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.

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)

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).

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 α-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....