Knochen: Aufbau und Funktion

Ungefähr 210 Knochen bilden in Form des Skeletts gemeinsam mit Muskel- und Bindegewebe die zentrale Stützstruktur des menschlichen Körpers. Dabei variieren die menschlichen Knochen stark in ihrer Größe, Form und Struktur. Allen gemein ist, dass es sich bei ihnen um stoffwechselaktive Gewebe handelt, die sich an äußere Bedingungen anpassen können.

Knochen – Definition

Knochen sind der Teil des Stützapparates des Körpers mit der größten Festigkeit. Das Knochengewebe wird in Abhängigkeit von den mechanischen Beanspruchungen an der jeweiligen Körperstelle gebildet und umgebaut, was zur Ausbildung sehr unterschiedlicher Knochenformen führt.

Knochenarten und -formen

An den Extremitäten finden sich die Röhrenknochen mit ihrem klassischen Aufbau, bestehend aus einem Knochenschaft, der Diaphyse, und zwei Enden, den Epiphysen. Die einzelnen Röhrenknochen sind über Gelenke miteinander verbunden und ermöglichen im Zusammenspiel mit den Muskeln und Sehnen die Bewegung des Körpers. Beispiele für diese langen Knochen sind Oberarm- und Oberschenkelknochen (Humerus und Femur), sowie Elle und Speiche am Unterarm und Schienbein und Wadenbein (Tibia und Fibula) am Unterschenkel. Auch die Mittelhand- und Mittelfußknochen sind Röhrenknochen.

Platte Knochen wie Brustbein, Schulterblatt, Schädelknochen und Rippen dienen vor allem dem Schutz der unter ihnen liegenden Strukturen.

An Hand- und Fußwurzel liegen kleine würfelförmige Knochen vor, die Ossa brevia.

Der Gesichtsschädel enthält einige Hohlknochen, die luftgefüllt (pneumatisiert) sind und so besonders leicht ausfallen. Hierzu gehören unter anderem der Oberkieferknochen und der Stirnknochen mit den entsprechenden Nebenhöhlen.

Kleine verknöcherte Strukturen im Verlauf von Sehnen dienen diesen als Widerlager. Sie werden auch als Sesambeine bezeichnet. Das bekannteste und größte Sesambein ist die Kniescheibe, Patella, welche in die Sehne des vierköpfigen Oberschenkelmuskels eingebettet liegt und diese über das Kniegelenk bis hin zum Schienbein führt.

Zu den unregelmäßigen Knochen, Ossa irregularia, zählen die Wirbel und der Unterkieferknochen.

Knochen – Aufbau

Insbesondere an den langen Röhrenknochen wie etwa dem Oberschenkelknochen kann man den klassischen Knochenaufbau gut nachvollziehen. Von außen nach innen finden sich

Periost

Hierbei handelt es sich um die bindegewebige Hülle des Knochens. Sie enthält Blutgefäße und Nerven und trägt hierdurch zur Ernährung des Knochens vor allem während des Wachstums bei und setzt im Anschluss an Knochenverletzungen Zellen frei, die sich an die Wundränder anlagern und die Bildung von Kallusgewebe (Übergangsgewebe zur Wunddeckung) unterstützen. Hieraus kann der Knochen wieder aufgebaut werden.

Corticalis

Diese von dichten Knochenlamellen ausgefüllte Schicht bildet die Rinde des Knochens. Sie wird auch als Substantia compacta bezeichnet und geht zur Knochenmitte hin in die Markschicht über.

Substantia spongiosa

Im Inneren des Röhrenknochens findet sich die Spongiosa, eine schwammartig aufgebaute Struktur aus Knochenbälkchen mit einem Bindegewebsüberzug, dem sogenannten Endost. Dieser trennt die Spongiosa vom zwischen den Knochenbälkchen liegenden Knochenmark.

Bestandteile eines Röhrenknochens (Gelenke)

An den Epiphysen, also den Enden der Röhrenknochen, befinden sich die Gelenke. Diese werden meist von zwei, manchmal von drei Knochen gebildet und von Sehnen und Bändern auf Spannung gehalten. Sie ermöglichen die Beweglichkeit des knöchernen Skeletts. Im Bereich der Gelenke wird der Knochen nicht vom Periost umhüllt, sondern von einer Knorpelkappe überzogen.

Bei Arthrose kommt es zu zunehmendem Abbau der schützenden und dämpfenden Knorpelschicht. Der darunter liegende Knochen verformt sich und baut sich um, wodurch er die Mehrbelastung zu kompensieren versucht. Im Rahmen dieser auch „Osteochondrose“ (Knochen-Knorpel-Abbau) genannten Erkrankung können teils bizarr anmutende Auswüchse an den Knochenrändern entstehen, die als Osteophyten bezeichnet werden und an der Wirbelsäule im ungünstigsten Fall die Nerven zwischen den einzelnen Wirbelkörpern wie bei einem Bandscheibenvorfall einklemmen können.

Blutversorgung

Von der Mitte der Diaphyse aus und an den Epiphysen ziehen Blutgefäße bis in die Spongiosa und versorgen den Knochen mit den benötigten Nährstoffen.

Knochen – Veränderungen und Wachstum

Das Knochenwachstum geht abhängig von der späteren Gestalt und Funktion auf unterschiedlichen Wegen vonstatten.

Im Bereich des Schädels liegen hauptsächlich Deck- und Belegknochen vor, die aus Bindegewebe entstehen und deren Fragmente während der Entwicklung zusammenwachsen (desmale Ossifikation).

Demgegenüber entsteht der Großteil der Knochen in der Körperperipherie oder auch im Bereich der Wirbelsäule durch enchondrale Ossifikation. Hierbei wird zunächst die spätere Form des Knochens aus Knorpelzellen vorgebildet. Die Knorpelzellen teilen sich und verlängern somit den Knochen im Bereich der sogenannten Wachstumsfuge, einem auch im Röntgenbild sichtbaren Spalt zwischen dem Knochenschaft und den Knochenenden. Der Knorpel wird durch Umbauprozesse und Einlagerung von Mineralien nach und nach zum endgültigen Knochen umgebaut, wobei sich unter Hormoneinfluss in der Pubertät die Wachstumsfugen allmählich verschließen.

Damit ist das Wachstum der Knochen allerdings nicht beendet, denn als stoffwechselaktive Gewebe können sie sich während des gesamten Lebens an Belastungsreize anpassen und somit ihre Masse in besonders beanspruchten Bereichen verstärken. Daher empfiehlt es sich auch in höherem Alter, körperlich aktiv zu bleiben, um den Knochenstoffwechsel aufrecht zu erhalten.

Knochenbildende Zellen heißen Osteoblasten. Sie entwickeln sich im Verlauf zu Osteozyten, reifen Knochenzellen, die in das Knochengewebe eingebettet werden. Die abbauenden Zellen werden als Osteoklasten bezeichnet.

Knochen – Aufgaben und Funktion

Neben der Stützfunktion, welche die Knochen als starrste Elemente des Körpers innehaben, dienen sie zudem als Speicherort für Calcium, welches in Form von Hydroxylapatit-Kristallen eingelagert wird und nach Bedarf aus dem Knochen resorbiert werden kann. Gleichzeitig findet im roten Knochenmark von Schädelknochen, Wirbelsäule, Brustkorb und Becken die Blutbildung statt. Die übrigen Knochen enthalten Fettzellen in der Spongiosa.

Knochen – Beschwerden und Erkrankungen

In ihrer Außenhaut besitzen Knochen Schmerzrezeptoren, weswegen insbesondere Knochenbrüche starke Beschwerden verursachen. Darüber hinaus gibt es einige Krankheitsbilder, die den Auf- oder Umbau des Knochengewebes betreffen.

Fraktur (Bruch)

Knochenfrakturen entstehen zumeist durch akute übermäßige Krafteinwirkung auf das starre Gewebe. Klassische Verletzungen bei Kindern oder bei Stürzen auf Glatteis sind Brüche des Radiusknochens am Unterarm kurz oberhalb des Handgelenks. Neben den traumatischen Frakturen gibt es pathologische Frakturen. Diese bezeichnen Knochenbrüche, die aus einer lokalen Schädigung des Knochens heraus bei einem Bagatelltrauma oder sogar ohne äußere Einwirkung entstehen können. Hierzu zählen in erster Linie Knochenbrüche im Bereich vom Tumorabsiedlungen, Metastasen, aber auch aufgrund von Entzündungen des Knochens.

Osteoporose

Die Osteoporose ist eine Erkrankung, bei der das komplexe Zusammenspiel von Knochenaufbau durch die Osteoblasten und Knochenabbau durch die Osteoklasten zugunsten des Abbaus gestört ist, was zu einer verringerten Knochendichte führt. Da vor allem Östrogene den Erhalt der Knochensubstanz unterstützen, sind insbesondere Frauen nach der Menopause durch den Hormonabfall von betroffen. Aber auch Männer können eine Osteoporose entwickeln, vor allem, wenn in höherem Alter die Kalziumzufuhr nicht mehr ausreicht und gleichzeitig durch Bewegungsmangel der Wachstumsanreiz für die Knochen fehlt. Entsprechend gehören die ausreichende Aufnahme von Kalzium und Vitamin D ebenso zur Therapie wie Medikamente, welche den Knochenabbau durch die Osteoklasten hemmen (Bisphosphonate).

Stoffwechselstörungen

Eine verminderte Zufuhr von Vitamin D, zum Beispiel bei unzureichender Aufnahme im Rahmen chronischer Darmerkrankungen, führt zu einer gestörten Knochenmineralisierung und Verformung stark gewichtsbelasteter Skelettanteile. Bei Kindern wird das Krankheitsbild als Rachitis bezeichnet, bei Erwachsenen als Osteomalazie. Nach gründlicher Ursachensuche sollten diese möglichst behoben und eine Vitamineinnahme veranlasst werden.

Morbus Paget

Diese auch als Osteodystrophia deformans bezeichnete Erkrankung geht mit einem gesteigerten Knochenumsatz einher. Hierbei wechseln sich Phasen des erhöhten Knochenabbaus mit solchen der überschießenden Knochenneubildung ab, wobei die Substanz des Knochens an Qualität verliert. Die Betroffenen leiden unter Knochenschmerzen und teils sichtbar verformten Gliedmaßen, zudem können Frakturen auftreten, da die Belastbarkeit des Skeletts in den umgebauten Anteilen nachlässt. Zur Therapie werden unter anderem Bisphosphonate eingesetzt.