Het skelet lijkt het meest dode orgaan van het lichaam. Het tegengestelde is echter meer dan waar. Bot is een dynamisch en actief weefsel en kleinschalige veranderingen in bot komen continue voor. Elke week recyclen we ongeveer 6% van onze botmassa en wel 500mg calcium verlaat of slaat in het volwassen skelet elke dag neer. Sponsachtig botweefsel wordt elke 3 jaar totaal vervangen en compact botweefsel wordt elke 10 jaar totaal vervangen. Deze bothomeostase blijft gezond door een voldoende inname van eiwitten, vitamine C, vitamine D, vitamine A en calcium. Echter ook beweging is belangrijk voor gezonde sterke botten.
Botremodellering
In het volwassen skelet is er constant sprake van botopbouw en botresorptie in zowel het periost als het endeost. Botremodellering bestaat uit beide processen. Het proces wordt gecoördineerd door osteoblasten en osteoclasten die dicht bij elkaar liggen en worden remodelleringseenheden genoemd. Bij gezonde jong volwassenen blijft de totale botmassa constant. Dit is een indicatie dat botopbouw in evenwicht is met de botresorptie.
Botopbouw
De opbouw van botweefsel ontstaat op beschadigde plekken in het skelet en op plaatsen waar het skelet sterker moet worden. Voor een optimale botopbouw zijn eiwitten, Vitamine C, Vitamine D, Vitamine A en verschillende mineralen zoals calcium, fosfor, magnesium en mangaan nodig.
Nieuwe matrix wordt door de osteocyten gevormd. Deze plekken worden gemarkeerd door een osteoidnaad. Dit is een plek van ongemineraliseerd botmatrix. Tussen deze naad en het oudere gemineraliseerde bot zit een abrupte overgang die het calcificatiefront wordt genoemd. De osteoidnaad heeft altijd een gelijke dikte. Het eigenlijke signaal voor calcificatie is nog steeds niet achterhaald. Een kritieke factor is het product van lokale concentraties calcium en fosfaat. Wanneer het product van deze mineralen een bepaald niveau bereikt, ontstaan er spontaan kleine kristallen hydroxy-apatiet. Deze kristallen katalyseren de kristallisatie van calciumzouten in de buurt. Andere factoren die voor de calcificatie van belang zijn, zijn matrixeiwitten die calcium binden en concentreren en het enzym alkalisch fosfatase (afgegeven door de osteoblasten). Onder de juiste omstandigheden worden calciumzouten in een keer en met grote precisie op de volwassen matrix afgezet.
Botresorptie
Osteoclasten zijn verantwoordelijk voor botresorptie. Osteoclasten bewegen zich langs het botoppervlak, waar ze groeven in het bot graven wanneer ze de botmatrix afbreken. Het deel van de osteoclasten die in contact staat met botweefsel kent veel vouwen. Hierdoor wordt het oppervlak van botresorptie sterk vergroot. Het deel van de osteoclast wat in contact staat met het botweefsel scheidt lysozymale enzymen uit, wat de botmatrix verteert en zoutzuur wat calciumzouten oplost. Osteoclasten kunnen ook de gedemineraliseerde botmatrix en dode osteocyten fagocyteren. De opgeloste stoffen worden afgegeven aan de interstitiële vloeistof.
Controle van botremodellering
De botremodellering staat onder de controle van twee systemen: (1) het hormonale systeem wat verantwoordelijk is voor het constant houden van de calciumconcentratie van het bloed en (2) de mechanische krachten en zwaartekracht die inwerken op het skelet. Het belang van het hormonale systeem wordt duidelijk wanneer het belang van een constante calciumconcentratie wordt uitgelegd. Calcium is nodig voor een heel scala aan fysiologische reacties in het lichaam; prikkelgeleiding, spiercontracties, bloedstolling, secretie door klieren en zenuwcellen en celdeling. Het menselijk lichaam bevat ongeveer 1200-1400g calcium en meer dan 99% hiervan is opgeslagen in het skelet. Ongeveer 1,5g van het calcium bevindt zich in het bloed. De calciumconcentratie van het bloed zit tussen de 9 en 11mg/dl bloed. Calcium wordt onder de invloed van Vitamine D-metabolieten uit de darm geabsorbeerd.
Hormonaal mechanisme
Het hormonale mechanisme staat onder de invloed van het Parathormoon; PTH wat door de bijschildklieren wordt geproduceerd en calcitonine wat door de parafolliculaire cellen van de schildklier wordt geproduceerd. PTH wordt uitgescheiden wanneer de calciumconcentratie van het bloed daalt. PTH stimuleert de botresorptie door de osteoclasten. Wanneer de calciumconcentratie weer normaliseert, stopt door een negatief feedbacksysteem de botresorptie. Wanneer de calciumconcentratie van het bloed te veel stijgt, wordt calcitonine uitgescheiden. Calcitonine inhibeert de botresorptie en stimuleert de botopbouw door de osteoblasten. Wanneer de calciumconcentratie normaliseert, stopt de uitscheiding van calcitonine. Calcitonine blijkt met name bij kinderen zeer effectief te zijn om de calciumconcentratie van het bloed te normaliseren. Leptine is bekend om zijn effecten op het lichaamsgewicht en energiebalans. Leptine blijkt echter ook invloed te hebben op de botdichtheid. Leptine blijkt in dierstudies osteoblasten te inhiberen.
Reactie op mechanische stress
Mechanische stress door de inwerking van spierkracht en zwaartekracht op het skelet, zorgt ervoor dat het skelet stevig en sterk blijft. Bewegen is dus bijna onontbeerlijk voor het behoud van een sterk skelet!! De wet van Wolff betekent dat een bot zich aanpast aan hetgeen wat van een bot wordt gevraagd. Hierdoor bepaald dus functie de vorm. De anatomie van een beenstuk is dus bepaald door de druk en rek die ervan wordt gevraagd. De belasting die een beenstuk moet ondergaan, ligt bijna altijd buiten het middelpunt van het beenstuk. Daardoor zijn bijna alle beenderen gebogen. Op plaatsen waar weinig stress heerst, is het bot vaak dun. Rek en compressie in een beenstuk wekken electrische signalen op die de osteoblasten stimuleren.
Bronnen:
GA Thibodeau, Patton KT 2007, Anatomy & Physiology, Mosby/Elsevier
EN Marieb, Hoehn K 2007, Human Anatomy & Physiology, Pearson/Benjamin Cummings