid an Knorpelmatrix durch Osteoblasten primäre Spongiosa Fortschreiten der Verknöcherungszone in Richtung Epiphysen

9 En(do)chondrale Ossifikation Längenwachstum: Knorpel wächst interstitiell Ossifikationsfronten verschieben sich in die Peripherie Primärer Ossifikationskern Dickenwachstum appostionell

10 Ossifikationsfront Fetaler Knorpel noch nicht verknöchert Säulenknorpel Chondrozyten proliferieren, Längenwachstum Blasenknorpel hypertrophe Zellen, verkalkte Matrix Eröffnungszone Abbau der Knorpelmatrix, Besiedlung durch Osteoblasten, Synthese von Osteoid Zone mit Knochenbälkchen Zone des Umbaus durch Ostoklasten

11 Enchondrale Ossifikation: Epiphyse Epiphyse Fetaler Knorpel ist vaskularisiert Säulenknorpel Blasenknorpel Knochenmanschette

12 Enchondrale Ossifikation: Epiphyse Ossifikation der Diaphyse ist nach distal und nach proximal fortgeschritten Ossifikation in der Epiphyse hat begonnen: sekundärer Ossifikationskern Bei der menschlichen Tibia: etwa Zeitpunkt der Geburt

13 Enchondrale Ossifikation: Epiphyse zentripetales Wachstum des sekundären Ossifikationskerns (analog zur Diaphyse, aber von innen nach außen) Zwischen Dia- und Epiphyse (Metaphyse) bildet sich Wachstumsplatte (Wachstums- oder Epiphysenfuge) Epiphyse verknöchert vollständig (Ausnahme Gelenkfläche und Wachstumsplatte) Längenwachstum in Epiphysenfuge

14 Epiphysenfuge Undifferenzierte Chondrozytenvorläufer Zone des Längenwschstums, Ausbildung von Longitudinal- und Transversalsepten hypertrophe Zellen mineralisieren Longitudinalsepten (reich an AP) Sekretion abbauender Enzyme (MMPs) und VEGF durch Chondrozyten Primärtrabekel Geflechtknochen Sekundärtrabekel Lamellenknochen

15 Mesenchym Mesenchymverdichtung desmale Osteogenese direkte Differenzierung des Mesenchyms zu Osteoblasten chondrale Osteogenese Differenzierung des Mesenchyms zu Chondroblasten Anlage eines Knorpelmodells perichondrale Ossifikation Verknöcherung um das Knorpelmodell herum enchondrale Ossifikation Verknöcherung aus dem Inneren des Knorpelmodells direkte Ossifikation indirekte Ossifikation

16 Regulierung des Knochenwachstums Growth hormone (GH) des Hypophysenvorderlappens -fördert Proliferation von Chondroblasten durch Produktion von IGF (Wachstumsfaktor) GH Mangel hypophysärer Minderwuchs GH-bildendes Adenom (GH Überschuss) Kindesalter hypophysärer Riesenwuchs Erwachsene Akromegalie Kalzitriol (Vitamin D) fördert Mineralisierung Vitamin D Mangel Kindesalter Rachitis Erwachsene Osteomalazie Schilddrüsen und Nebennierenrindenhormone Sexualhormone: Estradiol (beide Geschlechter) Wachstumsschub in Pubertät und Schluss der Epiphysenfugen

17 Achondroplasie Punktmutation im Fibroblasten Wachstumsfaktor- Rezeptor Gen FGFR-3 (englisch: fibroblast growth factor receptor 3) autosomal dominant dysproportionierter Minderwuchs kurze Extremitäten, kurze Finger verfrühter Schluss der Epiphysenfuge

18 Frakturheilung Primäre Frakturheilung nur unter direkter und stabiler Anlagerung der Frakturenden (operativ) Einwachsen von Kapillaren und Osteoklasten aus zerstörten Havers Kanälen in die benachbarte Bruchfläche Bildung von Resorptionskanälen Auffüllung durch Osteoblasten direkte Bildung von Lamellenknochen Lamellen zunächst parallel zum Spalt später durch neue Osteone verdübelt

19 Frakturheilung Sekundäre Frakturheilung (Normalfall) bei breiterem Frakturspalt Ausbildung eines Hämatoms Ersatz des Hämatoms durch zell- und kapillarreiches Bindegewebe (Granulationsgewebe) Bindegewebskallus bei stabilen Verhältnissen entsteht Geflechtknochen (knöcherner Kallus) Umbau in Lamellenknochen über Monate bei instabilen Verhältnissen unterbleibt knöcherne Überbrückung Pseudarthrose

20 Gelenknahe Frakturen im Kindesalter Gefahr der Schädigung der Wachstumsfuge vorzeitige Beendigung des Längenwachstums möglich Grünholzfraktur im Kindesalter Knochen unvollständig mineralisiert Periost bleibt erhalten Kortikalis oft nur einseitig frakturiert Gefahr der Heilungsstörung durch einseitige Kallusbildung