Aufbau und Funktion von Knochen und Gelenken

Knochen

Das menschliche Skelett besteht aus 208 bis 214 Knochen. Die Anzahl variiert zwischen einzelnen Individuen, da insbesondere Hand, Fuß und Wirbelsäule unterschiedlich viele Knochen enthalten können. Das Stützgerüst der Gliedmaßen bilden die langen Röhrenknochen, zu denen z. B. Oberarmknochen, Elle und Speiche, Oberschenkelknochen, Schienbein und Wadenbein zählen. Sie bestehen jeweils aus den beiden Knochenenden (Epiphysen) und dem dazwischen liegenden Knochenschaft (Diaphyse). Neben den Röhrenknochen sind am Skelettaufbau verschiedene andere Knochenarten beteiligt: die platten Knochen, die z. B. Schädel, Becken und Rippen bilden, die kurzen Knochen, die sich v. a. in der Handwurzel befinden, sowie unregelmäßige Knochen, z. B. Wirbel oder Unterkiefer. Als Sesambeine werden kleine rundliche Knochen bezeichnet, deren Anzahl und Größe individuell verschieden ausgeprägt ist; ihr größter und bekanntester Vertreter ist die Kniescheibe.

Knochenaufbau. Knochenanteile, die innerhalb eines Gelenks liegen, sind von einer Knorpelschicht bedeckt, die auftretende Reibungskräfte reduziert. Außerhalb von Gelenken überzieht eine gut durchblutete Knochenhaut (Periost) die Oberfläche. Sie schützt und ernährt die äußere Knochenschicht und dient dem Ansatz von Bändern und Sehnen. Ihre extreme Schmerzempfindlichkeit ist jedem vertraut, der sich schon einmal das Schienbein angestoßen hat.

Unterhalb der Knochenhaut liegt eine unterschiedlich dicke Schicht aus dichtem Knochengewebe. Im Bereich des Knochenschafts heißt diese Schicht Kompakta, an den Knochenenden Kortikalis. Letztere wird im Knocheninneren abgelöst von der Spongiosa, einem schwammartig aufgebauten Gerüstwerk aus feinen Knochenbälkchen. Diese Konstruktion sorgt für eine große Stabilität des Knochens bei relativ geringem Gewicht. In den Zwischenräumen der Knochenbälkchen befindet sich bei Erwachsenen v. a. Fettgewebe, in den platten Knochen auch rotes, blutbildendes Knochenmark. Die Knochensubstanz besteht aus verschiedenartigen Knochenzellen (Osteozyten), die in eine Knochenmatrix aus kalziumhaltigem Hydroxylapatit, Eiweißstoffen (z. B. Kollagen), Wasser und anderen Substanzen eingebettet sind.

Knochenbildung. Der Vorgang der Knochenbildung, Osteogenese oder Ossifikation genannt, verläuft beim kindlichen Knochenwachstum und bei der Verknöcherung von Knochenbrüchen im Wesentlichen gleich. Zwei Formen werden unterschieden: Bei der direkten Ossifikation produzieren Osteoblasten, knochenbildende Zellen, die Knochenmatrix direkt an Ort und Stelle. Dagegen entsteht bei der chondralen Ossifikation zunächst Knorpelgewebe, das schrittweise durch Knochengewebe ersetzt wird. Während des kindlichen Knochenwachstums bilden sich im Mutterleib in den noch knorpelig angelegten Knochen Knochenkerne. Diese verknöcherten Bereiche werden größer und verschmelzen schließlich, sodass nur noch schmale Knorpelzonen zwischen Knochenende und Knochenschaft verbleiben, die als Wachstumsfugen oder Epiphysenfugen bezeichnet werden. Von ihnen geht so lange das weitere Längenwachstum des Knochens aus, bis sie gegen Ende des zweiten Lebensjahrzehnts schließlich verknöchern und damit die pubertäre Wachstumsphase abschließen.

Auch nach dieser Wachstumsphase ist der Knochen nicht fertig, sondern baut sich ständig auf, ab und um. An diesem Prozess sind verschiedene Hormone in komplizierten Regelkreisen beteiligt, insbesondere die Sexualhormone Östrogen und Testosteron, das knochenaufbauende Kalzitonin aus der Schilddrüse und das knochenabbauende Parathormon aus der Nebenschilddrüse. Zur Verarbeitung von Kalzium, einem wichtigen Bestandteil der Knochenmatrix, ist außerdem Vitamin D erforderlich. Bis zum 35. Lebensjahr überwiegen die Aufbauprozesse und die Knochenmasse nimmt ständig zu. Danach vermindert sich die Knochenmasse normalerweise jährlich um etwa 1,5 %.

Gelenke

Wenn sich Knochen zu einem Gelenk zusammenfügen, bestimmt v. a. die Form der beteiligten Knochenoberflächen, welche Bewegungen in diesem Bereich möglich sind. Bei den Kugelgelenken in Hüfte und Schulter liegt ein kugelförmiger Gelenkkopf in einer Gelenkpfanne und erlaubt dort Bewegungen in sämtliche Richtungen. Ein Scharniergelenk, wie es sich im oberen Sprunggelenk befindet, lässt dagegen lediglich Bewegungen um eine Achse zu, da seine Gelenkflächen als Walze und Rinne gestaltet sind. Bei Sattelgelenken wie dem Daumensattelgelenk greifen zwei Y-förmige Gelenkflächen ineinander und ermöglichen dort Bewegungen um zwei senkrecht zueinander stehende Richtungen. Als weitere Formvarianten gibt es Eigelenke (zwischen Schädel und oberstem Wirbel), ebene Gelenke (z. B. zwischen Wirbelfortsätzen) und Zapfengelenke, die reine Drehbewegungen erlauben, z. B. zwischen den beiden oberen Halswirbeln oder zwischen Elle und Speiche.

Jedes Gelenk ist von einer straffen Gelenkkapsel umschlossen, die es führt und vor Verrenkungen schützt. Die als Gelenkschleimhaut (Synovialis) ausgebildete, innere Schicht der Kapsel sondert in die Gelenkhöhle eine zähe Flüssigkeit ab, die Gelenkschmiere oder Synovia. Diese erfüllt zwei wichtige Aufgaben: Sie ernährt den gefäßlosen Gelenkknorpel, der die Gelenkflächen überzieht, und erhöht gleichzeitig dessen Gleitfähigkeit.

11.01.2023 | Dr. med. Arne Schäffler in: Gesundheit heute, herausgegeben von Dr. med. Arne Schäffler. Trias, Stuttgart, 3. Auflage (2014). Überarbeitung und Aktualisierung: Dr. med. Sonja Kempinski