Knochen ist ein dynamisches, vaskularisiertes Bindegewebe mit einzigartigen Materialeigenschaften, die mechanische, metabolische und hämatopoetische Funktionen ermöglichen.
Hierarchische Struktur
- Makro: Kortikale (kompakte) Knochen (80 % Masse) – dicht, lasttragend. Trabekuläre (schwammige) Knochen (20 % Masse) – porös, hohe Oberfläche, metabolisches Reservoir.
- Mikro: Osteone (Havers-Systeme) im kortikalen Knochen; Trabekelpakete im schwammigen Knochen.
- Nano: Kollagen-Typ-I-Fibrillen (organische Matrix, ~30 %) mineralisiert mit Hydroxylapatit [Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂] Kristallen (~70 % nach Gewicht). Wasser ~10 %.
Wichtige Eigenschaften
- Härte & Festigkeit: Mineral liefert Druckfestigkeit; Kollagen liefert Zugzähigkeit. Bruchzähigkeit ~3–6 MPa√m.
- Viskoelastizität: Zeitabhängige Deformation; Energieableitung schützt vor Impact.
- Vaskularität: Havers-/Volkmann-Kanäle (kortikal); Marksinusoiden (trabekulär). Nährstoffversorgung, Abfallentfernung, Zelltransport.
- Zellularität: Osteoblasten (Bildung), Osteoklasten (Resorption), Osteozyten (Mechanosensorik, 90–95 % der Zellen), Randzellen.
- Remodellierung: Gekoppelte Resorption-Bildung (BMU – Basismultizelluläreinheit). 10 % des Skeletts jährlich erneuert. Reguliert durch RANK/RANKL/OPG, Sklerostin, PTH, mechanische Belastung.
- Mark: Rotes (Hämatopoese) im Achsenskelett; gelbes (adipös) in langen Knochendiaphysen. Konvertiert mit Bedarf.
- Mineralreservoir: 99 % Körper-Ca, 85 % P. Homöostase über PTH, Calcitriol, FGF23.
- Gelenkbildung: Gelenkknorpel (hyalin) auf Epiphysen; Synovialgelenke ermöglichen Bewegung.
Klinische Relevanz
Osteoporose = mikroarchitektonische Verschlechterung + niedrige Knochenmasse → Fragilitätsfrakturen. Osteogenesis imperfecta = Kollagendefekt. Morbus Paget = desorganisierte Remodellierung. Knochen passt sich an Belastung an (Wolffsches Gesetz).
