knoklene

Mineralene er hovedsakelig komplekse kalsiumsalter (cirka 40 prosent) og fosfat (cirka 50 prosent), dessuten små mengder magnesium, natrium, kalium og fluor.

Knoklenes uorganiske bestanddel er en spesiell krystallinsk form av kalsiumfosfat, hydroksylapatitt, Ca₁₀ (PO₄)₆(OH)₂. Den eksakte kjemiske sammensetningen i beinsubstansen (substantia ossea) er ennå ikke fullt ut klarlagt.

Fordi nesten hele kroppens kalsiummengde finnes i knoklene, fungerer skjelettet som et kalsiumreservoar. Kalsiumnivået i blodet holdes tilnærmet konstant på ni til elleve milligram per 100 milliliter blod. Dersom blodkalsiumnivået synker uten ny tilførsel gjennom ernæringen, må kalsium frigjøres fra knoklene. Det kan enten skje ved at kalsiumioner går direkte fra vevsvæsken over i blodet, eller ved hjelp av parathyreoideahormon (PTH) som dannes i biskjoldbruskkjertlene, og som stimulerer visse celler i beinet som kan frigjøre kalsium. Motsatt effekt oppnås med hormonet kalsitonin. Se kalsium – fysiologi.

Den organiske delen består av strekkfaste proteinfibre kalt kollagen (type I). Kollagenet blir dannet av celler i knokkelsubstansen.

Rørknokler, eller lange knokler, finnes i bein og armer (ekstremitetene) som lårbein, leggbein, spolebein, overarmsbein, fingerbein og så videre. De består av et skaft eller midtstykke (diafyse) og et bredere leddhode i hver ende (epifyse), samt en overgangssone mellom disse to (metafyse). Mellom epifysen og metafysen er det under oppveksten som regel en bruskskive (epifyseskive) som danner nytt bein og dermed forårsaker at rørknokkelen vokser i lengde (se også forbeining). Noen rørknokler (for eksempel mellomhåndsbeina) har bare epifyseskive i den ene enden.

Korte knokler kan for eksempel ha terninglignende form. Slike knokler finner vi i fot- og håndroten.

Flate knokler danner vegger inntil kroppshulene og gir godt feste for muskulaturen. På tross av at knokkelveggen kan være svært tynn, fører likevel den spesielle indre oppbygningen av slike knokler til at de likevel blir solide. Eksempler på flate knokler er issebeina, hoftebeina, skulderbladene og brystbeinet. Også ribbeina regnes som flate knokler.

Uregelmessige knokler er blant annet ryggvirvlene, deler av bekkenet og ansiktsknoklene.

Luftholdige knokler er knokler som har hulrom, for eksempel pannebeinet og overkjevebeina med sine bihuler. Disse hulrommene dannes først i løpet av barneårene, og deres funksjon er foreløpig ukjent.

Sesambein er en spesiell type knokler, som av mange ikke regnes til det egentlige skjelettet. Det er små, runde eller skiveformede bein som ligger innbakt i sener, og derved skaper et gunstigere kraftmoment, samtidig som de beskytter senen mot direkte friksjon. Antallet kan variere; den største knokkelen er kneskålen (patella).

Kompakt bein (substantia compacta eller corticalis) kler alle deler av skjelettoverflaten. Makroskopisk gir det utvendig knokkelen et jevnt preg. Ved gjennomskjæring ser vi at den kompakte delen er tykkest i rørknoklenes skaft (diafysen), hvor beinsubstansen omgir marghulen som en opptil flere millimeter tykk sylindervegg. Også leddflatene er dekket av kompakt bein, men det er her svært tynt.

Svampete eller spongiøst bein (substantia spongiosa) har, som navnet sier, et svampaktig utseende. Det finnes mest uttalt i rørknoklenes endestykker og i de korte knoklene, men finnes også i flate knokler.

I hjerneskallen kalles det diploë. Det er bygd opp som et fint nettverk av tynne beinbjelker (trabekler) som henger sammen i en løkkelignende struktur. Den indre svampete overflaten av en knokkel blir derfor svært stor. Trabeklene ligger ordnet slik at de følger den mekaniske strekk- og trykkretningen under normalbelastningen av knokkelen. Det dannes da en «svampete arkitektur» med maksimum av styrke til et minimum av materiale og vekt.

Mellom disse to beintypene er det overgangsformer av alle grader. Der hvor knokkelen inneholder mye spongiosa (for eksempel i leddendene og i flate knokler), er det ytre compacta-laget tynt. Der det mangler (midtre del av rørknoklene hos voksne) er compacta tykk.

Det er tre typer beinceller: osteoblaster, osteoklaster og osteocytter.

Osteoblaster er beincellene som danner nytt bein. Cellemembranen deres inneholder enzymet alkalisk fosfatase som påvirker oppbyggingen av mineralkrystallene i beinsubstansen. Det kan måles i blodet og dermed gi opplysning om beindannelsens intensitet. Osteoblaster endrer etter hvert form, og blir til osteocytter.

Osteoklaster er store, flerkjernede celler som har evne til å bryte ned bein. Cellemembranen deres inneholder enzymet sur fosfatase; mengden i blodet gir informasjon om mengden av bein som brytes ned.

Osteocytter er den vanligste celletypen i beinvevet (ofte 700 til 800 per kubikkmillimeter). Vi vet ikke med sikkerhet oppgaven til osteocyttene.

Hele livet foregår det et samspill mellom osteoblaster og osteoklaster: en oppbygging og/eller nedbrytning av beinmassen, slik at den tilpasses den normale utviklingen og belastningen knokkelen utsettes for. Hos barn, unge og fysisk aktive mennesker bygges knoklene opp, mens det skjer en langsom nedbygging hos inaktive (for eksempel kronisk sengeliggende og gamle). Selv et kortere tids sengeleie kan medføre svinn av knokkelvev, og et av romfartsmedisinens problemer har vært knyttet til svinnet av beinmassen som utvikles hos mennesker som oppholder seg i vektløs tilstand.

Sammen med kollagenfibrene danner osteocyttene rørformede lamellstrukturer i mineralsubstansen, som i åtte til ti lag eller mer legger seg utenpå hverandre, det minste innerst og det største ytterst. Slike rørsystemer kalles Havers' kanaler/-systemer eller osteoner.

Med alle «rørene» utenpå hverandre blir de som små sylindre, med en kanal i midten (Havers' kanal, 20 til 200 mikrometer i tverrsnitt) hvor det går et par kapillarer som ernærer beincellene. Det er også tverrkanaler (Volkmanns kanaler) som forbinder de Haverske systemene med hverandre. Osteonene kan ha forskjellig lengde (fem til tyve millimeter) og følger knokkelens mekaniske trykk- og strekkretning. De dannes først i småbarnsårene, men omformes gjennom hele resten av livet, avhengig av alder, vekst og belastning av knokkelen, som altså er et organ i stadig forandring. Se osteon.

Med unntak av leddflatene er alle de ytre overflatene på en knokkel kledd med en organisk, nerverik beinhinne (periost). Den danner et gråhvitt, fibrøst lag som går i ett med knokkelen og fester seg til knokkeloverflaten ved små røtter (såkalte Sharpeys fibre) som «graver» seg inn i beinsubstansen. Beinhinnen sitter derfor godt fast og danner feste for musklenes sener og leddenes ligamenter og kapsler. Også trabeklene i knokkelens indre spongiosa-nett er omgitt av en organisk hinne (endost).

Beinhinnene er i motsetning til selve knokkelen rik på nerver og forårsaker smerte ved skade på skjeletter. Da de er en rest etter det embryonale forstadiet til skjelettet, kan de også omdannes til bein (direkte eller desmal forbeining), og sørger for at knokkelen vokser i tykkelse under utviklingen, en prosess som både styrt av genetiske faktorer og av mekaniske impulser utenfra.

De fleste knoklenes leddflater er kledd med hyalin brusk, som er en rest av det embryonale bruskskjelettet. Brusken er trykkfast, vannholdig og svært glatt, og fuktes av leddvæske (synovialvæske) fra synovialhinnen, slik at leddflatene kan beveges mot hverandre uten særlig friksjon og slitasje.