Osteogenese: Wie wachsen Knochen?

Osteogenese ist der biologische Prozess der Knochenbildung und des Knochenwachstums. In diesem Artikel erfährst du alles Wissenswerte darüber!

Geschrieben und geprüft von dem Chirurgen Gilberto Adaulfo Sánchez Abreu.

Letzte Aktualisierung: 04. August 2022

Die Osteogenese ist der biologische Prozess der Bildung von Knochengewebe. Im Wesentlichen geht es darum, wie Knochen wachsen. Dieser Prozess beginnt in der achten Woche der Embryonalentwicklung. Darüber hinaus läuft die Ossifikation auch bei der Reparatur eines Knochenbruchs ab.

Um den Prozess der Osteogenese zu verstehen, solltest du wissen, dass die Knochen des menschlichen Skeletts aus drei embryonalen Strukturen hervorgehen:

• Mesoderm
• Somiten
• Neuralleiste

Der Prozess der Osteogenese, auch als Ossifikation bezeichnet, beruht auf der Umwandlung von bereits vorhandenem Gewebe in Knochengewebe. Es gibt zwei Mechanismen, mit denen der Körper diese Umwandlung vollzieht:

1. Endochondrale Ossifikation: Dies ist ein komplexerer Prozess, der in zwei Stufen abläuft. Zuerst wird das ursprüngliche Gewebe durch Knorpel ersetzt. Dann wird es verknöchert.
2. Intramembranöse Ossifikation: Hierbei handelt es sich um die direkte Umwandlung des ursprünglichen Gewebes in Knochengewebe.

Schauen wir uns das genauer an.

Osteogenese: Die Physiologie der Knochenbildung und des Wachstums

Wie Knochen wachsen: Embryonale Strukturen

Das Mesoderm ist eine der drei Zellschichten, aus denen sich der gesamte Embryo entwickelt. Am Anfang gibt es drei Zellschichten: eine äußere, eine mittlere und eine innere Schicht. Das Mesoderm ist die Zwischenschicht, aus der die Knochen der Gliedmaßen entstehen.

Die Somiten sind embryonale Übergangsstrukturen, die für die Entwicklung der für Wirbeltiere charakteristischen segmentierten Strukturen grundlegend sind. Außerdem sind die Somiten der Ursprung der Knochen, die Teil der zentralen Achse des Körpers oder des Achsenskeletts sind. Dazu gehören das Zungenbein, die Rippen, die Wirbelsäule, das Brustbein sowie die Schädel- und Gehörknochen.

Die Neuralleiste ist eine vorübergehende Zellformation, die typisch für die frühen Entwicklungsstadien ist. Ihr Hauptmerkmal ist die pluripotente Natur ihrer Zellen. Mit anderen Worten: Aus den Zellen der Neuralleiste kann praktisch jede Art von endgültiger Struktur des Körpers entstehen. Aus ihnen entstehen zum Beispiel sowohl Schädelknochen als auch Knorpel.

Osteogenese: Endochondrale Ossifikation

Der Prozess der endochondralen Ossifikation ist gekennzeichnet durch die Bildung von Knorpel aus embryonalem Gewebe und dessen anschließende Verknöcherung, die zum Knochenwachstum führt.

Insgesamt lässt sich dieser Prozess in fünf Phasen unterteilen:

1. Zunächst exprimieren die Zellen zwei Transkriptionsfaktoren: PAX 1 und Scleraxix, die für die Aktivierung der Gene wichtig sind, welche die ursprünglichen Zellen in Knorpel umwandeln. Dies wird dadurch ermöglicht, dass einige Zellen benachbarte Zellen auf parakrine Weise dazu veranlassen, dies zu tun.
2. Die Zellen, die die notwendigen Gene exprimiert haben, schließen sich dann zusammen und werden zu Chondrozyten.
3. Diese Chondrozyten vermehren sich sehr schnell und bilden so eine Art “Form” für den zukünftigen Knochen.
4. Dann wird die Vermehrung gestoppt und die Chondrozyten nehmen an Größe zu. Diese Chondrozyten verändern auch die Bestandteile, die sie für die Bildung der Matrix freisetzen, die dank des Kalziumkarbonats verkalken kann.
5. Schließlich wird die Knorpelform von den Blutgefäßen durchzogen, die sich gerade bilden. Die Chondrozyten sterben nach und nach ab und werden durch Osteoblasten ersetzt.

Osteoklasten sind Zellen, die für die Zerstörung des Knochens zuständig sind und deren Aktivität immer im Gleichgewicht mit der Aktivität der Osteoblasten gehalten werden muss. Denn die korrekte Bildung und das Wachstum der Knochen hängen von diesem Gleichgewicht ab.

Osteogenese: Intramembranöse Ossifikation

Die Bildung und das Wachstum der flachen Schädelknochen erfolgt durch den Prozess der intramembranösen Verknöcherung. Dieses Wachstum findet innerhalb einer Bindegewebsmembran statt.

Einige der Zellen in dieser Membran werden zu Osteoblasten, den Zellen, die die Knochenmatrix bilden. Andere wiederum werden zu Zellen, die einen Teil der kleinen Blutgefäße bilden, die die Knochen durchspülen.

Die Osteoblasten gruppieren sich zu einem so genannten Ossifikationszentrum, um das herum sich allmählich der Knochen bildet. Diese Zellen synthetisieren und sondern Bestandteile ab, die für die Bildung einer Matrix notwendig sind, welche Kalziumsalze aufnehmen kann.

Was passiert, wenn das Knochenwachstum fehlerhaft abläuft?

Osteogenesis imperfecta

Wenn der Prozess der Osteogenese (des Knochenwachstums) nicht richtig abläuft, liegt eine Osteogenesis imperfecta vor, die auch als Glasknochenkrankheit bezeichnet wird. Die Glasknochenkrankheit ist eine genetische Erkrankung, die durch eine übermäßige Brüchigkeit der Knochen gekennzeichnet ist.

Die Betroffenen leiden neben anderen Symptomen ständig unter Knochenbrüchen. Darüber hinaus können sie z. B. an Dentinogenesis imperfecta oder an blauen Skleren leiden.

Die Krankheit entsteht durch Mutationen, die Kollagen, einen wichtigen Bestandteil der Knochenmatrix, verändern. Der Mangel an dieser Substanz ist für die übermäßige Brüchigkeit der betroffenen Knochen verantwortlich.

Aufgrund der geringen Zahl der Betroffenen ist diese Krankheit selten. Außerdem hat sie eine sehr unterschiedliche Prognose, da es verschiedene Schweregrade gibt. Auch der Verlauf der Krankheit selbst ist von Patient zu Patient sehr unterschiedlich und hängt von vielen Faktoren ab.

Es gibt keine spezifische Methode, um die Glasknochenkrankheit zu diagnostizieren. Vielmehr wird die Krankheit in der Regel anhand der Krankengeschichte und durch körperliche Untersuchung des Patienten diagnostiziert. Möglicherweise können Ärzte die Krankheit durch eine Analyse des Hautkollagens oder durch genetische Methoden leichter erkennen.

Es gibt auch keine Behandlung für diese Krankheit, abgesehen von der Symptomkontrolle. Fachärzte/innen empfehlen körperliche Übungen, Physiotherapie, die Einnahme von Schmerzmitteln und in einigen Fällen eine Operation.