Knochen sind halbstarre, poröse, mineralisierte Organe, die aus Zellen in einer harten Matrix bestehen und Teil des Endoskeletts von Wirbeltieren sind. Knochen bewegen, unterstützen und schützen den Körper, produzieren rote und weiße Blutkörperchen und speichern Mineralien.Obwohl Knochen äußerlich als einfache und sogar feste Strukturen erscheinen mögen, bestehen sie in Wirklichkeit aus lebendem Knochengewebe, das mit Blutgefäßen, Nervenfasern usw. verflochten ist, und ihre Bildung, Struktur und Funktion beinhaltet eine erstaunlich komplexe Koordination.Knochen kommen in einer Vielzahl von Formen und haben eine komplizierte innere und äußere Struktur, so dass sie leicht und dennoch stark und hart sind, während sie ihre vielen anderen Funktionen erfüllen. Eine der Arten von Geweben, aus denen Knochen bestehen, ist das mineralisierte Knochengewebe, auch Knochengewebe genannt, ein spezialisiertes Bindegewebe, das den Knochen ihre Steifigkeit und wabenförmige, dreidimensionale innere Struktur verleiht. Andere Gewebetypen, die in Knochen in ihrer Gesamtheit gefunden werden, umfassen Mark, Periost, Nerven, Blutgefäße und Knorpel.Da eine Gruppe von Geweben beteiligt ist, die eine bestimmte Funktion oder Gruppe von Funktionen ausführen, können Knochen als Organe bezeichnet werden, obwohl Knochengewebe das dominierende Gewebe ist, was dazu führt, dass Knochen häufig als eine spezialisierte Art von Bindegewebe klassifiziert wird.

Eigenschaften des Knochens

Alle Knochen bestehen aus lebenden Zellen, die in die mineralisierte organische Matrix eingebettet sind, aus der das Knochengewebe besteht.Das primäre Knochengewebe, das Knochengewebe, ist ein relativ hartes und leichtes Verbundmaterial, das hauptsächlich aus Calciumphosphat in der chemischen Anordnung gebildet wird, die als Calciumhydroxylapatit bezeichnet wird (dies ist das Knochengewebe, das den Knochen ihre Steifigkeit verleiht). Es hat eine relativ hohe Druckfestigkeit, aber eine schlechte Zugfestigkeit, was bedeutet, dass es Druckkräften gut, aber nicht Zugkräften widersteht. Während Knochen im Wesentlichen spröde ist, hat es einen signifikanten Grad an Elastizität, hauptsächlich durch Kollagen beigetragen. Kollagen ist das Hauptprotein des Bindegewebes bei Tieren und beinhaltet die Harmonisierung von drei Polypeptidketten in Form einer Tripelhelix. Es zeichnet sich durch die regelmäßige Anordnung der Aminosäuren in jeder der drei Ketten aus; Unter Spannung wickelt sich die Dreifachhelix fest, widersteht dem Dehnen und macht Kollagen wertvoll für Struktur und Unterstützung, während es den Knochen Elastizität verleiht.

Knochen ist kein einheitlich festes Material, sondern hat einige Zwischenräume zwischen seinen harten Komponenten. Die harte äußere Knochenschicht wird aufgrund ihrer minimalen Lücken oder Zwischenräume als kompaktes Knochengewebe bezeichnet. Dieses Gewebe verleiht den Knochen ihr glattes, weißes und festes Aussehen und macht 80 Prozent der gesamten Knochenmasse eines erwachsenen Skeletts aus. Kompakter Knochen kann auch als dichter Knochen oder kortikaler Knochen bezeichnet werden. Das Innere des Organs füllt das mit Löchern gefüllte schwammige Knochengewebe (auch spongiöser Knochen oder Trabekelknochen genannt), das aus einem Netzwerk flacher oder nadelförmiger Trabekel besteht, wodurch das gesamte Organ leichter wird und Platz für Blutgefäße und Mark bleibt. Schwammiger Knochen macht die restlichen 20 Prozent der gesamten Knochenmasse aus, hat aber fast die zehnfache Oberfläche eines kompakten Knochens.

Das Äußere der Knochen (außer wenn sie durch Gelenke mit anderen Knochen interagieren) ist vom Periost bedeckt, das eine äußere Faserschicht und eine innere osteogene Schicht aufweist. Das Periost ist reich mit Blut, Lymphe und Nervengefäßen versorgt und haftet durch Sharpeys Fasern am Knochen selbst.

Knochen können auch entweder gewebt oder lamellar (geschichtet) sein. Gewebter Knochen ist schwach, mit einer kleinen Anzahl zufällig orientierter Kollagenfasern, bildet sich jedoch während Reparatur- oder Wachstumsperioden schnell und ohne eine bereits vorhandene Struktur. Lamellarer Knochen ist stärker, besteht aus zahlreichen gestapelten Schichten und ist mit vielen Kollagenfasern parallel zu anderen Fasern in derselben Schicht gefüllt. Die Fasern verlaufen in abwechselnden Schichten in entgegengesetzte Richtungen und unterstützen die Fähigkeit des Knochens, Torsionskräften zu widerstehen. Nach einer Pause, Gewebter Knochen bildet sich schnell und wird allmählich durch langsam wachsenden Lamellenknochen auf bereits vorhandenen ersetzt, verkalkter Hyalinknorpel durch einen Prozess, der als „knöcherne Substitution“ bekannt ist.“

Sieben Funktionen von Knochen

Es gibt sieben Hauptfunktionen von Knochen.

• Schutz: Knochen können dazu dienen, innere Organe zu schützen, wie der Schädel das Gehirn schützt oder die Rippen den Bauch schützen.
• Form: Knochen bilden einen Rahmen, um den Körper zu stützen.
• Blutproduktion: Das Knochenmark, das sich in der Markhöhle langer Knochen und in den Zwischenräumen des spongiösen Knochens befindet, produziert Blutzellen in einem Prozess, der als Hämatopoese bezeichnet wird.
• Mineralspeicherung: Knochen dienen als Reserven von Mineralien, die für den Körper wichtig sind, vor allem Kalzium und Phosphor.Bewegung: Knochen, Skelettmuskulatur, Sehnen, Bänder und Gelenke wirken zusammen, um Kräfte zu erzeugen und zu übertragen, so dass einzelne Körperteile oder der ganze Körper im dreidimensionalen Raum manipuliert werden können. Die Wechselwirkung zwischen Knochen und Muskel wird in der Biomechanik untersucht.
• Säure-Basen-Gleichgewicht: Knochen puffert das Blut gegen übermäßige pH-Änderungen, indem es alkalische Salze absorbiert oder freisetzt.
• Entgiftung: Knochengewebe entfernt Schwermetalle und andere Fremdkörper aus dem Blut und reduziert so deren Auswirkungen auf Nerven- und andere Gewebe. Es kann diese später langsamer zur Ausscheidung freisetzen.

Die meisten Knochen erfüllen alle diese Funktionen bis zu dem einen oder anderen Grad, aber bestimmte Knochen sind für bestimmte Funktionen spezialisierter.

Fünf Arten von Knochen

Es gibt fünf Arten von Knochen im menschlichen Körper: lang, kurz, flach, unregelmäßig und sesamoid.Lange Knochen sind länger als breit und bestehen aus einem langen Schaft (der Diaphyse) plus zwei Gelenkflächen, die Epiphysen genannt werden. Sie bestehen hauptsächlich aus kompaktem Knochen, sind aber im Allgemeinen dick genug, um beträchtlichen schwammigen Knochen und Mark im hohlen Zentrum (der Markhöhle) zu enthalten. Die meisten Knochen der Gliedmaßen (einschließlich der drei Knochen der Finger) sind lange Knochen, mit Ausnahme der Kniescheibe (Patella) und der Handwurzel-, Mittelhand-, Fußwurzel- und Mittelfußknochen des Handgelenks und des Knöchels. Die Klassifizierung bezieht sich eher auf die Form als auf die Größe.Kurze Knochen sind ungefähr würfelförmig und haben nur eine dünne Schicht kompakten Knochens, die ein schwammiges Inneres umgibt. Die Knochen des Handgelenks und des Knöchels sind kurze Knochen, ebenso wie die Sesambeinknochen.

Flache Knochen sind dünn und im Allgemeinen gekrümmt, wobei zwei parallele Schichten kompakter Knochen eine Schicht schwammigen Knochens einschließen. Die meisten Schädelknochen sind flache Knochen, ebenso wie das Brustbein.

Unregelmäßige Knochen passen nicht in die oben genannten Kategorien. Sie bestehen aus dünnen Schichten kompakten Knochens, die ein schwammiges Inneres umgeben. Wie der Name schon sagt, sind ihre Formen unregelmäßig und kompliziert. Die Knochen der Wirbelsäule und der Hüften sind unregelmäßige Knochen.

Sesambeinknochen sind kurze Knochen, die in Sehnen eingebettet sind. Da sie die Sehne weiter vom Gelenk weghalten, wird der Winkel der Sehne vergrößert und somit die Kraft des Muskels erhöht. Beispiele für Sesambeinknochen sind die Patella und die Pisiform.

Knochenzellen

• Osteoblasten sind einkernige knochenbildende Zellen, die von Osteoprogenitorzellen abstammen. Sie befinden sich auf der Oberfläche von Osteoidnähten und bilden eine Proteinmischung, die als Osteoid bekannt ist und sich zu Knochen mineralisiert. Osteoid besteht hauptsächlich aus Kollagen Typ I und stellt Hormone wie Prostaglandine her, die auf den Knochen selbst einwirken. Sie produzieren robust alkalische Phosphatase, ein Enzym, das eine Rolle bei der Mineralisierung von Knochen spielt, sowie viele Matrixproteine. Osteoblasten sind die unreifen Knochenzellen.

• Knochenauskleidungszellen sind im Wesentlichen inaktive Osteoblasten. Sie bedecken die gesamte verfügbare Knochenoberfläche und fungieren als Barriere für bestimmte Ionen.

• Osteozyten stammen von Osteoblasten, die in die von ihnen selbst produzierte Knochenmatrix eingewandert sind und dort eingeschlossen und umgeben sind. Die Räume, die sie einnehmen, werden als Lakunen bezeichnet. Osteozyten haben viele Prozesse, die auf Osteoblasten treffen, wahrscheinlich zum Zwecke der Kommunikation. Ihre Funktionen umfassen in unterschiedlichem Maße: Knochenbildung, Matrixerhalt und Kalziumhomöostase. Sie wirken möglicherweise als mechanosensorische Rezeptoren und regulieren die Reaktion des Knochens auf Stress. Sie sind reife Knochenzellen.

• Osteoklasten sind die Zellen, die für die Knochenresorption verantwortlich sind (Umbau des Knochens, um sein Volumen zu reduzieren). Osteoklasten sind große, mehrkernige Zellen, die sich auf Knochenoberflächen in sogenannten Howell-Lakunen oder Resorptionsgruben befinden. Diese Lücken oder Resorptionsgruben bleiben nach dem Knochenabbau zurück und liegen häufig als überbackene Oberflächen vor. Da die Osteoklasten aus einer Monozyten-Stammzelllinie stammen, sind sie mit Verschlussstrategien ausgestattet, die denen zirkulierender Makrophagen ähneln. Osteoklasten reifen und / oder wandern zu diskreten Knochenoberflächen. Bei der Ankunft werden aktive Enzyme wie tartratresistente saure Phosphatase gegen das Mineralsubstrat sezerniert.

Der Prozess der Knochenresorption setzt gespeichertes Kalzium in den systemischen Kreislauf frei und ist ein wichtiger Prozess zur Regulierung des Kalziumhaushalts. Da die Knochenbildung zirkulierendes Kalzium aktiv in seiner mineralischen Form fixiert und aus dem Blutkreislauf entfernt, löst die Resorption es aktiv und erhöht dadurch den zirkulierenden Kalziumspiegel. Diese Prozesse treten an ortsspezifischen Stellen im Tandem auf und werden als Knochenumsatz oder -umbau bezeichnet. Osteoblasten und Osteoklasten, die über parakrine Zellsignalisierung miteinander gekoppelt sind, werden als Knochenumbaueinheiten bezeichnet. Die Iteration von Umbauereignissen auf zellulärer Ebene hat Einfluss auf die Formung und Formung des Skeletts während des Wachstums und als Reaktion auf Stress (z. B. Belastungsübungen oder Knochenheilung).

Matrix

Die Matrix umfasst den anderen Hauptbestandteil des Knochens. Es hat anorganische und organische Teile. Das Anorganische ist hauptsächlich kristalline Mineralsalze und Kalzium, das in Form von Hydroxylapatit vorliegt. Die Matrix wird zunächst als unmineralisiertes Osteoid (hergestellt von Osteoblasten) abgelegt. Bei der Mineralisierung sezernieren Osteoblasten Vesikel, die alkalische Phosphatase enthalten. Dies spaltet die Phosphatgruppen und dient als Brennpunkte für die Calcium- und Phosphatablagerung. Die Vesikel brechen dann und fungieren als Zentrum für das Wachstum von Kristallen.

Der organische Teil der Matrix ist hauptsächlich Kollagen Typ I. Dieses wird intrazellulär als Tropokollagen hergestellt und anschließend exportiert. Es verbindet sich dann zu Fibrillen. Den organischen Teil der Matrix bilden auch verschiedene Wachstumsfaktoren, deren Funktionen nicht vollständig bekannt sind. Andere vorhandene Faktoren umfassen Glykosaminoglykane, Osteocalcin, Osteonektin, Knochen-Sialo-Protein und Zellanhaftungsfaktor. Eines der wichtigsten Dinge, die die Matrix eines Knochens von der einer anderen Zelle unterscheiden, ist, dass die Matrix im Knochen hart ist.

Bildung

Die Knochenbildung während des fetalen Entwicklungsstadiums (beim Menschen nach der 7. oder 8. Woche bis zur Geburt) erfolgt auf zwei Arten: Intramembranöse und endochondrale Ossifikation.

Die intramembranöse Ossifikation tritt hauptsächlich während der Bildung der flachen Schädelknochen auf; Der Knochen wird aus Mesenchymgewebe gebildet. Die Schritte bei der intramembranösen Ossifikation sind:

1. Entwicklung des Ossifikationszentrums
2. Verkalkung
3. Bildung von Trabekeln
4. Entwicklung des Periosts

Endochondrale Ossifikation tritt in langen Knochen wie Gliedmaßen auf; Der Knochen wird aus Knorpel gebildet. Die Schritte bei der endochondralen Ossifikation sind:

1. Entwicklung des Knorpelmodells
2. Wachstum des Knorpelmodells
3. Entwicklung des primären Ossifikationszentrums
4. Entwicklung der Markhöhle
5. Entwicklung des sekundären Ossifikationszentrums
6. Bildung von Gelenkknorpel und Epiphysenplatte

Die endochondrale Ossifikation beginnt mit Punkten im Knorpel, die als „primäre Ossifikationszentren“ bezeichnet werden.“ Sie treten meistens während der fetalen Entwicklung auf, obwohl einige kurze Knochen ihre primäre Ossifikation nach der Geburt beginnen. Sie sind verantwortlich für die Bildung der Diaphysen von langen Knochen, kurzen Knochen und bestimmten Teilen unregelmäßiger Knochen. Die sekundäre Ossifikation tritt nach der Geburt auf und bildet die Epiphysen langer Knochen und die Extremitäten unregelmäßiger und flacher Knochen. Die Diaphyse und beide Epiphysen eines langen Knochens sind durch eine wachsende Knorpelzone (die Epiphysenplatte) getrennt. Wenn das Kind die Skelettreife erreicht (18 bis 25 Jahre), wird der gesamte Knorpel durch Knochen ersetzt, wodurch die Diaphyse und beide Epiphysen miteinander verschmolzen werden (Epiphysenverschluss).

Knochenmark kann in fast jedem Knochen gefunden werden, der spongiöses Gewebe enthält. Bei Neugeborenen sind alle diese Knochen ausschließlich mit rotem Mark (oder hämopoetischem Mark) gefüllt, aber mit zunehmendem Alter des Kindes wird es meist durch gelbes oder „fettiges“ Mark ersetzt. Bei Erwachsenen findet sich rotes Mark hauptsächlich in den flachen Schädelknochen, den Rippen, den Wirbeln und den Beckenknochen.

„Remodeling“ ist der Prozess der Resorption, gefolgt von Knochenersatz mit geringer Formänderung und tritt während des gesamten Lebens einer Person auf. Sein Zweck ist die Freisetzung von Kalzium und die Reparatur von mikrogeschädigten Knochen (durch Alltagsstress). Wiederholte Belastung führt zu einer Verdickung des Knochens an den Stellen maximaler Belastung (Wolffsches Gesetz).

• Knochenbruch
• Osteoporose
• Osteonekrose
• Osteosarkom
• Osteogenesis imperfecta

Osteologie

Das Studium von Knochen und Zähnen wird als Osteologie bezeichnet. Es wird häufig in der Anthropologie, Archäologie und Forensik für eine Vielzahl von Aufgaben verwendet. Dies kann die Bestimmung der Ernährung, der Gesundheit, des Alters oder des Verletzungsstatus der Person umfassen, der die Knochen entnommen wurden. Die Vorbereitung von Fleischknochen für diese Art von Studien kann Mazeration beinhalten — Kochen von Fleischknochen, um große Partikel zu entfernen, dann Handreinigung.Anthropologen und Archäologen untersuchen auch Knochenwerkzeuge von Homo sapiens und Homo neanderthalensis. Knochen können einer Vielzahl von Anwendungen dienen, wie Projektilspitzen oder künstlerische Pigmente, und können aus endoskeletalen oder äußeren Knochen wie Geweih oder Stoßzahn hergestellt werden.

Alternativen zu Knochenendoskeletten

In der Natur gibt es mehrere Alternativen zu Säugetierknochen; Obwohl sie einige ähnliche Funktionen haben, sind sie funktionell nicht vollständig analog zu Knochen.

• Exoskelette bieten Unterstützung, Schutz und Hebel für Bewegungen, die dem endoskeletalen Knochen ähneln. Verschiedene Arten von Exoskeletten umfassen Schalen, Panzer (bestehend aus Calciumverbindungen oder Siliciumdioxid) und Chitin-Exoskelotonen.
• Ein echtes Endoskelett (dh Schutzgewebe aus Mesoderm) ist auch in Stachelhäutern vorhanden. Porifera (Schwämme) besitzen einfache Endoskelette, die aus Kalk- oder Kieselsäurespikeln und einem Spongin-Fasernetzwerk bestehen.

Exponierter Knochen

Knochen, der in die Haut eindringt und nach außen exponiert wird, kann bei manchen Tieren sowohl ein natürlicher Prozess als auch aufgrund von Verletzungen sein:

• Das Geweih eines Hirsches besteht aus Knochen
• Der ausgestorbene Raubfisch Dunkleosteus hatte anstelle von Zähnen scharfe Kanten von hart exponiertem Knochen entlang seiner Kiefer
• Eine zusammengesetzte Fraktur tritt auf, wenn die Kanten eines gebrochenen Knochens die Haut durchbohren
• Obwohl nicht streng exponiert, ist der Schnabel eines Vogels hauptsächlich Knochen, der mit einer Keratinschicht bedeckt ist

Terminologie

Mehrere Begriffe werden verwendet, um zu den Merkmalen und Komponenten von Knochen im ganzen Körper:

Knochenmerkmal	Definition
Gelenkfortsatz	Eine Projektion, die einen benachbarten Knochen berührt.
Artikulation	Die Region, in der sich benachbarte Knochen berühren — ein Gelenk.
Kanal	Ein langes, tunnelartiges Foramen, normalerweise ein Durchgang für wichtige Nerven oder Blutgefäße.
Kondylus	Ein großer, abgerundeter Gelenkfortsatz.
Kamm	Ein markanter Grat.
Eminenz	Eine relativ kleine Projektion oder Beule.
epicondylus	Eine Projektion in der Nähe eines Kondylus, aber nicht Teil des Gelenks.
Facette	Eine kleine, abgeflachte Gelenkfläche.
foramen	Eine Öffnung durch einen Knochen.
fossa	Eine breite, flache Vertiefung.
fovea	Eine kleine Grube am Kopf eines Knochens.
Labyrinth	Ein Hohlraum innerhalb eines Knochens.
Linie	Eine lange, dünne Projektion, oft mit einer rauen Oberfläche. Auch als Grat bekannt.
malleolus	Eine von zwei spezifischen Protuberanzen von Knochen im Knöchel.
meatus	Ein kurzer Kanal.
Prozess	Eine relativ große Projektion oder prominente Beule.(gen.)
ramus	Ein armartiger Zweig vom Körper eines Knochens.
sinus	Ein Hohlraum innerhalb eines Schädelknochens.
Wirbelsäule	Eine relativ lange, dünne Projektion oder Beule.
Naht	Artikulation zwischen Schädelknochen.
Trochanter	Eine von zwei spezifischen Tuberositäten am Femur.
Tuberkel	Ein Vorsprung oder eine Beule mit einer aufgerauten Oberfläche, die im Allgemeinen kleiner als eine Tuberositas ist.
tuberositas	Eine Projektion oder Beule mit einer aufgerauten Oberfläche.

Mehrere Begriffe werden verwendet, um auf spezifische Merkmale von langen Knochen zu verweisen:

Knochenmerkmal	Definition
Diaphyse	Der lange, relativ gerade Hauptkörper des Knochens; Region der primären Ossifikation. Auch bekannt als die Welle.
Epiphysen	Die Endregionen des Knochens; Regionen der sekundären Ossifikation.
Epiphysenplatte	Die dünne Scheibe aus hyalinem Knorpel zwischen Diaphyse und Epiphysen; verschwindet im Alter von zwanzig Jahren. Auch bekannt als die Wachstumsplatte.
Kopf	Das proximale Gelenkende des Knochens.
Hals	Der Knochenbereich zwischen Kopf und Schaft.

• Burkhardt, R. 1971. Knochenmark und Knochengewebe; Farbatlas der klinischen Histopathologie. Berlin: Springer-Verlag. ISBN 3540050590.
• Marieb, E. N. 1998. Menschliche Anatomie & Physiologie, 4. Aufl. Menlo Park, Kalifornien: Benjamin / Cummings Science Publishing. ISBN 080534196X.
• Tortora, G. J. 1989. Prinzipien der menschlichen Anatomie, 5. Aufl. New York: Harper & Reihe, Herausgeber. ISBN 0060466855.

Alle Links abgerufen am 15.Juni 2016.

• Ein guter grundlegender Überblick über die Knochenbiologie aus dem Science Creative Quarterly.