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Knochenaufbau

Synonyme

Knochenstruktur, Knochenaufbau, Skelett

Medizinisch: Os
Englisch: bone


Knochenaufbau

Aufgrund der Struktur der Knochen werden zwei Knochenarten unterschieden:

  • der geflechtartige Knochenund der
  • Lamellenknochen

Der geflechtartige Knochen ähnelt von seiner Struktur un dem Knochenaufbau her einer Verknöcherung des Bindegewebes. Er kommt hauptsächlich beim Menschen in seiner Entwicklungsphase vor.
Beim Erwachsenen findet man ihn nur noch in der Labyrinthkapsel und nahe den Nähten der Schädelknochen.
Der Knochenaufbau besteht aus vier verschiedenen Schichten:

  1. Außen befindet sich die Knochenhaut (Periost),
  2. darauf folgt die Schicht der Kompakta und dann
  3. die Schicht der Spongiosa.
  4. Innen liegt noch die innere Knochenhaut (Endost) auf.

1. Das Periost

Das Periost besteht aus einer straffen geflechtartigen kollagenen Bindegewebsschicht, deren innere Schicht (Kambiumschicht) locker gebaut ist und von zahlreichen Blutgefäßen und Nerven durchzogen ist. Diese Schicht besteht vorwiegenden aus Osteoblasten und deren Stammzellen. Die Außenschicht (Stratum fibrosum) wird aus elastischem Fasergeflecht und aus straff angeordneten Kollagenfaserbündeln (Sharpey-Fasern) gebildet. Zusammen mit den Kollagenfasern von ansetzenden Sehnen straheln sie in den Knochen ein und verankern so die Sehne. In der äußeren Schicht finden sich die Arterie und die Vene nutricia, die über Löcher ins Knocheninnere führen.

2. Die Kompakta

Die Kompakta ist eine dicht gepackte Knochensubstanz, aus der ca. 80% aller Skelettmasse aufgebaut ist. Die restlichen 20% der Skelettmasse werden aus Spongiosa gebildet. Die Kompakta befindet sich im gesamten äußeren Bereich eines Röhrenknochens. Die Kompakta besteht aus kleinen, kreisförmigen Knochenstrukturen, den sogenannten Osteonen, die ca. 1 cm lang sind und einen Durchmesser von ca. 250-350 µm haben. Im Zentrum befindet sich im Havers-Kanal ein Gefäß, Nervenfasern und lockeres Bindegewebe, um das 5-20 Schichten schraubenförmig um die Achse des Osteons verlaufende Kollagenfasern eingelagert sind.
Jede Schicht ist 5-10µm dick verläuft mit wechselndem Steigungswinkel zu der darunter liegenden. Die Anordnung der kollagenen Fasern ist abhängig von der mechanischen Belastung und richtet sich nach dieser aus. Ist der Steigungswinkel der kollagenen Fasern flach, ist das Osteon eher druckfest, ist der Steigungswinkel steil ist das Osteon zugfest.

Durch diese spezifische Anordnung der kollagenen Fasern und den hohen Gehalt an Mineralsalzen in der Extrazellulärmatrix erhält der Knochen seine hohe Formfestigkeit. Zwischen den Kollagenfaserschichten befinden sich die Osteozyten, die mit ihren Fortsätzen weit zwischen die Schichten ragen und untereinander in Verbindung stehen. Über diese Fortsätze erreichen Nährstoffe und Sauerstoff aus den Blutgefäßen alle Zellen und sichern so deren Ernährung. Außen um das Osteon bildet die Kitt-oder Zementlinie mit einer Dicke von 1-2µm die äußere Begrenzung.
Schaltlamellen sind Bruchstücke alter Osteone zwischen den anderen Osteonen. Unter der äußeren Knochenhaut befindet sich direkt die äußere Generallamele, während sich unter der inneren Knochenhaut die innere Generallamelle befindet. Das Blutgefäß im Havers-Kanal verläuft senkrecht zur Arterie und Vene nutricia, die von außen in den Knochen führen.
Zusätzlich sind die in Längsrichtung im Knochen verlaufenden Havers-Kanäle durch kurze, quer und schräge verlaufende Volkmann-Kanäle verbunden.

Abbildung Knochenaufbau

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

Eine Übersicht aller Abbildungen von Dr-Gumpert finden Sie unter: medizinische Abbildungen

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

Eine Übersicht aller Abbildungen von Dr-Gumpert finden Sie unter: medizinische Abbildungen

3. Die Spongiosa

Die Spongiosa des Knochenaufbau ist nach Art eines Schwamms aufgebaut und stellt ein dreidimensionales Gerüst aus gitterähnlich angeordneten dünneren und dickeren Bälkchen, Stäbchen und Platten, den sogenannten Spongiosatrabekeln.
Durch diese Struktur liegen mehr als 60% der Knochenoberfläche im Bereich der Spongiosa. Die Knochensubstanz der Spongiosa ist ebenfalls lamellenartig Angeordnet, besitzt allerdings keine Blutgefäße. Das führt dazu, dass die Spongiosatrabekel nur eine Dicke von 200-300µ haben, um so noch durch Diffusion vom angrenzenden Markraum ernährt werden.
Der Markraum des Knochenaufbau ist entweder mit Fettgewebe oder mit blutbildendem Gewebe gefüllt. Durch die Ausrichtung der Spongiosabälkchen ist der Knochen in der Lage sich funktionell zu verformen. So entstehen über Biegekräfte innerhalb des Knochens Druck- und Zugkräfte, die dann wiederum zur Bildung von Druck und Zugtrabekeln führen.
Durch diese Funktion ist der Knochen zeitlebens in der Lage sich strukturell der Funktion und den veränderten statischen Bedingungen anzupassen. In der Spongiosa ist die Umbaurate ca. dreimal so hoch wie in der Kompakta. Während im Wachstumsalter der Anbau überwiegt, überwiegt nach dem 50. Lebensjahr der Abbau, wobei hier altersbedingte hormonelle Umstellungen eine entscheidende Rolle spielen. Durch diese Wachstums- und Umbauvorgänge werden alte Lamellensysteme ab- und neue aufgebaut. Der Abbau erfolgt durch die Osteoklasten. Dies sind Knochenzellen, die für den Abbau spezielisiert sind. Der Aufbau erfolgt dann über die Osteoblasten. Die erste Generation der Osteone, die durch den Umbau von Geflechtknochen entstanden sind heißen primäre Osteone, die im Umbau befindlichen werden als Schaltlamellen bezeichnet und die bereits umgebauten Osteone sind die sekundären Osteon.

4. Das Endost

Das Endost vom Knochenaufbau ist eine dünne Zellschicht die aus Knochendeckzellen gebildet wird. Die Zusammensetzung ist abhängig von Alter und Lokalisation. Beim Erwachsen sind etwa 5% der Gesamtfläche mit Osteoblasten und Osteoklasten bedeckt, die für Um- und Abbauprozesse sorgen, 95% wird aus den Knochendeckzellen gebildet.

Stammzellen des Knochen

Neben den Osteozyten, Osteoblasten und Osteoklasten befinden sich auch noch die Vorläuferzellen der Osteoblasten als Stammzellen im Knochen.
Diese Stammzellen können sich teilen und zu Osteoblasten entwickeln. Die Osteoblasten liegen dort, wo Knochen gebildet wird.
Sie liegen als runde Schicht, die über Zellffortsätze verbunden sind im Gewebe und produzieren vorerst eine nichtmineralisierte Matrix, die als Osteoid bezeichnet wird und kollagene Fasern. Nach 8-10 Tagen kommt es dann zu einer Einlagerung von Kalziumphosphatsalzen und die Osteoblasten mauern sich sozusagen ein.
Danach differenzieren sie sich weiter zu Osteozyten. Die Osteoklasten sind große vielkernige Zellen, die aus eingewanderten Blutzellen entstehen und die Fähigkeit entwickelt haben, Knochengewebe abzubauen. Sie haben engen Kontakt mit der Knochenmatrix und bilden an deren Oberfläche Resorptionshöhlen (Howship-Lakunen) in denen die Knochenmatrix auf enzymatischem Wege abgebaut wird. Im wachsenden Knochen sind die Osteoklasten noch relativ zahlreich vorhanden, im ausdifferenzierten Lamellenknochen findet man sie nur noch an Stellen des aktiven Knochenumbaus. Dies sind etwa 1% der inneren Knochenoberfläche.

Am Tag kann sich an Osteoklast 40-70µm in den Knochen fressen und baut damit so viel Gewebe ab, wie vorher etwa 100 Osteoblasten aufgebaut haben. Alle knochenauf- und abbauenden Prozesse finden an den äußeren und inneren Oberflächen des Knochens unter Beteiligung der äußeren (Periost) und inneren Knochenhaut (Endost) statt.
Mit Ausnahme der überknorpelten Gelenkflächen und der Sehnenansätze wird der Knochen außen vom Periost umgeben. Das Endost überzieht die innere Oberfläche der Kompakta, der Havers- und Volkmann Kanäle sowie aller Knochenbälkchen der Spongiosa. Die geschätzte Oberfläche des Periosts beträgt beim Erwachsenen etwa 0,5 m², die des Endost beträgt etwa 11 m².

Weitere Informationen zum Thema Knochenaufbau

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Qualitätssicherung durch: Dr. Nicolas Gumpert      |     Letzte Änderung: 16.07.2018
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