Info-Quelle Show Knochen ist das stabilste und härteste Gewebe in unserem Körper und dennoch so biegsam, dass es starken Druckausübungen standhält. Dieser Artikel soll einen vertieften Einblick in den Aufbau und die vielen Eigenschaften des Knochens geben. Auch wird die Bedeutung von verschiedenen Spurenelementen und Vitaminen in Bezug auf den Knochen angesprochen. Knochen und Knorpel – Zwei verschiedene Gewebsarten des Stützgewebes
Der Knorpel zeichnet sich durch seine hohe Druckfähigkeit, seiner Belastbarkeit und seiner Gleitfähigkeit verschiedener Komponente aus. Da Knochen eine raue Oberfläche besitzen, würde eine ständige Reibung aneinander eine schnelle Abnutzung dieser zur Folge haben. So wird den Gelenkknochen zur Glättung der Oberfläche Knorpelgewebe aufgelagert. Da die Knorpelzellen (Chondrozyten) und die Fasern von einer grossen Menge an fester Grundsubstanz umlagert werden, steigt ihre Druckfähigkeit erheblich an. Ausserdem besitzt der Knorpel keine Blutgefässe, sondern wird ausschliesslich durch Diffusion versorgt. Die Regenerationsfähigkeit ist gering. Das bedeutet, dass Knorpelverletzungen schlecht heilen. Grund dafür ist deren niedrige Stoffwechselaktivität. Es gibt drei verschiedene Arten von Knorpelgewebe. Der hyaline Knorpel ist die am häufigsten vorkommende Form des Knorpelgewebes. Er ist druckfest und dennoch elastisch. Das Licht fällt
hindurch wie durch mattes Glas. Diese Art von Knorpelgewebe überzieht Gelenkflächen und bildet unter anderem die Rippenknorpel mit. Ausserdem sind die Nasenscheidewand, das Kehlkopfgerüst und die Spangen der Luftröhre aus dieser Knorpelart. Von grosser Bedeutung ist wie erwähnt seine Funktion als Gelenkknorpel. Sterben die hyalinen Knorpelzellen ab, entwickeln sich an ihrer Stelle knochenbildende Zellen (Osteoblasten). So wird das Längenwachstum bis zur Erwachsenengrösse ermöglicht. Nach
Abschluss des Wachstums verbleibt der Knorpel an den gelenkbildenden Knochenenden.
Ein Längsschnitt durch ein Fingergelenk zeigt, dass die Gelenkenden der Knochen mit hyalinem Knorpel überzogen sind. Hier fehlt die Knorpelhaut, da der hyaline Knorpel keine besitzt. Somit fehlen ihm auch
Blutgefässe und die Ernährung muss somit von der Gelenkschmiere und vom Knochen erfolgen. Bildquelle: Universität Fribourg, Anatomy Eine weitere Knorpelart ist der elastische Knorpel. Er kommt wesentlich seltener vor als der hyaline Knorpel. Durch seinen hohen Anteil an elastischen Fasern anstelle von kollagenen Fasern, hat er eine hohe Elastizität und Belastbarkeit. Seine gelbliche Farbe kommt von den erwähnten Fasern. Der elastische Knorpel kann sich nicht und verknöchert nicht wie der hyaline Knorpel. Der Kehldeckel und der Knorpel der Ohrmuschel sind zum Beispiel aus diesem Gewebe. Bildquelle: Universität Fribourg, Anatomy Der Knochen Er ist sehr widerstandsfähig gegenüber Druck, Biegung und Dehnung. Die einzelnen Bestandteile des Knochens sind Wasser (ca. 25 Prozent), organische Stoffe (hauptsächlich das Protein Ossium) und schliesslich anorganische Mineralien: Kalzium, Phosphor, Magnesium sowie in geringen Mengen Eisen, Kalium, Natrium, Chlor und Fluor. Diese Salze sind für die Festigkeit und die Härte eines Knochens zuständig. Ein salzfreier, entkalkter Knochen ist demnach biegsam wie es zum Beispiel bei einer Rachitis der Fall ist. Es werden zwei Knochenarten unterschieden. Der Lamellenknochen kommt ausschliesslich im erwachsenen Skelett vor. Der Knochen ist feinfaserig. Der Geflechtknochen hingegen bildet das Skelett des Embrions und wird später durch Abbau und erneutem Aufbau in Lamellenknochen umgewandelt. Osteoklasten fressen Kanäle in den Geflechtknochen. In diese Kanäle wachsen Blutgefässe ein und die Osteoblasten bauen schalenartige Knochenhülsen um diese Gefässe. Nach einem Bruch zum Beispiel entsteht immer zuerst ein Geflechtknochen-Gewebe für die Heilung. Später wird aus diesem nach und nach ein Lamellenknochen. Zellen des Knochens und die Intrazellulärsubstanz
Sie wird auch Knochengrundsubstanz oder Knochenmatrix genannt. Sie setzt sich aus organischen und anorganischen Bestandteilen zusammen. Bei den organischen Bestandteilen handelt es sich zu 95% um Kollagenfasern (Kollagen Typ 1). Der Rest sind Glykosaminoglykane und spezielle Proteine wie zum Beispiel Osteonektin und Osteokalzin. Bei den anorganischen Substanzen, welche ca. 50 % des Trockengewichts ausmachen, handelt es sich vor allem um Hydroxylapatit in Kristallform welches für die Druckfestigkeit des Knochens verantwortlich ist. Der Aufbau des Knochens (des Lamellenknochens) In der Kompakta werden durch kollagene Fasern der Knochengrundmasse feine und dünne Plättchen (Lamellen) gebildet. Diese sind nur ein Bruchteil eines Millimeters dick und geben der Knochenart ihren Namen. Ungefähr 30 dieser Osteon-Lamellen ordnen sich jeweils röhrenförmig um einen Havers-Kanal an. Im Havers-Kanal befinden sich kleine Blutgefässe, welche die Lamellenknochen versorgen. Volkmann-Kanäle durchlaufen den Knochen radiär und stellen so die Querverbindung zu den Havers-Kanälen dar. Rund um die Blutgefässe finden sich Osteozyten und die Extrazellularmatrix. Die Osteozyten liegen dabei zwischen den Lamellen, in denen die Kollagenfasern spiralförmig angeordnet sind. Untereinander stehen die Zellen über Zellfortsätze, die in winzigen Knochenkanälchen verlaufen (Canaliculi) verlaufen, in Verbindung und können so auch Nährstoffe von den Blutgefässen nach aussen weiterreichen. So entstehen die Havers-Säulen, auch Osteone genannt. Sie bilden die Baueinheit des Knochens. Osteone laufen fast immer in Längsrichtung und bestimmen so die Biegefestigkeit eines Knochens. Schaltlamellen füllen dabei die Lücken zwischen den Osteonen, während die grossen General-Lamellen den ganzen Knochen umgeben und ihn nach innen zum Periost begrenzen. Das ganze Gebilde aus Osteonen, General-Lamellen und Blutgefässen (Havers- und Volkmannkänle) nennt sich Kortikalis.
Als Gegensatz zur Kompakta hat der Lamellenknochen auch noch die Spongiosa, welche aus Trabekel (Knochenbälkchen) und aus dem Markraum (Knochenmarkhöhle) besteht. Da die Knochenzellen der Spongiosa einen hohen Stoffwechsel haben und ebenfalls mit
Nährstoffen versorgt werden müssen, können die Trabekel nur eine bestimmte Dicke erreichen (ca. 0,5 mm), denn der Stoffausstausch erfolgt nur durch Diffusion des umgebenen Knochenmarks. Das Knochenmark findet sich an zwei Stellen des Knochens. Einerseits befindet sich in den Hohlräumen zwischen den Spongiosatrabekeln das rote, blutbildende Knochenmark. Andererseits gibt es im Bereich der Markhöhle des Knochenschaftes (Diaphyse) das gelbe Knochenmark (Fettmark).
Diese beiden Mineralstoffe liegen im Knochen als Calciumphosphat vor. Sie werden dort gespeichert und können kurzfristig daraus gelöst werden, um den Calcium und Phosphatspiegel im Blut zu erhöhen. Da Parathormon aus der Nebenschilddrüse bewirkt diesen Vorgang. Das Hormon arbeitet dabei mit den Osteoklasten zusammen, welche für den Knochenabbau zuständig sind. Sie aktivieren hierfür ihre Hydrolasen und schütten Kollagenasen aus. So wird schliesslich Calcium und Phosphat
herausgespalten und ins Blut abgegeben. Magnesium ist Bestandteil des Knochens (0,7 %). Circa 60 % des Körpermagnesiums befindet sich im Knochen. Magnesium spielt eine wichtige Rolle im Vitamin D- und Parathormonstoffwechsel.
Einerseits ist Folsäure an der Herstellung von Nukleinsäure (Träger der Erbinformation) beteiligt. Somit spielt sie auch bei der Zellteilung der Knochenzellen eine Rolle. Andererseits ist Folsäure an der Bildung der roten Blutkörperchen im Knochenmark beteiligt. (Horn, 2005) Es bildet den Gegenspieler zum Parathormon. Es ist ein Steroidhormon aus der Niere und hat die Fähigkeit Osteoblasten zu stimulieren und so die Knochenmineralisierung zu verstärken. Also auch den Einbau von Calcium und Phosphat. Nur durch Vitamin D ist eine Einlagerung dieser möglich. Ausserdem fördert Calcitriol die Aufnahme von Calcium aus dem Darm und der Niere. Dieses Vitamin ist für die Bildung von roten Blutkörperchen unerlässlich. Da diese im Knochenmark gebildet werden, steht Vitamin B12 im engen Zusammenhang mit dem Knochen. Ein unbehandelter B12-Mangel führt zur Anämie da im Knochenmark zu wenig rote Blutkörperchen gebildet werden. Im Osteoblast erfolgt eine Carboxylierung des Knochenproteins Osteokalzin. Vitamin K ist an der Bildung von diesem Protein beteiligt. Es bindet dabei an Calcium und Hydroxylapatit. Es ist wichtig für die Qualität des Knochens und ein Mangel kann auch Grund für eine Osteoporose sein. Vitamin B6 Es ist ein essentieller Cofaktor für das Enzym Ornithin-Decarboxylase, ein geschwindigkeitsbestimmendes Enzym bei der Bildung von Putrescin. Putrescin reguliert die Glukose-6-Phosphat-Dehydrogenase-Aktivität der Osteoblasten und damit die NADPH-Konzentration. NADPH ist wiederum essentiell für den Vitamin-K-Zyklus. Ohne Vitamin B6 kann Vitamin K also gar nicht die Carboxylierung von Osteocalcin durchführen Es ist für die Herstellung von Kollagen wichtig, welches ein wichtiges Eiweiss im Binde- und Stützegewebe ist und somit auch für den Knochen eine wichtige Rolle spielt. Ausserdem braucht der Körper Vitamin C zur Knochen- und Knorpelbildung. Vitamin C steigert ausserdem die Eisenaufnahme aus dem Darm was zur Bildung der roten Blutkörperchen wichtig ist da Eisen auch Bestandteil derer ist. Es besteht die Vermutung, dass neben Wunden auch Knochenbrüche durch die Gabe von Vitamin C schneller heilen. (Menche, 2008) Proteine kommen als Gerüstsubstanzen im Bindegewebe (Kollagen) und somit auch im Knochen vor. Sie sind Stützsubstanzen in Knochen, Nägeln und Haaren. Auch für den Transport von Ferritin und Hämoglobin sind Proteine von Bedeutung und somit auch für die Bildung der roten Blutkörperchen im Knochenmark. Enzyme, welche für den Knochenstoffwechsel und die Blutbildung im Knochenmark benötigt werden, bestehen aus Proteinen. Dem Protein wird auch zugeschrieben, die Calciumresorption zu stimulieren. (Dawson-Hughes & Burkhardt, 2006)
Ist ein Knorpel ein Knochen?Ist Knorpel Knochen? Nein, Knorpel ist im Gegensatz zu Knochen druck- und biegungselastisch. In Gelenken dienen Knorpel aber als Stoßdämpfer zwischen den Knochen.
Was ist die Aufgabe von Knorpel?Der Gelenkknorpel überzieht die Oberfläche der Gelenkknochen und schützt sie. Seine elastische und gleitfähige Struktur ermöglicht, dass die Gelenkknochen reibungslos gegeneinander gleiten können. Er ist extrem widerstandsfähig und kann als Puffer Stoßbewegungen sehr gut abdämpfen.
Was ist härter Knochen oder Knorpel?Knorpel zeichnet sich gegenüber dem härteren Knochen durch Zellarmut, seinen Reichtum an zäh-gallertiger Interzellularsubstanz (von Mucopolysacchariden imprägnierte kollagene Fasern oder Elastin-Fasern [Elastin, elastische Fasern]) und das Fehlen einer Gefäßversorgung (bradytrophe Gewebe) aus.
Wie entsteht aus Knorpel Knochen?Zusammen mit Chondroklasten wandeln sie das Knorpelgewebe sukzessiv in Knochen um. Die Chondroklasten wiederum entstehen - wie die Osteoklasten - durch Fusion mononukleärer Vorläuferzellen aus dem Knochenmark. Dieser Form der Ossifikation begegnet man später beim wachsenden Knochen im Bereich der Epiphysenfugen.
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