Osteoklasten: Aufbau und Funktion

Osteoklasten sind spezialisierte Zellen, die eine entscheidende Rolle im Knochenstoffwechsel spielen. Außerdem spielen sie eine Rolle bei verschiedenen Erkrankungen des Knochens. Dieser Artikel beschreibt den Aufbau und die Funktion dieser wichtigen Zellen.

Osteoklasten – Definition

Osteoklasten sind spezialisierte Zellen, die für den Abbau von Knochengewebe verantwortlich sind. Sie spielen eine zentrale Rolle im Knochenstoffwechsel, indem sie Knochensubstanz resorbieren und dadurch den Umbau und die Reparatur von Knochen ermöglichen.

Osteoklasten – Aufbau

Der Knochen besteht hauptsächlich aus dem Mineral Hydroxylapatit, bestimmten Calciumphosphatsalzen. Diese Mineralsubstanz wird von den Osteoblasten aufgebaut. Zusätzlich besteht die Knochengrundsubstanz auch noch aus anderen Ionen (Magnesium, Fluorid) und organischen Materialien, wie dem Kollagen Typ I.

Osteoklasten sind mehrkernige Fresszellen (Makrophagen) im Knochengewebe des Menschen. Sie sitzen in sogenannten Howship-Lakunen in der Pars spongiosa des Knochens und in der Pars compacta in Basic Multicellular Units (BMU), in der sie sich als Gruppe von Fresszellen sammeln und ein Loch in die kompakte Schicht des Knochens fressen.

An der Seite, die zum Knochen gewandt ist, ist die Zellmembran eingefaltet, was die Resorptions- und Sekretionsfläche vergrößert. Diese wird als ruffled border bezeichnet. Sie sind reich an Mitochondrien, da der Knochenumbau einen großen Energiebedarf hat und haben viele Lysosomen, die unter anderem für die Verstoffwechselung von Abfallprodukten wichtig sind.

Osteoklasten – Funktion

Osteoklasten sind wichtige Akteure im Stoffwechsel der Knochen und für deren Abbau verantwortlich. In der Pars spongiosa des Knochens liegen sie in Howship-Lakunen, in die sie sich gegraben haben und stellen an ihrer Innenseite aus Kohlensäure Bikarbonat her. Bikarbonat wird gegen Chlorid-Ionen getauscht und über Chlorid-Kanäle an die äußere Matrix abgegeben. Gleichzeitig entstehen aus der Kohlensäure durch das Enzym Carboanhydrase Protonen, die über eine Pumpe auch nach außen geschleust werden. Protonen reagieren in Lösung mit Chlorid als Salzsäure (HCl) und sind für das Zersetzen der anorganischen Knochensubstanz zuständig. Die Organische Substanz wird von lysosomalen Enzymen, die auch von den Osteoklasten ausgeschieden werden, abgebaut.

Ein wichtiges Prinzip im Knochen ist das Modeling, beziehungsweise das Remodeling. Beim Modeling arbeiten Osteoblasten und Osteoklasten nicht gemeinsam an einer Stelle, sondern führen an anderen Stellen unterschiedliche Arbeiten aus. Das ist zum Beispiel beim Knochenwachstum der Fall. Das Remodeling ist durch eine gemeinsame Arbeit von Blasten und Klasten gekennzeichnet. Hier kommen die weiter oben schon erwähnten Basic Multicellular Units (BMU) zum tragen. In diesen Einheiten arbeiten die Zellen zusammen an einer “Baustelle”. Durch das Remodeling soll eine Homöostase erhalten bleiben, also ein Gleichgewicht im Auf- und Abbau, was beispielsweise bei dem Austausch gegen altes Knochengewebe zum Tragen kommt.

Osteoklasten – Regulation

Osteoklasten entstehen aus Vorläuferzellen des Blutes, was sie von anderen Zellen im Knochengewebe unterscheidet. Die Bildung wird von den Osteozyten des Knochens reguliert, indem sie mit einem Lockstoff diese Vorläuferzellen an die modellierende Stelle rufen. Diese differenzieren sich zunächst zu einkernigen Osteoklasten und fusionieren danach miteinander. Für die Aktivierung sorgt eine Interaktion des Rezeptors RANK der Osteoklasten mit dem Liganden RANKL der Osteozyten oder Osteoblasten. Soll der Knochenabbau verhindert werden, stellen die Osteozyten Osteoprotegerin (OPG) her, welches die Interaktion von RANKL und RANK verhindert.

Verschiedene Hormone regulieren auch den Knochenabbau. Parathormon, das in den Nebenschilddrüsen gebildet wird steigert zum Beispiel die Synthese von RANKL in den Osteozyten und fördert somit den Abbau von Knochengewebe. Östrogene dagegen bieten einen Schutz vor Zersetzung von Knochengewebe. Auch Calcitonin, das in den C-Zellen der Schilddrüse gebildet wird, hemmt den Knochenabbau durch die Osteoklasten.

Osteoporose

Osteoporose ist eine systemische Erkrankung, bei der es zum Verlust von Knochensubstanz kommt, was ein höheres Risiko für knöcherne Frakturen zur Folge hat. Mit zunehmendem Alter nimmt die Knochenmasse ab. Besonders ältere Frauen sind von Osteoporose betroffen, da bei ihnen nach der Menopause der Östrogenspiegel sinkt und Östrogene einen Schutz vor dem Abbau von Knochengewebe schützen kann. Außerdem können hohe Blutzuckerspiegel und mangelnde Bewegung sich negativ auf die Homöostase im Knochen auswirken.