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Endokrinologie: Aktives Skelett

Ganz klar: Das Skelett gibt dem Menschen Halt und Form - aber es kann noch viel mehr: Die Knochen mischen bei der Regulation des Blutzuckerspiegels mit und spielen dadurch womöglich eine Rolle bei der Entstehung von Diabetes.
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Hart, stabil und dauerhaft – das verbindet wohl jeder mit dem Begriff Knochen. Logisch, lernt man doch in der Schule, dass das Skelett den Körper stützt, als Ansatzstelle für die Muskeln Bewegungen überhaupt erst ermöglicht und außerdem das Gehirn und das Rückenmark vor Verletzung schützt. Die Knochen sind so fest, dass sie als Letztes übrig bleiben und noch Jahrtausende überdauern können, wenn nach dem Tod alle anderen Körperbestandteile längst zersetzt sind.

So hart der Knochen, so wandelbar und lebendig ist er auch: Permanent wird er neu gestaltet. In harmonischem Zusammenspiel bauen die so genannten Osteoklasten Knochen ab, und im Gegenzug bilden ihn die Osteoblasten wieder neu – so kann das Skelett auf mechanische Beanspruchung reagieren und beispielsweise stark belastete Bereiche verstärken. Dank dieser Umbauprozesse verheilen auch Knochenbrüche.

Das Skelett gibt sich aber mit diesen rein mechanischen Aufgaben nicht zufrieden, wie ein internationales Team um Gerard Karsenty von der Columbia Universität in New York nun herausfand, sondern übernimmt auch noch eine ganz unerwartete Funktion: Es mischt sich in die Regulation des Blutzuckerspiegels ein.

Aufmerksam geworden waren die Wissenschaftler durch die Beobachtung, dass fettleibige Säugetiere vor Osteoporose, bei der der Knochen übermäßig abgebaut wird, geschützt sind. Sollte ein Zusammenhang bestehen zwischen dem Energiestoffwechsel, der bei Entgleisungen zu Fettleibigkeit führen kann, und dem Skelett? Die Forscher machten sich auf die Suche nach einer Substanz, die ein Bindeglied zwischen den Regelkreisen Energiestoffwechsel und Knochenumbau sein könnte. Dabei stießen sie zunächst auf das von Fettzellen produzierte Hormon Leptin, welches das Anlegen von Fettreserven als Energiespeicher steuert. Dieses Hormon beeinflusst gleichzeitig auch die Arbeit der knochenbildenden Osteoblasten – in die eine Richtung besteht demnach eine funktionelle Verbindung.

Nun nahmen die Wissenschaftler auch die umgekehrte Richtung unter die Lupe: Gibt es eine vom Knochen produzierte Substanz, die im Gegenzug in den Energiestoffwechsel eingreift? Als Kandidat kam Osteocalcin in Frage: Dieses Protein wird ausschließlich von Osteoblasten gebildet und – wie bei Hormonen üblich – in geringen Mengen den Blutkreislauf abgegeben. Warum war bislang unbekannt.

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Knochen reguliert Energiestoffwechsel | Das vom Knochen gebildete Hormon Osteocalcin stimuliert die Betazellen der Bauchspeicheldrüse, mehr Insulin zu produzieren und regt die Fettzellen an, Adiponectin herzustellen. Beides verbessert die Fähigkeit des Körpers, den Blutzuckerspiegel zu regulieren und die Menge an Körperfett niedrig zu halten.
Um zu überprüfen, um Osteocalcin das gesuchte Bindeglied sein könnte, schufen sich Karsenty und sein Team gentechnisch veränderte Mäuse, die kein Osteocalcin produzieren. Diese Tiere waren außergewöhnlich fett – ein erster Hinweis darauf, dass die im Knochen gebildete Substanz tatsächlich auf den Energiestoffwechsel wirkt. Weitere Untersuchungen zeigten dann, dass bei diesen Tieren auch die Regulation des Insulin- und Blutzuckerspiegels gestört war: Sie litten unter Glukoseintoleranz, Insulinresistenz und ihre Insulin produzierenden Betazellen der Bauchspeicheldrüse vermehrten sich weniger als normal – alles Vorstufen eines Diabetes.

"Knochen regulieren den Blutzuckerspiegels in ungeahnter Weise – das ändert unser Verständnis von der Funktion des Skeletts und enthüllt neue Aspekte des Energiestoffwechsels"
(Gerard Karsenty)
Als die Wissenschaftler den Mangelmutanten dann aber Osteocalcin verabreichten, normalisierte sich deren Insulinproduktion und Glukosetoleranz. Auch in der Zellkultur kurbelte das Hormon die Insulinproduktion von Betazellen an. Gleichzeitig brachte es Fettzellen dazu, das Hormon Adiponectin herzustellen, das seinerseits die Empfindlichkeit für Insulin erhöht und damit ebenfalls den Blutzuckerspiegel und damit den Energiestoffwechsel beeinflusst.

Damit war klar: Das Skelett produziert tatsächlich ein Hormon, das den Blutzuckerspiegel und die Einlagerung von Fett reguliert – und auf diesem Weg in den Energiestoffwechsel eingreift. Knochen haben also mehr Aufgaben als nur eine reine Stütz- und Schutzfunktion – womöglich produzieren sie sogar noch weitere Hormone.

Interessanterweise haben Menschen mit einem Typ-2-Diabetes niedrige Spiegel von Osteocalcin. Möglicherweise lässt sich dieser Diabetestyp eines Tages durch die Manipulation der Osteocalcinproduktion effektiv behandeln.
10.08.2007

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 10.08.2007

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