Het proces van botvorming wordt ossificatie of osteogenese genoemd. Bij embryo’s leidt dit proces tot de vorming van het benig skelet. Later heeft dit proces skeletgroei tot gevolg. Beenderen bezitten het vermogen om zich gedurende het gehele leven in dikte aan te passen. Er is sprake van intramembraneuze, endochondrale ossficatie en lengtegroei vanuit de groeischijven.
Vorming van het benig skelet
Voor de achtste week bestaat het gehele skelet van het embryo uit vezelige membranen en hyalien kraakbeen. Vorming van botweefsel start na de achtste week en vervangt uiteindelijk alle vezelige membranen en hyalien kraakbeen. Wanneer bot uit een vezelig membraan ontwikkelt, wordt dat intramembraneuze ossificatie genoemd. Het gevormde bot wordt dan membraan bot genoemd. Botweefsel wat hyalien kraakbaan vervangt, wordt endochondraal bot genoemd. Vezelige membranen en hyalien kraakbeen zijn nog zeer mitotisch weefsel, om deze reden wordt uit deze weefsels bot gevormd.
Intramembraneuze ossificatie
Intramembraneuze ossificatie leidt tot de vorming van de craniale beenderen van de schedel en de claviculi. Vezelige bindweefselmembranen (gevormd door mesenchymcellen) zijn de structuren van waaruit de intramembraneuze ossificatie start.
Endochondrale ossificatie
Met uitzondering van de claviculi en enkele craniale beenderen is de vorming van het benig skelet het gevolg van endochondrale ossificatie. Dit proces start in de tweede maand van de embryonale ontwikkeling en gebruikt het hyaliene kraakbeen als model voor de verder botvorming. Dit proces is complexer dan intramembraneuze ossificatie, omdat het kraakbeen eerst moet worden afgebroken. De botvorming van lange beenderen in de schacht gebeurd in een regio die het primaire ossificatiecentrum wordt genoemd. In het begin wordt het perichondrium door bloedvaten geïnfiltreerd. Hierdoor wordt het perichondrium omgezet in het gevasculariseerde periost. Doordat de mesenchymcellen nu beter van bloed en dus voeding kan worden voorzien, veranderen de mesenchymcellen in osteoblasten. Hierna volgen de volgende stappen:
• Een beenkraag ontstaat rondom de diafyse van het hyaliene kraakbeenmodel. Osteoblasten scheiden osteoid langs het hyaliene kraakbeen van de diafyse af.
• Het kraakbeen in het centrum van de diafyse verkalkt en er ontwikkelen zich holtes in de diafyse. Gelijktijdig met de vorming van de beenkraag vergroten de chondrocyten in de schacht en zorgen ervoor dat de kraakbeenmatrix verkalkt. Omdat verkalkt kraakbeen impermeabel is, sterven de chondrocyten. Hoewel hierdoor wel holtes ontstaan, wordt het hyaliene kraakbeenmodel gestabiliseerd door de beenkraag. Op andere plaatsen blijft het kraakbeen gezond en blijft groeien, waardoor het kraakbeenmodel langer wordt.
• Het periost dringt de holtes binnen en sponsachtig bot wordt gevormd. In de derde maand worden de holtes binnengedrongen door het periost. Het periost bevat slagaders, aders, lymfevaten, zenuwvezels, rood beenmerg, osteoblasten en osteoclasten. De osteoclasten eroderen deels de verkalkte kraakbeenmatrix. De osteoblasten maken osteoid aan rondom de overgebleven delen van het hyaliene kraakbeen. Door dit proces ontstaan de trabeculae. Op deze manier ontstaat al sponsachtig been.
• De diafyse wordt langer en er ontstaat een beenmergholte. Als het primaire ossficatiecentrum langer wordt, breken osteoclasten het nieuw gevormde sponsachtig bot af. Op deze manier ontstaan de mergholtes in het centrum van de diafyse. Tijdens de gehele foetale periode bestaan de snel groeiende epifysen alleen uit kraakbeen.
• De epifysen verbenen. Bij de geboorte bestaan de meeste lange beenderen uit een benige diafyse die sporen van sponsachtig been en een verwijde mergholte omhult. De epifyse bestaat uit kraakbeen. Vlak na de geboorte ontstaan er secundaire ossificatiecentra in 1 of 2 epifysen. De epifysen maken op dit moment ook botweefsel aan. Het kraakbeen in het centrum van epifysen verkalkt en sterft af. Op deze plek dringt het periost weer binnen. Ook hier ontstaan wederom trabeculae. In de epifysen ontstaat geen mergholte. Wanneer de secundaire ossificatie voltooid is, zijn alleen op de epifysale oppervlakten (=gewrichtskraakbeen) en in de epifysaire schijven kraakbeen te vinden.
Postnatale botgroei
Lange beenderen groeien na de geboorte alleen nog maar door interstitiële groei van de epifysaire schijven en alle beenderen nemen in dikte toe door appositionele groei. Bijna alle beenderen stoppen met groeien na adolescentie. Alleen beenderen van de neus en de onderkaak blijven het gehele leven groeien.
Lengtegroei van lange beenderen
Lengtegroei van lange beenderen lijkt erg veel endochondrale ossificatie. Aan de epifysaire zijde van de epifysaire schijven zit een regio die relatief rustig is. Aan de diafysaire zijde van de epifysaire schijven zit een regio die zeer actief is. De kraakbeencellen in deze regio zijn als munten op elkaar gestapeld. De bovenste cellen vormen de groeizone. Deze cellen delen zeer snel, waardoor de epifyse van de diafyse wordt weggeduwd. De oudere chondrocyten (die richting de diafyse liggen) hypertroferen en hun holtes eroderen en worden groter. Het omringende kraakbeen verkalkt en de chondrocyten sterven. Hierdoor ontstaan lange pinnen van verkalkt kraakbeen. Dit maakt deel uit van de ossificatiezone en worden later geïnfiltreerd door elementen van het beenmerg. Uiteindelijk wordt het verkalkte kraakbeen aan de binnenzijde van het bot afgebroken. Hierdoor wordt de mergholte ook groter. Lengtegroei staat steeds onder de invloed van remodellering. Remodellering is nodig om het been de juiste vorm te laten behouden. Remodellering komt tot stand door botvorming en botafbraak (botresorptie). Tegen het einde van de adolescentie delen de chondrocyten minder vaak en worden de epifysaire schijven steeds dunner en worden uiteindelijk door botweefsel vervangen. Bij vrouwen is de epifysaire schijf rond het 18de levensjaar en bij mannen rond het 21ste levensjaar geheel gesloten. Volwassen beenderen kunnen echter door appositionele groei nog steeds dikker worden.
Diktegroei van beenderen
Beenderen die langer worden, nemen ook toe in dikte. Osteoblasten vlak onder het periost maken botweefsel aan en osteoclasten breken bot in het centrum van beenderen af. Over het algemeen is er iets minder botafbraak, dan botopbouw. Hierdoor worden beenderen dikker en steviger, maar worden niet te zwaar.
Hormonale regulatie van botgroei
De botgroei tot aan de adolescentie staat onder de controle van een hele serie hormonen. Tijdens de peuter- en kindertijd is het belangrijkste hormoon groeihormoon. Groeihormoon wordt door de hypofyse uitgescheiden. Schildklier moduleert de activiteit van groeihormoon. Tijdens de puberteit zorgen de geslachtshormonen testosteron (man) en oestrogeen (vrouw) voor de groeispurt, die zo typisch is voor de adolescentie. Ook zorgen deze hormonen voor het meer mannelijk, of vrouwelijk worden. In een later stadium zorgen deze hormonen voor het sluiten van de epifysaire schijven. Teveel of te weinig van deze hormonen kan voor abnormale skeletgroei zorgen.
Bronnen:
GA Thibodeau, Patton KT 2007, Anatomy & Physiology, Mosby/Elsevier
EN Marieb, Hoehn K 2007, Human Anatomy & Physiology, Pearson/Benjamin Cummings