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Grundlagen des Knochenstoffwechsels
Knochengewebe besteht aus Zellen der Binde- und Stützgewebe, die in eine extrazelluläre Matrix eingebettet sind. Die extrazelluläre Matrix ist aus organischen Substanzen (v.a. Kollagen Typ I, aber auch Proteoglykane und Glykoproteine) – diese machen ca. 30 % aus – und anorganischen Substanzen, insbesondere Calcium und Phosphat in Form von Hydroxylapatitkristallen, aufgebaut. Letztere machen ca. 70 % der Knochensubstanz aus und verleihen dem Knochen die erforderliche Druckfestigkeit. Neben seiner Funktion als Teil des Stütz- und Bewegungsapparats dient Knochen auch als großer körpereigener Speicher von Calcium, aber auch von Phosphat. Als lebende Substanz ist Knochen sehr gut mit Gefäßen versorgt und weist einen intensiven Stoffwechsel auf.
Die Rolle des Calciums im Körper kannst du dir hier noch einmal ansehen.
Knochenstoffwechsel
Knochengewebe unterliegt einem kontinuierlichen Prozess von Abbau und Neubildung, der als bezeichnet wird und an dem bestimmte Zellen – Osteoklasten und Osteoblasten – beteiligt sind. Die Aktivität der Zellen wird durch Hormone und Vitamine (z.B. Parathormon, Calcitriol [Vitamin D], Calcitonin, Vitamin A und C, Östrogene, Androgene, Cortisol, Wachstumshormon, Wachstumsfaktoren wie FGF23 und andere Faktoren) koordiniert.
Zusammenwirken von Calcitriol und Parathormon im Calciumstoffwechsel
Calcitriol und Parathormon erhöhen beide den Calciumspiegel, aber über 2 unterschiedliche Mechanismen: Parathormon ist v.a. für die kurzfristige Calciummobilisation zuständig und setzt dafür Calcium aus dem Knochen frei. Um langfristig eine Entkalkung des Knochens zu verhindern, aktiviert es gleichzeitig Calcitriol, das Calcium und Phosphat durch eine verstärkte enterale und renale Resorption gewinnt und den Knochenaufbau fördert.
(Quelle: Huppelsberg, Walter, Kurzlehrbuch Physiologie, Thieme, 2013)
Wirkung von Parathormon, Calcitonin und Calcitriol am Knochen
Die Osteoblasten synthetisieren den Liganden RANK-L und setzen ihn von der Zelloberfläche frei. RANK-L kann an Osteoprotegerin und auch an den Rezeptor RANK in der Plasmamembran von unterschiedlichen Zellen binden. Stammzellen werden durch die Bindung von RANK-L zur Bildung von Osteoklasten angeregt. Diese werden über den NF-κB-Signalweg aktiviert. Sie synthetisieren Proteasen, die nach extrazellulär freigesetzt werden und die die Proteine der Knochengrundsubstanz hydrolysieren. Weiterhin bewirken sie die Ansäuerung des Millieus in der Howship-Lakune, wodurch der Hydroxylapatit aufgelöst wird und Ca2+ und Phosphat freigesetzt werden. Calcitonin wirkt dieser Aktivierung entgegen. Calcitriol steigert zum einen die Expression von Matrixproteinen und calciumbindenden Proteinen, die an der Regulation der Calciumablagerung in der Knochenmatrix beteiligt sind. Zum anderen fördert es die RANK-L-Synthese und reprimiert die Expression des RANK-L-abfangenden Osteoprotegerins, wodurch der RANK-L-Spiegel steigt und die Aktivität der Osteoklasten erhöht wird. Bei gleichzeitiger Calciumzufuhr führen diese Vorgänge zur Knochenmineralisierung, bei Calciummangel aber zur Mobilisierung von Calcium aus dem Knochen. ACY, Adenylatzyklase; NF-κB, Transkriptionsfaktor; PTH, Parathormon; RANK, receptor for activation of nuclear factor kappa; RANK-L, RANK-Ligand
(Quelle: Püschel et al., Taschenlehrbuch Biochemie, Thieme, 2019)
Synthese von Squalen aus aktivierten Isopreneinheiten
(6) 3-Isopentenylpyrophosphat (C5) kondensiert in einer Kopf-an-Schwanz-Kondensation mit 3,3-Dimethylallylpyrophosphat (C5) unter Abspaltung von Pyrophosphat zu Geranylpyrophosphat (C10). Katalysiert wird die Reaktion von der Farnesylpyrophosphat-Synthase (eine Prenyltransferase).
(7) Geranylpyrophosphat kondensiert in einer zweiten Kopf-an-Schwanz-Kondensation mit einem weiteren Molekül 3-Isopentenylpyrophosphat, wobei erneut Pyrophosphat frei wird, zu Farnesylpyrophosphat (C15). Auch diese Reaktion wird von der Farnesylpyrophosphat-Synthase katalysiert.
(8) Farnesylpyrophosphat (C15) kondensiert, katalysiert durch die Squalensynthase, in einer Kopf-an-Kopf-Kondensation mit einem zweiten Molekül Farnesylpyrophosphat (C15) zu Squalen (C30).
Strukturformeln verschiedener Östrogene
17α-Ethinylöstradiol ist die mit einer Ethinylgruppe versehene Form des natürlichen 17β-Östradiols.
(Quelle: Graefe, Lutz, Bönisch, Duale Reihe Pharmakologie und Toxikologie, Thieme, 2016)Die Osteoporose ist ein generalisierter pathologischer Schwund an Knochenmasse mit gestörter Mikroarchitektur und verminderter Dichte und Qualität des Knochens, wodurch es häufig zu Frakturen kommt.
Osteodystrophia deformans (Morbus Paget) ist eine lokalisierte Knochenerkrankung unbekannter Ursache des Erwachsenen mit vermehrtem Knochenumbau und Bildung eines mechanisch minderwertigen Knochens.
Das multiple Myelom ist ein aggressives B-Zell-Lymphom mit monoklonaler Vermehrung von maligne transformierten Plasmazellen im Knochenmark. Diese sezernieren unkontrolliert große Mengen an Paraproteinen, also monoklonale Immunglobuline oder nur deren Leichtketten.
Erhöhter Gesamt-Calcium-Spiegel im Serum. Von Hyperkalzämie spricht man bei einem Serumkalzium > 2,7 mmol/l bzw. ionisiertem Kalzium > 1,3 mmol/l.
Vermindertes Gesamt-Kalzium im Serum. Von Hypokalzämie spricht man bei einem Serumkalzium < 2,2 mmol/l bzw. ionisiertem Kalzium < 1,1 mmol/l.
Eine Hypophosphatämie liegt bei einem Absinken des Serumphosphats auf < 2,5 mg/dl (< 0,8 mmol/l) vor.
Vorhofflimmern ist eine supraventrikuläre Arrhythmie mit unkoordinierter atrialer Erregung und daraus resultierender mechanischer Dysfunktion der Vorhöfe. Es gibt symptomatische und asymptomatische Formen. Gefordert wird eine Dokumentation mittels Oberflächen-EKG (mind. 30 Sekunden in einer 1-Kanal-Aufzeichnung oder vollständiges 12-Kanal-EKG).
Das komplexe regionale Schmerzsyndrom ist ein lokales neuropathisches Schmerzsyndrom einer Extremität mit einem Symptomenkomplex aus motorischen, sensiblen, autonomen und trophischen Störungen, das überwiegend nach (banalen) Verletzungen auftritt, aber nicht auf direkte Traumafolgen zurückgeführt oder dem Innervationsareal eines peripheren Nervs zugeordnet werden kann.
Eine plötzlich auftretende Rötung der Haut im Gesicht und am Oberkörper wird als Flush bezeichnet. Der Flush gehört zu den vasomotorischen Erythemen.
Beim Erbrechen kommt es zu einer retrograden Entleerung von Magen-Darm-Inhalt durch den Mund. Im Unterschied zur Regurgitation erfolgt Erbrechen durch Aktivierung des Brechzentrums.
Diarrhö ist definiert durch Stuhlgänge, die zu häufig (> 3 ×/d), in zu großer Menge (> 250 g/d) und mit zu großem Flüssigkeitsanteil (> 75 % Wasser) auftreten.
Ödeme sind pathologische Flüssigkeitsansammlungen im interstitiellen Raum, die lokalisiert oder generalisiert auftreten können.
Eine Pneumonie ist eine akute Entzündung des Lungenparenchyms, die in erster Linie infektiös (durch Bakterien, Viren, Pilze, Protozoen oder Parasiten) bedingt ist. Man unterscheidet ambulant erworbene Pneumonie (engl. CAP: community-acquired pneumonia), nosokomial erworbene Pneumonie (engl. HAP: hospital-acquired pneumonia) und die Pneumonie bei Immunsupprimierten.
Die Migräne ist eine idiopathische Kopfschmerzerkrankung mit starken einseitigen, rezidivierenden, typischerweise Stunden bis Tage anhaltenden, pulsierenden Schmerzen, verbunden mit vegetativen Begleitsymptomen (Übelkeit und Erbrechen) und einer sensorischen Überempfindlichkeit gegenüber Licht, Geräuschen oder Gerüchen. Eine Migräne kann mit oder ohne Aura auftreten.
Die Hauptmerkmale einer Depression sind eine Veränderung der Affektivität, des Antriebs, sowie ein Freud- und Interessenverlust. Je nach Ausprägung der Symptomatik wird zwischen leichten, mittelgradigen und schweren depressiven Episoden unterschieden. Treten wiederholt depressive Episoden mit symptomfreiem Intervall dazwischen auf, wird von einer rezidivierenden depressiven Störung gesprochen. Dauert eine depressive Episode länger als 2 Jahre, liegt eine chronische Depression vor.
Die Urtikaria ist eine heterogene Gruppe von Erkrankungen mit Ausbildung von Urticae (Quaddeln), Erythem und Juckreiz. Charakteristisch ist die Flüchtigkeit der Urticae (Bestanddauer bis 24 h).
Das Endometriumkarzinom ist ein maligner, epithelialer Tumor des Endometriums.
Als Harnwegsinfektion (HWI) wird die Erregerinvasion, -adhäsion und -vermehrung im Urogenitalsystem mit meist symptomatischer Infektion bezeichnet.
Eine Katarakt ist eine Trübung der Linse, die zur Beeinträchtigung der Sicht führt.
Als Obstipation wird eine Stuhlretention bezeichnet. Eine akute Obstipation ist ein einmaliges Ereignis, während eine chronische Obstipation über mindestens 1 Monat besteht.
Ekzem ist der Oberbegriff für nichtinfektiöse, akute oder chronische Entzündungen der Haut mit typischer Morphologie und Histologie, wobei die Begriffe „Ekzem“ und „Dermatitis“ häufig synonym verwendet werden.
Beim Hypoparathyreoidismus handelt es sich um eine Unterfunktion der Nebenschilddrüsen mit einer Mangelsekretion von Parathormon.
Die Osteomalazie ist eine Hypomineralisation am bestehenden Knochen.
Die Rachitis ist eine Mineralisationsstörung an der Wachstumsfuge und betrifft damit nur Kinder. Sie tritt immer gemeinsam mit einer Hypomineralisation am bestehenden Knochen auf (Osteomalazie).
Beim sekundären Hyperparathyreoidismus (sHPT) handelt es sich um eine reaktive Erhöhung von Parathormon aufgrund niedriger Kalziumspiegel im Serum durch kontinuierliche Stimulation der Nebenschilddrüsen.
„Herzrhythmusstörungen“ (kardiale Arrhythmien) ist der Oberbegriff für alle Rhythmusänderungen, die vom normalen, vom Sinusknoten ausgehenden Herzrhythmus abweichen.
Als erhöht (tachykard) gilt die Herzfrequenz eines Erwachsenen in Ruhe bei Werten > 100/min.
Eine Hyperphosphatämie liegt bei einem Anstieg des Serumphosphats auf > 5,0 mg/dl (> 1,6 mmol/l) vor.
Erhöhte Magnesiumkonzentration im Serum. Von Hypermagnesiämie spricht man bei einem Serummagnesium > 1,6 mmol/l.
Als Alkalose bezeichnet man einen Anstieg des pH-Werts des Blutes auf > 7,44. Es wird zwischen einer respiratorischen und metabolischen Alkalose unterschieden.
Der Begriff „Schwindel“ wird im weitesten Sinne für Gleichgewichtsstörungen, Bewegungsunsicherheiten im Raum sowie für das Gefühl einer nahenden Bewusstlosigkeit verwendet.
Im engeren Sinne meint ein Schwindel die Wahrnehmung einer Scheinbewegung des Patienten zwischen sich und der Umwelt, die gerichtet als Dreh-, Schwank- oder Liftschwindel oder ungerichtet auftreten kann.
Als Schwitzen bezeichnet man die Abgabe von Schweiß durch die Schweißdrüsen.
Erhöhte Kalium-Konzentration im Blut. Von einer Hyperkaliämie spricht man ab einem Serumkalium > 5,0 mmol/l.
Der Begriff „Ileus“ bezeichnet eine Störung der Darmpassage. Je nach Ursache werden ein mechanischer Ileus (mechanisches Hindernis) und ein paralytischer Ileus (Motilitätsstörung des Darms) unterschieden.
Eine metabolische Alkalose entsteht durch eine pH-Erhöhung (Anstieg des pH-Werts des Blutes auf > 7,44) aufgrund metabolischer Störungen.
Die Nephrolithiasis bezeichnet das Vorliegen von Nierensteinen.
Die Sarkoidose ist eine Multisystemerkrankung unklarer Ursache, bei der epitheloidzellige, nicht verkäsende Granulome entstehen. Sie können in jedem Organ auftreten, in ca. 90% d. F. sind die Lunge sowie die Hiluslymphknoten betroffen.
Das Plasmozytom ist eine Sonderform des multiplen Myeloms mit nur einer singulären Osteolyse und ohne Endorganschädigung (CRAB-Kriterien werden nicht erfüllt). Zur Diagnose müssen klonale Plasmazellen bioptisch nachgewiesen werden.
Beim primären Hyperparathyreoidismus handelt es sich um einen Überfunktionszustand der Nebenschilddrüsen mit autonomer Produktion und Sekretion von Parathormon.
Eine Parästhesie ist eine spontan oder bei leichter Berührung auftretende sensible Empfindung, die in der Regel als unangenehm wahrgenommen wird (z.B. Kribbeln, Brennen, Kältegefühl).
Der Begriff Myalgie bezeichnet Muskelschmerzen.
Muskelkrämpfe sind schmerzhafte, tonische und meist lang dauernde Kontraktionen der Extremitätenmuskulatur (einzelne Muskeln, Muskelanteile oder Muskelgruppen), die zu einer fixierten Gelenkstellung führen.
