Benvävnaden är utmärkande för ryggsträngsdjuren. Innan benet fanns, hade våra maskliknande förfäder en broskliknande ryggsträng, som möjliggjorde effektiva ringlande rörelser, som gjorde att de kunde simma som en fisk, något som en mask utan ryggsträng inte kan. Hos dessa djur uppstod redan under Cambrium, för 500 miljoner år sedan, förmågan att kontrollera utfällning av hydroxylapatit i bindväv, först som primitiva tänder och – för att undvika att bli biten - hudpansar. Emalj och dentin har alltså funnits lite längre på jorden, men snart nog uppstod benet, som förstärkningar i käkarna och som hudsköldar. Det inre skelettet, ryggraden, bestod då fortfarande av brosk.
Ben är alltså bindväv, huvudsakligen kollagen, som bemängts med små kristalliter av mineralet hydroxylapatit. Det fungerar som ett kompositmaterial, där kollagenet står för draghållfastheten och mineralet för tryckhållfastheten. När det första benet bildas, under fosterutvecklingen, ligger kollagenfibrerna huller om buller, som en filt. Märkligt nog kallas filtben på engelska för vävt ben, vilket alltså är missvisande. Såväl under evolutionen som i fosterutvecklingen är en ordnad kollagenstruktur något som dyker upp betydligt senare än filtben. Det fordrar nämligen att nytt ben deponeras på en slät yta, och en sådan yta kan bara skapas genom att filtben ”hyvlas” av osteoklaster (som är en ganska sen uppfinning av evolutionen). Det nya benet läggs i regelbundna lager på denna yta. Kollagenet kan nu organiseras, så att fibrerna i varje lager ligger parallellt ordnade i ytans plan, som lameller med olika fiberriktning i varje plan. Detta är mycket starkare än vävt ben, och hindrar också sprickor från att växa. Hos vuxna människor är nästan allt ben lamellärt.
Än så länge har vi bara talat om benet som ett material. Detta material kan bygga upp olika strukturer, såsom spongiöst (tvättsvampsliknande) eller kortikalt (kompakt) ben. Av dessa strukturer kan sedan ett helt ben i kroppen byggas upp, t ex ett rörben.
Låt oss återvända till de tidiga fiskarna med ben i huden (fiskfjäll!) och broskskelett inuti. Så småningom uppstod förmågan att deponera ben på broskytorna, så att broskstrukturerna blev starkare och styvare. Nästa steg i evolutionen blev att ta bort brosket inuti dessa stukturer och ersätta det med ben. För detta fordrades en ny, brosknedbrytande celltyp, utvecklad från immunförsvarets fagocyterande celler. Nu kan benet även bildas inuti brosket: Enkondral benbildning. Vi har ett skelett som består helt och hållet av ben. Men även om kroppen kan bilda ben vid behov, så kan den än så länge inte ta bort det och modifiera dess form, så därför blir benen grova och klumpiga. Nästa viktiga steg i utvecklingen är osteoklasterna. När dessa utvecklats finns verktygen för att bilda ett modernt, effektivt skelett.
Bentillväxt
När de flesta vävnader växer, sker det genom att utspridda celler delar sig och producerar mer matrix. Det blir alltså en homogen expansion. Eftersom benet är hårt, och dess celler instängda i sina lakuner, kan det inte växa på det sättet. Ända möjligheten är att bilda nytt ben utanpå det gamla. På så sätt kan rörbenen bli grövre när vi växer, men denna mekanism kan inte klara längdtillväxten, eftersom ändarna på våra långa ben ju är täckta med ledbrosk. Primitiva ryggradsdjur (krokodiler) växer genom att ledbrosket expanderar homogent. Den del av brosket som är närmast det underliggande benet resorberas och ersätts succesivt med ben. Modernare djur, som dinosaurer och däggdjur, har en mer förfinad mekanism, som möjliggör elegant utformade ben.
Under fosterlivet uppstod våra ben som anlag av brosk. Ben bildades på broskytan, på det som skulle bli skaftet. I ändarna av anlaget uppstod ben inuti brosket, som kärnor. Mellan dessa kärnor och skaftet blev brosket kvar, och bildade specialiserade tillväxtzoner, fyser. Fyser expanderar homogent på ett välreglerat sätt, och precis som hos krokodilerna ersätts benet som vetter mot skaftet hela tiden med nytt ben. Det sker genom en serie av kopplade processer, som en noga reglerad enkondral benbildning. Först under puberteten upphör brosktillväxten, och den enkondrala benbildningen fortsätter tills brosket är borta. Även hos den vuxne benämns dock benets delar efter fyserna: skaftet är diafysen, ändarna är metafyserna. Barnets ben mellan fysen och leden är epifysen.
Benremodellering
Under tillväxten måste benet allteftersom byggas om för att anpassas efter de mekaniska kraven, och i vuxen ålder måste benet succesivt bytas ut för att inte bli för gammalt och sprött: Alla material, även ben, blir spröda av långvarig användning. Utbytet sker genom remodellering. I spongiöst ben sker det genom att en eller några få osteoklaster gräver ett dike i ytan på en benbalk, en trabekel. Diket kan vara ganska stort, någon tiondels millimeter brett och hälften så djupt. Det går på ett par dagar; osteoklaster är effektiva. Under de följande veckorna fylls diket ut med lamellärt ben av osteoblaster. Märkligt nog slutar inte osteoblasterna förrän hela diket är utfyllt, men fortsätter inte heller därefter. Hur detta regleras är inte känt, men många antar att graden av deformation i benet spelar en roll på det sätt som beskrivs nedan. Remodelleringen sker i en egen mikroanatomisk struktur, remodelleringsenheten. Ovanför diket finns mesenkymala och andra celler som antas ha en reglerande funktion, och ovanför dessa ett tälttak av celler som avgränsar enheten från den intilliggande benmärgen. Remodelleringsenheten har sin egen kärlförsörjning och egen innervering.
Kortikalt ben måste kunna remodelleras på djupet, och remodelleringsenheten anpassas då för detta. I stället för ett dike gräver osteoklasterna en tunnel, som en gruvgång in i benet. Kärl, nerver och osteoblaster följer efter. Tunnels är ursprungligen vid, men osteoblasterna bildar lamellärt ben på tunnelns väggar, så att den blir successivt smalare, tills endast en tunn kanal för kärlen återstår i mitten (Haversk kanal). Osteoklasterna borrar sina tunnlar huvudsakligen i benets belastningsriktning, så i det kortikala benet löper de parallellt med benskaftet. Kapar man benet på tvären ser man det nya lamellära benet som koncentriska ringar runt det centrala lilla kärlet. Denna enhet kallas osteon. Den vuxna människans rörben består huvudsakligen av osteonalt ben.
Ben och belastning
För ett par generationer sedan var man inom biologin angelägen om att efterlikna den framgångsrika fysiken, genom att formulera ”lagar”. Ett exempel på detta är den sk Wolffs lag, som säger att benets struktur avspeglar de belastningar det utsatts för. Trabekelriktningen i det spongiösa benet visar alltså belastningslinjer. I många decennier har man frågat sig hur bencellerna kan veta i vilken riktning de belastas. I mjukvävnad är detta inget problem: Cellerna deformeras vid mekanisk påverkan, och deformationen av cytoskelettet är lätt att registrera och reagera på. Men benet är ju stelt; deformationen uppgår till högst en promille. På senare år har gåtan börjat få en lösning: Man har insett att osteocyterna inuti benet utgör ett specialiserat sensoriskt nätverk. Osteocyterna har mängder av trådtunna cellulära utskott, som når fram till osteocyterna i grannskapet och till cellerna på benytan. Utskotten kommunicerar via gap junctions. De löper i mycket tunna kanaler genom benmaterialet. När benet belastas och deformeras omärkligt lite, är detta tillräckligt för att påverka vätsketrycket i kanalerna. Tryckgradienter uppstår, och vätskan rusar med hög hastighet genom kanalerna. Detta registreras som skjuvkrafter på ytan av osteocytutskotten. Det säger sig självt att flödehastigheten bara kan bli hög om belastningen kommer plötsligt. Därför är slag, stötar och vibrationer mycket viktigare för att stimulera skelettet än tunga laster. När osteocyten registrerat belastningen signalerar den via sina utskott till de vilande cellerna på trabekelytan att aktivera sig till osteoblaster och börja bilda ben. Efter ett tag har detta lett till att trabekeln förstärkts, den deformeras då mindre, och signalen upphör. Flera biokemiska signaler är inblandade i detta system, bl a PGE2, vilket gör att behandling med NSAID minskar benets förmåga att anpassa sig till belastning. En nyckelsignal är dock proteinet Sklerosin, som produceras av obelastade osteoklaster och tvingar osteoblasterna på benytan att hålla sig passiva. Vid belastning kan sklerostinproduktionen upphöra, och osteoblasterna sätter fart. Detta är dock långtifrån hela historien.
Det osteocytära nätverket har även en annan funktion. I de flesta läroböcker beskrivs remodelleringen som stokastisk, dvs slumpen avgör var remodelleringsenheterna ska uppstå. På senare tid har man dock insett att remodelleringen ofta är målstyrd. När benvävnaden blivit gammal och spröd, uppstår en ökande mängd mikrosprickor. Dessa skador registreras av osteocyterna, som även kan dö, om alltför många av dess utskott skadas av mikrosprickor. Skadade osteocyter, och grannarna till döende osteocyter, producerar stora mängder av ett osteoklaststimulerande ämne (RANKL). Detta styr osteoklasterna att söka sig just till det skadade området, som då resorberas och ersätts med nytt fräscht ben.
Osteoporos
Östrogen och manliga könshormoner hämmar remodelleringen. När hormonnivåerna sjunker frammemot ålderns höst kommer därför remodelleringen att öka. Dessutom blir osteoblasterna lite trötta i avsaknad av östrogen. Det gör att de inte orkar att helt fylla ut de alltfler diken och kanaler som osteoklasterna gräver ut. För varje remodelleringscykel minskar alltså mängden ben. Eftersom det har blivit många fler remodelleringscykler, händer det allt oftare att diken och kanaler stöter samman, eller att osteoklasterna gräver i samma trabekel från var sitt håll och möts på mitten. Då finns det ingen yta kvar att bygga nytt ben på, och trabekeln försvinner. Att enstaka trabekler försvinner kan få en förödande effekt på hållfastheten i hela strukturen, eftersom det kan leda till en felaktig fördelning av krafterna.
Detta är bakgrunden till att redan en måttlig minskning av benmassan kan kraftigt försämra benets hållfasthet.
Osteoporos definieras som att bentätheten är mer än 2,5 standarddeviationer under medelvärdet hos en ung frisk befolkning. Osteoporos är förenat med en ökad frakturrisk, särskilt i spongiöst ben. Det spongiösa benet, med sina stora tillgängliga ytor för osteoklastenra, minskar först. Först senare i osteoporosens utveckling ser man en påtaglig minskning också av det kortikala benet. Typiska osteoporosfrakturer är tex kotkompressionsfrakturer, höftfrakturer, frakturer i proximals humerus och radiusfrakturer. Det är dock viktigt satt minnas att de flesta ”osteoporosfrakturer” drabbar personer som inte har osteoporos. Möjligen har de osteopeni, dvs en bentäthet mellan 1,5 och 2,5 standarddeviationer under vad unga friska människor har. Man får sällan en fraktur utan att ramla; sättet man ramlar på kan ha avgörande betydelse för om man skadar sig eller ej.
Osteoporos, men troligen inte osteopeni, kan behandlas framgångsrikt med läkemedel. Här finns två principer: Att sätta fart på benuppbyggnad, eller att hämma nedbrytning. Det sistnämnda är vanligast, och infördes på 1990-talet, när bisfosfonaterna kom. Bisfosfonaterna härrör från utvecklingen av tillsatser till maskintvättmedel, men man fann senare extraordinära effekter på skelettet. Bisfosfonaterna är små molekyler som binder mycket starkt till hydroxylapatiten i benet. Där sitter de sedan fast i åratal. Molekylen är i övrigt i stort sett harmlös, kommer inte in i cellerna, och elimineras snabbt via njurarna. När en osteoklast resorberar ben, kommer benresterna att passera igenom osteoklasten och vidare ut till cirkulationen. Om benet innehåller bisfosfonat hamnar det alltså för första gången intracellulärt, och där är det giftigt: Osteoklasterna inaktiveras eller går i apoptos. Vid osteoporos är bisfosfonaternas viktigaste verkan att minska antalet remodelleringsenheter. Detta inte bara hämmar osteoporosens fortskridande, utan tillåter också benet att hinna mogna till full mekanisk styrka. Den höga omsättningen vid osteoporos gör annars att benet inte hinner mineraliseras fullt ut innan det remodelleras igen.
Bisfosfonaterna har också gynnsamma verkningar vid andra tillstånd, t ex för att minska tillväxt av skelettmetastaser (tumörtillväxtern fordrar benresorption för att få plats). I ortopediska sammanhang har man sett att bisfosfonater kan förbättra fixationen av ledproteser och sannolikt minska risken för att de ska lossna.
Bland andra läkemedel mot osteoporos märks särskilt Parathormon, som när det ges intermittent har en stimulerande inverkan på osteoblaster. Det leder till att man kan se, inte bara hämmad nedbrytning, utan en alltmer ökande benmassa, särskilt i kotpelaren.