Der Aufbau von Knochen

Knochen sind nach den Zähnen die härteste Substanz des menschlichen Körpers. Knochengewebe ist eine lebende Substanz, die sich ein ganzes Leben lang umbaut. Dadurch kann sich das Skelett gut an veränderte Bedingungen anpassen und neuen Belastungen standhalten. Je nachdem, welche Form sie haben, kann man sie in verschiedene Gruppen einteilen. Lange Knochen werden auch Röhrenknochen genannt; dazu gehören z. B. die Oberschenkelknochen. Röhrenknochen besitzen einen Schaft, der auch Diaphyse genannt wird, und zwei Enden, die Epiphysen genannt werden. Eine weitere Gruppe sind die kurzen Knochen. Zu ihnen gehören beispielsweise die würfelförmigen Handwurzelknochen oder die Fußwurzelknochen. Außerdem gibt es flache Knochen; zu ihnen gehören etwa die Rippen, das Brustbein, die Schulterblätter oder die Knochen des Schädels. Eine weitere Gruppe bilden die unregelmäßigen Knochen. Ein typisches Beispiel hierfür sind die Wirbel. Wenn ein Knochen luftgefüllte Hohlräume besitzt, so bezeichnet man ihn als einen lufthaltigen Knochen. Zu ihnen gehören einige Knochen des Schädels, z. B. das Stirnbein, das Siebbein oder der Oberkiefer. Und zuletzt gibt es noch Knochen, die in Sehnen eingelagert sind. Man bezeichnet sie als Sesambeine; zu ihnen gehört z. B. die Kniescheibe.

Am Beispiel des Oberschenkelknochens kann man den Aufbau von Knochen gut erkennen. Hier sieht man, dass jene Knochenanteile, die sich innerhalb von einem Gelenk befinden, von einer Knorpelschicht bedeckt sind. Diese Schicht ist wichtig, um auftretende Reibungskräfte zwischen den Knochen zu reduzieren. Außerhalb von Gelenken wird der Knochen von einer Knochenhaut überzogen. Sie wird auch Periost genannt und ist eine bindegewebige Hülle, die den Knochen schützt. Die Knochenhaut ist gut durchblutet und kann die äußeren Teile des Knochens mit Nährstoffen versorgen. Außerdem enthält sie auch Nerven; deswegen schmerzt es auch so sehr, wenn man sich das Schienbein prellt.

Unter dem Periost besteht der äußere Bereich des Knochens aus dichter Substanz. Man nennt diesen Bereich auch Substantia compacta oder einfach nur Compacta. Die Compacta ist besonders stark im Schaft des Knochens ausgeprägt, also in der Diaphyse. Im Inneren des Knochens findet man dünne Bälkchenknochen, die auch Trabekel genannt werden. Diesen Bereich bezeichnet man als Substantia spongiosa oder einfach nur Spongiosa. Man findet ihn vor allem an den Knochenenden, also den Epiphysen. Hier erkennt man gut, nach welchem Prinzip Knochen aufgebaut sind: ideal wäre es nämlich, mit wenig Knochenmaterial so viel Festigkeit wie möglich zu erreichen. Sie ermöglichen also mit relativ wenig Gewicht eine hohe Stabilität. Man spricht hierbei von der sogenannten Leichtbauweise der Knochen. Trabekel befinden sich ständig im Umbau und können sich durch ihre Ausrichtung an verschiedene Anforderungen anpassen. Leider sind es oft genau die Knochenbälkchen, die zuerst von Osteoporose betroffen sind. Durch diese Krankheit wird das Knochenmaterial porös, dünner und generell weniger stabil.

In den Hohlräumen zwischen den Spongiosa-Trabekeln befindet sich rotes Knochenmark, das für die Neubildung von Blutzellen verantwortlich ist. Im Bereich der Markhöhle der Diaphyse hingegen befindet sich das gelbe Knochenmark. Das gelbe Knochenmark kann keine Blutzellen bilden und besteht aus Fett; deswegen wird es auch Fettmark genannt. Die Compacta ist lamellenartig aufgebaut; daher spricht man auch von Lamellenknochen. Die parallel liegenden Lamellen sind kreisförmig angeordnet. Betrachtet man den Querschnitt von einem Knochen, kann man die Verteilung der einzelnen Lamellensysteme gut erkennen. Diese nennt man auch Havers-Systeme oder Osteone. Im Zentrum des Osteons ist der sogenannte Havers-Kanal. Dieser Kanal wird von einem Blutgefäß durchzogen, das die Aufgabe hat, den Knochen mit Nährstoffen zu versorgen. Um dieses Blutgefäß sind auch Knochenzellen ringförmig angeordnet. Knochenzellen werden auch Osteozyten genannt. Sie besitzen lange Ausläufer, durch die sie netzartig untereinander verbunden sind. Dadurch können sie Nährstoffe vom zentral gelegenen Blutgefäß weiterreichen. Der Raum zwischen den Zellen wird durch die Knochengrundsubstanz ausgefüllt. Sie besteht aus Kollagenfasern, anorganischen Kalksalzen und Wasser. Muss sich ein Osteon erst ausbilden, dann siedeln sich viele Knochenbildungszellen an; das sind die sogenannten Osteoblasten. Ihre Aufgabe ist es, Knochensubstanz aufzubauen. Es wird immer eine weitere Lamelle angelegt; die Kollagenfasern der oben neu angelegten Lamelle verlaufen dabei gekreuzt zu der Richtung der Kollagenfasern der darunterliegenden Lamelle. Ein fertig ausgebildetes Osteon besteht aus etwa 10 bis 20 ineinander geschachtelten Röhrenlamellen. Die Osteone sind untereinander durch sogenannte Volkmann-Kanäle verbunden. In diesen Kanälen verlaufen Blutgefäße, die in die Kanäle der einzelnen Osteone münden.

Aber nicht nur in der Compacta sind die Knochen lamellenartig aufgebaut; auch in der Spongiosa findet man einen lamellenartigen Aufbau. Allerdings werden hier die Lamellen in Form von Platten übereinander gelagert. Spongiosa-Trabekel benötigen keine Blutgefäße, denn sie werden durch Diffusion von Nährstoffen vom umgebenden Knochenmark versorgt. Knochen werden das ganze Leben lang umgebaut und können sich somit veränderten Bedingungen sehr gut anpassen. Dieser Umbau geschieht, indem alte Lamellensysteme abgebaut und neue aufgebaut werden. Für den Abbau von Knochensubstanz sind spezialisierte Zellen verantwortlich, nämlich die sogenannten Osteoklasten. Sie sind die Gegenspieler der knochenbildenden Osteoblasten. Damit ihr euch den Unterschied zwischen Osteoblasten und Osteoklasten besser merken könnt, gibt es einen Trick: in dem Wort Osteoblasten steckt ein B drin, und in dem Wort Osteoklasten ist ein K. Jetzt müsst ihr euch nur noch den Merksatz „Osteoblasten bauen Knochen und Osteoklasten klauen Knochen“ merken.