Knochen

Synonyme

Knochenstruktur, Knochenaufbau, Skelett

Medizinisch: Os

Englisch: bone

Einleitung

Das knöcherne Skelett eines Erwachsenen besteht aus etwa 200 einzelnen Knochen, die über Gelenke miteinander verbunden sind. Sie machen ca. 10% des Körpergewichts aus. Die Gestalt der einzelnen Knochen ist genetisch festgelegt, die Struktur ist abhängig von der Art und Größe der mechanischen Belastung.
Die Knochensubstanz ist so angeordnet, dass mit geringstem Materialaufwand eine größtmögliche Festigkeit erreicht wird. Knochen werden zum einen nach Form und zum anderen unabhängig der Form unterschieden.

Abbildung Knochenübersicht

Abbildung Überblick über die größeren Knochen des menschlichen Skeletts

Lange Knochen (Röhrenknochen) - blau
Kurze Knochen - orange
Platte Knochen - gelb
Mischformen - lila

  1. Hirnschädel -
    Neurocranium
  2. Gesichtsschädel -
    Viscerocranium
  3. Halswirbel -
    Vertebrae cervicales
  4. Schlüsselbein -
    Clavicula
  5. Schulterblatt - Scapula
  6. Brustbein - Sternum
  7. Oberarmbein - Humerus
  8. Rippen - Costae
  9. Lendenwirbel -
    Vertebrae lumbales
  10. Elle - Ulna
  11. Speiche - Radius
  12. Kreuzbein - Os sacrum
  13. Hüftbein - Os coxae
  14. Oberschenkelbein - Femur
  15. Kniescheibe - Patella
  16. Wadenbein - Fibula
  17. Schienbein - Tibia

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Knochenformen

Nach der Form unterscheidet man:

  • lange Knochen
  • kurze Knochen
  • platte flächenhafte Knochen
  • unregelmäßige Knochen

Unabhängig von der Form unterscheidet man noch:

  • lufthaltige Knochen
  • Sesambeine und zusätzliche, sogenannte
  • akzessorische Knochen

Die langen Knochen der Extremitäten sind Röhrenknochen und werden aus einem Schaft (Diaphyse) und zwei Enden (Epiphysen) gebildet. Während der Wachstumsphase besteht eine Wachstumsfuge (Epiphysenfuge) aus Knorpel zwischen dem Schaft und der Epiphyse, die am Ende der Wachstumsphase zur sogenannten Epiphysenfuge verknöchert.
Der direkt an die Epiphysenfuge anschließende Teil des Schaftes wird als Metaphyse bezeichnet. Knochenvorsprünge an denen Sehnen und Bänder ansetzen werden als Apophysen bezeichnet. Wenn die Sehnen und Bänder an Rauigkeiten ansetzen, werden diese Rauigkeiten als Tuberositas bezeichnet.

Kamm- oder leistenförmige Knochenkanten werden als Kamm (Crista) oder Lippe (Labrum) oder linienförmige Rauigkeit (Linea )bezeichnet. Diese Kämme, Lippen und Linien dienen Muskeln, Sehnen, Bändern und Gelenkkapseln als Ansatz.

Abbildung Übersicht Knochenaufbau

Abbildung Aufbau des Röhrenknochens eines Erwachsenen (A) und eines Kindes (B)

a - Epiphyse
(Knochenende)
b - Metaphyse
(wachstumaktive Zone)
c - Diaphyse
(Knochenschaft)

  1. Schwammartig gebauter
    Knochen mit rotem
    Knochenmark -
    Substantia spongiosa
    +
    Medulla ossium rubra
  2. Epiphysenlinie -
    Linea epiphysialis
  3. Dichter (kompakter) Knochen -
    Substantia compacta
  4. Markhöhle mit gelbem
    Knochenmark -
    Cavitas medullaris
    + Medulla ossium flava
  5. Knochenarterie - Arteria nutricia
  6. Knochenhaut - Periosteum
  7. Osteon (funktionelle Grundeinheit) - Osteonum
  8. Mit knochenmark gefüllte Räume zwischen den Knochenbälkchen - Medulla ossium
  9. Wachstumsfuge - Lamina epiphysialis

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Zusammensetzung des Knochen

Knochenzusammensetzung

Das Knochengewebe besteht aus den Knochenzellen (Osteozyten), die von einer Extrazellulärmatrix aus:

  • Grundsubstanz
  • kollagene Fibrillen
  • einer Kittsubstanz und
  • verschiedenen Salzen gebildet wird.

Die Grundsubstanz und die kollagenen Fibrillen werden auch als interzelluläre Substanz bezeichnet. Die kollagenen Fibrillen gehören zum organischen Anteil des Knochens und die Salze gehören zum anorganischen Teil. Die wichtigsten Salze im Knochen sind:

  • Calciumphosphat
  • Magnesiumphosphat und
  • Calciumcarbonat,

die weniger wichtigen sind andere Verbindungen von Calcium, Kalium, Natrium mit Chlor und Fluor. Die Salze bedingen die Härte und Festigkeit des Knochens. Ist der Knochen salzfrei, wird er biegsam.
Die organischen Bestandteile des Knochens sorgen für die Elastizität. Das Verhältnis von Salzen und organischen Bestandteilen ändert sich im Laufe des Lebens. Beim Neugeborenen beträgt der Anteil von organischen Teilen vom Knochen 50%, beim Greis nur noch 30%. Neben den Osteozyten kommen noch Osteoblasten als knochanaufbauende und Osteoklasten als knochenabbauende Zellen.
Das Knochengewebe ist nach dem Zahngewebe die härteste Substanz des menschlichen Körpers und hat einen Wassergehalt von 20%.

Bildung des Knochens

Knochen werden auf zwei unterschiedliche Arten im menschlichen Körper gebildet.

  1. Bei der desmalen Knochenentwicklung (Ossifikation) wird der Knochen direkt gebildet, während bei der
  2. chondrale Knochenentwicklung der Knochen aus Knorpelgewebe indirekt hervorgeht.

In beiden Fällen erscheinen die ersten Knochenanlagen im 2. Embryonalmonat mit dem Schlüsselbein und Enden mit dem Schluss der Apo- und Epiphysenfugen zu Beginn des 20. Lebensjahres. Wenn sich der Knochen unmittelbar im embryonalem Bindegewebe (Mesenchym) aus mesenchymalen Vorläuferzellen entwickelt spricht man von einer desmalen Knochenentwicklung.
Die entstehenden Knochen werden als Bindegewebsknochen bezeichnet. So entstehen unter anderem Schädelknochen, der Unterkiefer und Teile des Schlüsselbeins.

Entwickelt sich der Knochen nicht aus dem Bindegewebe, sondern aus Knorpelgewebe spricht man von einer chondralen Verknöcherung. Zunächst entsteht ein knorpeliges Vorskelett (Primordinalskelett), welches in seiner Form dem späteren Skelett gleicht. Dieses „Vorskelett“ wird dann durch Knochen ersetzt. Bei beiden Formen kommt es zunächst zur Bildung von Geflechtknochen, der sich dann unter Belastung in den Lamellenknochen umwandelt. Der Geflechtknochen hat gegenüber dem Lamellenknochen eine größere Wachstumspotenz und bildet so vermehrt Leisten und Bälkchen aus, mit deren Hilfe er in relativ kurzer Zeit ein weiträumiges Gerüst errichten kann.
Innerhalb des Geflechtknochens sind die Blutgefäße und der Verlauf der kollagenen Fasern ungeordnet und die Zahl der Osteozyten ist gering und ihre Anordnung ist regellos. Zusätzlich ist der Mineralisierungsgehalt des Gewebes gering. Deswegen ist der Geflechtknochen nicht so belastbar wie der Lamellenknochen. Während des Wachstums bis in die 20er Jahre hinein wird der Geflechtknochen in Lamellenknochen umgewandelt. Die erste Generation der entstehenden Osteone heißen primäre Osteone und entstehen schon während der Fetalzeit.

Wenn diese im Rahmen durch Umbauprozesse durch neue Osteone ersetzt, die nun als sekundäre Osteone bezeichnet werden. Dieser Umbau findet verstärkt zwischen dem 8. und 15. Lebensjahr statt. Während des Umbaus dringen zunächst Gefäße in den Geflechtknochen ein und treiben mit Hilfe von Osteoklasten einen gefäßführenden Kanal in den Knochen. Dieser besitz bereits den Durchmesser des späteren Osteons. Aus dem gefäßbegleitenden Bindegewebe differenzieren sich dann die Osteoblasten, die sich an die Kanalwand anlagern und beginnen, die Matrix zu bilden, die sich als Osteoid schon in Form von Lamellen im Osteon anordnet.
Später wird dann das Osteoid vollständig mineralisiert und die Osteoblasten eingemauert. Das Lumen des Kanals wird so Stück für Stück eingeengt, bis nur noch der Havers-Kanal übrig bleibt.

Entwicklung des Röhrenknochens

Die Entwicklung eines Röhrenknochens läuft sowohl über die direkte las auch über die indirekte Verknöcherung. Innerhalb des Knochenschaftes entsteht über direkte Verknöcherung die sogenannte perichondrale Knochenmanschette. Auf ihrer Grundlage wächst der Schaft in die Dicke. An die perichondrale Knochenmanschette werden hierbei weitere Faser- und Geflechtknochenbälkchen angebaut, bis sich ein locker strukturierter knöcherner Schaft gebildet hat. Vorerst bildet sich der Ring nur im mittleren Schaftbereich, dehnt sich dann aber über die ganze Länge des Schaftes aus. So kommt es zu einer Versteifung und die weiteren knöchernen Umbauprozesse führen nicht zu einer Unterbrechung der Stützfunktion.
Mit dem Erscheinen von Geflechtknochen wird das vorläufig umgebende Perichondrium zum Periost umgebaut, von dem das weitere Dickenwachstum des Knochens ausgeht. Im Anschluss daran kommt es zu einem starken Knorpelwachstum im Bereich des Schaftes, womit ein Längenwachstum des Schaftes provoziert wird. Hier sind die Knorpelzellen schon in längsgerichteten Zellsäulen angeordnet, die dann verknöchern.
Durch eine verschlechterte Versorgung der Knorpelzellen mit Nährstoffen werden diese dann durch von den Gefäßen eindringendes Bindewebe mit Hilfe von knorpelabbauenden Zellen abgebaut. So entsteht eine primäre Markhöhle, in denen dann das Knochenmark mit seinen Mesenchymzellen entsteht.
An den Rändern der Markhöhle beginnen dann Osteoblasten mit der Bildung von Knochenmasse, so das ein primärer Knochenkern entsteht. Ausgehend von der primären Markhöhle wird der Knorpel bis auf die Epiphysen dann allmählich durch den Geflechtknochen ersetzt. Zu einem genetisch festgelegten Zeitpunkt entstehen dann innerhalb der Epiphyse sekundäre Knochenkerne, die dann das Knorpelgewebe aus den Epiphysen verdrängen. An den Epiphysenfugen wird durch Teilung der Knorpel vermehrt und so entsteht das Längenwachstum. Durch eine Knorpelplatte ist die knöcherne Epiphyse von der Metaphyse getrennt. Der Gelenkknorpel steht mit der Wachstumszone in Verbindung. Innerhalb der Epiphysenfuge werden vier Zonen unterschieden,

  1. die Reservezone (mit ruhendem Knorpel),
  2. die Proliferationszone (mit säulenformigen Knorpelzellen),
  3. die Knorpelumbauzone und die
  4. Ossifikation.

Die Proliferationszone ist entscheidend für das Langenwachstum. Hier findet die Zellvermehrung statt. Über Zellteilung entstehen charakteristische Zellsäulen. Mit zunehmender Größenzunahme nehmen die Zellen vermehrt Wasser auf und befinden sich dann in der Blasenknorpelzone. Diese Zellhypertrophie und die Zellteilung kommen dem Längenwachstum zu gute. In der Blasenknorpelzone steigert sich die Zellaktivität, es kommt zur vermehrten Kollagenbildung, die längsgerichtete Septen bilden und zur Mineralisation, so dass es zu einer Versteifung kommt. Dies ist Voraussetzung für das Einsprossen von Gefäßen und die Septen dienen dem neugebildeten Knochen als Gerüst.
Über die Gefäße gelangen knorpelfressende Zellen in das Gewebe und bauen den Knorpel, so dass Platz für den entstehenden Knochen entsteht. Die Knochenbildung beginnt dann mit der Besiedlung durch Osteoblasten auf der Oberfläche der übriggebliebenen mineralisierten Septen.

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Autor: Dr. Nicolas Gumpert      |     Letzte Änderung: 05.12.2016
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