Knochen

Aufbau und Funktion

Knochen sind ein komplexes Gewebe mit vielfältigen Funktionen. Es besteht aus verschiedenen Zelltypen, die in einer Matrix aus organischen und anorganischen Bestandteilen gebettet sind. Knochen geben dem Körper seine äußere Form, ermöglichen eine gerichtete Fortbewegung und schützen innere Organe. Weiterhin spielen sie bei der Aufrechterhaltung des Mineralstoffhaushalts eine Rolle und beherbergen das für die Blutbildung wichtige Knochenmark [Scheinpflug et al 2018].

Knochen besteht aus einem Grundgerüst aus Kollagenfibrillen und bildet zwei unterschiedliche Gewebetypen, dem kortikalen und dem trabekulären Knochen. Kortikaler Knochen ist dicht und streng geordnet aufgebaut, während trabekulärer Knochen aus einer wabenförmigen Anordnung von Knochenbälkchen besteht. Kortikaler Knochen ist widerstandsfähig gegenüber Biege- und Drehkräfte, während die trabekuläre Struktur mechanische Flexibilität bietet [Scheinpflug et al 2018]. Für die Knochenstabilität sind sowohl die Knochendichte (mineralischer Anteil) als auch die Mikroarchitektur des Knochens entscheidend [Goolsby, Boniquit 2017].

Osteoblasten sind knochenbildende Zellen, die durch Synthese von Kollagen Typ I die organische Phase des Knochens aufbauen. Bei der anschließenden Mineralisierung mit Calciumsalzen überwiegend in Form von Hydroxylapatit differenzieren die Osteoblasten zu Osteozyten oder bedecken als Knochensaumzellen die Oberfläche der Knochen. Osteozyten dienen u.a. als Sensoren für mechanische Einwirkungen und steuern den Prozess des Remodelings. Osteoclasten sind Zellen, die Knochensubstanz abbauen [Scheinpflug et al 2018].

Die Bedeutung des Remodeling

Knochen sind ein dynamisches Gewebe, das lebenslang ständigen Ab- und Aufbauprozessen, dem Remodeling, unterliegt [Goolsby, Boniquit 2017]. Hierbei wird geschädigte oder gealterte Knochensubstanz entfernt und durch neues Gewebe ersetzt sowie Anpassungen des Knochens an mechanische Anforderungen ermöglicht. Dieser Prozess ist streng reguliert und hängt von lokalen Faktoren und hormonellen Einflüssen ab. Etwa 5 bis 10% des Skeletts werden pro Jahr so umgebaut [Walsh 2015]. Remodeling spielt auch eine Rolle bei der Heilung von Knochenbrüchen. Zum Schließen eines Defekts wird zunächst ein wenig strukturierter, mechanisch gering belastbarer Faserknochen gebildet und anschließend durch belastbareren Lamellenknochen ersetzt [Walsh 2015].

Das Remodeling spielt eine Schlüsselrolle in der Gesunderhaltung des Knochens und Störungen dieses Gleichgewichts münden in Krankheiten wie z.B. Stressfrakturen, Osteopenie oder Osteoporose.

Einfluss von Ernährung, Bewegung und Alter

Trotz z.T. widersprüchlicher Ergebnisse klinischer Studien wird eine proteinreiche Ernährung als günstig für den Erhalt der Knochenmasse angesehen, sofern eine adäquate Calciumzufuhr gewährleistet ist [Rizzoli, Bonjour 2004, Calvez et al 2012, O’Keefe et al 2018]. Insbesondere tierisches Protein gilt als anabol für Knochen und Muskeln, so dass eine höhere Proteinzufuhr ratsam erscheint. Da eine proteinreiche Ernährung die Calciumausscheidung über die Niere erhöht, befürchtete man einen negativen Einfluss auf die Knochendichte. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass die erhöhte Ausscheidung nicht auf einer Mobilisation von Calcium aus Knochen beruht, sondern auf einer erhöhten Calciumaufnahme aus der Nahrung [Calvez et al 2012]. Fleisch, Fisch, Milchprodukte, aber auch Eiweiß aus Getreide führen zu einer erhöhten Säurelast des Körpers. Dies wird u.a. auf schwefelhaltige Aminosäuren Methionin und Cystein zurückgeführt, die im Körper zu Sulfat verstoffwechselt werden. Eiweißquellen mit einem niedrigen Gehalt an schwefelhaltigen Aminosäuren könnten sich daher gut für eine Supplementierung eignen, um eine höhere Proteinzufuhr zu gewährleisten [Thorpe et al 2008]. Eine Verminderung der Säurelast kann aber auch durch einen erhöhten Verzehr von Obst und Gemüse erreichen werden [Thorpe et al 2008]. Kollagenes Eiweiß besitzt einen niedrigen Gehalt an schwefelhaltigen und einen hohen Gehalt an kollagenbildenden Aminosäuren und könnte sich daher gut für eine Supplementierung eignen, sofern eine bedarfsdeckende Versorgung mit Methionin gewährleistet ist. Für einen gesunden Knochen sind aber noch weitere Nahrungsbestandteile, wie z.B. Magnesium, die Vitamine C, D und K erforderlich [O’Keefe et al 2016, Karpouzos et al 2017]. Insgesamt gesehen erscheint eine Ernährungsform, die dem evolutionärem Erbe des Menschen entspricht, nicht nur hinsichtlich der Knochenqualität günstig zu sein, sondern auch für Muskeln und körperliche Fitness [Frassetto et al 2001].

Mechanische Belastung ist essentiell für den Aufbau und Erhalt der Knochenmasse und Knochenstärke. Fehlen solche Belastungen wie z.B. während einer Bettruhe, kommt es relativ rasch zu einem Knochenabbau und einem Qualitätsverlust des Knochens. Nach Wiederaufnahme der körperlichen Aktivität, kann sich der Knochen wieder regenerieren, jedoch erfolgt dies nur langsam. Tätigkeiten, die den Knochen mit dem Körpergewicht belasten wie z.B. Laufen, Treppensteigen, Tanzen, Tennis sind günstig, aber auch Aktivitäten, die die Ausdauer fördern wie z.B. Schwimmen oder Radfahren haben über die Kräftigung der Muskulatur einen Effekt. Zwischen den Belastungsspitzen sollte dem Knochen genügend Zeit zur Regeneration eingeräumt werden [Goolsby, Boniquit 2017].

Die Knochendichte erreicht einen Höhepunkt im frühen Erwachsenenalter und trägt entscheidend zur Knochengesundheit im höheren Alter bei. Adäquate Zufuhr von Nährstoffen und körperliche Aktivität im Kindes- und Jugendalter legen den Grundstein. Ab dem 50. Lebensjahr kommt es zu einem erhöhten Umsatz im Knochengewebe und zu einem erhöhten Knochenabbau [Walsh 2015, O’Keefe et al 2018]. Auch können bestimmte Medikamente wie z.B. Corticoide den Knochenverlust beschleunigen. Da insbesondere Frauen nach den Wechseljahren hormonbedingt einen Verlust an Knochenmasse erleiden, ist der Aufbau im Jugendalter für diese von besonderer Bedeutung [Goolsby, Boniquit 2017]. Durch Ernährung und entsprechende körperliche Aktivität kann aber auch im Alter einem Knochenverlust entgegengewirkt werden.

Effekte von bioaktiven Kollagenpeptiden auf Knochen

In verschiedenen Modellen konnte ein positiver Einfluss von Kollagenpeptiden auf Knochenarchitektur und Mineralisation gezeigt werden [Daneault et al 2017]. Kollagenpeptide scheinen dabei nicht nur als Lieferant von für die Kollagenbildung wichtigen Aminosäuren, sondern in Form spezieller Peptide auch als Signalgeber eine Rolle zu spielen. Diese Peptide fördern die Genese und Differenzierung von Osteoblasten und unterdrücken die Bildung von Osteoklasten [Elango et al 2018]. Weiterhin scheinen sie die Aufnahme von Calcium zu verbessern und haben zudem entzündungshemmende und antioxidative Eigenschaften [Daneault et al 2017]. Diese Befunde sprechen für einen positiven Effekt, müssen aber noch in klinischen Studien am Menschen bestätigt werden.

Klinische Studien

Bisher wurden nur wenige Studien veröffentlicht, die einen direkten Einfluss von Kollagenpeptiden auf die Knochenbildung untersuchen, meist wurden sie auch in Kombination mit anderen Substanzen durchgeführt [Daneault et al 2017].
König et al untersuchte in einer prospektiven, randomisierten, doppelt-blinden Studie den Einfluss von bioaktiven Kollagenpeptiden auf die Knochendichte und Knochenbiomarker an postmenopausalen Frauen mit einer verminderten Knochendichte [König et al 2018]. Es wurden 131 Frauen in die Studie aufgenommen und diese erhielten über 12 Monate 5g bioaktive Kollagenpeptide (66 Frauen) oder 5g Maltodextrin als Placebo (65 Frauen). Zu Beginn und Ende der Studie wurden neben einer ärztlichen Untersuchung die Knochendichte von Schenkelhals und der unteren Lendenwirbelsäule gemessen und Blutproben für die Ermittlung der Biomarker und die Beurteilung etwaiger unerwünschten Wirkungen genommen. Zugleich wurden Daten zum Ernährungs- und Aktivitätsverhalten erhoben. Nach 12 Monaten konnte in der Verumgruppe eine statistisch signifikante Zunahme der Knochendichte sowohl in der Wirbelsäule als auch im Schenkelhals nachgewiesen werden, während diese in der Placebogruppe abnahm. Bezogen auf die Differenz in den beiden Gruppen, nahm die Knochendichte um 4,2% in der Wirbelsäule und um 7,7% im Schenkelhals gegenüber Placebo zu. Ebenso konnte ein anaboler Effekt der bioaktiven Kollagenpeptide anhand der Biomarker nachgewiesen werden. Die Auswertung des Blutbildes, der Leber- und Nierenwerte sowie der Entzündungsparameter ergaben keinen Hinweis auf unerwünschte Wirkungen der bioaktiven Kollagenpeptide und es gab auch keinen Therapieabbruch aufgrund von Nebenwirkungen.

Bildquellen: Frank Geisler (MediDesign)

Letzte Aktualisierung: Juli 2018