Zoologische Histologie: Geweiknochen eines Rothirsches (Cervus elaphus)

[rlu]

Hallo,
muss zugeben, ich habe mir nur eine Zusammenfassung von dem Artikel vom Jürgen machen lassen:
Aber schon interessant:

Der Artikel mit dem Titel ,,Bone metabolism associated with annual antler regeneration: a deer insight into osteoporosis reversal" (zu Deutsch etwa: *,,Knochenstoffwechsel bei der jährlichen Geweihregeneration: Einblicke vom Hirsch in die Umkehr von Osteoporose"*) analysiert den natürlichen Kreislauf von Osteoporose und deren vollständiger Rückbildung bei männlichen Hirschen als einzigartiges Modell für die Erforschung der menschlichen Osteoporose.

 🦌 Das natürliche Modell: Zyklische physiologische Osteoporose (CPO) beim Hirsch
Die Autoren unterteilen den jährlichen Zyklus der Geweihregeneration in zwei Hauptphasen:

Phase I (ca. 115 Tage): Nach dem Abwurf des alten Geweihs wächst das neue Geweih extrem schnell (bis zu 2 cm pro Tag) und es beginnt mit der Verknöcherung. In dieser Phase entzieht das heranwachsende Geweih dem Skelett des Hirsches große Mengen an Mineralien (wie Kalzium und Phosphor), was zu einer schweren, aber reversiblen Osteoporose führt.
Phase II (bis zu 165 Tage): Die Verknöcherung des Geweihs wird abgeschlossen. Gleichzeitig erholt sich das zuvor poröse Skelett des Hirsches vollständig von der Osteoporose – ein Phänomen, das in dieser Form beim Menschen nicht vorkommt.

🔬 Paradoxer Knochenstoffwechsel
Ein zentraler Widerspruch, den der Artikel beleuchtet, ist, dass innerhalb derselben endokrinen Umgebung gegensätzliche Prozesse ablaufen können:

In Phase I: Das Skelett baut ab (Osteoporose), während das Geweih gleichzeitig neuen Knochen aufbaut (Ossifikation). Dies geschieht in einer Phase mit sehr niedrigem Testosteronspiegel, was im Widerspruch zum menschlichen Modell steht, bei dem niedrige Geschlechtshormone mit Knochenabbau verbunden sind.
In Phase II: Die vollständige Mineralisierung des Geweihs und die vollständige Rückbildung der Osteoporose im Skelett finden gleichzeitig statt, nun unter dem Einfluss eines stark angestiegenen Testosteronspiegels.

💡 Potenzial für die Osteoporose-Therapie beim Menschen
Das übergeordnete Ziel der Übersichtsarbeit ist es, aus diesen natürlichen Mechanismen neue Ansätze für die Behandlung von Osteoporose beim Menschen abzuleiten. Die Autoren vermuten, dass in der **Phase II**, also während der vollständigen Rückbildung der Osteoporose beim Hirsch, bisher unbekannte Substanzen oder Mechanismen wirken, die als Grundlage für neuartige Therapien dienen könnten.

Der Artikel diskutiert verschiedene vielversprechende Ansätze, darunter:
Genetische Faktoren: Es wurden Gene identifiziert (wie `S100A10`, `COL1A1`), die für die extrem schnelle Mineralisierung im Geweih verantwortlich sind und teilweise auch beim Menschen vorkommen.
Molekulare Mechanismen: Eine zentrale Rolle wird dem Neuropeptid CGRP (Calcitonin Gene-Related Peptide) zugeschrieben, das möglicherweise die Knochenbildung im Geweih auch bei niedrigem Hormonspiegel anregen kann.
Autophagie: Auch Prozesse der Autophagie (Zellreinigung) könnten eine Schlüsselrolle bei der einzigartigen Fähigkeit zur vollständigen Wiederherstellung des Knochens spielen.

📌 Fazit
Zusammenfassend stellt der Artikel das Phänomen der zyklischen physiologischen Osteoporose beim Hirsch als ein vielversprechendes, natürliches Modell dar, um die Mechanismen des Knochenauf- und -abbaus besser zu verstehen. Die Autoren sind überzeugt, dass die Entschlüsselung dieser Prozesse, insbesondere der vollständigen Rückbildung der Osteoporose in Phase II, das Potenzial für die Entwicklung neuartiger und effektiver Therapien für die menschliche Osteoporose birgt.

[rlu]

Hallo,

bei Osteoporose (Knochenschwund) wurden hohe Gaben an Calcium von den Ärzten zum Vitamin D verschrieben , was zu einer Katastrophe(Verkalkung der Blutgefäße) geführt hat(siehe das Buch: Vitamin K2 und das Calcium-Paradoxon,  Kate Rhéaume-Bleue ). Dann ist man dahintergekommen, dass K2 wichtig ist. Es aber noch andere  Co-Faktoren wie Magnesium gibt.

Das Calcium-Paradoxon beschreibt den Zustand, bei dem trotz eines Calciummangels im Knochen (Osteoporose) gleichzeitig ein Überschuss an Calcium im Weichgewebe, insbesondere in den Arterien (Arterienverkalkung), vorliegt. Es handelt sich um eine Fehlverteilung: Calcium lagert sich dort ab, wo es schadet, statt dort, wo es gebraucht wird.


Bor oder Boron(englisch) war mir neu:
Boron is a trace mineral that plays a significant, often overlooked role in supporting bone density and health by helping the body manage calcium, magnesium, and vitamin D metabolism. Consuming approximately 3 mg of boron daily is associated with improved bone health and increased mineral density, particularly in postmenopausal women and those with low dietary intake.

Daneben scheint noch das Hormon Testosteron und die Belastung der Knochen eine Rolle zu spielen.
Welche Umweltgifte reduzieren das Hormon. Was führt zu einer Erhöhung.
Ohne Belastung vom Knochenskelett durch Sport oder Training--> Abbau.

Liebe Grüße
Rudolf

[rlu]

Hallo Dieter,

du schreibst:

Geschnitten wurde sehr langsam mit einem D-Messer an einem Reichert-Jung Biocut 2030 ohne Retraktion.

Gibt es einen Grund Proben ohne Retraktion zu schneiden? Dachte immer das wäre nicht förderlich, weil die Klinge beim Zurückziehen an der Probe schleift?

Liebe Grüße
Rudolf

[rlu]

Hallo,

auch hier eine kurze Übersicht:
Was weißt du vom Fluoridgehalt in Braunkohle und Fluoridgehalt bei der Holz und deren Freisetzung bei der Verbrennung?
Wie wirkt sich die Fluoridkontamination auf die Umwelt und die Knochengesundheit beim Menschen und Tier aus?


Der Fluoridgehalt von Braunkohle und Holz, ihre Freisetzung bei der Verbrennung und die daraus resultierenden gesundheitlichen Auswirkungen unterscheiden sich grundlegend. Der folgende Überblick fasst die wesentlichen Erkenntnisse aus der Forschung zusammen.

🔬 1. Fluoridgehalt in Braunkohle und seine Freisetzung
Braunkohle kann als Brennstoff eine bedeutende Quelle für Fluorid-Emissionen sein.

Natürlicher Gehalt: Der natürliche Fluor-Gehalt in der Braunkohle variiert stark je nach Herkunft, liegt aber im Durchschnitt bei etwa 100 ppm (0,01%). In einigen Regionen, wie z. B. in China, gibt es Kohlevorkommen mit extrem hohen Gehalten von bis zu 2.000 ppm.
Freisetzung bei der Verbrennung*: Bei der Verbrennung wird das Fluorid in der Kohle freigesetzt. Die spezifischen Emissionsfaktoren für Fluorwasserstoff (HF) können stark variieren, z. B. zwischen 0,043 g/MWh und 35,76 g/MWh, abhängig von der Kohlezusammensetzung und der Feuerungstechnik.
Expositionswege: Die Freisetzung erfolgt sowohl direkt über die Luft (Emission von partikulärem Fluorid und Fluorwasserstoff) als auch indirekt über kontaminierte Lebensmittel. Besonders problematisch ist die Belastung von in Innenräumen getrockneten Lebensmitteln wie Mais oder Chilischoten, die das Fluorid aus der Raumluft aufnehmen.

🔥 2. Fluorid bei der Holzverbrennung
Die Fluorid-Emissionen bei der Holzverbrennung sind im Vergleich zu Kohle in der Regel weniger problematisch, hängen jedoch stark von der Art des verbrannten Holzes ab.

Unbehandeltes Holz: Reines, unbehandeltes Holz setzt bei der Verbrennung Fluorwasserstoff (HF) sowie andere Schadstoffe wie Chlorwasserstoff und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) frei.

Behandeltes Holz (Altholz): Eine wesentlich größere Gefahr geht von der Verbrennung von mit Fluorid-haltigen Holzschutzmitteln behandeltem Holz (Altholz) aus. In Deutschland gibt es für die stoffliche Verwertung von Altholz Grenzwerte, die eine maximale Konzentration von 100 mg Fluor pro Kilogramm Trockenmasse zulassen, um solche Risiken zu kontrollieren.
Emissionen: Studien zeigen, dass bei optimaler Verbrennungsführung unbehandelten Holzes die Schadstoffkonzentrationen im Rauchgas relativ gering sind. Bei der Verbrennung von fluoridhaltigen Holzwerkstoffen können die Emissionen jedoch signifikant ansteigen. Die Forschung konzentriert sich hier auf die damit verbundenen Gesundheitsrisiken, insbesondere durch eingeatmeten Fluorwasserstoff (HF).

🌍 3. Auswirkungen auf die Umwelt
Die Umweltauswirkungen von Fluorid-Emissionen sind vielfältig und betreffen vor allem Pflanzen und die Luftqualität.

Pflanzenschäden: Fluorid ist ein starkes Pflanzengift. Pflanzen, die über die Luft oder den Boden zu viel Fluorid aufnehmen, zeigen typische Schäden wie Nekrosen (Absterben von Blattgewebe) oder einen vollständigen Blattverlust. Die Schädigung tritt oft bei Konzentrationen auf, die für den Menschen noch unbedenklich sind.
Luftqualität: Die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Braunkohle trägt zur Freisetzung von gasförmigen Fluoriden (z. B. HF) und Feinstaub bei, die dann über weite Strecken transportiert werden können.

🦴 4. Auswirkungen auf die Knochengesundheit von Mensch und Tier
Die gesundheitlichen Auswirkungen einer chronischen Fluorid-Überbelastung werden als **Fluorose** bezeichnet. Die Schwere hängt von der Dosis und der Dauer der Exposition ab.

Dosiseffekt:
Niedrige Dosen(z. B. über fluoridiertes Trinkwasser mit ~1 mg/l) können die Knochenfestigkeit erhöhen und Karies vorbeugen.
Chronisch erhöhte Aufnahme führt jedoch zu gegenteiligen Effekten: Die Knochen werden brüchig, und es kommt zu Skelettveränderungen.

Die Forschung zeigt, dass Fluorid sowohl den Knochenabbau (Resorption) als auch den Knochenaufbau (Formation) stimulieren kann, was zu einem krankhaften Umbau führt.

Klinisches Bild der Fluorose:
Dentalfluorose: Eine übermäßige Fluoridaufnahme während der Zahnentwicklung führt zu Schmelzdefekten, die von weißen Flecken bis hin zu braunen Verfärbungen und brüchigen Zähnen reichen können.

Skelettfluorose: Bei anhaltend hoher Belastung lagert sich Fluorid in den Knochen ein. Im Frühstadium äußert sich dies durch Gelenkschmerzen und Steifigkeit. Im fortgeschrittenen Stadium kommt es zu einer pathologischen Sklerose (Verdichtung) der Knochen, die paradoxerweise mit einer erhöhten Brüchigkeit einhergeht. Die Folge können schwere Deformationen der Wirbelsäule und der Gliedmaßen sein.

Konkrete Fallbeispiele aus der Forschung: Besonders gut dokumentiert ist die Problematik in ländlichen Regionen Chinas, wo fluoridreiche Kohle in ineffizienten Öfen verbrannt wird.
  Die Innenraumluft kann dort Fluorid-Konzentrationen aufweisen, die bis zu **97 Mal über den zulässigen Standards** liegen.
In einer Studie aus einer stark betroffenen Gemeinde in China litten 84 % der untersuchten 51 Personen an einer schweren Skelettfluorose (Grad III).

Weltweit sind durch diese Art der Umweltverschmutzung in China über 14 Provinzen mit einer betroffenen Bevölkerung von 33 Millionen Menschen belastet.
--> China wird der Vorreiter im Umweltschutz werden, schon aus Eigennutz.


💎 Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verbrennung von Braunkohle eine wesentlich größere und besser dokumentierte Quelle für umwelt- und gesundheitsschädliche Fluorid-Emissionen darstellt als die Verbrennung von unbehandeltem Holz. Die kritischste Situation entsteht durch die Verbrennung fluoridreicher Kohle in schlecht belüfteten Wohnräumen, was zu schweren gesundheitlichen Schäden wie der Skelettfluorose führen kann. Die Holzverbrennung ist hauptsächlich dann problematisch, wenn mit fluoridhaltigen Schutzmitteln behandeltes Altholz verbrannt wird, da auch hier relevante Mengen an Fluorwasserstoff freigesetzt werden können.

Liebe Grüße
Rudolf

[rlu]

Hallo,

Frage: Wie sieht es mit Steinkohle und anderen Energieträgern aus?

Im Vergleich zur Braunkohle, die im vorherigen Gespräch im Fokus stand, unterscheiden sich andere Energieträger teils deutlich in ihrem Fluorgehalt und den daraus resultierenden Umwelt- und Gesundheitsrisiken. Während Braunkohle für ihre hohen Fluorid-Emissionen bekannt ist, insbesondere bei ineffizienter Verbrennung, zeigen Steinkohle und Biomasse ein komplexeres Bild. Die folgende Übersicht fasst die wesentlichen Punkte zusammen.

⚫️ Steinkohle: Deutlich geringerer Fluorgehalt
Fluorgehalt: Der natürliche Fluorgehalt in Steinkohle ist in der Regel deutlich niedriger als in Braunkohle. Typische Werte liegen zwischen **0,001 % und 0,01 %** (10 bis 100 ppm).
Freisetzung bei Verbrennung: Bei der Verbrennung wird das Fluorid nahezu quantitativ (zu etwa 100 %) als gasförmiger Fluorwasserstoff (HF) freigesetzt. Ein Emissionsfaktor wird mit **ca. 0,15 kg HF pro Terajoule (TJ) Energieinhalt angegeben.
Umwelt- & Gesundheitsauswirkungen: Moderne Steinkohlekraftwerke sind mit effektiven Filtersystemen (z. B. Rauchgaswäschern) ausgestattet, die bis zu **90 % der Fluorid-Emissionen** abscheiden können. Das verbleibende Restrisiko ist daher gering. Ohne solche Filter ist das Gefahrenpotenzial ähnlich dem von Braunkohle.

🔥 Torf & Ölschiefer: Problematische Nischenbrennstoffe
Torf: Enthält natürlicherweise weniger Fluor als Braunkohle. Die größere Umweltproblematik ist jedoch die Treibhausgasemission, da beim Abbau und der Verbrennung jahrtausendealter Kohlenstoff freigesetzt wird. Sein hoher Wassergehalt und die korrosiven Aschebestandteile machen ihn zudem ineffizient.
Ölschiefer: Das größte Problem ist nicht der Fluorgehalt, sondern die hohe Belastung mit **Schwermetallen wie Blei, Zink und Cadmium** in den Verbrennungsrückständen (Schlacke, Asche). Zudem werden bei der Nutzung erhebliche Mengen an **Schwefel- und Stickoxiden (SO₂, NOₓ)** freigesetzt.

🛢Erdöl & Erdgas: Geringe bis vernachlässigbare Fluorid-Emissionen
Erdöl & Erdgas: Diese Brennstoffe bestehen hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen und enthalten nur minimale Spuren von Fluor. Ihre Verbrennung setzt überwiegend Wasser (H₂O) und Kohlendioxid (CO₂) frei. Umwelt- und Gesundheitsrisiken durch Fluorid sind hier als vernachlässigbar zu betrachten.

🔥 Holz & Biomasse: Größter Beitrag zu Fluorid-Emissionen?
Neueste Forschungen zeichnen ein überraschendes Bild: Die weltweite Verbrennung von Biomasse (Waldbrände, kontrollierte Verbrennung von Ernterückständen, Holzheizungen) könnte eine bisher **massiv unterschätzte Quelle** für Fluorid-Emissionen sein.
Globaler Ausstoß: Aktuelle Schätzungen gehen davon aus, dass Biomassebrände jährlich 40.000 bis 150.000 Tonnen Fluorid in Form von feinen Partikeln (PM2.5) freisetzen. Die Studie weist explizit darauf hin, dass dieser Ausstoß mit den gesamten Fluorid-Emissionen aus der Kohleverbrennung vergleichbar ist.

📊 Einordnung der Emissionsquellen
Um die Größenordnungen der einzelnen Quellen einzuordnen, kann man die geschätzten jährlichen Fluorid-Emissionen vergleichen:



💎 Fazit: Komplexeres Bild
Zusammenfassend ist die Fluorid-Problematik vielschichtiger als oft angenommen:
Steinkohle ist aufgrund der effektiven Filtertechnik in modernen Kraftwerken heute eine vergleichsweise geringe Quelle für Fluorid-Emissionen.
Erdöl und Erdgas** spielen für die Fluorid-Belastung praktisch keine Rolle.
Biomasse hingegen – insbesondere unkontrollierte Waldbrände und die traditionelle Verbrennung von Ernterückständen – könnte eine der größten globalen Quellen sein.


Diese Erkenntnis unterstreicht, dass das Problem der Fluorid-Emissionen nicht allein bei der Kohle liegt, sondern ein globales Phänomen ist, bei dem natürliche und anthropogene Prozesse der Biomasseverbrennung eine bedeutende Rolle spielen.

Liebe Grüße
Rudolf

[rlu]

Hallo,

Frage: Sind Vulkanausbrüche, Natur und industrielle Produktion relevant?

Ja, diese drei Bereiche – Vulkanausbrüche, natürliche geologische Prozesse und die industrielle Produktion – sind von zentraler Bedeutung, wenn man die Herkunft und den Eintrag von Fluorid in die Umwelt verstehen will. Sie ergänzen sich zu einem komplexen Bild aus globalen Kreisläufen und lokalen Belastungsschwerpunkten.

🌋 Vulkane: Die große natürliche Quelle
Vulkane sind die bedeutendste natürliche Quelle für Fluorid-Emissionen in die Atmosphäre.

Freisetzung: Bei Eruptionen werden große Mengen an gasförmigem **Fluorwasserstoff (HF)** freigesetzt, aber auch die Asche selbst ist mit Fluorid belastet. Die Freisetzung erfolgt sowohl bei großen explosiven Ausbrüchen als auch durch die anhaltende, ununterbrochene Entgasung aktiver Vulkane, wie z. B. am Ätna.
Umweltauswirkungen: Die fluoridhaltige Asche und der Regen kontaminieren Böden, Wasser und vor allem Weidepflanzen. Für Tiere, die diese Pflanzen fressen, kann dies zu akuten Vergiftungen führen. Ein historisches Beispiel ist die Hypothese, dass die Asche des Laacher-See-Vulkans vor etwa 13.000 Jahren zu einer Fluorid-Vergiftung von Wildtieren und Menschen führte.

🏞 Natürliche Gesteinsverwitterung: Die diffuse, aber globale Quelle
Neben Vulkanen ist die Verwitterung von fluoridhaltigem Gestein eine wesentliche Quelle, besonders für die Belastung von Grundwasser.

Freisetzung: Fluorid ist ein häufiges Element in der Erdkruste und in Mineralien wie Flussspat (CaF₂) oder Fluorapatit enthalten. Durch die langsame Zersetzung (Verwitterung) dieser Gesteine gelangt es in den Wasserkreislauf.
Umweltauswirkungen: In bestimmten geologischen Regionen (oft mit vulkanischer Aktivität oder in ariden Zonen) kann die Konzentration im Grundwasser auf gesundheitsschädliche Werte ansteigen, was zu endemischer Fluorose führt. Eine globale Karte zeigt, dass solche Risikogebiete praktisch ganz Afrika und große Teile Asiens umfassen.

🏭 Industrielle Produktion: Die punktuell konzentrierte Quelle
Industrielle Prozesse sind die Hauptquelle für anthropogene Fluoridemissionen, die jedoch oft lokal begrenzt sind.

Freisetzung: Sie entsteht als **gasförmige Emission** in die Luft oder als **Abwasser** in Gewässer.
Hauptindustrien: Zu den wichtigsten Emittenten zählen:

• Aluminiumproduktion: Es werden große Mengen an Fluorverbindungen freigesetzt.
• Kohlekraftwerke: Gelten als die größte Quelle anthropogener Fluoridemissionen.
• Herstellung von Phosphatdüngern.
• Zement-, Ziegel- und Keramikherstellung.
• Stahl- und Glasindustrie**, die Flussspat als Flussmittel einsetzt.

Die Zahlen sind beträchtlich: So wurden allein in Deutschland im Jahr 2014 478.000 kg Fluorid durch die Industrie in die Gewässer abgegeben. Zudem gibt es dokumentierte Fälle von Grundwasserverschmutzung in der Umgebung von Aluminiumhütten oder Phosphatbergwerken.

⚖️ Die drei Quellen im Vergleich
Die folgende Tabelle fasst die wesentlichen Unterschiede dieser drei Quellen zusammen:



Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Vulkanausbrüche die markantesten natürlichen, aber zeitlich begrenzten Ereignisse sind, während die Verwitterung von Gestein eine diffuse, aber global bedeutende Quelle für Fluorid im Grundwasser darstellt. Die industrielle Produktion schließlich ist die dominierende anthropogene Quelle, deren Auswirkungen zwar lokal begrenzt, aber in ihrem Einzugsgebiet oft sehr konzentriert sein können.

Liebe Grüße
Rudolf

[K. B.]

Hallo Rudolf,

die vielen Informationen mögen zwar ganz interessant sein, aber ich habe den Eindruck, dass sie in einem eigenen Beitrag besser aufgehoben wären da sich der ursprüngliche Beitrag hauptsächlich auf die Histologie bezog und nicht auf seitenlange Abhandlungen über Fluorid Emissionen im Bergbau.

Viele Grüße
Kay

[DieterS.]

Lieber Rudolf,

dass mein Beitrag auf so fruchtbaren Boden fällt, hätte ich nicht erwartet. Für Deine weiteren
Ausführungen möchte ich mich ausdrücklich bei Dir bedanken und hiermit Deine Frage beantworten:

Als ich die Geweihknochen verarbeitet habe, wurden Mikrotome mit Retraktion (soweit ich mich errinnere)
noch nicht angeboten oder waren unbezahlbar. Retraktion gab es erst mit der Einführung motorischer Mikro-
tome und somit mit der Kunststoffschnitttechnik. Ich habe die Knochenproben in meinem eigenen Labor ver-
arbeitet und ein paar Jahre zuvor das Reichert-Jung Biocut 2030 von meinem Lehrlingsgeld gekauft. Bei An-
fertigung der Arbeit gab es auch im Institut kein Mikrotom mit Retraktion.

"Heute ist das aber anders; d.h. heute sind Mikrotome in der Uni selten aber Pipetten häufig"

Ein Mikrotom mit Retraktion ist in jedem Falle für die Verarbeitung solcher Knochenproben geeignet und

sollte, wenn vorhanden, auch dafür genutzt werden!

Die Frage, ob es erforderlich ist, motorisch zu schneiden, möchte ich offen lassen. Probenmaterial wie ent-
kalkte Knochen lassen sich häufig mit dem "Feingefühl der menschlichen Hand" besser schneiden; aber wahr-
scheinlich fällt diese Einschätzung individuell unterschiedlich aus. 

Nochmals vielen Dank für die Aufwertung meines Beitrages !!!

Dieter