Vasculaire aanvoer en circulatie

Botresorptie en -vernieuwing

Waar vernieuwing in weefsels zoals spieren grotendeels op moleculair niveau plaatsvindt, vindt vernieuwing van bot plaats op weefselniveau en is vergelijkbaar met de remodellering van gebouwen in die zin dat plaatselijke verwijdering (resorptie) van oud bot moet voorafgaan aan de nieuwe botafzetting. De remodellering is het krachtigst tijdens de jaren van actieve groei, wanneer de afzetting de overhand heeft op de resorptie. Daarna neemt de remodellering geleidelijk af, bij de mens tot ongeveer de leeftijd van 35 jaar, waarna het tempo onveranderd blijft of licht toeneemt. Vanaf het vierde decennium overtreft de resorptie de vorming, wat resulteert in een verlies van ongeveer 10 procent in botmassa per decennium, wat overeenkomt met een dagelijks verlies van 15 tot 30 mg calcium.

Behoudens de toevoeging van de ossificatiemechanismen binnen het kraakbeen, gaan groei en ontwikkeling gepaard met precies dezelfde soort remodellering als die in het volwassen skelet. Beide vereisen een continue, waarschijnlijk onomkeerbare differentiatie van osteoclasten en osteoblasten, de eerste uit circulerende monocyten in het bloed en de laatste uit het ongedifferentieerde botmesenchym. De levensduur van osteoclasten bedraagt enkele uren tot hooguit enkele dagen, terwijl die van osteoblasten enkele dagen tot hooguit enkele weken bedraagt.

Resorptie wordt geproduceerd door clusters osteoclasten die ofwel vrije botoppervlakken eroderen ofwel “snijkegels” vormen die door compact bot heen tunnelen en de cilindrische holten creëren die vervolgens door osteonen kunnen worden opgevuld. Osteoclastische cellen scheiden enzymen en waterstofionen af op het botoppervlak, waardoor het mineraal oplost en de matrix vrijwel op hetzelfde moment wordt verteerd. Dit proces gaat gepaard met een plaatselijk verhoogde doorbloeding en met een grotere zuurgraad van het oppervlak dan elders in het bot, ondanks het feit dat het proces van oplossen van apatiet waterstofionen verbruikt. Resorptie is gewoonlijk een veel sneller proces dan vorming. Men heeft waargenomen dat osteoclastische snijkegels tot 500 micrometer, of micron, per dag vooruitgaan (1 micron = 1 × 10-6 meter).

Bot wordt gevormd op eerder geresorbeerde oppervlakken door afzetting van een niet-gemineraliseerd eiwitmatrixmateriaal (osteoïd) en de daaropvolgende mineralisatie. Osteoblasten bouwen een matrix op als een ononderbroken membraan dat het oppervlak bedekt waarop zij werken met een lineaire snelheid die varieert naargelang de leeftijd en de soort, maar die bij grote volwassen zoogdieren in de orde van grootte van één micron per dag ligt. De niet-gemineraliseerde matrix vormt een osteoïde naad of rand, die tijdens de actieve botvorming gemiddeld 6 tot 10 micron dik is. De biochemische en fysische opeenvolging van gebeurtenissen die de matrix voorbereiden op mineralisatie omvat intracellulaire biosynthese van collageen door osteoblasten, extrusie van collageen extracellulair in oplosbare vorm, rijping of polymerisatie van collageen tot een reeks fibrillen (in willekeurige oriëntatie in snel afgezet bot, in een sterk geordend regelmatig patroon in traag gevormd lamellair bot), binding van calcium aan collageenfibrillen, en vorming van eiwit-glycoaminoglycaan complexen.

De mineralisatie zelf hangt af van de vorming van kristalkernen in de matrix; dit proces neemt 5 tot 10 dagen in beslag en staat onder controle van de osteoblast, maar de precieze chemie ervan is onduidelijk. Op de een of andere manier wordt een geschikte kernconfiguratie tot stand gebracht, en zodra de kernen een kritische grootte hebben bereikt, verloopt de verdere mineralisatie spontaan in aanwezigheid van de gebruikelijke calcium- en fosforconcentraties in de lichaamsvloeistof. Andere collageenachtige weefsels, zoals lederhuid, pezen en ligamenten, verkalken normaal niet, ook al baden ze in dezelfde lichaamsvloeistoffen als bot. Hoewel extracellulaire vloeistof een sterk oververzadigde oplossing is met betrekking tot hydroxylapatiet, zullen calcium en fosfor niet spontaan neerslaan in deze kristallijne vorm bij normale fysiologische pH, zodat één en dezelfde vloeistof oneindig stabiel is in gebieden waar geen bot gevormd wordt, maar toch de mineralisatie rijkelijk ondersteunt in aanwezigheid van geschikte kristalkernen. De mineralisatie in nieuw bot verloopt aanvankelijk snel en bereikt in compact bot ongeveer 70 % van de volledige mineralisatie binnen enkele uren na de vorming van de matrixkern. Deze mineraalafzetting gaat gepaard met de vervanging van het water dat de helft van het oorspronkelijke matrixvolume in beslag nam. Naarmate het watergehalte afneemt, wordt de verdere verspreiding van mineralen belemmerd; en de uiteindelijke mineralisatie verloopt geleidelijk langzamer over een periode van vele weken. Bij normale volwassen mensen neemt nieuwe botvorming ongeveer 400 mg calcium per dag op, een hoeveelheid die ongeveer gelijk is aan die in het circulerende bloed.

Osteocyten, ooit beschouwd als rustende cellen, worden nu erkend als metabolisch actief en bezitten, althans in latente vorm, het vermogen om bot te resorberen en opnieuw te vormen op hun lacunaire wanden. Hoewel osteocyten slechts een klein deel van het totale botvolume uitmaken, zijn zij zo geordend in het bot en is het netwerk van hun protoplasmatische uitlopers zo uitgebreid, dat er in wezen geen volume botmateriaal is dat meer dan een fractie van een micron verwijderd is van een cel of zijn processen. Van de meer dan 1.200 vierkante meter anatomisch oppervlak in het skelet van een volwassen mens wordt ongeveer 99% ingenomen door de lacunaire en canaliculaire oppervlakken. Resorptie en afzetting op dit oppervlak dienen zowel om de calciumconcentratie in het plasma te regelen als om het benig materiaal te vernieuwen. Deze vernieuwing kan bijzonder belangrijk zijn omdat de fysische eigenschappen van alle composietmaterialen in de loop van de tijd veranderen. Het is niet bekend of de eigenschappen van bot voldoende veranderen om biologische gevolgen te hebben, maar voor zover een dergelijke verandering optreedt, zou vernieuwing rond osteocyten zorgen voor het fysieke onderhoud van het botstructurele materiaal.