ENDOCHONDRALE OSSIFIKATION: HISTOLOGIE UND PROZESS - ANATOMIE UND PHYSIOLOGIE - 2025

Die endochondrale Ossifikation und die intramembranöse Ossifikation sind zwei Mechanismen der Knochenbildung während der Embryonalentwicklung. Beide Mechanismen führen zu histologisch identischem Knochengewebe.

Die endochondrale Ossifikation erfordert eine Knorpelform und ist der Ossifikationsmechanismus für die meisten langen und kurzen Knochen im Körper. Dieser Prozess der Knochenbildung erfolgt in zwei Stufen: 1) Es wird ein Miniaturmodell des hyalinen Knorpels gebildet. 2) Knorpel wächst weiter und dient als strukturelles Skelett für die Knochenbildung. Knorpel wird resorbiert, wenn er durch Knochen ersetzt wird.

Grafische Darstellung der Struktur des hyalinen Knorpels (Quelle: Kassidy Veasaw über Wikimedia Commons)

Es wird als endochondrale Ossifikation bezeichnet, da die Ossifikation von innen nach außen erfolgt, um sie von der perichondralen Ossifikation zu unterscheiden, die außerhalb (vom Perichondrium) nach innen auftritt.

Ossifikation bedeutet Knochenbildung. Diese Knochenbildung wird durch die Wirkung von Osteoblasten erzeugt, die die Knochenmatrix synthetisieren und absondern, die dann mineralisiert wird.

Die Ossifikation beginnt an einer Stelle im Knorpel, die als Ossifikationszentrum oder Knochenkern bezeichnet wird. Es kann mehrere dieser Zentren geben, die schnell zu einem primären Ossifikationszentrum verschmelzen, aus dem sich der Knochen entwickeln wird.

Histologie

Beim Fötus entwickelt sich in der Region, in der Knochen gebildet werden soll, ein Modell des hyalinen Knorpels. Hyaliner Knorpel wird durch Differenzierung von mesenchymalen Zellen gebildet. Es enthält Kollagen Typ II und kommt im Körper am häufigsten vor. Von diesem Knorpel tritt eine Ossifikation auf.

Knorpelbildung

In den Regionen, in denen der Knorpel gebildet werden soll, werden die mesenchymalen Zellen gruppiert und modifiziert, verlieren ihre Ausdehnung und werden gerundet. So entstehen Chondrifikationszentren. Diese Zellen wandeln sich in Chondroblasten um, sezernieren die Matrix und werden gefangen und bilden die sogenannten "Lücken".

Die Matrix-umgebenen Chondroblasten, die die Lücken bilden, werden Chondrozyten genannt. Diese Zellen teilen sich und trennen sich, während sie die Matrix absondern, wobei sie neue Lücken bilden und infolgedessen Knorpelwachstum erzeugen.

Diese Art des Wachstums erfolgt von innen nach außen und wird als interstitielles Wachstum bezeichnet. Die den Knorpel umgebenden mesenchymalen Zellen differenzieren sich zu Fibroblasten und bilden das Perichondrium, das das Knorpelskelett umgibt.

Knochenbildung

Anfangs wächst der Knorpel, aber dann akkumulieren die Chondrozyten in der zentralen Hypertrophie Glykogen und bilden Vakuolen. Dieses Phänomen reduziert die Matrixpartitionen, die wiederum verkalken.

Auf diese Weise beginnt der Prozess der Knochenbildung von einem primären Ossifikationszentrum aus, das durch einen sequentiellen Prozess den Knorpel ersetzt, der resorbiert und Knochen gebildet wird.

Die sekundären Ossifikationszentren bilden sich an den Enden der knöchernen Epiphysen durch einen Mechanismus, der dem der Ossifikation der Diaphysen ähnlich ist, aber sie bilden nicht den knöchernen Kragen.

In diesem Fall wandeln sich die Osteoprogenitorzellen, die in den Knorpel der Epiphyse eindringen, in Osteoblasten um und beginnen, die Matrix abzuscheiden, was schließlich dazu führt, dass der Knorpel der Epiphyse durch Knochen ersetzt wird.

Endokrinaler Ossifikationsprozess

- Hauptprozesse

Die endochondrale Ossifikation wird durch sieben Prozesse erreicht, die nachstehend beschrieben werden.

Bildung von hyalinem Knorpel

Ein Modell eines mit einem Perichondrium bedeckten hyalinen Knorpels wird gebildet. Dies geschieht im Embryo in der Region, in der sich der Knochen später entwickeln wird. Einige Chondrozyten hypertrophieren und sterben dann ab, und die Knorpelmatrix verkalkt.

Das primäre Ossifikationszentrum wird gebildet

Die mittlere Membran der Diaphyse ist im Perichondrium vaskularisiert. In diesem Prozess wird das Perichondrium zum Periost und die chondrogenen Zellen zu Osteoprogenitorzellen.

Bildung eines Knochenkragens

Die neu gebildeten Osteoblasten synthetisieren Matrix und bilden einen knöchernen Kragen direkt unter dem Periost. Dieser Kragen verhindert die Diffusion von Nährstoffen in Richtung der Chondrozyten.

Bildung von Markhöhlen

Chondrozyten im Zentrum der Diaphyse, die hypertrophiert waren und keine Nährstoffe erhielten, sterben und degenerieren. Dies hinterlässt konfluente leere Vakuolen in der Mitte der Diaphysen, die dann die Markhöhlen des Knochens bilden.

Die osteogene Knospe und der Beginn der Verkalkung

Osteoklasten beginnen, „Löcher“ im subperiostalen Knochenkragen zu bilden, durch die die sogenannte osteogene Knospe eintritt. Letzteres besteht aus Osteoprogenitorzellen, hämatopoetischen Zellen und Blutgefäßen. Dies startet Verkalkung und Knochenproduktion.

Bildung eines Komplexes aus Knorpel und verkalktem Knochen

Histologisch färbt sich verkalkter Knorpel blau (basophil) und verkalkter Knochen rot (acidophilus). Osteoprogenitorzellen führen zu Osteoblasten.

Knochenwachstumsprozess (Quelle: abgeleitete Arbeit: Chaldor (Diskussion) Illu_bone_growth.jpg: Fuelbottle via Wikimedia Commons)

Diese Osteoblasten bilden die Knochenmatrix, die sich im verkalkten Knorpel ablagert, dann wird die neu gebildete Matrix verkalkt und zu diesem Zeitpunkt entsteht der Komplex aus verkalktem Knorpel und Knochen.

Resorptionsprozess

Osteoklasten beginnen, den verkalkten Knorpel und den Knochenkomplex zu resorbieren, wenn sich der subperiostale Knochen verdickt und innerhalb der Diaphyse in alle Richtungen wächst. Dieser Resorptionsprozess vergrößert den Markkanal.

Die Verdickung des subperiostalen Knochenkragens wächst in Richtung der Epiphysen und nach und nach wird der Knorpel der Diaphysen vollständig durch Knochen ersetzt, wobei Knorpel nur in den Epiphysen verbleibt.

- Sekundäre Ossifikationszentren

1- Hier beginnt die Ossifikation der Epiphysen. Dies geschieht auf die gleiche Weise wie im primären Ossifikationszentrum, ohne jedoch den subperiostalen Knochenring zu bilden. Die Osteoblasten lagern die Matrix auf dem verkalkten Knorpel ab.

2- Der Knochen wächst in der Epiphysenplatte. Die Gelenkfläche des Knochens bleibt knorpelig. Knochen wächst am epiphysären Ende der Platte und Knochen wird am diaphysären Ende der Platte hinzugefügt. Die knorpelige Epiphysenplatte bleibt erhalten.

3- Wenn das Knochenwachstum endet, vermehrt sich der Knorpel der Epiphysenplatte nicht mehr. Das Wachstum setzt sich fort, bis die Epiphyse und der Schaft auf konsolidierten Knochen treffen und den Knorpel der Epiphyse durch Knochen ersetzen.

Dieser Wachstumsprozess dauert mehrere Jahre, bevor er abgeschlossen ist, und dabei wird der Knochen ständig umgebaut.

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