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Der Knochen - ein stoffwechselaktives Gewebe

21.07.2003  00:00 Uhr

Anatomie des Menschen

Der Knochen - ein stoffwechselaktives Gewebe

von Thomas Beck, Rostock

Knochen ist kein totes Gewebe, auch wenn das Skelett in landläufiger Vorstellung zwangsläufig mit dem Tod assoziiert wird und das griechische Wort "skeletos" eigentlich "ausgedörrt" bedeutet. Im Gegenteil: Knochen ist ein sehr lebendiges Gewebe, das einem stetigen Umbau unterliegt und das pro Minute von 200 bis 400 ml Blut durchströmt wird. Dieses entspricht immerhin ungefähr 6 Prozent des Herzzeitvolumens.

Der Auf- und Abbau des Knochens wird simultan gesteuert und beruht auf der Aktivität spezialisierter Zellen. Stehen diese auf- und abbauenden Prozesse nicht mehr im Gleichgewicht, kommt es zu pathologischen Veränderungen der Knochenstruktur: beim Überwiegen des Abbaus zur Osteoporose, beim Überwiegen des Aufbaus zur Osteopetrose. Der folgende Titelbeitrag informiert über die zelluläre Steuerung der Biosynthese des menschlichen Knochengerüstes.

Im steten Umbau begriffen

Druck- und Zugkräfte spielen beim stetigen Umbau der Knochen eine bedeutende Rolle. So haben zum Beispiel Säuglinge eine physiologische O-Bein-, Erwachsene hingegen eine physiologische X-Bein-Stellung. Durch die Biegebelastung werden die Wachstumszonen der großen Röhrenknochen des Beines medial mehr als lateral belastet. An den stärker druckbelasteten Punkten ist der Wachstumsreiz höher. Die Röhrenknochen des Beines wachsen somit auch medial mehr als lateral und gelangen zwangsläufig von der O- zur X-Bein-Stellung.

Generell richtet sich der Knochenaufbau immer nach den Kraftvektoren aus, die auf ihn wirken. Somit sind die Knochenbälkchen (Trabekel) nicht wirr, sondern gerichtet angeordnet. Der Kopf des Oberschenkelknochens (Caput femoris), der mit dem Hüftknochen (Os coxae) eine Gelenkverbindung bildet, zeigt diese unterschiedliche Ausrichtung auf Druck- und Zugkräfte sehr deutlich.

Ein Orchester

Die reguläre Knochenbiosynthese hängt von dem orchestrierten Ablauf der molekularen Steuerungsmechanismen ab. Werden bestimmte Transkriptionsfaktoren durch gezielte Mutationen ausgeschaltet, kann die gesamteVerknöcherung des Skeletts verhindert werden. Eine Schlüsselrolle unter den Transkriptionsfaktoren nimmt die so genannte Core binding factor family 1 (Cbfa1) ein. Er steuert eine Reihe von Genen mit zentraler Bedeutung für die Knochenbildung.

Treten beim Menschen mischerbige Nullmutanten (+/-) auf, bei denen nur ein Allel des doppelten Chromosomensatzes mutiert ist, kommt es zu Anomalien des Skelettaufbaus. Die Ausbildung des Schlüsselbeins (Clavicula) unterbleibt, die Schädelnähte verknöchern nur sehr verzögert. Werden bei Mäusen künstlich doppelte, also homozygote Nullmutanten (-/-) erzeugt, dann unterbleibt die Verknöcherung des während der Embryonalentwicklung angelegten Skeletts aus Knorpel gänzlich.

Die Zellen, deren genetische Veränderungen derart weitreichende Folgen haben, sind die Osteoblasten, die "Knochenbildner". Ihre natürlichen Gegenspieler sind die Knochen abbauenden Osteoklasten. Beide Zelltypen haben einen ganz anderen Gewebeursprung: Während sich die Osteoblasten aus dem pluripotenten embryonalen Bindegewebe, dem Mesenchym, differenzieren, aus dem auch eine Vielzahl anderer Gewebetypen hervorgeht, stammen die Osteoklasten ursprünglich aus Zellen der körpereigenen Abwehr, den Monozyten. Die Monozyten wandern während der Entwicklung aus dem Knochenmark über den Blutweg in den Knochen ein und wandeln sich dort zu Osteoklasten, die im aktiven Zustand den Knochen wieder abbauen.

Reiche Proteinbiosynthese

Osteoblasten besitzen die typischen Merkmale von Zellen mit reicher Proteinbiosynthese: Sie sind dicht angefüllt mit rauem endoplasmatischen Retikulum. Hauptsyntheseprodukte sind Kollagen Typ I und nicht-kollagene Proteine (Tabelle 1). Beachtenswert ist auch die reiche Rezeptorausstattung.

 

Tabelle 1: Proteine des Knochens (5)

Protein AnteilFunktion Kollagen Typ I 90 % Bildung der Fibrillen der Matrix Osteocalcin 1 - 2 % Bindung an Hydroxylapatit und Ca2+ Osteonektin 2 % Synthese bei Knochenentwicklung und -regeneration, Bindung an Hydroxlyapatit und Kollagen; Förderung von Kristallisationskeimen Osteopontin gering Bindung der Osteoklastenintegrine an die Knochenoberfläche Bone Morphogenetic Proteins gering strukturverwandt mit Transforming Growth Factor-b (TGF-b); Stimulation von Knorpel- und Knochenentwicklung Sialoproteine 2 % Bindung von Osteoklastenintegrinen an der Knochenoberfläche Proteoglykane gering Bindung von TGF-b

 

Osteoblasten sind kettenförmig an der Knochenoberfläche aufgereiht, jedoch nicht durch Barrierekontakte miteinander verbunden. Sie zeichnen sich durch einen polaren Aufbau aus: Zellfuß und Zellspitze unterscheiden sich in ihren biochemischen Leistungen. Der Zellfuß des Osteoblasten ist gegen die Knochenoberfläche gerichtet, so dass der Osteoblast seine Syntheseprodukte auf die Oberfläche des wachsenden Knochen sezerniert. Osteoblasten verfügen über membranständige Rezeptoren für Parathormon, Insulin-like Growth Factor (IGF-1), Noradrenalin (b2) und den zytosolischen Vitamin D3-Rezeptor mit unterschiedlichen Aufgaben (Tabelle 2).

 

Tabelle 2: Hormonelle Kontrolle des Knochenwachstums

Parathormon steigert die Synthese von RANKL und M-CSF
blockiert die Synthese von Osteoproteggerin Calcitonin schaltet die Osteoklasten ab: Aufhebung der "ruffled border membrane" Insulin-like Growth Factor-1 stimuliert die Chondrozyten in der Resorptionszone der Epiphyse Vitamin D3 steigert die Synthese von Osteocalcin und damit die Mineralisation des Knochens Noradrenalin (b2-Rezeptor) reduziert die Osteoblastentätigkeit

 

Der Osteoblast sezerniert sowohl organische Matrix aus Kollagenfasern als auch mineralische Bestandteile des Knochens in den extrazellulären Raum. Die Kollagenfasern dienen den mineralischen Bestandteilen als Kristallisationskeime. Die anorganischen Bestandteile werden in Form so genannter Matrixvesikel abgegeben, die Calcium in Komplexbindung mit basischen Proteinen oder Phospholipiden und darüber hinaus auch Pyrophosphatase und alkalische Phosphatase enthalten. Die Matrixvesikel lagern sich auf den Kollagenfasern ab, ihr Inhalt kristallisiert aus. Es enstehen zunächst intrafibrilläre Kristalle, die schließlich nach Wachstum als interfibrilläre Kristalle die Fasern durch einen Kristallfilz vernetzen. Das zunächst gebildete Calciumphosphat wird später zu Hydroxylapatit, dem endgültigen mineralischen Bestandteil des Knochens, umgewandelt.

Abbau im sauren Milieu

Im aktiven Zustand wird die Oberfläche der vielkernigen, Knochen abbauenden Osteoklasten an der dem Knochen zugewandten Seite durch zahlreiche kleine Falten in der Zellmembran stark vergrößert ("ruffled border"). Durch die Auflösung des Knochens bedingt liegen diese Zellen meist in Knochenvertiefungen, den so genannten Howship-Lakunen.

Zu dieser Auflösung des Knochens erzeugen die Osteoklasten ein saures Mikromilieu von pH 4 bis 5 zwischen der eingefalteten Zellmembran und der Knochenoberfläche, wobei der Osteoklast mit Hilfe von Zelladhäsionsmolekülen fest an der Knochenoberfläche anhaftet. Diese Zelladhäsionsmoleküle “verkleben” quasi die Knochenoberfläche fest mit der Zellmembran: das auch avb3-Integrin genannte Fibronektin auf der Seite der Zellmembran verbindet sich mit dem Osteopontin auf der Seite der Knochenoberfläche.

Osteoklasten verfügen über Carboanhydrase II zur Erzeugung von H+ und HCO3--Ionen aus CO2 und Wasser sowie über eine aktive Protonenpumpe, die die Protonen unter Verbrauch von ATP in das Mikromilieu zwischen Zellmembran und Knochenoberfläche transportiert. Die Knochen abbauenden Zellen weisen daher auch eine Vielzahl von Mitochondrien zur Energieerzeugung in Form von ATP auf. Der durch die Ansäuerung beginnenden Auflösung der anorganischen Knochenanteile folgt die Lyse der organischen Anteile durch lysosomale und nicht-lysosomale Enzyme wie Kathepsin K und Metalloproteinasen. Der intrazelluläre pH-Wert wird durch einen Cl-/HCO3--Transporter an der vom Knochen abgewandten Zellmembran gewahrt. Gleichzeitig sorgt ein an die Protonenpumpe gekoppelter Cl--Kanal für die Elektroneutralität der Zelle.

Wird die Carboanhydrase durch einen genetischen Defekt nur in Spuren gebildet, kommt es zu einer völlig unzureichenden Osteoklastentätigkeit: Der physiologisch ablaufende Knochenabbau unterbleibt. Dies ist der Fall bei einer Variante der auch Marmorknochenkrankheit genannten Albers-Schönberg-Krankheit, bei der abnorme Verknöcherungen des Knorpels und eine ungewöhnlich dicke äußere Wandschicht der Röhrenknochen auftreten. Trotz erhöhter Dicke weisen diese Knochen aber eine deutlich verringerte mechanische Festigkeit auf, so dass es leicht zu Frakturen kommen kann. Meist wächst der Knochen in die Markhöhle ein; in dieser somit verkleinerten Markhöhle kommt es zum Knochenmarkschwund und damit zur Anämie.

Zentrale und periphere Steuerung

Die Knochenbildung wird sowohl durch zentrale als auch durch periphere Mechanismen gesteuert. Die periphere Steuerung beruht auf einer engen Wechselwirkung zwischen Osteoblasten und Osteoklasten, während die zentrale Steuerung durch das von Fettzellen gebildete und im Hypothalamus wirkende Proteohormon Leptin vermittelt wird.

Bei der peripheren Steuerung der Knochenbildung ist der Zellkontakt zwischen Osteoblast und unreifen Vorstufen der Osteoklasten essenziell. Ohne diesen Zellkontakt kann die Differenzierung unreifer Osteoklasten nicht erfolgreich ablaufen. Der Zellkontakt kommt jedoch nur zustande, wenn zwischen beiden Zellen eine Rezeptor-Ligand-Bindung eintreten kann.

Der Osteoblast synthetisiert zwei wichtige Wachstumsfaktoren: den Monocyte-Colony Stimulating Factor (M-CSF) und den Receptor for Activation of Nuklear Kappa-B Ligand (RANKL). M-CSF bindet an seinen Rezeptor c-Fms auf Monozyten und leitet hierdurch deren Umwandlung in Makrophagen ein. Makrophagen exprimieren auf ihrer Zellmembran den Receptor for Activation of Nuklear Factor Kappa-B (RANK). Nuklear Factor Kappa-B (NF-kB) ist ein Transkriptionsfaktor, der in vielen verschiedenen Zelltypen vorhanden ist und dessen Name auf seine Rolle bei der Transkription der leichten k-Kette der Immunglobuline in aktivierten B-Lymphozyten zurückzuführen ist.

Durch Bindung von RANKL des Osteoblasten an RANK des Makrophagen kommt ein Zell-Zell-Kontakt zustande, der die Umwandlung des Makrophagen in eine Osteoklastenvorstufe induziert. Nach Lösung des Kontakts bleibt ein vielkerniger, unreifer Osteoklast zurück, der noch keine Zellmembranfalten aufweist und zum Knochenabbau noch nicht befähigt ist. Er tritt erst dann in einen aktiven Zustand über, wenn das Adhäsionsprotein Fibronektin an seiner Zelloberfläche exprimiert wird und mit dem Bindungspartner am Knochen, dem Osteopontin, in Wechselwirkung treten kann.

Hormonelle Regulation

RANKL und RANK gehören zu den Tumor-Nekrose Faktor (TNF)-Rezeptor- beziehungsweise TNF-Superfamilien. Als wichtiger Mediator bei Entzündungen ist TNF durch Bindung an seinen p55-Rezeptor selbst ein sehr starker Aktivator des Knochenabbaus und scheint eine wichtige Rolle beim Knochenabbau im Rahmen von Entzündungen zu spielen. Die Wirkung von TNF besteht in der Aktivierung von NF-kB und der c-Jun NH2-Kinase.

Die Wechselwirkung zwischen Osteoblast und Osteoklast unterliegt der hormonellen Regulation. Parathormon erhöht die Synthese von M-CSF und RANKL und damit auch die Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung zwischen Osteoblast und Osteoklastenvorläufern: Es kommt zu einer gesteigerten Bildung von Osteoklasten. Gleichzeitig greift Parathormon noch an einer zweiten Stelle in die Osteoklastenbildung ein: Es vermindert nämlich die Synthese von Osteoproteggerin im Osteoblasten.

Osteoproteggerin ist ein "falscher" Bindungspartner für RANKL, der den Receptor for Activation of Nuklear Factor Kappa-B-Liganden gewissermaßen als "Lockvogel" bindet und auf diese Weise den Kontakt mit RANK auf den Osteoklastenvorläufern verhindert. Osteoproteggerin reduziert demnach die Bildungswahrscheinlichkeit von Osteoklasten. Wird nun durch Parathormon die Synthese von Osteoproteggerin vermindert, erhöht sich automatisch die Bildungswahrscheinlichkeit für Osteoklasten.

Der physiologische Gegenspieler von Parathormon ist das in den C-Zellen der Schilddrüse gebildete Proteohormon Calcitonin. Calcitonin wirkt ebenfalls über spezifische Rezeptoren an der Zellmembran des Osteoklasten und schaltet diesen ab: Unter Calcitonineinfluss verliert der Osteoklast seine zur Knochenresorption befähigte stark gefaltete Zellmembran.

Osteoklasten unterliegen noch weiteren hormonellen Einflüssen. Sehr wichtig ist die Wirkung von Estrogenen. Ist deren Bildung bei Frauen in der Menopause verringert, kommt es zu einem Überwiegen des Knochenabbaus gegenüber dem Knochenaufbau. Die Knochenfestigkeit nimmt ab, die Häufigkeit von Frakturen steigt an: Das Krankheitsbild der Osteoporose entsteht.

Estrogene sind in der Lage, bei Osteoklasten Apoptose, also den programmierten Zelltod auszulösen, wobei vermutlich Transforming Growth Factor-b und auch Stickoxid aus dem endothelialen Stickoxidsynthetase (eNOS)-Bildungsweg als Vermittler dienen. Bei verringerter Estrogenbildung erleiden zwangsläufig weniger Osteoklasten den programmierten Zelltod und sorgen damit für einen erhöhten Knochenabbau.

Hemmung durch Leptin

Zu den geschilderten peripheren Faktoren tritt ein Steuerungsfaktor, der seine Wirkung zentral, also im Gehirn und dort in der Region des Hypothalamus ausübt. Es handelt sich um das Proteohormon Leptin, ein 16 kD-Proteohormon, das Produkt des so genannten "obese gene" ist. Leptin wirkt nicht direkt auf Osteoblasten. Es wird von Fettzellen gebildet und bindet an spezifische Rezeptoren im ventromedialen Hypothalamus, dessen Wirkung auf die Knochenbildung es wiederum über den Sympathikus vermittelt. Osteoblasten haben demnach keine Leptin-Rezeptoren, wohl aber b2-Adrenozeptoren.

Leptin hemmt die Knochenbildung, es wirkt appetithemmend und erhält die Gonadenfunktion. Die Leptin-Wirkung verknüpft also physiologisch die Knochen- mit der Fettmasse. Es ist eine schon lange bestehende klinische Beobachtung, dass übergewichtige Patienten, bei denen ein Leptin-Rezeptordefekt oder eine unzureichende Leptin-Produktion vorliegen, statistisch signifikant weniger häufig an Osteoporose erkranken als normalgewichtige Patienten, da die hemmende Leptin-Wirkung auf die Knochenbildung bei Ersteren unterbleibt. Auch wird bei Patienten mit einer Lipodystrophie, also Fettgewebsschwund und unzureichender Leptin-Produktion, ein exzessives Knochenwachstum, sprich: eine Osteosklerose beobachtet.

Klinische Konsequenzen der b2-adrenerg vermittelten Leptin-Wirkung auf die Osteoblasten konnten noch nicht gezogen werden, jedoch wurde in tierexperimentellen Untersuchungen gezeigt, dass b-Adrenozeptor-Agonisten die Knochenmasse reduzieren können, während b-Adrenozeptor -Antagonisten die Knochenmasse erhöhen.

Desmale und chondrale Ossifikation

Die Knochenbildung kann im Körper auf zwei grundsätzlich unterschiedlichen Wegen ablaufen: man unterscheidet die desmale (Osteogenesis membranacea) von der chondralen Ossifikation (Osteogenesis cartilaginea). Während die chondrale Ossifikation von präformiertem Knorpel als Leitstruktur für den späteren Knochenaufbau ausgeht, wandeln sich bei der desmalen Ossifikation mesenchymale Bindegewebszellen direkt in Osteoblasten um, die dann die Produktion der Knochenmatrix aufnehmen.

Die Umwandlung der mesenchymalen Zellen in Osteoblasten geht einher mit der Zunahme der Basophilie sowie der Größe des Golgi-Apparates als Ausdruck ihrer steigenden Sekretionsleistung. Die Ausrichtung der Osteoblasten erfolgt parallel zur Oberfläche der neu gebildeten Knochenbälkchen. Die Verlaufsrichtung der Kollagenfasern hingegen ist ungerichtet, so dass ein dichtes Geflecht entsteht (Geflechtknochen).

Die desmale Ossifikation ist die häufigste Art der Knochenbildung. Sie läuft nicht nur bei allen Knochenfrakturen im Bruchspalt ab. Mit ihrer Hilfe wird auch die perichondrale Knochenmanschette der Röhrenknochen im Bereich der Diaphyse gebildet. Durch desmale Ossifikation werden typischerweise die Deckknochen des Schädels, also Schläfenbein (Os temporale), Scheitelbein (Os parietale), Hinterhauptsbein (Os occipitale), Ober- und Unterkiefer (Maxilla und Mandibula), ganz oder teilweise gebildet.

Im Bereich der Schädelknochen lässt sich schließlich ein dreischichtiger Aufbau erkennen: in der Mitte eine Knochenschicht mit schwammähnlicher (spongiöser) Struktur, innen und außen jeweils eine dichte Lamina compacta interna und externa. Die Entstehung der beiden letzteren Schichten ist darauf zurückzuführen, dass in ihnen der Knochenaufbau im Vergleich zum Knochenabbau überwiegt. Das restliche Bindegewebe an der Oberfläche der Knochenlamellen bildet sich zu den Knochenhäuten um, also die den Knocheninnenraum auskleidenden Gewebetapeten (Endost) und die den Knochen umgebende bindegewebige Haut (Periost).

Um- und Abbau über Knorpel

Die chondrale Ossifikation benutzt ein Knorpelmodell als Gerüst, auf dessen Oberfläche Knochen neu gebildet und Knorpel abgebaut wird. Es erfolgt jedoch keine Umwandlung von Knorpel in Knochen, vielmehr wird der Knorpel nach seinem Abbau durch Knochen ersetzt.

Die für die Bildung von langen und kurzen Knochen charakteristische chondrale Ossifikation baut auf zwei Teilvorgängen auf, der perichondralen Ossifikation rings um die Schaftanteile des Knorpels und der enchondralen Ossifikation, die am Übergang zwischen dem Mittelstück des Röhrenknochens, der Diaphyse, und den Knochenenden, den Epiphysen stattfindet.

Die perichondrale Knochenmanschette im Bereich der Diaphyse läßt den unter ihr liegenden Knorpel langsam degenerieren; er hypertrophiert zum so genannten Blasenknorpel, später verkalkt er zunehmend. Durch die Osteoklastentätigkeit wird die Knochenmanschette perforiert. Blutgefäße sprossen durch die Knochenöffnungen ein und breiten sich unter der Knochenmanschette aus. Durch Um- und Abbauvorgänge von Knorpel und neu gebildetem Knochen entsteht im Inneren des Knochens eine Höhle, die primäre Markhöhle. Vom fünften Embryonalmonat an wird daraus die sekundäre Markhöhle gebildet.

Weist ein Röhrenknochen noch Längenwachstum auf, verfügt er mit der Reservezone, der Proliferations-, Resorptions- und Verknöcherungszone über charakteristisch gestaltete Umbauzonen: Die Chondrozyten der Verknöcherungszone produzieren Vascular Endothelial Growth Factor (VGEF) und regen damit das Einwachsen von Blutgefäßen in die eröffneten Knorpelhöhlen an. Hierdurch werden auf dem Blutwege sowohl hämatopoetische Stammzellen als auch Osteoblastenvorläuferzellen in den degenerierenden Knorpel eingetragen. Die Osteoblastenvorläuferzellen differenzieren sich zu Osteoblasten, die sich dann auf den Knorpelresten auflagern und mit der Knochenbildung beginnen.

Das von der Epiphyse in Richtung Diaphyse stattfindende Längenwachstum eines Knochens ist dann beendet, wenn sich sekundäre Verknöcherungskerne im hyalinen Knorpel der Reservezone bilden. Der gesamte Knorpel der Reservezone wird durch das radiäre Wachstum des sekundären Verknöcherungskerns aufgebraucht. Nur der Gelenkknorpel und eine schmale Knorpelzone im Bereich der Epiphysenfuge bleiben bestehen.

Das Längenwachstum der Knochen steht unter der Kontrolle des Wachstumshormons STH (Somatotropes Hormon), das allerdings nicht direkt wirkt, sondern in der Leber die Synthese von Insulin-like Growth Factor (IGF)-1 (frühere Bezeichnung: Somatomedin C ) induziert. IGF-1 fördert das Längenwachstums des Knochens durch Stimulation der Chondrozyten in der Proliferations- und Resorptionszone der Epiphyse.

Druck und Zug

Auch der in der Epiphyse gebildete Knochen ist zuerst ein Geflechtknochen mit ungeordnetem Faserverlauf. Er wird erst später zu so genanntem Lamellenknochen umgebaut. Die Baueinheit des Lamellenknochens ist das Osteon, ein konzentrisches Gebilde, das aus einem gefäß- und nerventragenden Zentralkanal und ringförmig darum angeordneten Knochenlamellen, den so genannten Speziallamellen, besteht.

Zwischen den Lamellen liegen die eingemauerten Osteozyten, die im Knochen mit langen Zellausläufern miteinander in Kontakt treten. Die Fasern in diesen Lamellen sind in wechselndem Drehsinn angeordnet, je stärker die Kraft, die auf den betreffenden Knochen einwirkt, desto steiler der Kollagenfaserverlauf. Es liegt also wie im Falle der Knochentrabekel ein gerichteter, trajektorieller Verlauf vor.

Synathrosen und Diarthrosen

Knochengelenke können entweder kontinuierlich (Synarthrosen) oder diskontinuierlich (Diarthrosen) sein. Bei Synarthrosen, der ununterbrochenen und unbeweglichen Verbindung zweier Knochen ohne Gelenkhöhle, ist der Zwischenraum zwischen benachbarten Knochen entweder durch straffes Bindegewebe (Syndesmose), durch Knorpel (Synchondrose) oder durch Knochen (Synostose) überbrückt. Die diversen Synartrosen können sich während ihrer Entwicklung zum Teil ineinander umwandeln. So werden die Syndesmosen der Schädelnähte beim Fetus, die während des Durchtritts des Kopfes durch den Geburtskanal die Beweglichkeit der Deckknochen des Schädels sicherstellen, während der Adoleszenz zu Synostosen. Synchondrosen sind beispielsweise die Knorpelscheiben zwischen Wirbelkörpern (Bandscheiben) oder der Symphysis pubica (Schambeinfuge).

Bei den Diarthrosen umhüllt eine Gelenkkapsel den Spalt zwischen zwei benachbarten Knochenenden und bildet dadurch eine Gelenkhöhle, die oft auch taschenförmige Ausbuchtungen (Bursae) haben können. In der Gelenkhöhle befindet sich Flüssigkeit, die Synovia, die reich an dem Glykosaminoglykan Hyaluronsäure ist. Die Gelenkkapsel ist aus einer äußeren straffen, faserigen (Stratum fibrosum) und einer inneren, Synovia produzierenden Schicht (Stratum synoviale) aufgebaut. Das Stratum synoviale enthält zwei Zelltypen (A- und B-Typ), die elektronenmikroskopisch unterscheidbar sind und die Bestandteile der Synovia synthetisieren.

Während die A-Zellen eher Makrophagen ähneln, stehen die B-Zellen den Fibroblasten näher. Bei rheumatischen Erkrankungen vermehren und vergrößern sich diese Zellen auf Grund der Ausschüttung entzündungsfördernder Zytokine von aktivierten, eingewanderten T- und B-Lymphozyten. Unter dem Einfluss der Zytokine beginnen die Zellen des Stratum synoviale Enzyme (Kollagenase oder Metalloproteinasen) zu sezernieren, die zur Knorpel- und Knochenzerstörung im Gelenk führen. Da die Knochenenden mit Gelenkknorpel bedeckt sind, der über keine Regenerationsschicht (Perichondrium) verfügt, können Schäden des Gelenkknorpels auch durch nachwachsenden Knorpel nicht ausgeglichen werden und bestehen dauerhaft fort.

Man unterscheidet einfache Diarthrosen, wenn nur zwei Knochenenden miteinander artikulieren, beziehungsweise zusammengesetzte Diarthrosen, wenn mehr als zwei Knochen in der Gelenkhöhle Kontakt aufnehmen, zum Beispiel im Falle des Ellenbogengelenks.

Wird durch das große Ausmaß des Bewegungsumfanges ein mechanischer Ausgleich nötig, finden sich zwischengelagerte Knorpelkappen oder Knorpelringe, die als "wandernde Gelenkpfannen" einen natürlichen Bewegungsausgleich an den Gelenkflächen vermitteln und so den Verschleiß des Gelenkknorpels vermindern. Beispiel für eine Knorpelkappe ist der Discus articularis des Kiefergelenks, als C-förmige Knorpelringe sind die Menisci des Kniegelenks ausgebildet. Werden die Menisci geschädigt oder müssen operativ entfernt werden, dann ist die Wahrscheinlichkeit einer Degeneration des Kniegelenksknorpels deutlich erhöht.

 

Nach einem Vortrag beim Pharmacon 2003 in Davos und bei der Zentralen Fortbildungsveranstaltung 2003 der Landesapothekerkammer Rheinland-Pfalz in Trier.

 

Literatur

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  10. Waldeyer (Hrsg: Fanghänel, J., Pera, F., Nitsch, R.,) Anatomie des Menschen, de Gruyter, 17. Auflage, Berlin (2003).

 

Anschrift des Verfassers:
Privatdozent Dr. Thomas Beck
Institut für Anatomie
Gertrudenstraße 9
18057 Rostock
thomas.beck@medizin.uni-rostock.de

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