1 Grundlagen

1.1 Statik und Dynamik des Bewegungsapparats

S. Gravius

Die Haltungs- und Bewegungsorgane des Menschen gliedern sich in ein passives und aktives Bewegungsorgan:

• passives Bewegungsorgan: Knochengerüst und Knochenverbindungen, im Einzelnen Binde-, Knorpel- und Knochengewebe

• aktives Bewegungsorgan: Skelettmuskulatur (quergestreiftes Muskelgewebe)

1.1.1 Bindegewebe

Bindegewebe kommt in verschiedenen Erscheinungsformen vor und macht etwa 15% des Körpergewichts aus.

• Entstehung aus undifferenzierten mesenchymalen Zellen

• Aufbau aus ortsständigen (Fibroblasten/-zyten, Chondroblasten/-zyten, Osteoblasten/-zyten) und freien Zellen (Leuko-/Lymphozyten, Makrophagen, Osteoklasten [Zellen der Immunabwehr])

• retikuläres Bindegewebe: Grundlage verschiedener Gewebe, vor allem Grundlage lymphatischer Organe

• lockeres Bindegewebe: "verformbares Füllgewebe" in funktionell freien Räumen; bildet Grenzschichten zu Muskeln und Organen (Faszien)

• straffes Bindegewebe: Aufbau aus dicht gepackten kollagenen Fasern, bestehend aus Tropokollagenmolekülen (Kollagen Typ I)

• Bestandteil von Muskelsehnen, Gelenkbändern u.a.

1.1.2 Knorpelgewebe

Knorpelgewebe besteht aus Chondroblasten und der von Chondroblasten gebildeten extrazellulären Matrix. Erlischt die Synthesefunktion der Chondroblasten, so werden diese als Chondrozyten bezeichnet.

• Die extrazelluläre Matrix besteht aus:

  • geformten Komponenten (kollagene und elastische Fasern)

  • ungeformten Komponenten (Wasser, Proteoglykane und Hyaluronsäure)

• Proteoglykane sind polyanionisch und ziehen Natriumkationen an, welche wiederum Wasser binden.

• Durch wasserbindende Moleküle und deren Einbindung in ein straffes dreidimensionales Geflecht aus kollagenen Fasern resultiert die hohe Druckfestigkeit bei dynamischer Belastung.

• Dem Quellungsdruck der ungeformten Matrix steht die Zugfestigkeit der geformten Matrix gegenüber - dadurch entsteht ein pralles, festes Gewebe, das einen hydrostatischen Kraftfluss erlaubt.

Merke

Ausdifferenzierter Knorpel ist gefäß- und nervenfrei; der Stoffwechsel erfolgt über Diffusion vom gefäßhaltigen Perichondrium (= Knorpelhaut) oder beim Gelenkknorpel von der Gelenkflüssigkeit (=Synovia).

Hyaliner Knorpel

• hohe Druckfestigkeit, Vorkommen in Arealen mit hohen Druckbelastungen (u.a. Gelenkflächen, Epiphysenfugen und im knorpelig präformierten Skelett)

• Gefäßarmut begünstigt zusammen mit hohen mechanischen Belastungen degenerative Prozesse

• Aufgrund des fehlenden Perichondriums und damit der mesenchymalen Zellen, die sich zu Chondroblasten differenzieren können, besitzt der hyaline Knorpel kaum Regenerationspotenzial ( ? Abb. 1.1)

Aufbau der Matrix des hyalinen Knorpelgewebes.

Abb. 1.1 

(Quelle: Putz R. Knorpelgewebe. In: Wirth C, Mutschler W, Kohn D et al. [Hrsg.]. Praxis der Orthopädie und Unfallchirurgie. 3. Aufl. Stuttgart: Thieme; 2013)

Faserknorpel

• Synonym: Bindegewebeknorpel

• enthält wenige Zellen und besteht überwiegend aus Kollagenfibrillen (vor allem Kollagen Typ I), besitzt kein Perichondrium

• Vorkommen überwiegend in Arealen hoher Scherbelastungen (u.a. Anulus fibrosus, Symphyse, Labrum acetabulare/glenoidale, Menisken)

Elastischer Knorpel

• zellreichstes Knorpelgewebe (hoher Anteil elastischer Fasern in der extrazellulären Matrix)

• hohe Druck- und Biegeelastizität

• Vorkommen u.a. in den Bronchien

1.1.3 Knochengewebe

Die Masse des Knochengewebes macht etwa 10% des Körpergewichts aus.

Funktion

• tragende Funktion als Bestandteil des Skeletts

• wichtigster Kalzium- und Phosphatspeicher des Körpers

Aufbau

• Knochenzellen (Osteoblasten/Osteozyten)

• extrazelluläre Matrix (ECM): 35% organische Grundsubstanz (Osteoid), bestehend aus Proteoglykanen, Glykosaminoglykanen und kollagenen Fasern (Typ I); 65% anorganische Grundsubstanz, bestehend zu 95% aus Hydroxylapatit

• Knochenzellen (Osteoblasten) bilden die extrazelluläre Matrix (ECM) zunächst als mineralfreie Grundsubstanz (Osteoid).

• Nach der Kalzifikation (sekundäre Einlagerung von Mineralkristallen (Hydroxylapatit = anorganische Grundsubstanz)) erlischt die Syntheseaktivität der Osteoblasten - sie werden nun als Osteozyten bezeichnet.

Arten von Knochengewebe

• Geflechtknochen (= Faserknorpel) bildet die erste Form der Verknöcherung. Er entsteht durch chondrale und desmale Ossifikation.

• Lamellenknochen besteht aus lamellenartig angeordneten Knochenlamellen (Breite 3-7 µm), die aufgrund der Dichtigkeit in die Substantia compacta (= Kompakta) und die Substantia spongiosa (= Spongiosa) unterteilt wird. Baueinheit des Lamellenknochens ist das Osteon (sog. Havers-System); bis zu 20 Knochenlamellen sind um einen zentralen - Blutgefäße und Nerven führenden - Kanal (Havers-Kanal) gruppiert ( ? Abb. 1.2).

• Die charakteristische Festigkeit des Knochengewebes beruht auf der Kombination von druckfesten Elementen (Hydroxylapatit) und zugfesten Fasern (Kollagen Typ I).

Aufbau eines Osteons.

Abb. 1.2 

(Quelle: van den Berg F, Cabri J. Angewandte Physiologie 1: Das Bindegewebe des Bewegungsapparates verstehen und beeinflussen. Stuttgart: Thieme; 2003)

1.1.4 Quergestreifte Muskulatur

Das Skelettmuskelgewebe ist das am häufigsten vorkommende Gewebe im menschlichen Körper ( ? Abb. 1.3). Seine Masse beansprucht 40-50% des gesamten Körpergewichts.

• funktioneller Aufbau aus Muskelbündeln, die aus einer Vielzahl von Muskelfasern (=Muskelzellen) bestehen

• wesentlicher Bestandteil der Muskelfaser sind die Myofibrillen mit den kontraktilen Eiweißen Aktin und Myosin

• das Sarkomer ist die kleinste Einheit der Myofibrille

Nach dem Gehalt an Glykogen werden weiße und rote Muskelfasern unterschieden:

• weiße Muskelfasern (Typ II): schnell, anaerob aktivierbar; zahlreiches Vorkommen in Muskeln, die für schnelle Bewegungen benötigt werden (Sprinter-Muskulatur)

• rote Muskelfasern (Typ I): aerob aktivierbar; Vorkommen in Muskeln mit statischen Aufgaben (posturale Muskeln)

• Die Aktivierung der Muskelzellen erfolgt über a-Motoneurone aus dem Vorderhorn des Rückenmarks.

• Nerv und Muskelfaser werden als motorische Endplatte zusammengefasst.

• Die motorische Einheit umfasst alle vom Motoneuron innervierten Muskelfasern und das Motoneuron selbst (z.B. Handmuskeln 100-300, größere Muskeln 600-1000 Muskelfasern).

• parallelfaserige Muskulatur: Möglichkeit der starken Verkürzung durch Hintereinanderschaltung vieler Sarkomere (z.B. M. biceps brachii, M. sartorius)

• gefiederte Muskulatur: größere Anzahl aktivierbarer Fasern mit größerer Kraftentwicklung mit minimierter Verkürzungsmöglichkeit (M....