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Knochen
Knochen sind lebendige, gut durchblutete Organe aus verschiedenen Geweben · Im Schaft von Röhrenknochen ist eine Markhöhle · Der Knochen wird von einer …
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Grundlagen und Aufgaben
Ein Knochen, lateinisch Os (Plural Ossa), ist ein druck- und zugfestes Organ. Knochen bilden das Endoskelett der Wirbeltiere und gehören zum Stütz- und Bewegungsapparat. Weil sie selbst nicht aktiv arbeiten wie Muskeln, werden sie dem passiven Bewegungsapparat zugerechnet.
Knochen haben mehrere wichtige Aufgaben: Sie stützen den Körper, ermöglichen zusammen mit Gelenken, Bändern, Muskeln und Sehnen Bewegung, schützen innere Organe und bilden Blutzellen. Beispiele für Schutzfunktionen sind die Schädelknochen, die das Gehirn schützen, und der Brustkorb, der Herz und Lunge schützt. Im roten Knochenmark entstehen rote Blutkörperchen, Blutplättchen und weiße Blutkörperchen.
Knochen sind lebendige, gut durchblutete Organe aus verschiedenen Geweben. Ihre mechanischen Eigenschaften werden vor allem durch das Knochengewebe bestimmt. Außen bildet es die Substantia corticalis; im Mittelteil von Röhrenknochen ist sie besonders dick und heißt deshalb auch Substantia compacta. Innen liegt die Substantia spongiosa, ein schwammartiges Gerüst aus feinen Knochenbälkchen, den Trabekeln. Diese sind so angeordnet, dass sie Belastungen durch Druck oder Zug aufnehmen können.
Die Substantia corticalis macht bei Erwachsenen 70 % der Knochendichte aus, bei Kindern 30 %. Knochengewebe besteht zu 25 % aus Wasser, zu 30 % aus organischen Anteilen und zu 45 % aus anorganischen Anteilen. Die organischen Anteile bestehen zu 95 % aus Kollagen vom Typ I.
Innerer Aufbau
Im Schaft von Röhrenknochen befindet sich eine Markhöhle, die Cavitas medullaris. In dieser Markhöhle und in den Zwischenräumen der Spongiosa liegt das Knochenmark, lateinisch Medulla ossium. Im Laufe des Lebens wird Knochenmark allmählich durch gelbes Fettmark ersetzt. Rotes Knochenmark bleibt nur in wenigen Knochen erhalten, nämlich in Rippen, Brustbein, Wirbelkörpern, Hand- und Fußwurzelknochen, platten Schädelknochen und im Becken. Dort befinden sich Blut bildende Zellen; dieser Vorgang heißt Hämatopoese.
Außen wird der Knochen von einer Bindegewebshaut umgeben, der äußeren Knochenhaut oder dem Periost. Sie liegt dem Knochen eng an. Alle inneren Oberflächen sind mit der inneren Knochenhaut, dem Endost, bedeckt. Dazu zählen die Innenseite der Kortikalis, die Oberfläche der Trabekel und die Gefäßkanäle durch das Knochengewebe. An Gelenkflächen ist der Knochen mit Knorpel überzogen; dort ist das Periost unterbrochen.
Röhrenknochen sind oft Biegebelastungen ausgesetzt. Muskeln, Faszienverstärkungen und Bänder können solche Belastungen vermindern. Dieses Prinzip heißt Zuggurtung. Friedrich Pauwels beschrieb es für die langen Knochen der oberen und unteren Extremität. Darauf beruht auch die Zuggurtungsosteosynthese, ein Verfahren zur Behandlung bestimmter Knochenbrüche. Bei Überbeanspruchung oder traumatischer Schädigung von Elementen der Zuggurtung kann es zu spontanen Knochenbrüchen kommen, zum Beispiel zu einer Marschfraktur.
Formen und Verbindungen
Die Osteologie, ein Teilbereich der Anatomie, unterscheidet verschiedene Knochenformen. Röhrenknochen oder lange Knochen heißen Ossa longa. Beispiele sind Oberarmknochen (Humerus), Elle (Ulna), Speiche (Radius), Oberschenkelknochen (Femur), Schienbein (Tibia), Wadenbein (Fibula) und Fingerknochen. Lange Knochen bestehen aus zwei Knochenenden, den Epiphysen, und einem Knochenschaft, der Diaphyse.
Platte Knochen heißen Ossa plana. Sie kommen am Schädel (Cranium) vor, außerdem als Rippen (Costae), Schulterblatt (Scapula), Brustbein (Sternum) und Becken (Ossa coxae). Kurze Knochen, Ossa brevia, sind ungeformte Knochen wie die Handwurzelknochen. Sesambeine, Ossa sesamoidea, sind kleine rundliche Knochen, die in Sehnen eingelagert sind; ein Beispiel ist die Kniescheibe (Patella). Luftgefüllte Knochen, Ossa pneumatica, enthalten mit Schleimhaut ausgefüllte Hohlräume, zum Beispiel das Stirnbein (Os frontale) am Schädel. Unregelmäßige Knochen, Ossa irregularia, lassen sich den anderen Formen nicht zuordnen; dazu gehören Wirbel (Vertebrae) und der Unterkieferknochen (Mandibula). Zusätzlich können akzessorische, also zusätzliche, oder überzählige Knochen vorkommen.
Bewegliche Knochenverbindungen entstehen über Gelenke, Bänder sowie Muskeln mit ihren Sehnen. Auf den Knochen liegen dafür Sehnenansatzzonen. Die Übergänge zwischen Knochen sind je nach Gelenkform besonders ausgebildet.
Wachstum und Umbau
Knochen entstehen aus dem embryonalen Bindegewebe, dem Mesenchym. In der Umgebung von Blutkapillaren bilden sich unter anderem Osteoblasten. Osteoblasten sind knochenbildende Zellen. Sie bilden zunächst das weiche Osteoid, also kollagenhaltiges Bindegewebe und noch unverkalkte Knochengrundsubstanz. Mit der Zeit lagern sie Hydroxylapatit ein. Erst durch dieses Calciumphosphat wird der Knochen hart und stabil. Osteoblasten, die vollständig von Knochenmatrix umgeben sind, heißen Osteozyten.
Bei der Knochenentwicklung, der Ossifikation, gibt es zwei Arten. Die desmale Ossifikation ist die Entwicklung aus einer bindegewebigen Vorstufe; sie betrifft Schädeldach, Gesicht und Teile des Schlüsselbeins. Die chondrale Ossifikation ist die Entwicklung aus einem hyalinen Knorpelskelett; sie betrifft die Mehrheit der Knochen.
Das Längenwachstum der Röhrenknochen findet in den knorpeligen Epiphysen- oder Wachstumsfugen zwischen Schaft und Epiphysen statt. Blutgefäße sprossen ein und bilden gegen die Wachstumsfuge ein Labyrinth erweiterter Blutkapillaren. Knorpelzellen teilen sich in Längsrichtung gegen den Schaft. Vom Schaft aus verknöchert dieser wachsende Knorpel. Dadurch weichen die Epiphysen auseinander und der Knochen wird länger. Die Wachstumsfugen schließen sich mit Abschluss des Längenwachstums, je nach Knochen in etwas unterschiedlichem Alter. Weil sie im Röntgenbild sichtbar sind, kann ihr Schluss zur gerichtsmedizinischen Altersbestimmung verwendet werden.
Das Längenwachstum unterliegt einem circadianen Rhythmus, also einem Tages-Nacht-Rhythmus, mit einem Hauptmaximum in der Nacht; dies wurde an Ratten untersucht. Auch Untersuchungen der University of Wisconsin–Madison ergaben, dass Knochen hauptsächlich nachts wachsen. Die Ursache der besonders nachts auftretenden Wachstumsschmerzen bei Kindern, vor allem an den unteren Extremitäten, ist aber nicht geklärt. Bis zu ein Drittel aller Kinder zwischen drei und zwölf Jahren leidet unter Wachstumsschmerzen.
Knochen ist kein starres Gebilde. Er wird ständig umgebaut; dieser Vorgang heißt Knochengeweberemodellierung.
Brüche und Erkrankungen
Wenn ein Knochen durch äußere Einwirkung oder wegen fehlender Knochenmasse bricht, nennt man das Knochenbruch oder Fraktur. Bei der Heilung wächst der Knochen unter Knochenbruchbehandlung wieder zusammen. Wichtig ist, dass die beiden Knochenstücke in richtiger Stellung zueinander stehen.
Eine Ruhigstellung kann konservativ erfolgen, also mit Gipsverband oder Schiene. Sie kann auch operativ als Osteosynthese durchgeführt werden, zum Beispiel mit Marknagelung oder Verplattung. Wenn die Knochenenden nicht ausreichend ruhiggestellt werden, kann die Heilung ausbleiben. Dann entsteht eine Pseudarthrose, ein sogenanntes „falsches Gelenk“.
Zu den genannten Knochenerkrankungen und Störungen des Knochenstoffwechsels gehören unter anderem Achondroplasie, Fibrodysplasia ossificans progressiva, Hypertrophe Osteoarthropathie, Hypophosphatasie, Knochenmarködem, Morbus Ahlbäck, Morbus Paget (Osteodystrophia deformans), Osteoporose, Osteomalazie, Osteochondrosis dissecans, Osteogenesis imperfecta, Osteomyelitis (Knochenentzündung), Panostitis und Spongiosaödem.
Knochen können außerdem bei Krankheiten mitbetroffen sein, deren Hauptursache nicht im Knochen liegt. Bei Brustkrebs und Prostatakrebs finden sich häufig Metastasen im Knochen, also Knochenmetastasen. Das Multiple Myelom führt meist zu Osteolysen, also Knochenauflösungen. Bei Niereninsuffizienz kommt es zu vermehrtem Knochenabbau.
Nutzung tierischer Knochen
Tierknochen gehören zusammen mit Holz und Stein zu den ältesten Rohstoffen des Menschen. Sie wurden für Werkzeuge und Geräte wie Nadeln und Ahlen genutzt. In der Geißenklösterle-Höhle wurden nahezu 35.000 Jahre alte Flöten mit Grifflöchern gefunden, die relativ gut erhalten oder rekonstruierbar sind. Zwei davon bestehen aus einem Stück Schwanenknochen. Knochen dienten außerdem als Messergriffe, Schäftungen, Perlen, Rosenkranzperlen, Haarnadeln und Kämme. In China wurden Knochen, besonders Schulterblätter, seit dem ausgehenden Neolithikum als Schreibmaterial für Orakelanfragen verwendet.
Im Bau von Saiteninstrumenten werden Knochen seit Jahrhunderten bevorzugt für Steg und Sattel verwendet. Die relativ große Härte beeinflusst den Klang positiv. Außerdem haben Knochen einen natürlichen Fettgehalt und wirken dadurch fast „selbstschmierend“, sodass die Saite beim Stimmen gut gleiten kann. Heute werden auch Graphit, Kunststoffe, Ebenholz und gelegentlich Messing verwendet, doch bei hochwertigen Instrumenten gilt Knochen weiterhin als erste Wahl.
Knochenasche, auch Spodium, enthält Calciumoxid und Calciumphosphat. Sie wurde unter anderem genutzt, um Porzellan besondere Transparenz zu verleihen; daher stammen die Bezeichnungen Knochenporzellan und Feines Knochenporzellan. Aus Knochen hergestellte Tierkohle hat ebenfalls verschiedene Anwendungen. Elfenbein- oder Beinschwarz sind schwarze Pigmente, die in der Malerei oder als Schuhcreme verwendet wurden.
Knochen von Nutztieren, besonders von Rindern und Schweinen, werden zur Herstellung von Gelatine, Seife oder Knochenleim genutzt. Außerdem wird Knochenmehl als organischer Dünger hergestellt. Als Futterzusatz wurde Knochenmehl nach dem Auftreten der bovinen spongiformen Enzephalopathie (BSE) ab 2001 in der EU verboten. Dieses Verbot wurde 2021 für die Haltung von Schweinen und Geflügel aufgehoben; für reine Pflanzenfresser ist Knochenmehl weiterhin nicht als Futtermittelzusatz erlaubt.
