Grundlagen der Anatomie: Osteologie, Arthrologie und Myologie

Thema 3: Allgemeines zur Osteologie

Klassifikation der Knochen

• Lange Knochen (Röhrenknochen): Typisch für die Gliedmaßen. Ihre Länge begünstigt sowohl die Schnelligkeit als auch die Kraft der Bewegung. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass eine Achse gegenüber den anderen beiden dominiert. Sie sind großen Zugkräften ausgesetzt. Ihr Schaft (Diaphese) mit einer zentralen Markhöhle erweitert sich zur Metaphyse hin zu den erweiterten Gelenkenden (Epiphysen), die Verknöcherungszentren besitzen, oft in mehrfacher Anzahl.
• Kurze Knochen: Zeichnen sich dadurch aus, dass keine der drei Dimensionen dominiert. Sie sind vor allem Druckkräften ausgesetzt und fähig, hohem Druck standzuhalten. Daher besitzen sie meist eine dünne Rindenschicht (Kompakta), die einen vollständig trabekulären Innenraum (Spongiosa) umschließt. Man findet sie typischerweise im Handwurzel- (Carpus) und Fußwurzelbereich (Tarsus). Beispiele: Wirbel, Würfelbein (Os cuboideum), Kahnbein (Os scaphoideum).
• Irreguläre (unregelmäßige) Knochen: Umfassen alle Knochen, die sich keiner der vorherigen Gruppen eindeutig zuordnen lassen. Man findet sie meist an der Schädelbasis oder im Gesichtsschädel.

Sowohl die Form als auch die Struktur der Knochen werden durch genetische, metabolische und mechanische Faktoren beeinflusst. Jeder Knochen stellt das funktionelle Resultat einer langen Entwicklungsgeschichte über unzählige aufeinanderfolgende Generationen hinweg dar.

Oberflächenrelief der Knochen

Die Knochenoberflächen werden durch Vertiefungen und Erhebungen gegliedert:

• Eine Vertiefung wird als Fossa (Grube) bezeichnet. Längliche Vertiefungen heißen Sulci (Furchen).
• Eine Einkerbung nennt man Incisura (Kerbe) und eine Öffnung bzw. Spalte Hiatus.
• Ein großer Knochenvorsprung wird als Processus (Fortsatz) bezeichnet; ist er lang, dünn oder spitz zulaufend, nennt man ihn Spina (Stachel).
• Ein abgerundeter Vorsprung ist ein Tuberculum oder Tuber (Höcker).
• Längliche Erhebungen werden als Cristae (Kämme/Leisten) bezeichnet.
• Epicondylus: Ein Knochenvorsprung nahe einem Kondylus, der gewöhnlich als Ansatzstelle für Kollateralbänder dient.
• Das vergrößerte proximale Ende vieler Knochen wird als Caput (Kopf) bezeichnet.
• Ein Foramen ist ein Loch im Knochen. Längliche Löcher werden als Kanäle (Canales) bezeichnet.
• Faustförmige Gelenkfortsätze: Kondylen (Condyli).
• Rillenförmige Gelenkflächen (Rollenform): Trochlea.

Dies sind an reibungslose Gelenkbewegungen angepasste Oberflächen, die bei echten Synovialgelenken von Gelenkknorpel überzogen sind.

Hauptfunktionen der Knochen

Der Knochen ist ein sehr widerstandsfähiges, lebendes Gewebe, das Stößen und Druck standhält sowie elastisch gegenüber Zugkräften ist. Er dient als Schutzbarriere gegen äußere Einwirkungen auf innere Organe (z. B. Herz, Lunge, Gehirn) sowie als Hebelarm und Verankerungspunkt für Muskeln und Sehnen. Zusammen mit dem Bewegungsapparat ermöglicht er Körperbewegungen für Arbeits- oder Sportaktivitäten sowie die Fortbewegung des Individuums.

Er bildet das Achsenskelett sowie das Gliedmaßenskelett und ist je nach Lage von Muskeln umgeben. Zudem dient er als wichtiges Kalziumreservoir (unverzichtbar für Muskelkontraktionen und beteiligt an der Hämostase) und ist Ort der Hämatopoese (Blutzellbildung).

Zusammensetzung des Knochens

Knochen besteht aus organischer Matrix (ca. 64 %), anorganischer Substanz (ca. 34 %) und Wasser (ca. 2 %).

• Fasern: Machen etwa 95 % der organischen Matrix aus.
  • Kollagen Typ I: Wird aus Tropokollagen gebildet und zeichnet sich durch seine helikale, geordnete Anordnung aus.
• Grundsubstanz: Gelartige Matrix, bestehend aus:
  • Wasser
  • Proteoglykanen und sulfatierten Glykosaminoglykanen (Hyaluronsäure, Keratansulfat, Chondroitinsulfat)
  • Mineralsalzen (Tricalciumphosphat, Calciumcarbonat, Calciumcitrat)
  • Ionen (Ca²⁺, F^-, Fe, Zn, Na⁺, K⁺, Mg²⁺)

Feinbau des reifen Knochens

Es werden zwei Arten von Knochengewebe unterschieden: Kompakta und Spongiosa.

• Substantia compacta (kompakter Knochen): Befindet sich hauptsächlich im mittleren Teil der langen Röhrenknochen (Diaphese) und umhüllt die Spongiosa. Er erscheint im Lichtmikroskop als dichte, feste Struktur. Die Lamellen sind auf dreifache Weise angeordnet:
  • Konzentrisch um einen zentralen Gefäßkanal (Havers-Kanal), der Kapillaren, postkapilläre Venolen und gelegentlich Arteriolen enthält; diese zylindrischen Einheiten bilden die Osteone (Havers-Systeme).
  • Zwischen den Osteonen liegen winklige Lamellensysteme, die Schaltlamellen (Reste früherer Osteone, arm an Kollagenfasern, durchsetzt mit Canaliculi, jedoch ohne eigene Gefäße).
  • Unter dem Periost (Knochenhaut) an der Außenfläche sowie unter dem Endost an der Innenfläche verlaufen die äußeren und inneren Generallamellen (zirkuläre Lamellen parallel zur Oberfläche).
  • Die Havers-Kanäle stehen untereinander, mit der Markhöhle und mit dem Periost über quer oder schräg verlaufende Volkmann-Kanäle in Verbindung, über welche Gefäße vom Periost in das Knocheninnere eintreten. Sie besitzen keine konzentrischen Lamellen.
• Substantia spongiosa (Spongöser Knochen): Befindet sich in den Epiphysen der langen Knochen sowie im Inneren kurzer und platter Knochen. Sie besteht aus einem Netzwerk unregelmäßig angeordneter Knochenbälkchen (Trabekel). In den Hohlräumen der Spongiosa findet die Hämatopoese statt (hier befindet sich das rote Knochenmark).

Knochenbildung (Ossifikation)

Es gibt zwei Arten der Verknöcherung:

• Desmale (intramembranöse / mesenchymale) Ossifikation: Direkte Mineralisation von gefäßreichem Bindegewebe. Geht von Verknöcherungszentren aus, in denen mesenchymale Zellen proliferieren und sich um Kapillarnetze herum zu Osteoblasten differenzieren.
• Chondrale (endochondrale / intrakartilaginäre) Ossifikation: Die meisten Knochen des menschlichen Körpers sind während der Fetalzeit als Knorpelmodell vorgeformt. Das Mesenchym verdichtet sich zunächst zu hyalinem Knorpel, der nach und nach abgebaut und durch Knochengewebe ersetzt wird.

Knochenwachstum

Das Wachstum beginnt an primären Verknöcherungszentren im Schaft (Diaphese) und setzt sich später an sekundären Ossifikationszentren in den Epiphysen fort. Mit zunehmender Größe der Epiphysen wird fast der gesamte Knorpel durch Knochen ersetzt – mit Ausnahme des Gelenkknorpels und der Epiphysenfuge (Wachstumsfuge) zwischen Diaphese und Epiphyse. Das Fortbestehen dieser Knorpelzone ermöglicht das Längenwachstum des Knochens bis zum Erreichen des Erwachsenenalters.

Thema 4: Allgemeines zur Arthrologie

Die Arthrologie (Gelenklehre) befasst sich mit der funktionellen Topographie, dem Aufbau und den Bewegungen der Gelenke (Articulationes).

Unechte Gelenke (Synarthrosen)

Feste, kontinuierliche Knochenverbindungen ohne Gelenkspalt, eingeteilt nach dem verbindenden Zwischengewebe:

• Syndesmosen (Bandhaft): Verbindung durch straffes Bindegewebe (z. B. Membrana interossea).
• Synchondrosen / Symphysen (Knorpelhaft): Verbindung durch hyalinen Knorpel oder Faserknorpel.
• Gomphosis (Einkeilung): Spezialisierte fibröse Verbindung zur Verankerung der Zähne in den Alveolen des Ober- und Unterkiefers (Ligamentum periodontale / Desmodont).

Echte Gelenke (Diarthrosen / Synovialgelenke)

Gekennzeichnet durch einen Gelenkspalt und eine Gelenkkapsel:

• Gelenkflächen (Facies articulares): Mit reibungsarmem hyalinem Knorpel überzogen, der elastisch und druckverformbar ist und hohe Stoßbelastungen abfedern kann.
• Gelenkkapsel (Capsula articularis): Besteht aus einer äußeren fibrösen Membran (Membrana fibrosa / Stratum fibrosum), die sich in das Periost fortsetzt, und einer inneren Gelenkschleimhaut (Membrana synovialis / Stratum synoviale).
• Synovia (Gelenkschmiere): Ein Dialysat des Blutplasmas, angereichert mit Hyaluronsäure und Mucin, produziert von den Synovialozyten. Sie ernährt den gefäßfreien Gelenkknorpel, vermindert Reibung und Schmiert die Gelenkflächen.
• Intraartikuläre Hilfseinrichtungen: Menisken, Disken und Gelenklippen (Labra) aus Faserknorpel gleichen Inkongruenzen aus und verteilen den Druck im Gelenk.

Klassifikation nach Achsen und Form

• Einachsig (1 Freiheitsgrad):
  • Ginglymus (Scharniergelenk): z. B. Humeroulnargelenk; Bewegungen nur in einer Ebene (Flexion/Extension).
  • Articulatio trochoidea (Rad- oder Zapfengelenk): Rotation um eine Längsachse (z. B. proximales Radioulnargelenk, Art. atlantoaxialis mediana).
• Zweiachsig (2 Freiheitsgrade):
  • Articulatio ellipsoidea (Eigelenk / Kondylengelenk): Konvexe elliptische Gelenkfläche greift in eine konkave Vertiefung (z. B. proximales Handgelenk).
  • Articulatio bicondylaris (Bikondyläres Gelenk): z. B. Kniegelenk.
  • Articulatio sellaris (Sattelgelenk): Zwei reziprok konkav-konvexe Gelenkflächen (z. B. Daumensattelgelenk).
• Drei- oder mehrachsig (3 Freiheitsgrade):
  • Articulatio spheroidea (Kugelgelenk): Gelenkkopf in einer Gelenkpfanne (z. B. Schultergelenk, Hüftgelenk/Enarthrose); Flexion/Extension, Abduktion/Adduktion, Innen-/Außenrotation und Zirkumduktion.
  • Articulatio plana (Planes Gelenk): Flache Gelenkflächen, erlauben Translations- und Gleitbewegungen (z. B. Wirbelbogengelenke).

Thema 5: Allgemeines zur Myologie

Die Myologie befasst sich mit den Muskeln. Muskelgewebe reagiert auf Reize mit Kontraktion durch kontraktile Proteine. Bei Zerstörung von Skelettmuskelfasern ist die Regenerationsfähigkeit begrenzt, Defekte heilen häufig durch bindegewebige Narbenbildung aus.

Muskelgewebsarten

• Glattes Muskelgewebe: Spindelförmige Zellen mit einem zentralen Zellkern, ohne Querstreifung. Findet sich in den Wänden der Eingeweide und Gefäße. Arbeitet unwillkürlich (vom vegetativen Nervensystem gesteuert).
• Herzmuskelgewebe: Quergestreifte Zellen mit meist einem zentralen Zellkern, verzweigt über Glanzstreifen. Findet sich ausschließlich im Myokard des Herzens; unwillkürliche, rhythmische Kontraktion.
• Skelettmuskelgewebe: Sehr lange, vielkernige quergestreifte Muskelfasern (Synzytien), deren Kerne randständig (peripher) liegen. Reagiert auf somatische Nervenimpulse, arbeitet willkürlich und ist reich an Mitochondrien. Muskelfasern haben einen Durchmesser von ca. 10 bis 100 Mikrometern.

Feinbau der Skelettmuskelfaser

• Die Plasmamembran heißt Sarkolemm, das Zytoplasma Sarkoplasma.
• Das Sarkoplasma enthält längsgerichtete Myofibrillen mit charakteristischer Querstreifung:
  • A-Bande (anisotrop): Dunkles Band, enthält Myosinfilamente und überlappende Aktinfilamente; in der Mitte liegt die hellere H-Zone mit dem M-Streifen.
  • I-Bande (isotrop): Helles Band, enthält im Wesentlichen dünne Aktinfilamente; wird in der Mitte von der dunklen Z-Scheibe geteilt.

Kontraktile und strukturelle Proteine

• Myosin (ca. 55 %): Dicke Filamente, bestehend aus Hunderten von Myosinmolekülen mit beweglichen Myosinköpfchen.
• Aktin (ca. 23 %): Dünne Filamente; liegt als F-Aktin (filamentös) vor, das aus G-Aktin-Monomeren polymerisiert ist.
• Tropomyosin (ca. 6 %): Lagert sich filamentös an die Aktinhelix an und blockiert im Ruhezustand die Myosinbindungsstellen.
• Troponin-Komplex (ca. 6 %): Besteht aus drei Untereinheiten:
  • Troponin T: Bindet an Tropomyosin.
  • Troponin I: Inhibiert die Bindung an Myosin im Ruhezustand.
  • Troponin C: Bindet Calciumionen.
• Weitere Strukturproteine: α-Aktinin (an den Z-Scheiben), M-Protein/Myomesin (an der M-Linie) u. a.

Ablauf der Muskelkontraktion

Im entspannten Muskel verhindert Tropomyosin den Kontakt zwischen den Myosinköpfchen und dem Aktin. Wird Calcium aus dem sarkoplasmatischen Retikulum freigesetzt, bindet es an Troponin C. Dies führt zu einer Konformationsänderung, wodurch Troponin T das Tropomyosin verschiebt und die Bindungsstellen am Aktin freigibt. Unter Spaltung von ATP (durch die ATPase-Aktivität der Myosinköpfe) binden die Myosinköpfchen an Aktin, kippen ab und bewirken ein Gleiten der Filamente ineinander (Gleitfilament-Theorie).

Klassifikation der Skelettmuskeln

Nach der äußeren Form

• Lange Muskeln: Eine Achse dominiert; ermöglichen weite Bewegungsamplituden bei mäßiger Maximalkraft (z. B. M. sartorius).
• Breite/flache Muskeln: Zwei Achsen dominieren; bilden muskulöse Wände, vor allem an Abdomen und Thorax (z. B. M. obliquus externus abdominis).
• Kurze Muskeln: Geringe Ausmaße, führen kleine Bewegungen mit hoher Kraft aus (z. B. Mm. intercostales, M. quadratus femoris).

Nach der Form des Muskelbauchs

• Bandförmig: Gleichmäßig breiter Verlauf der Fasern; erzeugen weite Hübe bei mäßiger Kraft.
• Spindelförmig (fusiform): In der Mitte dicker Bauch, zu den Sehnenenden hin verjüngt (z. B. M. coracobrachialis).
• Dreieckig (triangulär): Fasern konvergieren fächerförmig auf eine Sehne (z. B. M. adductor longus, M. pectoralis major).

Nach dem Faserverlauf zur Sehne

• Einfach gefiedert (unipennat): Fasern setzen schräg an einer Seite der Sehne an.
• Doppelt gefiedert (bipennat): Fasern setzen von zwei Seiten an einer zentralen Sehne an (z. B. M. rectus femoris).
• Zweibäuchig (M. digastricus): Zwei getrennte Muskelbäuche, die über eine Zwischensehne miteinander verbunden sind (z. B. M. omohyoideus, M. digastricus).
• Mehrbäuchig: Besitzen mehrere Zwischensehnen hintereinander (z. B. M. rectus abdominis).

Nach der Zahl der Ursprünge

• Biceps: Zwei Ursprungsköpfe.
• Triceps: Drei Ursprungsköpfe.
• Quadriceps: Vier Ursprungsköpfe.

Nach der Zahl der Ansätze

• Bikaudal: Zwei Ansatzsehnen.
• Trikaudal: Drei Ansatzsehnen.
• Polykaudal: Mehr als drei Ansatzsehnen.

Hilfseinrichtungen und Sehnenansätze

• Sehne (Tendo): Besteht aus parallelfaserigem Kollagengewebe, ist extrem zugfest und kaum dehnbar. Sie enthält zwischen den Faserbündeln Sehnengewebe (Tenozyten). Die Sehnenbündel werden vom Endotenon umhüllt; das Ganze wird vom Peritenon und Epitenon umgeben, das mit dem Periost bzw. Perimysium in Verbindung steht. Die Verankerung im Knochen erfolgt über mineralisierende Sharpey-Fasern.
• Sehnenscheiden (Vaginae tendinum): Doppelwandige Schutzhüllen um stark beanspruchte Sehnen, bestehend aus einem äußeren Stratum fibrosum und einem inneren Stratum synoviale. Der Spaltraum ist mit Synovia gefüllt, um die Reibung bei Verschiebungen zu minimieren.
• Aponeurosen: Flächig ausgebreitete, plattenartige Sehnen aus straffem kollagenem Bindegewebe, die an Knochen, Faszien oder anderen Weichteilen ansetzen.