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Knochen
Das Skelett eines neugeborenen Menschen besteht aus mehr als 300 Knochen bzw.
Knorpeln. Im Verlauf der Entwicklung wachsen die Knochen teilweise zusammen und werden so immer stabiler und belastbarer. Ein erwachsener Mensch hat 206 Knochen. Etwa
die Hälfte der einzelnen Knochen befindet sich in den Händen und Füßen.
Durch Gelenke oder Fugen sind die Knochen miteinander verbunden und verleihen dem Körper seine Stabilität und Beweglichkeit. Gleichzeitig stellt das
menschliche Skelett einen wichtigen Schutz für unsere Organe dar. Herz und
Lunge liegen zum Beispiel sicher in unserem Brustkorb.
Stabilität eines Hochhauses
Wenn Ingenieure eine lange oder hohe Konstruktion bauen müssen, wie zum Beispiel einen
Wolkenkratzer oder einen großen Kran nutzen sie hinsichtlich einer größtmöglichen Stabilität ihre
Kenntnisse über die Struktur des Knochens.
Bau selbst ein kleines Hochhaus und Du wirst erkennen, welche Bedeutung das Haversche
System hat.
Du brauchst 1 Brett oder 1 Buch, 1 Becher, 2 Kugeln Knetmasse,
ungefähr 50 Trinkhalme.
Härte gepaart mit Elastizität
Ingenieure kennen schon seit langem die Kombination von
Härte (Festigkeit) und zugleich Elastizität der Knochen.
Schaut Euch nur einmal die Bauweise eines Krans an oder
den Eifelturm in Paris – hier kann man schnell
Parallelen zur Knochenstruktur finden.
Und sogar beim Bau von Autos dienen die Knochen
den Konstrukteuren als Vorbilder der Natur. Denn dort
finden sie genau die Eigenschaften, die auch Autoteile
haben sollten – Knochen sind gewichtsoptimiert, relativ
leicht und stabil.
Querschnitt eines
Röhrenknochen
Knochenbälkchen
Die Festigkeit des Knochens kommt hauptsächlich von seiner
inneren Struktur. Die sogenannte Knochenrinde (Kompakta)
des Knochens besteht aus tausenden von einheitlich ausgerichteten röhrenförmigen Einheiten, von denen jedes als
„Haversches System“ bezeichnet wird. Die Einheiten wurden
Blutgefäße
nach dem englischen Arzt
Clopton Havers (1650-1701) benannt, der
seine Knochenstudien im Jahre 1691 veröffentlichte.
Das Knochengewebe in den Wänden dieser Röhrchen
besteht aus Proteincollagenfasern, die für die Elastizität
des Knochens zuständig sind und Mineralkristallen
(Calcium und Phosphor), die den Knochen hart machen. Das „Haversche
System“ liegt in Richtung des größten ausgeübten Drucks auf den
Knochen. In einem langen Knochen wie z.B. dem Oberschenkelknochen
liegen die Röhren längsseits im Knochenschaft, so dass der Knochen
Mikroskopaufnahme eines Querschnitts durch zwei Haversche Syst.
dem Druck einer Krümmung stand halten kann – ohne zu brechen.
Knochemark
Knochenrinde mit
Haverschem
System
Forme aus den Knetkugeln zwei flache runde
Kreise, deren Durchmesser größer als der des
Glases ist. Drücke nun das Glas in beide
Knetflächen, so dass ein Abdruck des
Glasrandes entsteht.
In den Abdruck des Glasrandes steckst Du
in der einen flachen Kugel Trinkhalme in
verschiedene Richtungen.
In der anderen Kugel steckst Du die
Trinkhalme nur in eine Richtung innerhalb des Glasabdruckes.
Jetzt testest Du die Stärke der einzelnen
Türme, indem Du mit einem Buch oder
einem Brett gegen die Trinkhalmtürme drückst ! Welcher der beiden
Trinkhalmtürme war stabiler ?
Der Ring mit den Strohhalmen in
gleicher Richtung ist stabiler. Er entspricht dem „Haverschen System“.
Ein Röhrensystem
Die Anordnung des Haverschen Systems ist nur ein Teil der Knochenstruktur. Die Röhren sind eingehüllt in eine Art Matrix, die wie „lebender Klebstoff“ funktioniert. Schau Dir auch den Querschnitt des
Röhrenknochens noch einmal an und beachte die Knochenbälkchen (Knochenröhrchen) im Inneren.
Probier selbst aus, was damit gemeint ist.
Du brauchst 1 Brett oder 1 Buch, 1 Bogen festes Papier, Knetmasse, 1 Schere, 1 Rolle doppelseitiges Klebeband, 1 Rolle einseitiges Klebeband, ca. 50 Trinkhalme.
Festigkeit von Knochen
Teste in einem Versuch die Festigkeit von Röhren- und Plattenknochen.
Du brauchst 2 DIN A4 Papier-Bögen, einen Vierfuß, Gewichte und zwei Bindfäden.
Du kannst anstatt des Vierfuß und der Bleigewichte auch andere ähnliche
Materialien für den Versuch verwenden. Also zum Beispiel mittels Büchern und
Linealen einen Vierfuß bauen und als Gewichte verschiedene Utensilien aus
Deinem Schreibmäppchen verwenden.
Falte einen der beiden Papierbögen drei
Mal in der Längsrichtung. Wickle den anderen Papierbogen um einen Bleistift zu einer
Röhre (Bleistift wieder entfernen).
Dann lege um jedes Papier locker in der
Mitte eine Bindfadenschlaufe. Lege beide
Papiere auf den Vierfuß und hänge nacheinander immer schwerere Gewichte andie
Bindfäden.
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Schneide das Papier
so, dass es auf einer
Seite die gleiche Länge
wie die Trinkhalme hat.
Beklebe nun eine Seite des
Papiers komplett mit dem
doppelseitigen Klebeband.
sstest Du
u
W
...dass
deine Hand aus
27 Knochen
besteht ?
Anhand von
Röntgenaufnahmen der
Handwurzel können
Mediziner übrigens errechnen, wie groß ein Mensch
wird, da sich die Stellung
der Handwurzelknochen
mit jeder Wachstumsphase verändert.
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2
Nimm eine weitere
Lage des doppelseitigen
Klebebandes,
befestige es über der ersten
Lage von Trinkhalmen und
klebe nun eine weitere
Reihe von Trinkhalmen
daran fest.
Rolle das Papier (mit
dem Klebeband innen)
zu einer Röhre. Klebe
die Enden zusammen.
Klebe nun die Trinkhalme,
einen neben den anderen,
rund um die Röhreninnenseite.
Während sich das gefaltete Papier schon
bei geringer Gewichtsbelastung durchbiegt,
hält die Papierröhre wesentlich höhere
Belastungen aus.
Trotz ihres geringen Gewichtes (wenig
Knochensubstanz im Verhältnis zum
Volumen) sind die Röhrenknochen sehr stabil.
4
Dieses Röhrensystem ist ein
einfaches
Modell
eines
Röhrenknochenschaftes (wie
z.B. dem Oberschenkelknochen).
Lege nun den Klumpen Knetmasse
auf eine Tischplatte und drück das
Knochenmodell so darauf fest, dass
das Modell nicht mehr wegrutschen
kann.
Press nun feste mit dem Brett oder
Buch von oben auf das Modell und
teste, ob dieses Modell noch eine
größere Festigkeit aufweist als bei
dem vorherigen Experiment.
sstest Du
u
W
...dass die
Röhrenknochen
mit ihrer Leichtigkeit
und Festigkeit besonders wichtig sind
für Vögel ?
Denn bei Vögeln dehnen sich die
Luftsäcke der Lunge bis in die
Röhrenknochen der Flügel und
Oberschenkel aus.

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