Aufbau der Knochen

Entscheidend für die Qualität - also auch für die Stabilität - unserer Knochen ist ihre Struktur. Der Knochen besteht aus verschiedenen Gewebearten unterschiedlicher Zusammensetzung, je nach Funktion und Position im Körper.

Unter der Knochenhaut der Röhrenknochen liegt eine feste Wand (Corticalis), eine starke und kompakte Struktur aus Gewebefasern. Das ist, was wir als Knochen kennen und spüren. Gehen wir weiter nach innen, findet sich ein schwammartiges Knochengewebe aus feinen Bälkchen: das trabekuläre Knochengewebe, die Spongiosa. Und genau hier setzt die Osteoporose zunächst an - Sie kennen das Sprichwort 'Eine Kette ist so stark wie ihr schwächstes Glied', das gilt auch hier. Im Inneren erfolgt der Angriff auf die Knochensubstanz, erste » Mikrofrakturen bilden sich und hier schreitet der Abbau (weitgehend) unsichtbar und still voran. Über eine » Knochendichtemessung lassen sich erste Anhaltspunkte erkennen. Wir wollen Ihnen einen Blick in das Innere unserer Knochen bieten...

Die Stabilität und Funktion der Knochen wird maßgeblich bestimmt durch:

  • die feste Wand - Corticalis genannt
  • die feinen Strukturen an Knochenbälkchen im Inneren -
    genannt Trabekel, die zusammen die Spongiosa bilden

Die Struktur unserer Knochen: Querschnitt Röhrenknochen » zum Vergrößern bitte Bild anklicken

 

Osteoporose: Wie verändern sich Spongiosa, Trabekel und Knochenbälkchen?

knochen-trabekel-corticalis.jpg

Die Spongiosa liegt im Inneren des Knochens (zu finden vor allem in den Röhrenknochen, wie z.B. dem Oberschenkel). Das Knochengewebe ist hier ein schwammartiges aufgebautes System aus feinen Knochenbälkchen (Trabekeln). Diese Knochenbälkchen bilden Hohlräume, in denen sich das Knochenmark befindet. Das Knochenmark wiederum ist entscheidend für die Neubildung von Zellen.

Auch wenn Spongiosa bzw. Trabekel (Knochenbälkchen) hinsichtlich der Knochenmasse oder Knochendichte nur einen Bruchteil im Verhältnis zur Knochenwand (Corticalis) ausmachen, stellen sie einen wesentlichen Beitrag zur Stabilität. Spongiosa bzw. Trabekel ermöglichen mit wenig Knochensubstanz und einem gleichzeitig relativ geringem Gewicht eine hohe Stabilität des Knochens. Es ist ein Leichtbauprinzip.

Trabekel, das sind feine Strukturen aus Knochengewebe mit denen der Innenraum vieler Knochen aufgebaut ist. Diese Strukturen befinden sich in einem ständigen Umbau - was auch als Anpassung auf die jeweiligen, individuellen  Belastungen verstanden werden kann. Ein voll mit Knochenmasse gefüllter Knochen könnte bei weitem nicht die Funktion erfüllen, wie die Kombination aus einer festen Außenwand und einer vernetzen, leichten Innensubstanz. Durch die Trabekel-Bauweise bieten sich deutliche Vorteile im Vergleich zu einer kompakten Struktur, unter anderem:

  • Reduzierte Menge an Substanz bei gleicher Stabilität

  • Reduziertes Gewicht

  • Möglichkeit zur dynamischen Anpassung der Statik

  • Flexibel bei unterschiedlichen Belastungssituationen (an Stellen mit erhöhter Belastung finden sich entsprechend dicht vernetzte Trabekel)

  • In den Zwischenräumen kann das empfindliche Knochenmark Platz finden

  • Große Oberfläche für intensiven Stoffwechsel

  • leichte Möglichkeit auf Mikrofrakturen zu reagieren und diese durch Osteoblasten und Osteoklasten wieder zu reparieren

 

Diese innenliegenden, feinen, miteinander vernetzten Bälkchen spielen eine wichtige Rolle hinsichtlich der allgemeinen Stabilität der Knochen: Sie bilden ein inneres Gerüst im Knochen, das für Statik, Struktur und Stabilität (mit)verantwortlich ist. Und gerade diese kleinen Bälkchen sind es, die oft zuerst von Osteoporose betroffen sind; sie werden porös, dünner und sind dadurch weniger stabil – das bedeutet Verlust an Struktur und Stabilität. Zudem werden sie anfälliger für Mikrofrakturen.

Mittlerweile gehen Mediziner davon aus, dass der (früher vermutete extrem hohe) Beitrag zur Stabilität nicht mehr alleine entscheidend ist. Aber es ist nach wie vor der Beitrag zum Stoffwechsel innerhalb des Knochens, der diese Struktur so wertvoll macht - die netzartige Struktur bietet eine sehr hohe Oberfläche, was auch eine hohe Möglichkeit zum Stoffwechsel bietet. Dabei muss der Stoffwechsel nicht unbedingt immer hoch sein, genauso wie der Knochenumbau nicht immer auf vollen Touren laufen muss - entscheidend ist die Möglichkeit der Anpassung, wenn sie gefordert wird.

Die Anpassungsfähigkeit dieses Gewebes, also beispielsweise die Möglichkeit sich spezifischen Belastungssituationen folgend aufzubauen ist entscheidend - die Struktur und Ausrichtung unterliegt dabei einem ständigen Umbau. Bei der Betrachtung unter dem Mikroskop erkennt man beispielsweise, dass sich die Knochenbälkchen dem Verlauf der belastenden Kräfte anpassen - an Stellen mit erhöhter Belastung finden sich entsprechend dichter vernetzte Trabekel. Diese Anpassungsfähigkeit nutzt auch das Training bei Osteoporose, bei dem durch Belastung ein » Anreiz zum Aufbau geschaffen wird.

 

Mikrofrakturen

Wenn, wie bei einem gesunden Knochen, die » Reparaturmechanismen intakt sind, können durch z.B. Überlastung entstandene Mikrofrakturen schnell durch Osteoblasten (Aufbau-Zellen) und Osteoklasten (Abbau-Zellen) wieder repariert werden. Bei Osteoporose ist eben dieser Umbau bezüglich der Anpassung an die Belastung und an Reparaturaufgaben kritisch, da er gestört ist.

Aus einer Mikrofraktur wird eine größere, die schreitet unmerklich voran, eine weitere kommt hinzu, die nächsten Trabekel brechen - und so entwickelt sich langsam, im Lauf von Monaten eine immer deutlicher werdene Instabilität (vgl. » Ursachen, hier zeigen wir, wie die Instabilität voran schreitet) . Diese Mikrofrakturen kann man sich als den Anfang einer größeren Fraktur vorstellen.

Das Verständnis der Mikrofrakturen ist ein wesentlicher Teil zum Verständnis der Osteoporose. Es gibt eine Definition der Fraktur (Knochenbruch) als akute Unterbrechung des Knochens. Osteoporostische Frakturen (ohne Trauma z.B. Sturz) hingegen entwickeln sich langsam - osteoporostische Frakturen sind die Summe von Mirkofrakturen, die nicht ausrechend repariert wurden. 

Wirbelkörper

Die Wirbelsäule ist die senkrechte Achse des menschlichen Körpers. Um sie herum gliedern sich verschiedene Skelett-Teile (Kopf, Rippen, Becken, Arme und Beine), sie hält uns aufrecht und gibt uns gleichzeitig Bewegungsspielraum. Diese Flexibilität wird durch den Aufbau der Wirbelsäule ermöglicht, sie besteht aus mehreren festen und mehreren beweglichen Elementen: Wirbelkörper, Bandscheiben, Bänder. Nur im Zusammenspiel ist die Bewegung über die Muskulatur bei gleichzeitigen Halt möglich. Und der stabile Halt ist es, der bei einem Bruch der Wirbelkörper nachgibt - wird die Last zu groß, bricht der Wirbel. Eine Fraktur der Wirbelkörper kann sehr schmerzhaft sein. Doch damit nicht genug, es ist nur mit großem operativen Aufwand möglich eine solche Fraktur zu stabilisieren.

Wenn wir einen Blick in das Innere eines Wirbels werfen, sehen wir warum auch hier die feinen Trabekel eine bedeutende Rolle spielen...

Spongiosa, Trabekel, Knochenbälkchen im Wirbelkörper Spongiosa, Trabekel, Knochenbälkchen bei Osteoporose

Knochen-Qualität

Osteoporose ist aber mehr als nur eine zu niedrige Knochenmasse oder -dichte, sie ist auch eine Frage der Knochen-Qualität. Lassen Sie uns dies an einem Haus als Beispiel veranschaulichen: Die Tragfähigkeit und Belastbarkeit hängt nicht nur von wenigen dicken Hauptträgern und Wänden ab, vielmehr ist die Konstruktion bis ins Detail, die Vernetzung, die Qualität der Baumaterialien und vor allem die regelmäßige Wartung wichtig. Dann hält das Haus und die Statik stimmt. Osteoporose beim Knochen basiert auf drei gleichzeitig vorliegenden Veränderungen des Knochengewebes:

  • niedrige Knochendichte

  • mangelhafte Reparaturmechanismen

  • minderwertige Knochensubstanz

Mikrofrakturen, wenn sie beim » Knochenumbau nicht ausreichend repariert werden, sind wesentlicher Teil zur Entwicklung einer Osteoporose. Dabei lässt die Qualität des Knochens langsam und kontinuierlich nach, die Knochen-Struktur wird instabiler...

Spongiosa und Trabekel - ein Leichtbauprinzip

Die Knochenstruktur mit Spongiosa und Trabekeln (Knochenbälkchen) wird oft mit einem Leichtbauprinzip verglichen. Dieses Leichtbauprinzip ermöglicht die Einsparung an Knochensubstanz bei ausreichend hoher Stabilität.

Der Eiffelturm gilt als ein von der Natur inspirierter Leichtbau, Vorbild für seine Konstruktion waren die Knochenbälkchen der Knochen. Leichtbau ist eine natürliche Konstruktionsweise, die eine optimale Einsparung an Gewicht zum Ziel hat. Das gilt nicht nur in der Architektur, das gilt auch beim Knochen. Entscheidend ist das engmaschig vernetzte Gerüst, wobei im Knochen die meisten Trabekel entlang der wichtigsten Belastungslinien angeordnet sind. Und dabei ist aber auch ein Element vom anderen abhängig. Bricht ein Trabekel, müssen die die anderen die Last mittragen.

Dies ist auch entscheidend für das Verständnis von » Knochenmasse und Knochendichte. Auch wenn Spongiosa bzw. Trabekel (Knochenbälkchen) nur einen Bruchteil (ca. 10-15 Prozent) im Verhältnis zur Knochenwand ausmachen, stellen sie einen wesentlichen Beitrag zur Stabilität. Daher weisen bei der Interpretation der » Knochendichtemessung bereits geringe Abweichungen auf ein hohes Risiko hin.

» Belastung stärkt