Knochen: Typen, Struktur und Funktion

Knochen sind mehr als nur das Gerüst, das den Körper zusammenhält. Knochen gibt es in allen Formen und Größen und haben viele Funktionen. In diesem Artikel erklären wir ihre Funktion, woraus sie bestehen und welche Arten von Zellen beteiligt sind.

Trotz des ersten Eindrucks sind Knochen lebende, aktive Gewebe, die ständig umgebaut werden.

Knochen haben viele Funktionen. Sie stützen den Körper strukturell, schützen unsere lebenswichtigen Organe und ermöglichen es uns, uns zu bewegen. Außerdem bieten sie eine Umgebung für das Knochenmark, in dem die Blutzellen gebildet werden, und sie dienen als Speicher für Mineralien, insbesondere Kalzium.

Bei der Geburt haben wir etwa 270 weiche Knochen. Während wir wachsen, verschmelzen einige von ihnen. Wenn wir das Erwachsenenalter erreichen, haben wir 206 Knochen.

Der größte Knochen im menschlichen Körper ist der Oberschenkelknochen (Femur), der kleinste ist der Steigbügel im Mittelohr, der nur 3 Millimeter (mm) lang ist.

Knochen bestehen zum größten Teil aus dem Protein Kollagen, das ein weiches Gerüst bildet. Das Mineral Kalziumphosphat härtet dieses Gerüst und verleiht ihm Festigkeit. Mehr als 99 Prozent des Kalziums in unserem Körper sind in unseren Knochen und Zähnen enthalten.

Knochen haben eine innere Struktur, die einer Bienenwabe ähnelt, was sie steif und dennoch relativ leicht macht.

Die Struktur der Knochen

Knochen bestehen aus zwei Arten von Gewebe:

1. Kompakter (kortikaler) Knochen: Eine harte äußere Schicht, die dicht, stark und haltbar ist. Sie macht etwa 80 Prozent der Knochenmasse von Erwachsenen aus.

2. Spongiöser (trabekulärer oder spongiöser) Knochen: Er besteht aus einem Netzwerk von Trabekeln oder stäbchenartigen Strukturen. Er ist leichter, weniger dicht und flexibler als kompakter Knochen.

Auch in Knochen zu finden:

Osteoblasten und Osteozyten, die für den Aufbau von Knochen verantwortlich sind
Osteoklasten oder knochenabbauende Zellen
Osteoid, eine Mischung aus Kollagen und anderen Proteinen
anorganische Mineralsalze innerhalb der Matrix
Nerven und Blutgefäße
Knochenmark
Knorpel
Membranen, einschließlich des Endosteums und Periosts

Unten sehen Sie eine 3D-Karte des Skelettsystems. Klicken Sie zum Erkunden.

Knochenzellen

Knochen sind kein statisches Gewebe, sondern müssen ständig erhalten und umgebaut werden. Es gibt drei Hauptzelltypen, die an diesem Prozess beteiligt sind.

Osteoblasten: Diese sind für die Bildung neuer Knochen und die Reparatur älterer Knochen verantwortlich. Osteoblasten produzieren ein Eiweißgemisch namens Osteoid, das mineralisiert wird und zu Knochen wird. Sie stellen auch Hormone her, darunter Prostaglandine.

Osteozyten: Dies sind inaktive Osteoblasten, die sich in dem von ihnen gebildeten Knochen festgesetzt haben. Sie halten Verbindungen zu anderen Osteozyten und Osteoblasten aufrecht. Sie sind wichtig für die Kommunikation innerhalb des Knochengewebes.

Osteoklasten: Dies sind große Zellen mit mehr als einem Zellkern. Ihre Aufgabe ist es, Knochen abzubauen. Sie setzen Enzyme und Säuren frei, um die Mineralien im Knochen aufzulösen und zu verdauen. Dieser Prozess wird als Resorption bezeichnet. Osteoklasten helfen, verletzte Knochen umzubauen und schaffen Wege für Nerven und Blutgefäße, durch die sie laufen können.

Knochenmark

Knochenmark befindet sich in fast allen Knochen, in denen Spongiosa vorhanden ist.

Das Knochenmark ist für die Herstellung von etwa 2 Millionen roten Blutkörperchen pro Sekunde verantwortlich. Es produziert auch Lymphozyten oder die weißen Blutkörperchen, die an der Immunreaktion beteiligt sind.

Extrazelluläre Matrix

Knochen sind im Wesentlichen lebende Zellen, die in eine organische Matrix auf Mineralbasis eingebettet sind. Diese extrazelluläre Matrix setzt sich zusammen aus:

Organischen Bestandteilen, die hauptsächlich aus Kollagen vom Typ 1 bestehen.

Anorganischen Bestandteilen, einschließlich Hydroxylapatit und anderen Salzen, wie Kalzium und Phosphat.

Kollagen verleiht dem Knochen seine Zugfestigkeit, also den Widerstand gegen das Auseinanderziehen. Hydroxylapatit verleiht dem Knochen die Druckfestigkeit, d. h. den Widerstand, wenn er zusammengedrückt wird.

Was tun Knochen?

Knochen erfüllen mehrere lebenswichtige Funktionen:

Mechanisch

Knochen bieten einen Rahmen, um den Körper zu stützen. Muskeln, Sehnen und Bänder sind an den Knochen verankert. Ohne die Verankerung an den Knochen könnten die Muskeln den Körper nicht bewegen.

Einige Knochen schützen die inneren Organe des Körpers. Zum Beispiel schützt der Schädel das Gehirn, und die Rippen schützen das Herz und die Lunge.

Synthese

Der spongiöse Knochen produziert rote Blutkörperchen, Blutplättchen und weiße Blutkörperchen. Auch defekte und alte rote Blutkörperchen werden im Knochenmark zerstört.

Stoffwechsel

Speicherung von Mineralien: Knochen dienen als Reserve für Mineralien, insbesondere Kalzium und Phosphor.

Sie speichern auch einige Wachstumsfaktoren, wie z. B. den insulinähnlichen Wachstumsfaktor.

Fettspeicherung: Fettsäuren können im Fettgewebe des Knochenmarks gespeichert werden.

pH-Gleichgewicht: Knochen können basische Salze abgeben oder aufnehmen und so dem Blut helfen, den richtigen pH-Wert zu halten.

Entgiftung: Knochen können Schwermetalle und andere toxische Elemente aus dem Blut absorbieren.

Endokrine Funktion: Die Knochen setzen Hormone frei, die auf die Nieren wirken und die Blutzuckerregulierung und Fettablagerung beeinflussen.

Kalziumhaushalt: Knochen können den Kalziumgehalt im Blut erhöhen oder verringern, indem sie Knochen bilden oder in einem Prozess, der Resorption genannt wird, abbauen.

Arten von Knochen

Es gibt fünf Arten von Knochen im menschlichen Körper:

Langknochen: Diese sind meist verdichtete Knochen mit wenig Knochenmark und umfassen die meisten Knochen in den Gliedmaßen. Diese Knochen dienen dazu, das Gewicht zu tragen und die Bewegung zu unterstützen.

Kurze Knochen: Nur eine dünne Schicht kompakter Knochen, dazu gehören die Knochen des Handgelenks und des Knöchels.

Flache Knochen: Normalerweise Knochen, die dünn und gebogen sind. Sie bestehen aus zwei äußeren Schichten aus kompaktem Knochen und einer inneren Schicht aus schwammigem Knochen. Zu den flachen Knochen gehören die meisten Knochen des Schädels und des Brustbeins (Sternum). Sie haben in der Regel eine schützende Funktion.

Sesamoid-Knochen: Diese sind in Sehnen eingebettet, z. B. in der Patella oder Kniescheibe. Sie schützen die Sehnen vor Abnutzung und Belastung.

Unregelmäßige Knochen: Wie der Name schon sagt, sind dies Knochen, die nicht in die ersten vier Kategorien passen und eine ungewöhnliche Form haben. Zu ihnen gehören die Knochen der Wirbelsäule und des Beckens. Sie schützen oft Organe oder Gewebe.

Die Knochen des Skeletts werden in zwei Gruppen unterteilt:

Appendikuläres Skelett – Knochen der Gliedmaßen, der Schultern und des Beckengürtels.

Axialskelett – Knochen des Schädels, der Wirbelsäule, des Brustkorbs.

Umbau des Knochens

Der Knochen wird ständig umgebaut. Dies ist ein zweiteiliger Prozess:

1. Resorption, wenn Osteoklasten Knochen abbauen und entfernen.

2. Bildung, wenn neues Knochengewebe angelegt wird.

Schätzungsweise 10 Prozent des Skeletts eines Erwachsenen werden jedes Jahr ersetzt.

Die Remodellierung ermöglicht es dem Körper, beschädigte Abschnitte zu reparieren, das Skelett während des Wachstums neu zu formen und den Kalziumspiegel zu regulieren.

Wenn ein Teil des Skeletts im Laufe der Zeit stärker belastet wird, z. B. beim Sport oder bei körperlicher Betätigung, werden die am stärksten belasteten Knochenabschnitte als Reaktion darauf dicker.

Der Umbau steht unter der Kontrolle verschiedener Hormone, darunter Parathormon, Calcitonin, Vitamin D, Östrogen bei Frauen und Testosteron bei Männern.

Was ist Osteoporose?

Osteoporose ist eine Knochenerkrankung, bei der es zu einer Verringerung der Knochenmineraldichte kommt. Dadurch erhöht sich das Risiko für das Auftreten von Knochenbrüchen. Osteoporose tritt am häufigsten bei Frauen nach der Menopause auf. Sie kann aber auch bei prämenopausalen Frauen und Männern auftreten.

Osteoporose tritt entweder auf, wenn der Abbau oder die Resorption von Knochen zu schnell erfolgt, neuer Knochen zu langsam gebildet wird, oder aus beiden Gründen. Sie kann durch eine unzureichende Kalziumzufuhr, einen Vitamin-D-Mangel, übermäßigen Alkoholkonsum oder das Rauchen von Tabak verursacht werden.

Auf den Punkt gebracht

Obwohl sie weniger Aufmerksamkeit erhalten als andere Körperteile, sind Knochen mehr als nur ein schützendes Gerüst, auf dem der menschliche Körper aufgebaut ist.

Die Knochen sorgen auch für die Aufrechterhaltung eines angemessenen Niveaus vieler Verbindungen und regulieren hormonelle Abläufe. Knochen sind die unbesungenen Helden der Anatomie.