Osteocalcin

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

Letzte Aktualisierung am: 26. März 2024

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

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Osteocalcin ist ein in den Knochen vorkommendes Peptidhormon mit verschiedenen Funktionen. Es ist maßgeblich am Knochenstoffwechsel beteiligt und dient im Blut als Marker für verschiedene Knochenerkrankungen. Aber auch im Kohlehydrat- oder Fettstoffwechsel spielt es eine große Rolle.

Was ist Osteocalcin?

Osteocalcin erfüllt mehrere Funktionen im Organismus. Es ist ein Hormon, welches nur in den Osteoblasten der Knochen oder den Odontoblasten der Zähne synthetisiert wird.
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Osteocalcin ist ein Peptidhormon, welches in den Osteoblasten der Knochen oder den Odontoblasten der Zähne gebildet wird. Als Teil der extrazellulären Knochenmatrix bindet es an das Mineral Hydroxylapatit. Dort ist es zu ungefähr ein bis zwei Prozent enthalten.

Aufgrund der Bindung an das Kalzium des Minerals inhibiert Osteocalcin die ungehemmte Mineralisierung des Knochens. Es wird durch ein Gen auf dem Chromosom 1q25q31 codiert. Mutationen dieses Gens führten bei Untersuchungen an Mäusen zu einer erhöhten Mineralisation der Knochen und damit zur Ausbildung der Marmorknochenerkrankung. Dabei kam es zur verstärkten Knochenbildung bei gleichzeitig erhöhter Brüchigkeit. Die Synthese des Hormons ist abhängig vom Vitamin-D-Metabolit Calcitriol (1,25(OH)2D3).

Die Bindung an Kalzium wird wiederum mithilfe des Enzyms Glutamylcarboxylase katalysiert. Dabei wirkt Vitamin K als Cofaktor. Osteocalcin fungiert als Marker des Knochenaufbaus. Es wurde bereits aus erhalten gebliebenen Knochen der Neandertaler isoliert. Zu Diagnosezwecken wird es im Blut gemessen.

Funktion, Wirkung & Aufgaben

Dort ist es maßgeblich am Knochenstoffwechsel beteiligt. Innerhalb des Skelettsystems finden ständig Knochen aufbauende und Knochen abbauende Vorgänge statt. Wenn die Knochen abbauenden Vorgänge überwiegen, kommt es zur sogenannten Osteoporose. Das Hormon verhindert zwar nicht die Osteoporose, fungiert aber als wichtiger Marker für bestimmte Knochenerkrankungen. Innerhalb des Knochens hat es die Aufgabe, die Mineralisation der Knochen zu beschränken. Dabei bindet es sich an den Hydroxylapatit der extrazellulären nichtkollagenen Knochenmatrix. Die Knochen bilden sich normal aus und erhalten die erforderliche Festigkeit gegen Knochenbrüche. In der Matrix ist es bis zu zwei Prozent enthalten. Um an die Kalziumatome des Minerals binden zu können, müssen vorher jedoch die in Osteocalcin enthaltenden Glutamylreste mithilfe eines Enzyms entfernt werden.

Bei diesem Enzym handelt es sich um Glutamylcarboxylase, welches wiederum mit dem Cofaktor Vitamin K aktiviert wird. Nach neuesten Erkenntnissen wirkt Osteocalcin auch blutzuckersenkend und Fett abbauend. Die Blutzuckersenkung kommt auf zwei Wegen zustande. So stimuliert Osteocalcin die Synthese des Hormons Insulin direkt durch Anregung der "Langerhansschen Inseln" der Bauchspeicheldrüse. Des Weiteren erhöht es auch die Insulinwirksamkeit indirekt durch Stimulierung des Hormons Adiponektin. In den letzten Jahren hat sich herausgestellt, dass die [[Insulinresistenz durch eine verringerte Produktion von Adiponektin hervorgerufen wird.

Je mehr Fett in den Adipozyten gespeichert ist, desto geringer ist auch die Adiponectinsynthese. Dadurch sinkt wiederum die Wirksamkeit des Insulins. Zusätzlich wurde auch noch in Tierversuchen festgestellt, dass Osteocalcin die Fettverbrennung ankurbelt. Mäuse mit hohen Osteocalcinwerten entwickelten keine Fettleibigkeit und keinen Diabetes. Auf dieser Forschungsgrundlage könnten sich künftige Ansätze ergeben, Adipositas und Diabetes vom Typ II mithilfe von Osteocalcin wirksamer zu bekämpfen.

Bildung, Vorkommen, Eigenschaften & optimale Werte

Wie bereits erwähnt, wird Osteocalcin in den Osteoblasten der Knochen und in den Odontoblasten der Zähne synthetisiert. Dessen Produktionsrate ist abhängig von Vitamin K und wird stimuliert durch Vitamin D. Nach seiner Bildung wird es dann hauptsächlich als Bestandteil in der extrazellulären Knochenmatrix eingebaut. Nur dort ist es stabil.

In freier Form hat es nur eine geringe Halbwertzeit. So wird es im Blutplasma durch dort enthaltene Proteasen innerhalb von vier Minuten zur Hälfte abgebaut. Im Rahmen des Knochenumsatzes wird es freigesetzt und gelangt dabei ins Blut. Die gemessenen Konzentrationen in Blut und Urin geben Aufschluss über die Stoffwechselaktivität der Knochen und sind daher ein guter Marker für bestimmte Knochenerkrankungen.

Krankheiten & Störungen

Wenn die Knochen abbauenden Prozesse überwiegen, verringert sich langfristig die Knochendichte und die Brüchigkeit nimmt zu. Dabei werden natürlich auch verstärkt Substanzen freigesetzt, die am Knochenaufbau beteiligt sind. Dazu gehört auch Osteocalcin. Hohe Werte im Blut bedeuten immer verstärkte Abbauprozesse. Zu hohe Osteocalcinwerte im Blut werden bei Osteoporose mit einer hohen Stoffwechselrate, Hyperparathyreoidismus, Knochenmetastasen bei Malignomen, Morbus Paget, Osteomalazie, Hyperthyreose oder Niereninsuffizienz gefunden. Zu niedrige Osteocalcinwerte treten bei einer längeren Kortisontherapie, einer Osteoporose mit einem niedrigen Knochenumsatz, einer rheumatischen Arthritis oder einem Hypoparathyreoidismus auf. Gerade Osteoporose kann durch viele unterschiedliche Ursachen hervorgerufen werden. Daher kann der Knochenumsatz hoch oder auch niedrig sein.

Gemeinsam ist allen Formen der Osteoporose, dass der Knochenabbau dem Knochenaufbau überwiegt. Hormonstörungen, die auf einer Überfunktion des Parathormons beruhen, lassen die Osteocalcinwerte im Blut stark ansteigen. Das Parathormon reguliert den Kalziumspiegel im Blut durch Abbau der Knochen. Umgekehrt führen zu niedrige Parathormonkonzentrationen auch zu niedrigen Osteocalcinwerten im Blut. Im Rahmen des Morbus Paget kommt es zu unregelmäßigen Umbauprozessen im Skelettsystem, was auch zu erhöhten Osteocalcinkonzentrationen führt.

Selbstverständlich steigt bei allgemein erhöhten Stoffwechselraten im Rahmen einer Schilddrüsenüberfunktion auch der Knochenumsatz mit erhöhten Osteocalcinwerten. Eine Kortisontherapie verlangsamt den Knochenumsatz. Die Blutwerte sind typisch für bestimmte Erkrankungen. Allerdings liefert die Osteocalcinbestimmung im Rahmen der Gesamtdiagnose nur einen Befund.

Quellen

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