Knochenarchitektur

Knochenarchitektur bezeichnet die räumliche und funktionale Organisation des Knochengewebes. Sie bestimmt Festigkeit, Steifigkeit und Belastungsreaktion des Knochens und erklärt, warum Knochen unter verschiedenen Lastfällen unterschiedlich versagen. Typischerweise gliedert sich der Knochen in zwei Hauptkompartimente: Kortikalis (kortikales oder kompaktes Knochengewebe), das den Knochen außen verdichtet, und Spongiosa (trabekuläres Knochengewebe), ein lattiges Geflecht aus Trabekeln im Inneren. Auf mikroskopischer Ebene sind Kollagen Typ I-Matrix, Mineralphase, Osteozyten in Lakunen, Kanalikuli sowie Laminierung und Remodeling-Einheiten beteiligt. Die Architektur ist hierarchisch organisiert, von makroskopischen Strukturen über Mikro- bis hin zu Nanostrukturen.

Zu den zentralen architektonischen Größen gehören die relative Knochenvolumenfraktion BV/TV, die Trabekelbreite Tb.Th, die Trabekelzahl Tb.N, der Trabekelabstand Tb.Sp, die Konnektivität Conn.D und die kortikale Dicke Ct.Th. Diese Parameter beschreiben, wie viel Material vorhanden ist, wie die Trabekel angeordnet sind und wie gut der Knochen miteinander verbunden ist. Die Architektur ist hochgradig anisotrop und passt sich mechanischen Belastungen durch Remodeling an, wobei Osteoblasten und Osteoklasten die Struktur laufend umformen.

Messmethoden wie HR-pQCT (High-Resolution Peripheral Quantitative CT) und Mikro-CT ermöglichen die Quantifizierung mikroarchitektonischer Merkmale, während DXA-BMD primär die Mineralstoffdichte erfasst. Die Architektur beeinflusst das Frakturrisiko unabhängig von der Knochendichte und ist daher in der klinischen Bewertung, bei Osteoporose, altersbedingten Veränderungen und therapeutischen Planungen von Bedeutung. Anwendungen finden sich zudem im Implantatdesign und der Geweberegenerationsforschung.