Gut gestützt! — Von Knochen & Knorpeln

Nur wer ein Stützgerüst hat, kann seine Körperform aufrecht erhalten und Bewegungen durchführen. Zu diesem Zweck haben wir ein Skelett als Stützgerüst, welches zudem die inneren Organe schützt und Muskeln einen Ansatzpunkt bietet.

Im Gegensatz zu Gliederfüßlern, deren Außenskelett aus Chitin besteht, und Tieren mit Gehäusen wie beispielsweise Muscheln haben alle Wirbeltiere (also auch wir) ein Innenskelett, welches als inneres Gerüst den Körper stützt. Unser Innenskelett besteht aus Knochen und Knorpel. Zwischen den einzelnen Knochen befinden sich die Gelenke, die erst flüssige Bewegungen ermöglichen.

Da Insekten ein äußeres Skelett haben, müssen sie dieses immer dann abwerfen, wenn sie wachsen. Das Innenskelett der Wirbeltiere aber wächst mit und bleibt so ein Leben lang erhalten. Entsprechend braucht unser Körper dann aber Regionen, wo der Knochen an Größe zulegen kann. Und Zellen, die Knochen erneuern sowie abbauen. Doch dazu gleich mehr.

Knochen

Knochenzellen, auch Osteozyten (Osteo = Knochen, Zyten = Zellen) genannt, mauern sich in Mineralstoffe ein. Nachdem sie sich in die Knochenmatrix eingemauert haben, verlieren sie ihre Teilungsfähigkeit. Der wichtigste Mineralstoff ist Kalzium. In Form von Kalziumphosphat umgibt es die einzelnen Zellen. Unsere Knochen sind durch das Kalziumphosphat sehr hart (druckfest), aber doch ein bisschen biegsam; das verdanken wir dem Kollagen, einem Protein, welches sich ebenfalls in der Interzellular- (= Zwischenzell-) Substanz befindet. (Ohne Kollagen wäre die Zahl der Knochenbrüche (Frakturen) erheblich höher. Bei der Glasknochenkrankheit ist das so.)

Zwei Knochenarten werden unterschieden:
Kompakter Knochen (kurz: Kompakta) ist, wie der Name schon andeutet, sehr dicht und kompakt, also ohne Hohlräume. Er ist sehr stabil und findet sich daher in der äußeren Schicht der Knochen. Im Bereich des Schafts, also des Mittelteils von Röhrenknochen, wird die vergleichseise breite äußere Schicht kompakten Knochens Kortikalis genannt.
Spongiöser Knochen (kurz: Spongiosa) ist schwammartig und porös und enthält viele Hohlräume, daher sprechen wir auch von Knochenbälkchen. Diese Art von Knochen finden wir im Inneren der Knochen. Warum? Nun, der Körper muss Gewicht sparen. Unser Bewegungsapparat wäre um ein Vielfaches schwerer als die im Durchschnitt 7 kg, wenn wir nur kompakten Knochen hätten. Knochen ohne kompakte Außenschicht jedoch wären kaum belastbar.
Beide Arten von Knochen sorgen also in ihrem Zusammenspiel für einen stabilen, aber vom Gewicht her idealen Stützapparat.

Knochen lebt und ist einem stetigen Wandel in Form von Auf- und Abbau unterworfen. Er bleibt also nicht ein Leben lang gleich, sondern erneuert sich und wird auf-, ab- und ungebaut; keine Knochensubstanz unseres Körpers ist älter als 20 Jahre. Frakturen zu Beispiel würden ohne diesen Umstand nicht heilen. Zwei Zellarten helfen bei diesen Prozessen:
Osteoklasten sind Zellen, die Knochensubstanz abbauen. Osteoblasten hingegen bauen neue Knochensubstanz auf.
[Dazu gibt es einen Merksatz: Osteoklasten klauen, Osteoblasten bauen.]

Uns fehlt jetzt noch das Knochenmark, welches die Blutzellen bildet. (Blutkrebs hat hier seinen Anfang.) In den großen Röhrenknochen gibt es sogar eine Knochenmarkshöhle im Inneren des Knochens. Bei platten Knochen liegt das Knochenmark in den Hohlräumen der Spongiosa. (Im Alter wird aber das blutbildende rote Knochenmark in der Knochenmarkshöhle von Fett abgelöst.)
Umgeben ist der gesamte Knochen von der Knochenhaut, dem Periost. Diese dicke, gelbliche Faserschicht liegt der Oberfläche eng an und enthält Blutgefäße und Nerven, dazu kollagene Fasern. Das Periost (Peri = drum herum, Ost = Knochen) ist extrem schmerzempfindlich! (Bei Injektionen ins Muskelgewebe [intramuskulär, i.m.] ist darauf zu achten, mit der Spitze der Nadel nicht diese Haut zu treffen.) Die Schmerzemfindlichkeit dient dem Schutz des Knochens, denn Knochengewebe selbst ist ohne Schmerzemfindung. Durch die Blutgefäße wird der Knochen mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt.
Die Blutgefäße ziehen vom Periost aus durch Eintrittslöcher in entsprechenden Kanälen durch den Knochen, wo sie sich verwzeigen. Andere arterielle Gefäße ziehen bis in das Knochenmark und bilden dort ein Gefäßnetz.

Zu einem Röhrenknochen gehören:
Zwei Epiphysen (also die Endstücke), die Diaphyse (auch Schaft genannt) sowie die Metaphyse (der Bereich zwischen Endstück und Schaft). Im Inneren der Diaphyse finden wir die Markhöhle mit dem blutbildenden Knochenmark. Die Bereiche der Epiphyse, die an einem Gelenk beteiligt sind, sind mit Knorpel überzogen.
Ein Röhrenknochen besteht aus Spongiosa (Knochenbälkchen) im Inneren des Knochens sowie Kompakta als äußere, feste Schicht. Zwischen den Knochenbälkchen findet sich, wie in der Knochenmarkshöhle auch, blutbildendes rotes Knochenmark.
Last, but not least, ist der Knochen außen von der Knochenhaut (dem Periost) überzogen.

Verknöcherung

Verknöcherung über knorpelige Vorstufen:

In der Embryonalzeit werden viele Knochen als knorpelige “Vorlage” angelegt. Teilweise vor, aber auch nach der Geburt werden diese Knorpelvorlagen kalzifiziert, also verkalkt, in harten Knochen umgewandelt. Verknöcherung heißt im Fachchinesisch Ossifikation, und da Knorpel bekanntlich mit der Vorsilbe chondr… bezeichnet wird, können wir den Vorgang auch chondrale Ossifikation nennen.

Direkte Verknöcherung:

Wenn es nicht über Knorpel-Vorstufen gemacht wird, dann geht es direkt. Dabei wandern Osteoblasten in das embryonale Bindegewebe ein und verkalken dort ohne eine knorpelige Vorlage. Dieser Vorgang findet häufig an unregelmäßigen Knochen wie denen im Schädelbereich statt.

Knochenwachstum:

Etwa am Übergang von Epiphyse und Metaphyse befindet sich bis zum Abschluss der Pubertät eine Fuge, die als Epiphysenfuge oder Wachstumsfuge bezeichnet wird. Dort verbleibt Knorpelgewebe. Unter Einfluss des Wachstumshormons wächst der Knochen dort in Längsrichtung, bis das Wachstum abgeschlossen ist. Bei Defekten in diesem Bereich kann der Knochen nicht mehr in die Länge wachsen; es kommt dann zu einer sichtbaren Längendifferenz.

Knorpel

Knorpel ist eine feste, gleitfähige Substanz und besteht aus Knorpelzellen zwischen Kollagenfasern. Um das Knorpelgewebe zusammen zu halten, ist der Knorpel von einer Knorpelhaut, dem Perichondrium umgeben. [Peri = drum herum, chondr... = Knorpel.]
Knorpel ist widerstandsfähig, biegsam und ein bisschen glitschig. Er ist elastisch bei Druck, hat aber eine geringe Zugfestigkeit.
Dort, wo zwei Knochen aufeinandertreffen und ein Gelenk bilden, sorgt ein Knorpelüberzug aus hyalinem Knorpel für ein leichtes Gleiten bei Bewegungen. Hyaliner Knorpel (den man auch Gelenkknorpel nennt) ist — im Gegensatz zu dem elastischen, gelben Knorpel an anderen Körperstellen — leicht bläulich und besonders druckfest. Ohne diese Knorpelschicht wären Bewegungen schmerzhaft und nicht flüssig. Obwohl Knorpel relativ hart und widerstandsfähig ist, ist er nicht unkaputtbar. Im Gegenteil: Durch übermäßige Belastungen oder im Alter kann diese Knorpelschicht zerstört werden.

Knorpel zählt zu den bradytrophen Geweben. (Brady = gering, troph = ernährt.) Er hat keine eigenen Blutgefäße und holt sich die Nährstoffe und den Sauerstoff durch Diffusion aus der Umgebung. Weil Knorpel so eine niedrige Stoffwechselaktivität hat, ist er wenig regenerationsfähig; das bedeutet im Klartext: Er kann sich kaum erneuern. Kaputt ist kaputt. Nicht selten endet ein großer Defekt am Gelenkknorpel mit dem operativen Ersatz einer Gelenkfläche (Hemi-Endoprothese, HEP) oder des gesamten Gelenks (Total-Endoprothese, TEP); es trifft dann diejenigen Gelenke, die am meisten beanspricht sind: Knie und Hüfte. Ein solcher Gelenkersatz ist vor allem dann nötig, wenn durch die Abnutzung der schützenden Knorpelschicht der Knochen im Bereich der Epiphyse bereits angegriffen ist.
Die große Bedeutung einer regelmäßigen Oberfläche der Gelenkflächen klären wir im Eintrag über die Gelenke.

Wir unterscheiden drei Arten von Knorpel:

  • Hyaliner Knorpel: glasig-milchig, druckfest, ein wenig elastisch. Zu finden an Gelenkflächen, Nase, Kehlkopf, Rippen und Trachea (Luftröhre).
  • Faserknorpel: sehr robust dank zahlreicher Kollagenfasern. Beispielsweise in Bandscheiben, der Symphyse und Menisken zu finden.
  • Elastischer Knorpel: gelblich, biegsam, mit vielen elastischen Fasern, aber wenig Kollagen. Zu finden u.a. in der Ohrmuschel und dem Kehldeckel.
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