Struktur und chemische Zusammensetzung von Knochen

Knochen nehmen im menschlichen Körper einen genau definierten Platz ein. Wie jedes Organ werden Knochen durch verschiedene Gewebearten repräsentiert, wobei das Knochengewebe, eine Art Bindegewebe, den Hauptplatz einnimmt.

Knochen (os) hat eine komplexe Struktur und chemische Zusammensetzung. In einem lebenden Organismus enthält der Knochen eines Erwachsenen bis zu 50 % Wasser, 28,15 % organische und 21,85 % anorganische Substanzen. Anorganische Substanzen sind Verbindungen von Calcium, Phosphor, Magnesium und anderen Elementen. Mazerierter Knochen besteht zu 1/3 aus organischen Substanzen, genannt „Ossein“, und zu 2/3 aus anorganischen Substanzen.

Die Festigkeit des Knochens wird durch die physikochemischen Eigenschaften anorganischer und organischer Substanzen und seine Struktur gewährleistet. Der überwiegende Anteil organischer Substanzen sorgt für eine hohe Elastizität und Flexibilität des Knochens. Mit zunehmendem Anteil anorganischer Verbindungen (im Alter, bei bestimmten Erkrankungen) wird der Knochen spröde und brüchig. Der Anteil anorganischer Substanzen in der Knochenzusammensetzung variiert von Mensch zu Mensch. Selbst bei ein und derselben Person verändert er sich im Laufe des Lebens und hängt von Ernährungsgewohnheiten, beruflicher Tätigkeit, Vererbung, Umweltbedingungen usw. ab.

Die meisten Knochen bei Erwachsenen bestehen aus lamellarem Knochengewebe. Es bildet eine kompakte und schwammartige Substanz, deren Verteilung von den funktionellen Belastungen des Knochens abhängt.

Die kompakte Substanz (Substantia compacta) des Knochens bildet die Diaphysen der Röhrenknochen, bedeckt deren Epiphysen außen in Form einer dünnen Platte sowie schwammige und flache Knochen aus schwammiger Substanz. Die kompakte Substanz des Knochens ist von dünnen Kanälen durchzogen, in denen Blutgefäße und Nervenfasern verlaufen. Einige Kanäle verlaufen überwiegend parallel zur Knochenoberfläche (zentrale oder Havers-Kanäle), andere öffnen sich an der Knochenoberfläche als Nährstofföffnungen (Foramina nutricia), durch die Arterien und Nerven in die Knochendicke eindringen und Venen austreten.

Die Wände der zentralen (Havers-)Kanäle (Canales centrales) bestehen aus 4 – 15 µm dicken, konzentrischen Platten, die ineinander gesteckt zu sein scheinen. Um einen Kanal herum befinden sich 4 bis 20 solcher Knochenplatten. Der zentrale Kanal wird zusammen mit den ihn umgebenden Platten als Osteon (Havers-System) bezeichnet. Ein Osteon ist eine strukturelle und funktionelle Einheit der kompakten Substanz des Knochens. Die Räume zwischen den Osteonen sind mit Interkalationsplatten ausgefüllt. Die äußere Schicht der kompakten Substanz wird von den äußeren Umfassungsplatten gebildet, die ein Produkt der knochenbildenden Funktion des Periosts sind. Die innere Schicht, die die Knochenmarkhöhle begrenzt, wird durch die inneren Umfassungsplatten dargestellt, die aus den osteogenen Zellen des Endosts gebildet werden.

Die schwammartige (trabekuläre) Substanz des Knochens (Substantia spongiosa) ähnelt einem Schwamm und besteht aus Knochenplatten (Balken) mit dazwischenliegenden Zellen. Lage und Größe der Knochenbalken werden durch die Belastungen bestimmt, denen der Knochen in Form von Zug und Druck ausgesetzt ist. Die Linien, die der Ausrichtung der Knochenbalken entsprechen, werden als Druck- und Zugkurven bezeichnet. Die schräge Anordnung der Knochenbalken zueinander trägt zu einer gleichmäßigen Druckübertragung (Muskelzug) auf den Knochen bei. Diese Konstruktion verleiht dem Knochen Festigkeit bei minimalem Knochensubstanzverbrauch.

Der gesamte Knochen, mit Ausnahme seiner Gelenkflächen, ist mit einer Bindegewebsmembran – dem Periost – bedeckt. Das Periost ist durch tief in den Knochen eindringende Bindegewebsfasern (Sharpei-Fasern) fest mit dem Knochen verwachsen. Das Periost besteht aus zwei Schichten. Die äußere Faserschicht besteht aus Kollagenfasern, die dem Periost besondere Festigkeit verleihen. Blutgefäße und Nerven verlaufen durch sie. Die innere Schicht ist die Wachstums- bzw. Kambialschicht. Sie grenzt direkt an die äußere Oberfläche des Knochens und enthält osteogene Zellen, dank derer der Knochen dicker wird und sich nach einer Verletzung regeneriert. Somit erfüllt das Periost nicht nur schützende und trophische, sondern auch knochenbildende Funktionen.

Von innen, von der Seite der Knochenmarkhöhlen, ist der Knochen mit Endost bedeckt. Endost (Endost) in Form einer dünnen Platte liegt eng an der Innenfläche des Knochens an und erfüllt auch eine osteogene Funktion.

Knochen zeichnen sich durch eine ausgeprägte Plastizität aus. Sie bauen sich unter dem Einfluss von Training und körperlicher Aktivität leicht wieder auf, was sich in einer Zunahme oder Abnahme der Osteonenzahl sowie einer Veränderung der Dicke der Knochenplatten aus kompakten und schwammartigen Substanzen äußert. Für eine optimale Knochenentwicklung ist moderate, regelmäßige körperliche Aktivität vorzuziehen. Eine sitzende Lebensweise und geringe Belastungen tragen zur Schwächung und Ausdünnung des Knochens bei. Der Knochen erhält eine großzellige Struktur und löst sich sogar teilweise auf (Knochenresorption, Osteoporose). Auch der Beruf beeinflusst die Besonderheit der Knochenstruktur. Neben Umweltfaktoren spielen auch erbliche und sexuelle Faktoren eine wichtige Rolle.

Die Plastizität des Knochengewebes und seine aktive Umstrukturierung beruhen auf der Bildung neuer Knochenzellen und Interzellularsubstanz vor dem Hintergrund der Zerstörung (Resorption) des vorhandenen Knochengewebes. Die Resorption wird durch die Aktivität von Osteoklasten gewährleistet. Anstelle des zerstörten Knochens bilden sich neue Knochenbündel, neue Osteone.

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