Knochen

Die menschlichen Knochen –man könnte sie fast als ein Wunder der Natur bezeichnen. Einerseits sind sie weich und elastisch und andererseits von großer Festigkeit. Diese Gegensätzlichkeit ihrer Eigenschaften macht ihre große Stabilität aus. Man kann schon sehr verblüfft sein, wenn man liest, zu welchen Höchstleistungen menschliche Knochen fähig sind. Wer kann sich schon vorstellen, welch immense Kraft sich hinter 16 500 N verbirgt? Das ist genau die Gewichtskraft, der ein menschlicher Oberschenkelknochen widerstehen kann. So könnte man zum Beispiel einen voll beladenen Wohnwagen mit einer Länge von 6 Metern abschleppen und dabei den Oberschenkelknochen als Abschleppstange nutzen. Neben dieser Druckfestigkeit weist der Oberschenkel auch eine große Biegefestigkeit auf. Sie ist so groß, dass man ihn sogar als Baustahl verwenden könnte.

Es ist schon enorm, was der menschliche Knochen alles zu leisten vermag. Doch wie kommt diese große Belastbarkeit zustande? Die Antwort auf diese Frage findet man, wenn man sich zum einen die chemische Zusammensetzung und zum anderen den Aufbau der Knochen näher betrachtet:

Die chemische Zusammensetzung

Wasser – die Grundlage allen Lebens – kommt zu 20 % in den Knochen vor. Weitere 25 % verfallen auf die organischen Bestandteile Knochenzellen und Knochenknorpel. Sie machen die Knochen weich und elastisch. Bleiben noch die anorganischen Knochenbestandteile, die Salze. Sie sind mit 55 % vertreten. Da Salze selbst hart, spröde und brüchig sind, wirken sie sich auf die Festigkeit und Stabilität der Knochen aus. Zu den im Knochen eingelagerten Salzen gehören Calciumphosphat (Ca3(PO4)2), welches 86 % der Salze ausmacht, Kalziumkarbonat (CaCO3), welches auch in Marmor und Kalkstein vorhanden ist, sowie Kalziumfluorid (CaF2), Kalziumchlorid (CaCl2)und Magnesiumphosphat (Mg3(PO4)2).

Skelett eines Menschen

Bau und Eigenschaften der Knochen

Den Bau des Knochens kannst du an einem beim Fleischer besorgten frischen Tierknochen, am besten einem Röhrenknochen, näher betrachten und untersuchen.

Außen ist der Knochen von der Knochenhaut überzogen. Sie enthält Blutgefäße, die in das Innere des Knochens vordringen und ihn mit lebensnotwendigen Stoffen für sein Wachstum und seine Erhaltung versorgen.

Darunter liegt die eigentliche Knochensubstanz. Sie ist in den oberen Schichten fest, massiv und glatt (kompakte Knochensubstanz). Im Knocheninneren besteht sie aus feinen Bälkchen mit Hohlräumen (poröse Knochensubstanz).

Die Anordnung der Knochenbälkchen ermöglichen die enorme Belastung des betreffenden Knochens. Das ist bei den großen Röhrenknochen der Arme und Beine deutlich zu erkennen.

Die Hohlräume in der Knochensubstanz sind mit Knochenmark gefüllt. Im Knochenmark werden die roten Blutkörperchen gebildet. Unsere Knochen müssen das gesamte Körpergewicht und dazu zeitweilig noch zusätzliche Lasten tragen, z. B. bei Arbeits- und Freizeittätigkeiten.

Belastung von Knochen

Belastungsversuche haben ergeben, dass der größte Knochen des Menschen, der Oberschenkelknochen, bis zu 1 500 kg (kp) aushält; das Schienbein etwa 1 000 kg (kp), die Speiche etwa 330 kg (kp) und das relativ dünne Schlüsselbein immerhin noch 190 kg (kp).

Unsere Knochen werden aber nicht nur auf Druck, sondern z. B. beim Turnen auch auf Zug und Biegung belastet. Sie müssen deshalb hart und fest sowie zugleich auch elastisch sein. Chemische Untersuchungen lassen erkennen, wodurch diese Eigenschaften der Knochen ermöglicht werden.

Ausgeglühte Knochen sind hart und sehr brüchig. Sie bestehen aus mineralischen Bestandteilen.

Die Knochensubstanz besteht nämlich aus zwei Komponenten:

  • aus einer gallertig-faserigen Grundmasse von Eiweißstoffen („Knochenleim“ oder Kollagen); diese gibt dem Knochen seine Elastizität, und
  • aus darin eingelagerten Mineralstoffen, hauptsächlich Kalksalzen; diese geben dem Knochen seine Härte.

Im Kindesalter befindet sich die Knochensubstanz noch im Aufbau. Das Skelett ist daher noch weich und darf nicht zu stark belastet werden.

Bei älteren Menschen erfolgt ein fortschreitender Abbau der Knochensubstanz, Osteoporose. Das kann zu Skelettverformungen führen und Knochenbrüche begünstigen.

Die Knochen sind aus der Knochenhaut, der Knochensubstanz und dem Knochenmark aufgebaut. Die Knochensubstanz besteht aus einer elastischen Grundmasse, in die Kalksalze eingelagert sind.

Hierauf beruht die hohe Druck-, Zug- und Biegefestigkeit der Knochen.

Knochen werden in verdünnter Salzsäure weich und biegsam. Sie bestehen nur noch aus „Knochenleim“.

Einteilung und Aufbau der Knochen

1. Einteilung der Knochen
Je nach Form und Größe unterscheidet man verschiedene Knochenarten:

  • Platte Knochen, z. B. Schulterblätter, Brustbein;
  • Kurze Knochen, z. B. Hand- und Fußwurzelknochen;
  • Lange Knochen, z. B. Ober- und Unterschenkelknochen, Ober- und Unterarmknochen,

Die langen Knochen werden auch als Röhrenknochen bezeichnet und sind in Knochenschaft und Gelenkende gegliedert. Ihre Bezeichnung als Röhrenknochen ist auf den inneren Aufbau zurückzuführen.

Armskelett

Aufbau und Bestandteile der Knochen

Knochenhaut, Knochenrinde, Knochenzellen und Knochenknorpel sind die Bestandteile des Röhrenknochens, auf die im Folgenden näher eingegangen werden soll.

Die Knochenhaut ist die äußerste Schicht des Knochens und überzieht den gesamten Knochen ausgenommen den Gelenkknorpel und die Sehnenansatzstellen. Jeder, der sich schon einmal den Arm oder das Bein gebrochen hat, weiß, wie schmerzhaft das ist und hat sich vielleicht auch gefragt, woher der Schmerz kommt. Es ist die Knochenhaut, welche die Schmerzen verursacht. Sie ist sehr gut durchblutet und sehr reich an Nervenfasern. Diese Nervenfasern sind für die hohe Schmerzempfindlichkeit verantwortlich. Bei einem Knochenbruch wird diese Haut verletzt, und wir fühlen Schmerzen. Zudem ist die Knochenhaut maßgeblich an der Bildung der Knochensubstanz im Inneren beteiligt.

Die Knochenrinde, so wird die nächste Schicht im Knochen genannt, besteht aus zwei Lamellenschichten, welche sich aus verknöcherten Bindegewebsfasern zusammensetzen. Zwischen den Lamellenschichten und auch weiter im Inneren des Knochens findet man dicht gepackte Knochensäulchen. Sie sind die Bauelemente des Knochens und werden von den Knochenaufbauzellen gebildet. Die Knochenzellen besitzen Fortsätze, über die sie miteinander in Kontakt stehen. Zusammen mit Knochenknorpel und eingelagerten Salzen sind sie für den Aufbau der Lamellen und Röhrchen verantwortlich. Ebenso bilden die Knochenzellen die kreuzweise verlaufenden Bindegewebsfasern, die in ihrer Struktur an eine Sperrholzplatte erinnern. Diese Bindegewebsfasern, die Knochenzellen sowie eine eiweißartige Substanz sind die Bestandteile des Knochenknorpels.

Ebenso wie alle anderen Zellen des menschlichen Körpers werden auch die Knochenzellen über Blutgefäße mit den nötigen Aufbaustoffen versorgt.

Im Innern des Röhrenknochens befindet sich das Knochenmark. Hier werden die weißen und roten Blutkörperchen sowie die Blutplättchen gebildet. 1 mm3Blut enthält ca. 4,5 bis 5 Millionen rote Blutkörperchen (Erythrozyten), 5 000 bis 9 000 weiße Blutkörperchen (Leukozyten) und 250 000 Blutplättchen (Thrombozyten). Das Knochenmark erbringt also eine ganz beträchtliche Leistung. Beim Kind ist es noch rot. Mit zunehmendem Alter verfärbt es sich in den meisten Knochen durch die Einlagerung von Fetten gelblich. Rotes Knochenmark ist zeitlebens zum Beispiel im Brustbein und im Darmbeinkamm vorhanden.

In seinem Aufbau ist der Röhrenknochen schon ein kleines Wunder der Natur. Ähnlich wie die Leichtbaukonstruktion eines Krans vereint er ein Minimum an Gewicht mit einem Maximum an Stabilität. Diese hohe Stabilität bei einem geringen Gewicht wird durch die Hohlkörper im Knochenschaft und die aufgelockerte Form der Knochensäulchen und Knochenbälkchen in den Knochenenden erreicht. Dieses Gebilde wird auch als Schwammsubstanz bezeichnet.

Feinbau eines Röhrenknochens
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