Die zellunabhängige Beeinflussung der Calcifikation im lebenden Knochengewebe und in vitro

Summary

While there is no doubt that collagen is an important extra-cellular factor in the calcification of bone tissues, the exact nature of the process remains unclear. It has been explained in turn by the nucleation effect of corresponding lattice distances of apatite and collagen, that is, an oriented crystal overgrowth of the two substances which decreases the energy of nucleus formation, or by conformity between fibril-bundles and calciumphosphate crystal, or by the binding of phosphate to anionic positions of the collagen, as well as by the bone-forming effect of a non-collagen protein which is, however, separable from collagen. Because of their high viscosity proteo-polysaccharides inhibit crystal formation. Alkaline-soluble proteo-polysaccharides, however, appear to promote calcification in vitro and also in tissue of living bone. Lathyrogene and penicillamine impair the cross-linking in the bone collagen; this probably explains their disturbing effect on ossification. Diphosphonates would, like anorganic pyrophosphate, inhibit both the formation and dissolution of apatite crystal. Our research shows, however, that methane-bis-phosphonate clearly promotes calcification, in vitro and in vivo. In vitro, and probably also in vivo, magnesium inhibits the formation of apatite crystal nucleus. Our research indicates moreover that magnesium also slows down the reduction of calcified bone tissue on account of its inhibiting effect on parathormone emission.

Zusammenfassung

Das Kollagen ist unbestritten ein wichtiger extracellulärer Faktor für die Verkalkung des Knochengewebes; aber der genaue Funktionsmechanismus bleibt kontrovers. In der Diskussion stehen die Nucleationswirkung korrespondierender Gitterabstände zwischen Apatit und Kollagen, also eine orientierte Kristallverwachsung zwischen beiden Substanzen, welche die Keimbildungsenergie verringert, oder Entsprechungen der Fibrillenpackungen mit den Calciumphosphatkriställchen oder eine Phosphatbindung an anionische Positionen des Kollagens sowie eine knocheninduzierende Wirkung nichtkollagener, vom Kollagen aber abspaltbarer Proteine. Proteoglykane wirken primär allein schon durch ihren hohen Viscositätsgrad als Hemmfaktor der Kristallbildung. Eine alkaliextrahierbare Proteoglykanfraktion aber hat offenbar verkalkungsfördernde Eigenschaften in vitro und auch im lebenden Knochengewebe. Lathyrogene und Penicillamin hemmen die Quervernetzung des Knochenkollagens; wahrscheinlich beruht darauf ihre störende Wirkung auf die Ossifikation. Diphosphonate sollen analog dem anorganischen Pyrophosphat die Bildung und zugleich die Auflösung von Apatitkriställchen hemmen. Eigene Untersuchungen mit Methan-bis-Phosphonat zeigten dagegen in vitro und in vivo einen deutlichen verkalkungsfördernden Einfluß. Unter rein physikochemischen Bedingungen und wahrscheinlich auch im lebenden Organismus hemmt Magnesium die Apatitkristallkeimbildung. Zusätzlich aber kann es offenbar nach eigenen Untersuchungen auch den Abbau verkalkter Knochensubstanz über eine Hemmung der Parathormonausschüttung verzögern.