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Das Skelett

Gliederung des Skeletts in seine funktionalen Teile

Das Skelett setzt sich aus 206 Knochen und Knöchlein zusammen. Eine verständige Übersicht über diese Vielheit lässt sich nur gewinnen, wenn man die ihrer Funktion nach zusammengehörenden Teile auf ihre Aufgabe im Stütz- und Bewegungsapparat hin betrachtet.

Das Skelett gliedert sich in

Aufgaben des Skeletts Welche Aufgaben hat das Skelett?

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Die folgende Darstelungen gibt eine Übersicht über die Hauptteile des Skeletts

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Bereich Teil Knochen

Der Schädel

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Im Schädel, dem Kopfskelett des Menschen, befinden sich das Gehirn, die wesentlichen Sinnesorgane und der Beginn des Verdauungstraktes. Das Schädeldach besteht aus dem Stirnbein, den beiden Scheitelbeinen (links und rechts), den beiden Schläfenbeinen und der Hinterhauptschuppe. Diese Plattenknochen stoßen an den Schädelnähten zusammen und sind fest miteinander verbunden. Die Hinterhauptschuppe umrandet das große Hinterhauptloch (nicht sichtbar), durch das das Rückenmark und die beiden Wirbelarterien in den Schädel gelangen. Bei Neugeborenen sind zwischen den Schädelknochen noch Lücken vorhanden, die im Laufe der Zeit zusammenwachsen.

Zum Gesichtsschädel gehören Nasenbein, Jochbein, Oberkiefer und Unterkiefer (mit den Zähnen), außerdem weitere Knochen, die hier nicht benannt werden sollen. Der Oberkiefer ist fest mit dem Schädel durch Nähte verbunden, während der Unterkiefer mit einem Scharniergelenk verbunden ist. Mit Hilfe der Kaumuskulatur wird dadurch das Kauen von Nahrung möglich. Vor dem Keilbein befinden sich weitere Öffnungen. Durch diese gelangen die Augenmuskelnerven, die Trigeminusnerven und der Sehnerv in die Augenhöhle.

Die Wirbelsäule und die Wirbel

Die Wirbelsäule trägt den Rumpf samt Kopf und Armen: Da die oberen die kleinste, die unteren die größte Last zu tragen haben, nehmen die Wirbel von oben nach unten an Größe zu. Dank ihrer Doppel-S-Form bildet die Wirbelsäule eine federnde Stütze. Sie gliedert sich in 7 Hals-, 12 Brust- und 5 Lendenwirbel; im Kreuzbein sind 5 Wirbel, im Steißbein 4 Wirbelrudimente miteinander verschmolzen. Von der Seite

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gesehen zeigt die Wirbelsäule im Hals- und im Lendenabschnitt eine Ausbiegung nach vorne, im Brustabschnitt und im untersten Teil eine nach hinten. Diese zweimalige S-Krümmung der Säule macht sie zu einer stoßdämpfenden Feder und erleichtert außerdem beim Gehen, Laufen, Springen usw. die Gleichgewichtserhaltung des Körpers.

Die beiden obersten Halswirbel, Atlas und Axis (Dreher), bilden das Kopfgelenk. Der Atlas hat an seiner Oberseite Gelenkgruben für die beiden Hinterhauptsgelenkhöcker. In diesem Gelenk kann sich der Kopf nickend bewegen. Atlas samt Kopf können sich auf den beiden Gelenkflächen des Drehers um dessen Zapfen im Halbkreis drehen.

Im übrigen besteht ein Wirbel aus dem Wirbelkörper, an den sich nach rückwärts der Wirbelbogen ansetzt. Am Wirbelbogen sitzen seitlich 4 Gelenkfortsätze (jederseits einer nach oben, einer nach unten), 2 Querfortsätze und nach hinten der Dornfortsatz. Alle Fortsätze dienen dem Ansatz von Muskeln und Bändern, die Gelenkfortsätze zudem der gelenkigen Verbindung der Wirbel untereinander.

Die Brustwirbel weisen Gelenkgrübchen für die Befestigung der Rippen auf. Von den 12 Rippen beidseits sind die obersten 7 direkt mittels ihrer Knorpel mit dem Brustbein verwachsen, die Knorpel der nächsten 3 sind mit den vorhergehenden verwachsen; die beiden letzten Rippen enden frei.

Die Lendenwirbel sind die größten. Ihre Querfortsätze sind schwächer, ihre Gelenkfortsätze stark ausgebildet. Die kurzen, hohen Dornfortsätze stehen fast waagrecht nach hinten. Die Lendenwirbel erlauben eine begrenzte Beugung, Streckung sowie Seitwärtsneigung der Wirbelsäule. Ausgiebige Bewegungen dieser

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Art, so z.B. das Tiefvornabbeugen, erfolgen nicht in der Wirbelsäule allein, sondern ganz überwiegend in den Hüftgelenken.

Die 5 Kreuzbein Wirbel sind beim Kind noch getrennt. Erst in der Pubertätszeit beginnen sie zum einheitlichen Kreuzbein miteinander zu verschmelzen. Die Querfortsätze vereinigen sich dabei zu den starken Seitenteilen, die seitwärts je eine große knorpelige Ansatzfläche für das Darmbein aufweisen.

Das Steißbein, die rudimentäre Schwanzwirbelsäule des Menschen, besteht aus 3 - 5 miteinander verwachsenen Wirbelrudimenten. In der Jugend ist es gelenkig mit dem Kreuzbein verbunden, im Alter verknöchert meist die Verbindung der beiden Knochen.

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Die Bandscheiben

Die Bandscheiben (auch Zwischenwirbelscheiben genannt) liegen zwischen den Wirbeln und wirken wie ein Federkissen. Zusammen mit der Doppel-S-Form der Wirbelsäule federn sie Stöße ab. Bei zu starker beruflicher Belastung der Wirbelsäule kann im Laufe der Zeit ein Bandscheibenschaden auftreten. Dabei verschieben sich die Bandscheiben und pressen das Rückenmark ein. Ein solcher Bandscheibenvorfall ist sehr schmerzhaft.

Knochen als Organ Auch wenn das Skelett im Schulzimmer, beim Arzt oder im Krimi nur in totem Zustand erscheint, ist es im Körper doch ebenso lebend wie andere Organsysteme. Es enthält lebende Zellen, die sich entwickeln, reagieren und Stoffe umsetzen.

Das Skelett des Erwachsenen umfasst 206 Knochen, von denen jeder ein Organ mit verschiedenen Geweben ist. Neben den eigentlichen Stützgeweben Knorpel und Knochen gehören zu einem Knochen auch Bindegewebe, Knochenmark, Knochenhaut, Blutgefässe und Nerven. Der Begriff «Knochen» wird sowohl für das

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ganze Organ als auch für das anteilmässig dominierende Knochengewebe verwendet.

Als Beispiel für das Organ Knochen betrachten wir einen Röhrenknochen. Er besteht aus dem röhrenförmigen Schaft (Diaphyse) und den beiden Gelenkenden (Epiphysen), die an den Verbindungen mit den benachbarten Knochen beteiligt sind.

Viele Knochen haben Fortsätze, an denen Sehnen von Muskeln oder Bänder zu anderen Knochen ansetzen.

Die Gelenkenden sind mit einer dünnen Knorpelchicht überzogen. Der Knorpel vermindert die Reibung zwischen den Gelenkflächen.

Der Schaft des Knochens ist von der Knochenhaut umhüllt. Sie enthält neben Nerven auch Blutgefässe, die den Knochen mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgen. Die Knochenhaut ist –sehr schmerzempfindlich und «schützt» den Knochen. Die Knochenhaut ist am Wachstum des Knochens beteiligt und dient als Ansatz für Sehnen und Bänder.

Im Knochen umgibt ein Mantel aus dichtem, kompaktem Knochen (Compacta) den porösen schwammigen Knochen (Spongiosa). Grosse Röhrenknochen besitzen eine Markhöhle.

Bei Jugendlichen enthält die Markhöhle der Knochen das rote Knochenmark, das die Blutkörperchen bildet. Bei Erwachsenen ist sie mit gelbem, fettreichem Knochenmark gefüllt; das rote Knochenmark befindet sich in den kleinen Hohlräumen der Spongiosa.

Einige Schädel knochen enthalten luftgefüllte, mit Schleimhaut ausgekleidete Hohlräume (Kieferhöhlen, Stirnhöhlen). Sie dienen als Resonanzräume und zur Gewichtseinsparung.

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Die Spongiosa (sponge, enql.: Schwamm) besteht aus feinen Knochenbälkchen, die so angeordnet sind, dass der Knochen die auftretenden Belastungen bei geringem Eigengewicht tragen kann. Sie folgen den Linien der grössten Zug- und Druckbelastungen. So wird bei minimalem Gewicht ausreichende Stabilität erreicht.

Noch verblüffender als die hohe Stabilität der Spongiosa ist die Tatsache, dass sich ihre Bälkchenstruktur auch im ausgewachsenen Knochen noch verändert und den Belastungen anpasst. Körperliches Training stimuliert neben den Muskeln auch die Knochen. Vor allem Zugbelastungen führen zum Aufbau entsprechend ausgerichteter Knochenbälkchen. Wird ein Knochen für längere Zeit entlastet, überwiegen die Abbauvorgänge, die Knochenbälkchen werden dünner. Dadurch sinkt das Gewicht, aber auch die Stabilität.

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Der Bau eines Röhrenknochens

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Knochengewebe

Struktur Knochengewebe besteht wie jedes Gewebe aus Zellen. Die Zellen bilden aber keinen geschlossenen Verband. Sie liegen einzeln, durch Plasmafortsätze verbunden, eingemauert in viel Knochensubstanz (Interzellularsubstanz). Das Knochengewebe hat einen klar strukturierten, aber recht komplizierten Bau.

Die Compacta besteht aus röhrenförmigen Bauelementen, die man Osteone nennt (osteon gr.: Knochen). Die Osteone sind etwa 0.03 mm dick und 1 cm lang und verlaufen in Längsrichtung des Knochens. Ihre Wand besteht aus röhrenförmigen Lamellen die einen inneren Hohlraum (Havers-Kanal) umschliessen, indem die Blutgefässe verlaufen, welche die Zellen des Osteons versorgen. Die Knochenzellen in den Lamellen sind durch Plasmafortsätze miteinander verbunden.

Lamellenknochen

Modell des Lamellenknochens. In der Compacta bilden die Lamellen Osteone, in der Spongiosa Knochenbälkchen. Die Knochenbälkchen sind in Wirklichkeit aber 20-mal

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dicker als die Osteone. Die Knochenzellen sind nur in den zwei angeschnittenen Osteonen links eingezeichnet.

In der Spongiosa bilden die Knochenlamellen die dickeren Knochenbälkchen ( 0.5 mm). An der Oberfläche der Bälkchen arbeiten Knochenbildungs- (Osteoblasten) und Knochenabbauzellen (Osteoklasten).

Die Knochensubstanz zwischen den Knochenzellen besteht aus einer Grundmesse. in die Kollagenfasern eingelagert sind. Kollagen ist ein wasserunlösliches Faserprotein, das etwa 1/4 des gesamten Körpereiweisses ausmacht. Die Kollagenfasern einer Lamelle liegen einigermassen parallel und die Lamellen unterscheiden sich in der Richtung der Fasern. Diese «Sandwichbauweise» gibt den Osteonen maximale Stabilität.

Die Knochensubstanz ist von Knochenzellen ausgeschieden worden und wird auch ständig erneuert. Knochenabbauzellen (Osteoklasten) bauen Knochen ab, Knochenbildungszellen (Osteoblasten) scheiden neues Material aus. Dank diesem permanenten Umbau kann sich die Bälkchenstruktur des Knochens ändern. Auch die altersbedingte Veränderung der Knochenstruktur und der Knochensubstanz ist eine Folge des ständigen Knochenumbaus.

Knochensubstanz

Die Knochensubstanz enthält Wasser (1/4), organische Stoffe (1/4) und Mineralsalze (1/2). Was die organischen und die mineralischen Komponenten zu den Eigenschaften des Knochens beitragen, zeigt ein Experiment, bei dem man jeweils eine Komponente entfernt:

Legt man einen Röhrenknochen in eine Säurelösung, wird er schneidbar und biegsam wie ein Gummiknochen, bleibt aber zugfest. Die Säure löst die Mineralsalze aus der Knochensubstanz, die dadurch ihre Härte verliert. Übrig bleibt der aus den organischen Stoffen bestehende Knochenleim, der den Knochen elastisch und zugfest macht. Er enthält hauptsächlich Eiweisse in Form von Kollagenfasern (kolla, gr.: Leim).

Glüht man einen Knochen aus, verbrennen die organischen Komponenten und der Knochen verliert seine Elastizität. Übrig bleiben die anorganischen Mineralsalze, die den Knochen hart, aber auch so spröde machen, dass er schon bei geringer Belastung bricht und zerbröselt. Auch bei der Verwesung verschwindet das organische Material zuerst. Mengenmässig domininieren bei den Mineralsalzen Calciumphosphat (86 %), Calciumcarbonat (auch Kalk genannt, 10%) und Magnesiumphosphat (1.5 %).

Stoffwechsel des Knochens

Knochenzellen haben einen regen Stoffwechsel. Sie erneuern sowohl die anorganischen als auch die organischen Komponenten der Knochensubstanz laufend. Innerhalb von 200 Tagen wird das ganze Knochencalcium ausgetauscht.

Das Verhältnis zwischen Knochenauf- und -abbau wird durch die Belastungen der Knochen und durch Hormone beeinflusst. Mit zunehmendem Alter überwiegen Abbauvorgänge: Die Knochen werden brüchiger.

Eine Grundvoraussetzung für die Knochenbildung ist eine ausreichende Versorgung mit Calcium- und Phosphat-Ionen. Besonders hoch ist der Bedarf in der Jugend und im Alter, während der Schwangerschaft und in der Stillzeit.

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Der Calcium-Stoffwechsel wird u. a. durch Vitamin D beeinflusst. Vitamin D wird in der Haut unter Einfluss von Sonnenlicht (UV-Strahlen) aus einem Provitamin gebildet. Mangel kann bei Kindern zu Deformationen des Skeletts führen (Rachitis).

Die Zusammensetzung der Knochensubstanz sowie der Calcium- und Phosphathaushalt werden von mehreren Hormonen beeinflusst. Das Calcitonin aus der Schilddrüse und die Geschlechtshormone (Östrogene, Testosteron) fördern den Einbau von Calcium in die Knochen. Das Parathormon aus der Nebenschilddrüse stimuliert den Knochenabbau und die Freisetzung von Calcium.

Knorpelgewebe

Bau Das zweite Stützgewebe des Skeletts ist der Knorpel. Er ist biegsamer als Knochen, aber doch sehr druckfest. Wie im Knochen sind die Zellen auch im Knorpel von viel Interzellularmaterial umgeben. Sie liegen aber meist in kleinen Gruppen und haben keine Plasmaverbindungen. Ausserdem ist das Interzellularmaterial im Knorpel nicht regelmässig strukturiert wie im Knochen. Es besteht aus einer Grundsubstanz, in die Bindegewebsfasern eingelagert sein können. Die Knorpelgrundsubstanz enthält 65 % Wasser, 32 % organische Stoffe (v. a. Eiweisse) und 3 % Mineralsalze.

Versorgung und Regeneration

Knorpel enthält keine Blutgefässe und keine Nerven. Die Knorpelzellen werden nur durch Diffusion aus angrenzenden Geweben versorgt. Nährstoffe und Sauerstoff diffundieren aus der Knorpelhaut, aus dem Knochen oder aus der Gelenkflüssigkeit durch die Knorpelgrundsubstanz zu den Zellen. Die Versorgung und der Stoffumsatz der Knorpelzellen sind gering. Knorpel hat darum auch ein geringes Regenerationsvermögen und wird stärker «abgenützt» als Knochen. Das zeigt sich darin, dass viele Schäden am Bewegungsapparat durch Knorpelabnützung oder -schäden verursacht sind (Bandscheibenschäden, Arthrosen). Verletzte Knorpel werden gar nicht oder bestenfalls durch Bindegewebe repariert.

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Knorpeltypen

Nach dem Gehalt an Bindegewebsfasern unterscheidet man hyalinen (hyalos gr.:elastisch) und Faserknorpel.

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Knochenbildung und Knochenwachstum Die meisten Knochen sind Ersatzknochen. Sie bilden sich aus knorpeligen Vorstufen, indem der Knorpel allmählich durch Knochen ersetzt wird. Wir betrachten den Vorgang vereinfacht an einem Röhrenknochen.

Die Verknöcherung beginnt mit der Bildung einer knöchernen Manschette an der Diaphyse. Durch Knorpelabbau entsteht die Markhöhle.

Das Längenwachstum findet in den knorpeligen Epiphysen statt. Die beiden Knorpelpfropfen an den Enden der röhrenförmigen Knochen-Manschette wachsen in die Länge und verknöchern dabei von der Manschette her (B).

Beim Dickenwachstum wird im Inneren Knochensubstanz abgebaut und aussen aufgelagert. Die Markhöhle wird vergrössert.

Später verknöchern auch die Epiphysen von innen (B, C) her bis auf die Epiphysenfugen:

Diese bleiben knorpelig (D) und erlauben das Längenwachstum, bis sie zwischen dem 12. und dem 20. Lebensjahr verknöchern. Aus der Breite der im Röntgenbild sichtbaren Epiphysenfugen kann der Arzt errechnen, wie lange und wie stark das Skelett noch wachsen wird. Das spielt heute eine Rolle, weil sich das Wachstum durch die Verabreichung von Wachstumshormon beeinflussen lässt.