Hydroxylapatit

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 16. März 2024

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Hydroxylapatit stellt ein Mineral aus Kalziumhydroxylphosphat dar. Insgesamt ist das Mineral nicht weit verbreitet, obwohl es einzelne reichhaltige Lagerstätten gibt. Auch die Knochen und Zähne der Wirbeltiere bestehen zu einem hohen Prozentsatz aus Hydroxylapatit.

Was ist Hydroxylapatit?

Im menschlichen Organismus ist Hydroxylapatit die wichtigste Stützsubstanz. Sie gibt dem Skelettsystem die nötige Festigkeit.
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Hydroxylapatit besteht aus hydroxyliertem Kalziumphosphat. Im Kristall sind fünf Kalziumionen mit drei Phosphationen und einem Hydroxylion verbunden. Es ist eine ionische Verbindung, die in einem hexagonalen Kristallsystem auskristallisiert.

Dabei stabilisiert die Hydroxylgruppe den gesamten Kristall. Mit Fluorapatit und Chlorapatit bildet Hydroxylapatit eine lückenlose Mischreihe. Hydroxylapatit kommt in verschiedenen Mineralien wie Serpentinit, Talkschiefer oder Pegmatit als Begleitmineral vor. Das Mineral wurde bisher an ungefähr 250 Standorten nachgewiesen. Dabei ist das Erscheinungsbild der einzelnen Mineralien abhängig von der Zusammensetzung und dem Mischungsverhältnis mit anderen Begleitmineralien. Auch innerhalb von Lebewesen kommt Hydroxylapatit vor. Besonders die Knochen und Zähne der Wirbeltiere bestehen zu einem hohen Prozentsatz aus diesem Mineral.

Neben Hydroxylapatit enthalten sie noch organisches Material in Form von Bindegewebe und Zellen. Aufgrund des fast reinen Mineralgehaltes ist der Zahnschmelz das härteste Material im Organismus. So beträgt sein Hydroxylapatitanteil über 95 Prozent. Die Hydroxylapatitbildung findet im Rahmen der Biomineralisation statt. Das Material ist sehr stabil und extrem beständig gegen physikalische und chemische Einflüsse. So stellen Knochen und Zähne ein wichtiges Archiv der Lebenswelt dar. Lediglich Säuren, auch Fruchtsäuren, zersetzen Hydroxylapatit langsam.

Funktion, Wirkung & Aufgaben

Die Zusammensetzung von Knochen und Zähnen ist unterschiedlich. Ausschlaggebend ist hier der Anteil an Hydroxylapatit. Knochen bestehen zu ungefähr 65 Prozent aus dem Mineral. Der Rest setzt sich aus Kollagen und Osteoblasten zusammen. Der Hydroxylapatitanteil in den Zähnen ist viel höher. Daher sind die Zähne auch viel härter als Knochen. Bestimmend für die Zusammensetzung ist die Funktion. Die Knochen gehören zum Bewegungsapparat. Ihre unterschiedliche Belastung durch mechanische Kräfte erfordert eine gewisse Flexibilität. Die Zähne dienen zur Zerkleinerung der Nahrung.

Das erfordert eine viel stärkere Kraft und Festigkeit, die sich auch in einem härteren Material niederschlagen muss. Dabei bestehen die Zähne aus dem äußeren Zahnschmelz, dem Dentin und der Zahnpulpa. Der Zahnschmelz muss sehr fest und hart sein und ist dementsprechend zu über 95 Prozent aus Hydroxylapatit aufgebaut. Dadurch ist es extrem beständig gegen äußere Einflüsse. Beim Dentin handelt es sich wiederum um eine knochenähnliche Substanz. Es besteht zu 70 Prozent aus Hydroxylapatit. Der Rest ist größtenteils Bindegewebe. Die Zahnpulpa oder das Zahnmark stellt ein Leitungsnetz aus Blutgefäßen und Nerven zur Versorgung des Zahns dar.

Bildung, Vorkommen, Eigenschaften & optimale Werte

Der Hydroxylapatit von Knochen und Zähnen wird im Rahmen der Biomineralisation gebildet. Die Biomineralisation ist erdgeschichtlich bereits ein alter Prozess. Auch uralte Bakterien haben schon vor mehreren Milliarden Jahren Kalke gebildet. Der Vorgang ist auch heute noch ähnlich. Bestimmte Zellen nehmen die Ionen des Minerals im gelösten Zustand auf.

Die Mineralisierung erfolgt durch Sättigung der Lösung mit den entsprechenden Ionen. Im Falle des Hydroxylapatits handelt es sich um Kalzium- und Phosphationen. Bei den Knochen sind die sogenannten Osteoblasten für die Mineralisation verantwortlich. Während der Mineralisation entwickeln sie sich zu nicht mehr teilungsfähigen Osteozyten, die ein Netzwerk innerhalb des verfestigten Minerals bilden. Auf ähnliche Weise läuft die Biomineralisation auch in den Zähnen ab. Hier sind die Odontoblasten für die Mineralisation zuständig.

Krankheiten & Störungen

Wenn der Abbauprozess überwiegt, entwickelt sich eine sogenannte Osteoporose. Die Prozesse werden hormonell gesteuert. So ist das Parathormon für den ausgeglichenen Kalziumspiegel im Blut verantwortlich. Bei Kalziummangel aktiviert es die Mobilisierung von Hydroxylapatit aus den Knochen. Das Hormon Calcitriol ist für die Kalziumaufnahme aus der Nahrung im Darm und die Mineralisation in den Knochen verantwortlich. Beide Hormone sind Gegenspieler. Wenn die Kalziumaufnahme aus der Nahrung gestört ist, weil aufgrund eines Mangels an Vitamin D nur wenig Calcitriol gebildet wird, überwiegt der Knochenabbau gegenüber dem Knochenaufbau. Die Knochendichte nimmt ab und gleichzeitig die Knochenbrüchigkeit zu.

Allerdings sind diese Prozesse sehr kompliziert und in vielen Fällen noch nicht vollständig aufgeklärt. Auch in den Zähnen kann Hydroxylapatit abgebaut werden. Hier handelt es sich jedoch nicht um hormonelle Prozesse. Physiologisch soll der Zahn so lange wie möglich halten, um die Nahrung zerkleinern zu können. Allerdings bilden sich durch bakterielle Zersetzungen von Speiseresten Säuren, die den Zahnschmelz angreifen können. Die Säure löst Hydroxylapatit in Kalziumionen und Phosphationen auf, wobei das Hydroxylion mit einem Wasserstoffion der Säure zu Wasser reagiert. Kalziumionen und Phosphationen lösen sich dann in Wasser.

Eine langwierige bakterielle Tätigkeit und ständige Säurebildung lässt im Zahnschmelz schließlich ein Loch entstehen. Ohne Behandlung führt der Karies zur Zerstörung des Zahns. Allerdings kann durch Benutzung fluoridhaltiger Zahncreme Hydroxylapatit in den wesentlich stabileren Fluorapatit umgewandelt werden. Das ermöglicht es, den Zerstörungsprozess der Zähne längere Zeit aufzuhalten.

Quellen

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