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vom 21.05.2015, aktuelle Version,

Knochen

Menschliches Skelett (Frontansicht)

Der Knochen (lateinisch-anatomisch Os, Plural Ossa, griechisch-klinisch-pathologisch meist Ost~, Oste~ oder Osteo~, von οστούν) oder das Knochengewebe (auch als Bein aus alter germanischer Wortwurzel, vergleiche Brustbein, Beinhaus und englisch bone) bezeichnet ein besonders hartes, skelettbildendes Stützgewebe der Wirbeltiere. Das menschliche Skelett besteht aus etwa 205 Knochen. Die Anzahl variiert, da unterschiedlich viele Kleinknochen in Fuß und Wirbelsäule vorhanden sein können. Kleine Knochen, beispielsweise akzessorische Knochen in Hand- oder Fußwurzel, werden oft als Ossikel (Knöchelchen) bezeichnet.

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 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.

Etymologie

Ursprünglich wurden Teile des Endoskeletts mit Bein (mhd., ahd. bein) bezeichnet, seit dem 14. Jahrhundert mit dem von knoche (mhd.) oder knoke (mnd.) abgeleiteten Knochen. Das wohl ursprünglich lautmalerische Wort (vgl. knacken, engl. to crack) verdrängte weitgehend das ältere Bein. In den deutschen Namen einiger Knochen kommt das Wort Bein jedoch immer noch vor, beispielsweise bei fast allen Schädelknochen.

Knochenformen

Schematischer Aufbau eines Röhrenknochens

Die Osteologie als Teilbereich der Anatomie unterscheidet verschiedene Knochenformen:

Feinbau der Knochen

Der Knochen wird von einer Bindegewebshaut, der Knochenhaut (Periost), umgeben, die ihm eng anliegt.

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 25 % aus Wasser, zu 30 % aus organischen Materialien und zu 45 % aus anorganischen Stoffen (vor allem Hydroxylapatit) zusammen. Die organischen Anteile bestehen zu 95 % aus Kollagen Typ I und zu fünf Prozent aus Proteoglycanen sowie mehreren anderen nicht-kollagenen Proteinen, beispielsweise Osteonectin, Osteopontin und Osteocalcin (siehe auch Osteoid). Menschliche Knochen bestehen aus nanokristallinem Hydroxylapatit, das in eine Collagenmatrix eingebaut ist. Dabei sind die Phosphationen in einem geringen Anteil durch Carbonationen ersetzt und Hydroxylgruppen sind weniger als im reinen Hydroxylapatit. Die Kristallite haben nur eine Dicke von 3 nm. Zu etwa einem Prozent sind auch Citratmoleküle im Knochen eingebaut.[1]

Geflecht- oder Faserknochen

Geflechtknochen (Syn. Faserknochen) besteht aus Knochenbälkchen. Im Gegensatz zum Lamellenknochen sind die Osteozyten unregelmäßig verteilt und die Kollagenfasern der Knochenmatrix sind in groben Bündeln scheinbar ungeordnet ausgerichtet. Geflechtknochen entsteht bei den aus desmaler und enchondraler Ossifikation gebildeten Knochengeweben sowie nach Knochenbrüchen in der ersten Phase der Knochenheilung.[2] Geflechtknochen enthält relativ viele Osteoblasten, ist gut durchblutet und weniger mineralisiert als Lamellenknochen. Er ist sehr zugfest und biegungselastisch.[3]

Geflechtknochen wird zumeist in Lamellenknochen umgebaut. Bei Erwachsenen kommt er lediglich im Felsenbein, in den Gehörknöchelchen, an den Zahnfächern und den Rändern der Schädelnähte vor.[3] Auch bestimmte Knochentumoren und Knochenzysten können sich aus Geflechtknochen zusammensetzen.[2]

Lamellenknochen

Der Lamellenknochen 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 (Cavitas medullaris) 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. Rotes Knochenmark bleibt nur in wenigen Knochen erhalten (Rippen, Brustbein, Wirbelkörper, Hand- und Fußwurzelknochen, platte Schädelknochen und Becken). Dort finden sich Blut bildende Zellen (siehe Hämatopoese).

Knochenwachstum und -umbau

Mikroskopisches Schnittbild eines jugendlichen Kniegelenkes (Ratte). Die Wachstumsfugen sind deutlich erkennbar
Gegen die Wachstumsfuge sprossendes Kapillarlabyrinth (Injektionspräparat, Raster-Elektronenmikroskopie)

Aus dem embryonalen Bindegewebe, dem Mesenchym, entstehen in der Umgebung von Blutkapillaren 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.

Das Längenwachstum eines Knochens unterliegt einem circadianen Rhythmus mit einem Hauptmaximum in der Nacht (Untersuchung an Ratten).[4] Auch nach den Ergebnissen der Untersuchungen von amerikanischen Forschern der University of Wisconsin-Madison wachsen Knochen hauptsächlich nachts. Die Ursache der insbesondere nachts auftretenden sogenannten Wachstumsschmerzen vor allem an den unteren Extremitäten bei Kindern ist aber nicht geklärt;[5] unter Wachstumsschmerzen leiden bis zu einem Drittel aller Kinder zwischen drei und zwölf
Jahren.[6]

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)

Das Längenwachstum der Röhrenknochen erfolgt in den knorpeligen Epiphysen- oder Wachstumsfugen zwischen Schaft und Epiphysen, wobei Blutgefäße einsprossen und gegen die Wachstumsfuge ein Labyrinth erweiterter Blutkapillaren bilden.[7] Die Knorpelzellen teilen sich in Längsrichtung gegen den Schaft (Diaphyse). Vom Schaft aus verknöchert dieser wachsende Knorpel. Die Epiphysen weichen dadurch auseinander, der Knochen wird länger. Die Wachstumsfugen gehen aus der knorpeligen Knochenanlage hervor. Sie schließen sich mit Abschluss des Längenwachstums; dies geschieht je nach Knochen in etwas unterschiedlichem Alter. Da die Wachstumsfugen röntgenologisch sichtbar sind, kann der Fugenschluss zur gerichtsmedizinischen Altersbestimmung herangezogen werden.

Knochen ist kein starres Gebilde, sondern unterliegt einem permanenten Umbau. Man spricht hier von Knochengeweberemodellierung.

Erkrankungen des Knochens

Wenn ein Knochen durch äußeren Einfluss oder mangels Knochenmasse bricht, spricht man medizinisch von einem Knochenbruch (Fraktur). Bei der Heilung wächst der Knochen unter der Knochenbruchbehandlung 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 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 (Osteopathien) sind:


Knochen können auch im Rahmen von Erkrankungen mitbetroffen sein, deren primäre Ursache nicht im Knochen selbst liegt. Bei Brustkrebs und Prostatakrebs finden sich häufig Metastasen im Knochen, Knochenmetastasen. Multiple Myelom führt meist zu Osteolysen. Bei Niereninsuffizienz kommt es zu vermehrtem Knochenabbau (siehe Chronisches Nierenversagen).

Verwendung tierischer Knochen

Tierknochen gehören zusammen mit Holz und Stein zu den ältesten Rohstoffen, die der Mensch für die Herstellung von Werkzeugen und Geräten wie Nadeln und Ahlen nutzte. In der Geißenklösterle-Höhle wurden relativ gut erhaltene oder rekonstruierbare Flöten mit Grifflöchern entdeckt, die nahezu 35.000 Jahre alt sind. Zwei von ihnen sind in einem Stück aus Schwanenknochen[8] gefertigt. Knochenmark war eine geschätzte Nahrung. Knochen dienten zudem als Messergriffe und für andere Schäftungen. Perlen, Rosenkranzperlen, Haarnadeln und Kämme wurden bis ins Mittelalter vor allem aus Knochen gefertigt.[9] In China dienten Knochen, vor allem Schulterblätter, seit dem ausgehende Neolithikum als Schreibmaterial für Orakelanfragen. Das macht Knochen zu einem der ältesten Beschreibstoffe.[10]

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 bovinen spongiformen Enzephalopathie (BSE) verboten.

Literatur

  Commons: Knochen  – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
  Wikiquote: Knochen  – Zitate
  Wiktionary: Knochen  – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. ↑ Dorothea Schleuter, Susanne Ueberlein, Elke Brunner: Biomineralien und Biomaterialien. In: GIT-Laborzeitschrift. Mai 2013, S. 297.
  2. 1 2 Jörg Jerosch u. a.: Knochen: curasan Taschenatlas spezial. Georg Thieme Verlag, 2002, ISBN 3-13-132921-1.
  3. 1 2 Karl-Josef Moll, Michaela Moll: Anatomie: Kurzlehrbuch zum Gegenstandskatalog 1. 18. Auflage. Elsevier, Urban & Fischer Verlag, 2005, ISBN 3-437-41743-6, S. 96.
  4. ↑ R. Flammersfeld: Über den circadianen Profiferationsrhythmus in der proximalen Tibiametaphyse bei der jungen Ratte während der enchondralen Ossifikation. Inaugural-Dissertation. Medizinische Fakultät, Ruhr-Universität, Bochum 1988.
  5. ↑ Pschyrembel: Klinisches Wörterbuch 2013. Verlag Walter de Gruyter, Berlin/ Boston 2012, ISBN 978-3-11-027788-3, S. 2246.
  6. ↑ Journal of Pediatric Orthopaedics. Ausgabe 24, Nr. 6, 2005, S. 726.
  7. ↑ P. Stanka, U. Bellack, A. Lindner: On the morphology of the terminal microvasculature during endochondral ossification in rats. In: Bone and Mineral. vol. 13, 1991, S. 93–101.
  8. ↑ urgeschichte.uni-tuebingen.de Flöte aus einem Schwanenknochen
  9. ↑ Mostefa Kokabi, Björn Schlenker, Joachim Wahl: Knochenarbeit – Artefakte aus tierischen Rohstoffen im Wandel der Zeit. (= Archäologische Informationen aus Baden-Württemberg. 27). Stuttgart 1994, ISBN 3-927714-23-2.
  10. ↑ Paola Demattè: The Origins of Chinese Writing: the Neolithic Evidence. In: Cambridge Archaeological Journal. 20/2, 2010, S. 211–228.