Knochenaufbau

Menschliches Skelett (Frontansicht)

Der Knochen (lateinisch-anatomisch Os, Plural Ossa, griechisch-klinisch-pathologisch meist Ost~, Oste~ oder Osteo~, von οστούν) oder das Knochengewebe (auch das Bein aus alter germanischer Wortwurzel, vergleiche Brustbein, Beinhaus etc. und englisch bone) bezeichnet ein besonders hartes, skelettbildendes Stützgewebe der Wirbeltiere. Das menschliche Skelett besteht aus etwa 206 Knochen. Die Anzahl variiert, da unterschiedlich viele Kleinknochen in Fuß und Wirbelsäule vorhanden sein können.

Alle Wirbeltiere stützen ihren Körper von innen durch ein Skelett, das aus einer Vielzahl von Knochen gebildet wird. Die einzelnen Knochen sehen je nach Lage und Funktion unterschiedlich aus.

Gleichzeitig schützen die Knochen innere Organe, wie z. B. die Schädelknochen das Gehirn und der Brustkorb das Herz und die Lunge. Außerdem bilden sich im roten Knochenmark die roten Blutkörperchen, die Blutplättchen und die weißen Blutkörperchen.

Die Größe variiert zwischen den nur millimetergroßen Gehörknöchelchen einiger Kleinsäuger bis zu den meterlangen Bein- und Rippenknochen der Dinosaurier.

Knochenarten

Schematischer Aufbau eines Röhrenknochens

Die Osteologie als Teilbereich der Anatomie unterscheidet verschiedene Knochenarten:

• Röhrenknochen (lange Knochen, Ossa longa): z. B. Oberarmknochen (Humerus), Elle (Ulna) und Speiche (Radius), Oberschenkelknochen (Femur) und Schien- (Tibia) und Wadenbein (Fibula). Die langen Knochen bestehen aus zwei Knochenenden (Epiphyse) und einem Knochenschaft (Diaphyse).
• platte Knochen (Ossa plana): z. B. am Schädel sowie als Rippen (Costae), Schulterblatt (Scapula), Brustbein (Sternum), Becken (Ossa coxae)
• kurze Knochen (Ossa brevia): ungeformte Knochen, z. B. Handwurzelknochen
• Sesambeine (Ossa sesamoidea): kleine rundliche Knochen, die variabel auftreten können, z. B. Kniescheibe (Patella)
• luftgefüllte Knochen (Ossa pneumatica): enthalten mit Schleimhaut ausgefüllte Hohlräume, z. B. am Schädel das Stirnbein (Os frontale)
• unregelmäßige Knochen (Ossa irregularia): Sie lassen sich den anderen Knochen-Typen nicht zuordnen, z. B. Wirbel (Vertebrae) der Wirbelsäule oder der Unterkieferknochen (Mandibula).

Feinbau der Knochen

Der Knochen wird von einer Bindegewebshaut, der Knochenhaut (Periost), umgeben, die ihm eng anliegt. Die eigentliche Knochensubstanz wird in die äußere Substantia corticalis (im Mittelteil von Röhrenknochen ist diese sehr dick und wird deshalb auch als Substantia compacta bezeichnet) und die innere Substantia spongiosa, ein schwammartiges Gerüstwerk feiner Knochenbälkchen, gegliedert. Im Inneren ist bei langen Knochen eine Markhöhle (Cavum medullare) ausgebildet. In der Markhöhle und in den Zwischenräumen der Spongiosa befindet sich das Knochenmark (Medulla ossium), das im Laufe des Lebens allmählich durch gelbes Fettmark ersetzt wird und nur in wenigen Knochen erhalten bleibt (Rippen, Brustbein, Wirbelkörper, Hand- und Fußwurzelknochen, platte Schädelknochen und Becken).

Die Knochensubstanz besteht aus Knochenzellen (Osteozyten), welche in die sogenannte „Knochenmatrix“ eingebettet sind.

Die Osteozyten sind durch Zellfortsätze untereinander verbunden. Ein eigenes Blutgefäßsystem versorgt die Knochenzellen mit Nährstoffen und Sauerstoff. Den Abbau des Knochengewebes übernehmen Osteoklasten, mit Hilfe von Knochenbildungszellen Osteoblasten wird es wieder neu aufgebaut.

Die Knochenmatrix setzt sich zu 10 % aus Wasser, zu 20 % aus organischen Materialien (z. B. Kollagen Typ I, Osteonectin, Osteocalcin, Proteoglycane) und zu 70 % aus anorganischen Stoffen (vor allem Hydroxylapatit) zusammen.

Knochenwachstum

Aus dem embryonalen Bindegewebe, dem Mesenchym, entstehen unter anderem Osteoblasten. Diese Zellen bilden das weiche Osteoid, die noch unverkalkte Knochengrundsubstanz. Sie reichern mit der Zeit Hydroxylapatit an, erst durch die Einlagerung dieses Calciumphosphats wird der Knochen hart und stabil. Osteoblasten, die vollständig von Knochenmatrix umgeben sind, nennt man Osteozyten.

Bisher haben Mediziner angenommen, dass es sich beim Knochenwachstum um einen Prozess handelt, der gleichmäßig über Tag und Nacht verteilt stattfindet – schubweise an manchen Tagen mehr und an anderen weniger. Dies scheint jedoch nach den Ergebnissen der Untersuchungen von amerikanischen Forschern der University of Wisconsin-Madison nicht korrekt zu sein. Ihren Erkenntnissen zufolge wachsen Knochen hauptsächlich nachts, wenn kein Druck auf ihnen lastet. Unter Belastung, wie sie beim Stehen oder bei Bewegungen auftritt, wachsen Knochen dagegen kaum. Vermutlich hemmt der Druck, der im Stehen auf den Knorpelschichten der Knochen lastet, das Wachstum. Die Tatsache, dass Wachstumsschmerzen hauptsächlich nachts auftreten, könnte ein weiterer Hinweis für das nächtliche Wachstum von jungen Knochen sein; unter Wachstumsschmerzen leiden etwa ein Drittel aller Kinder zwischen drei und zwölf Jahren (Journal of Pediatric Orthopaedics, Ausgabe 24, Nr. 6, S. 726, 2005).

Man kann zwei verschiedene Arten der Knochenentwicklung (Ossifikation) unterscheiden:

• Desmale Ossifikation – Entwicklung aus bindegewebiger Vorstufe (Schädeldach, Gesicht, Teile des Schlüsselbeins)
• Chondrale Ossifikation – Entwicklung aus hyalinem Knorpelskelett (Mehrheit der Knochen)

Erkrankungen

Wenn ein Knochen durch äußeren Einfluss oder mangels Knochenmasse bricht, spricht man medizinisch von einem Knochenbruch (Fraktur). Bei der Heilung wächst der Knochen wieder zusammen. Dabei muss darauf geachtet werden, dass sich die beiden Teile in richtiger Stellung zueinander befinden. Eine Ruhigstellung erfolgt konservativ, d. h. mit Hilfe eines Gipsverbandes oder einer Schiene, oder operativ als Osteosynthese z. B. mit Hilfe einer Marknagelung oder einer Verplattung. Werden die Knochenenden nicht ruhiggestellt, kann die Heilung ausbleiben, und es kommt zur Pseudarthrose, einem sogenannten „falschen Gelenk“.

Weitere Knochenerkrankungen sind:

• Fibrodysplasia Ossificans Progressiva
• Osteoporose
• Osteogenesis imperfecta
• Hypophosphatasie
• Panostitis der Hunde

Verwendung tierischer Knochen

Tierknochen gehören zusammen mit Holz und Stein zu den ältesten Rohstoffen, die der Mensch für die Herstellung von Werkzeugen und Geräten nutzte, z. B. von Nadeln und Ahlen.

In der Geißenklösterle-Höhle wurden relativ gut erhaltene bzw. rekonstruierbare Flöten mit Grifflöchern entdeckt, die ca. 35.000 Jahre alt sind. Zwei von ihnen sind in einem Stück aus Schwanenknochen^[1] gefertigt.

Das Mark der Knochen war ein besonders geschätzter Teil der Jagdbeute.

Die Knochen von Tieren, insbesondere von Rindern, werden dazu genutzt, Seife oder Knochenleim zu produzieren. Des Weiteren wird heute daraus vor allem Knochenmehl als organischer Dünger hergestellt. Als Futterzusatz wurde Knochenmehl seit dem Aufkommen der BSE-Krankheit verboten.

Etymologie

Ursprünglich mit „Bein“ (mhd., ahd. bein), werden Teile des Endoskeletts seit dem 14. Jh. mit „Knochen“ bezeichnet, welches sich von knoche (mhd.), bzw. knoke (mnd.) herleitet. Das wohl ursprünglich lautmalerische Wort (vgl. „knacken“, eng. to crack) verdrängte weitgehend das ältere „Bein“. Lediglich bei den Schädelknochen, Teilen der Wirbelsäule (Kreuzbein, Steißbein) und den Anteilen des Beckens ist „Bein“ auch heute noch gebräuchlich.

Einzelnachweise

1. ↑ [1] Flöte aus einem Schwanenknochen

Literatur

• Dieter Felsenberg: Struktur und Funktion des Knochens. Pharmazie in unserer Zeit 30(6), S. 488–493, 2001, ISSN 0048-3664

Siehe auch

• Vogelskelett
• Mechanostat

Weblinks

• Osteoporose: Stoffwechsel der Knochen
• elektronenmikroskopische Bilder von Knochen
• Informationen der American Society for Bone and Mineral Research (engl.)