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Knorpel und Knochen

Das menschliche Skelettsystem besteht aus zwei Arten von hochspezialisierten Bindegewebstypen: Knorpel und Knochen.

Zusammen stützen und schützen sie verschiedene Muskelgewebe und Organe und spielen eine wichtige Rolle für die Körperhaltung sowie die Bewegung. Knorpel und Knochen bestehen aus Kollagen, Extrazellulärmatrix und denjenigen Zellen, die diese Bestandteile produzieren. Die Unterschiede zwischen diesen beiden Bindegewebsarten liegen im Aufbau und den verschiedenen Anteilen an Grundsubstanz und Faserelementen innerhalb ihrer Matrix.

Knorpel

Knorpel ist eine besondere Art von Bindegewebe, die aus Zellen, den Chondrozyten und Chondroblasten, sowie aus extrazellulärer Matrix (EZM) besteht. Die extrazelluläre Matrix wird aus Fasern und Grundsubstanz gebildet. Die Zellen synthetisieren und sezernieren die extrazelluläre Matrix und befinden sich in Matrixhohlräumen, die Lakunen genannt werden.

Zu den Hauptmakromolekülen, die in allen Arten von Knorpelmatrix vorhanden sind, zählen Kollagen, Hyaluronsäure, Proteoglykane und geringe Mengen verschiedener Glykoproteine. Sie geben dem Knorpel seine flexible, halbstarre Konsistenz und sind somit ideal für mechanische Belastungen geeignet, ohne dabei bleibende Verformung zu hinterlassen.

Durch Änderungen in der Zusammensetzung der Matrixkomponenten entstehen drei Arten von Knorpel: hyaliner Knorpel, elastischer Knorpel und Faserknorpel, die jeweils den lokalen biomechanischen Bedürfnissen angepasst sind.

Hyaliner Knorpel

Hyaliner Knorpel ist die häufigste Knorpelart. Sie enthält vor allem Kollagen Typ II, das in einem festen, wasserhaltigen Gel aus Proteoglykanen und strukturellen Glykoproteinen eingebettet ist. Beim Embryo dient hyaliner Knorpel als Gerüst für die meisten Knochen. Mit dem Wachstum wird der Knorpel dann mittels sogenannter enchondraler Ossifikation allmählich zu Knochensubstanz umgewandelt.

Wie der Name bereits andeutet, wird die Knochensubstanz hierbei nicht direkt aus Bindegewebe, sondern über Knorpelsubstanz als Zwischenstufe gebildet. Beim Erwachsenen findet man hyalinen Knorpel nur noch an den Gelenkflächen der Knochen, an den Rippenenden (Rippenknorpel) und an den Wänden der größeren Atemwege (Nase, Kehlkopf, Luftröhre und Bronchien).

Elastischer Knorpel

Elastischer Knorpel ähnelt dem hyalinen Knorpel, er ist jedoch biegsamer und dehnbarer. Neben Kollagen Typ II besitzt er in seiner Matrix reichlich verzweigte elastische Fasern. Elastischen Knorpel findet man in der Ohrmuschel, den Wänden des äußeren Gehörgangs, der Epiglottis und im Kehlkopf.

Faserknorpel

Faserknorpel besteht aus abwechselnden Schichten hyaliner Knorpelmatrix und einem dichten irregulären Netzwerk von groben Kollagenfasern vom Typ I. Man findet ihn nur in Körperregionen, die besonderen Zugkräften ausgesetzt sind. Faserknorpel befindet sich in den Zwischenwirbelscheiben, bestimmten Gelenken und der Symphysis pubica.

Alle drei Knorpelarten sind avaskulär. Sie werden durch Diffusion von Nährstoffen aus Kapillaren ernährt, die sich in der Hülle aus straffem Bindegewebe oder im Perichondrium befinden. Knorpelmasse innerhalb der Gelenke, kann auch durch die Diffusion von Stoffen aus der Synovialflüssigkeit ernährt werden.

Knochen

Wie auch Knorpel, zählt Knochengewebe als eine besondere Art des Bindegewebes. Er besteht aus drei Zelltypen: Osteozyten, Osteoblasten und Osteoklasten, außerdem aus Fasern und einer extrazellulären Matrix.

Knochenzellen

Osteozyten sind inaktivierte Osteoblasten, die im Knochengewebe eingeschlossen sind. Sie unterstützen die Knochenernährung. Osteoblasten befinden sich entlang der Knochenoberfläche. Sie synthetisieren die organischen Bestandteile der Knochenmatrix (Osteoid) und kontrollieren deren Mineralisierung. Osteoklasten dagegen sind mehrkernige, phagozytische Zellen, die zur Knochenerosion befähigt sind. Sie spielen eine wichtige Rolle beim ständigen Auf- und Umbau von Knochengewebe.

Knochenmatrix

Reifer Knochen besteht zu 70% aus anorganischen Salzen und zu 30% aus organischer Matrix. Die groben Kollagen Typ I Fasern machen mehr als 90% der organischen Komponente aus. Der Rest besteht aus die Grundsubstanz bildenden Proteoglykanen (bestehend aus Chondroitinsulfat und Hyaluronsäure) sowie Nicht-Kollagen-Moleküle wie Osteocalcin.

Die anorganische, mineralische Komponente besteht überwiegend aus Calcium und Phosphat. Magnesiumcarbonat sowie Natrium- und Kaliumionen können ebenfalls gefunden werden, dann jedoch in sehr geringen Mengen. Die mineralisierte Knochenmatrix macht Knochen härter als Knorpel.

Diffusion innerhalb einer verkalkten Knochenmatrix ist unmöglich. Daher sind die äußere und innere Oberfläche der Knochen von Schichten eines vaskularisierten Bindegewebes bedeckt, welche Periost bzw. Endost genannt werden.

Knochentypen

In einem Knochenquerschnitt findet man zwei Arten von Knochen: kompakter Knochen und spongiöser Knochen. Der dichte, äußere Teil eines Röhrenknochens besteht aus kompaktem Knochengewebe. Seine Kollagenfasern sind in dünnen Schichten aus Knochen angeordnet, die Lamellen genannt werden. Sie können entweder parallel oder konzentrisch organisiert sein.

In einem Röhrenknochen werden Lamellen, die außen und tief im Periost liegen, als Zirkumferenzlamellen bezeichnet. Diejenigen, die das Knochenmark umgeben, sind die inneren Lamellen. Und diejenigen, die Blutgefäße, Nerven und lockeres Bindegewebe umschließen, sind die konzentrischen Lamellen. Sie sind auch als Osteone oder Havers-Systeme bekannt. Der zentrale Havers-Kanal ist derjenige Raum, der die Blutgefäße und Nerven eines Osteons enthält.

Die Spongiosa bildet den inneren Teil des Knochens und ist von kompaktem Knochengewebe umhüllt. Sie grenzt an die Markhöhle und enthält zahlreiche miteinander verbundene Bereiche. Die Spongiosa ist poröser als kompakter Knochen. Mikroskopisch sind beide Knochenarten gleich aufgebaut. Der Unterschied ist das Ausmaß der Porosität, das durch die Hohlräume innerhalb der Spongiosa entsteht.

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