Störungen des Knochenumsatzes

Klinische Bedeutung

Knochen bestehen überwiegend aus einer Kollagenmatrix, in der Calcium und Phosphat als Hydroxylapatit abgelagert sind. Das Skelett eines Erwachsenen besteht hauptsächlich aus zwei Knochenarten: kortikalem und trabekulärem Knochen.

Kortikaler Knochen erfüllt die Hauptaufgabe des Knochengerüsts, indem er den Körper aufrecht hält, die Organe schützt, Bewegung ermöglicht und chemische Elemente speichert und abgibt. Trabekulärer Knochen hingegen ist der stoffwechselaktive Teil des Knochens und an den Enden langer Knochen, in Gelenknähe und im Inneren der Wirbel zu finden. 

Der Knochenumsatz oder -umbau ist ein dynamischer und lebenslang stattfindender Prozess, bei dem alte Knochenmasse aus dem Skelett entfernt (resorbiert) und neue Knochenmasse gebildet wird. Knochenumbau erfolgt auch beim Knochenwachstum und bei der Knochenreparatur nach Verletzungen wie Frakturen oder Mikroschäden, die bei gewöhnlichen Aktivitäten entstehen können. Darüber hinaus reagiert er auf funktionelle Anforderungen aufgrund von mechanischer Belastung. Der Vorgang wird durch das Zusammenspiel verschiedener Systemhormone (u. a. Parathormon (PTH), Vitamin D) und lokaler Mediatoren (z. B. Cytokine und Wachstumsfaktoren) präzise gesteuert. 

Im ersten Lebensjahr wird das Skelett eines Kindes vollständig erneuert. In den folgenden Lebensjahren liegt die Umsatzrate bei etwa 10 – 20 % jährlich, wobei die maximale Knochenmasse im 30. Lebensjahr erreicht wird. Danach befinden sich Knochenaufbau- und -abbau im Gleichgewicht und die Knochenmasse verändert sich für etwa ein Jahrzehnt nicht mehr. Mit zunehmendem Alter führt eine steigende Resorption und verringerte Knochenneubildung schließlich zum Verlust von Knochenmasse.  

Während des Knochenumbaus setzen die Knochen oder die beteiligten Zellen (Osteoblasten und Osteoklasten) chemische Substanzen frei. Diese Substanzen werden als Knochenumsatzmarker bezeichnet und je nach Stoffwechselphase, in der sie produziert werden, in zwei Kategorien unterteilt: Knochenbildungs- und Knochenresorptionsmarker. 

Knochenresorptionsmarker sind mit der Osteoklastenresorption der Matrix assoziiert, d. h. mit der Auflösung der mineralisierten Matrix (tartratresistente saure Phosphatase) und dem Abbau der Proteinmatrix (insbesondere Telopeptide des Typ-I-Kollagens, CTX-I und NTX-I). Knochenbildungsmarker hingegen spiegeln verschiedene Aspekte der Osteoblastenfunktion und der Knochenbildung wider, z. B. die Ablagerung der Proteinmatrix (Osteocalcin und Propeptide des Typ-I-Kollagen, PINP) sowie die Mineralisierung der Matrix (knochenspezifische alkalische Phosphatase, BAP).

Störungen des Knochenumsatzes, z. B. eine übermäßige Resorption von Knochengewebe, führen zu metabolischen Knochenerkrankungen, am häufigsten zu Osteoporose, Osteomalazie und Paget-Syndrom. 

Diagnostik

Die Messung der Knochenumsatzmarker leistet einen wichtigen Beitrag zur Diagnostik und zum Verlaufsmonitoring bestimmter Stoffwechselstörungen, da sie die Rate der Knochenbildung und -resorption abbildet. Der häufigste Anwendungsfall für die Messung der Knochenumsatzmarker ist die Überwachung der Therapie bei Knochenerkrankungen wie z. B. Osteoporose. Da der Knochenumsatz ein dynamischer Prozess ist, verändert sich die Konzentration der Knochenumsatzmarker sehr schnell nach Beginn einer Therapie, was eine zeitnahe Bewertung der Eignung der Behandlung und ihrer Einhaltung durch den Patienten ermöglicht. Bei einigen Stoffwechselerkrankungen, wie z. B. dem Paget-Syndrom und Hypophosphatasie, unterstützen Knochenumsatzmarker die Diagnostik. 

Bei der Knochenresorption wird Typ-I-Kollagen von Osteoklasten aus den Knochen resorbiert, wobei C-terminale Telopeptide (wie β-CrossLaps, cross-linked carboxyterminal telopeptides of type I collagen, CTX-I) gebildet werden. Diese Typ-I-Kollagen-Fragmente gelangen dann in den Blutkreislauf. Werden mehr Osteoklasten als Osteoblasten aktiviert, steigt die CTX-I-Konzentration im Serum. Sie kann daher zur Beurteilung des Krankheitsverlaufs und/oder der Therapie der Osteoporose herangezogen werden. 

Knochenumsatzmarker, die eine stärkere Aktivierung der Osteoblasten als der Osteoklasten anzeigen, z. B. knochenspezifische alkalische Phosphatase oder Osteocalcin, werden als Knochenbildungsmarker betrachtet.  

Für das Monitoring der Osteoporose-Therapie empfehlen internationale Richtlinien die Messung des Knochenbildungsmarkers N-terminales Propeptid des Typ-I-Prokollagens (PINP) sowie des Knochenresorptionsmarkers C-terminales Telopeptid des Kollagen Typ I (CTX-I) im Blut.

Informationsmaterial

Biochemische Knochenumsatzmarker

Knochenumsatzmarker: Jenseits der Osteoporose.