Knochen wird ständig ab- und aufgebaut. So wie alle anderen Gewebe des Körpers auch.
Dies ist ein biologisch sinnvoller Mechanismus, weil alle Gewebe einer „Materialermüdung“ durch Verschleiß unterliegen. Nicht nur der Knochen, der gesamte Körper ist ein System in Dauerreparatur. Die Fähigkeit zur Selbstreparatur unterscheidet ein biologisches System (den menschlichen Körper) von einem mechanischen System (einer Maschine).
Zwischen 1860 und 1890 wurden die Knochenzellen entdeckt. Osteoklasten bauen Knochen ab. Dabei graben sie Gruben in den Knochen, sog. Resorptionslacunen. Osteoblasten bauen Knochen auf. Sie produzieren zunächst eine Grundsubstanz (Osteoid), die dann mineralisiert wird, d.h. in die Calcium eingelagert wird.
Knochen lebt – er baut sich ständig um
Kraftspitzen sind der Wachstumsreiz
Hormone modulieren
Maximalbelastung, Kraftspitzen durch Muskelkontraktionen, sind der wesentliche Reiz dafür, dass der Knochenaufbau durch Osteoblasten größer ist als der Abbau durch Osteoklasten. Hormone spielen dabei eine modulierende, aber untergeordnete Rolle.
Knochen liegt in zwei verschiedenen Strukturen vor. Der kompakte Knochen, die „Compakta“, bildet die harte Röhre z.B. des Oberschenkel-Knochens. Der netzartige Knochen, die „Spongiosa“, liegt im Inneren der Kompakta, und zwar im Bereich der Knochenteile, welche die Gelenke bilden, und in den Wirbelkörpern.
Die Spongiosa stützt die Gelenkflächen ab und überträgt die auftretenden Kräfte auf die Kompakta. Die geometrische Anordnung der Spongiosa folgt den Kraftlinien, die durch ein Gelenk wirken. Diese Kraftlinien werden Trajektorien genannt. Die gesamte Knochenmasse besteht etwa zu 80% aus Kompakta und zu 20% aus Spongiosa.
Wieviel Knochenmasse wird pro Jahr umgesetzt, d.h. ab- und wieder aufgebaut (bone turnover rate)? Der Knochenumsatz hängt von der körperlichen Aktivität ab, d.h. von der mechanischen Belastung des Knochens durch Muskelkräfte. Frost schätzt den jährlichen Knochenumsatz zwischen 2-200%. Dabei bedeuten 100%, dass das gesamte Skelett pro Jahr komplett ab- und wieder aufgebaut wird. 200% bedeuten, dass das gesamte Skelett alle 6 Monate komplett ab- und wieder aufgebaut wird.
Die Belastung bestimmt wie schnell sich der Knochen erneuert
Als Mittelwerte gibt Frost folgende Zahlen an:
- 12% der gesamten Knochenmasse wird pro Jahr komplett erneuert
- 4% der Erneuerung betrifft die Kompacta
- 30% betrifft die Spongiosa.
Die hohe Umsatzrate der Spongiosa ergibt sich aus dem Umstand, dass die gelenktragende Spongiosa höheren Belastungen unterliegt, stärker verschleißt und deswegen umfangreichere Reparaturen benötigt.