Knochen, Gelenke und Muskeln: Struktur, Funktion und Klassifizierung

Knochen: Struktur, Funktion und Klassifizierung

Knochen sind die wichtigsten Komponenten des Skeletts. Sie sind starke, harte und zähe Organe, die aus Knochengewebe bestehen, einem spezialisierten Bindegewebe mit verkalkten extrazellulären Komponenten.

Chemische Zusammensetzung der Knochen

• 25% Wasser (H2O)
• 45% Mineralien
• 30% organische Substanz

Funktionen der Knochen

Knochen erfüllen vielfältige Funktionen im Körper:

• Bewegung: Sie bilden zusammen mit den Muskeln das Muskel-Skelett-System, das die Bewegung ermöglicht.
• Stützfunktion: Das Skelett dient als Tragwerk des Körpers.
• Schutz: Knochen schützen lebenswichtige Organe.
• Blutbildung: Sie beherbergen das Knochenmark, in dem die Blutzellen gebildet werden.

Klassifizierung der Knochen

Klassifizierung nach Struktur

Man unterscheidet zwei Arten von Knochengewebe:

• Kompakter Knochen (Substantia compacta):

  Eine solide, dichte Knochenmasse, die die äußere Schicht aller Knochen bildet und den größten Teil der Diaphyse (Schaft) langer Röhrenknochen ausmacht. Kompakter Knochen bietet Schutz, Unterstützung und hilft, dem Stress durch das Körpergewicht standzuhalten. Er besteht aus konzentrischen Ringen (Osteonen oder Havers-Systemen). Blut- und Lymphgefäße sowie Nerven dringen durch Kanäle (Volkmann-Kanäle) in den kompakten Knochen ein und verbinden sich mit den Gefäßen und Nerven der Markhöhle und der zentralen Kanäle (Havers-Kanäle). Um die zentralen Kanäle herum befinden sich konzentrische Lamellen. Zwischen den Lamellen liegen kleine Hohlräume (Lakunen) mit Osteozyten. Canaliculi verbinden die Lakunen und ermöglichen den Stoffaustausch.

• Spongiöser Knochen (Substantia spongiosa):

  Spongiöser Knochen enthält keine Osteone. Er besteht aus unregelmäßig geformten Platten (Trabekeln), die eine schwammartige Struktur bilden. Die Hohlräume sind mit rotem Knochenmark gefüllt. In den Trabekeln befinden sich Osteozyten. Blutgefäße ermöglichen den direkten Austausch von Nährstoffen mit den Osteozyten. Spongiöser Knochen befindet sich in den Epiphysen (Enden) langer Röhrenknochen und im Inneren anderer Knochen.

Klassifizierung nach Form

• Lange Knochen: Die Länge überragt Breite und Dicke. Sie bestehen aus einer Diaphyse (Schaft) und zwei Epiphysen (Enden).
• Kurze Knochen: Länge, Breite und Dicke sind annähernd gleich. Sie bestehen hauptsächlich aus spongiösem Knochen mit einer dünnen Schicht kompakten Knochens.
• Platte Knochen: Länge und Breite überragen die Dicke. Sie bestehen aus zwei Schichten kompakten Knochens mit einer Schicht spongiösen Knochens dazwischen.

Knochenzellen

• Osteozyten: Ausgereifte Knochenzellen in den Lakunen, die die Knochenmatrix erhalten.
• Osteoblasten: Zellen, die an der Knochenbildung (Osteogenese) beteiligt sind.
• Osteoklasten: Zellen, die am Knochenabbau (Knochenresorption) beteiligt sind.
• Osteoprogenitorzellen: Stammzellen, die sich zu Osteoblasten oder Chondroblasten differenzieren können.

Arthrologie: Die Lehre von den Gelenken

Arthrologie ist der Teil der Anatomie, der sich mit der Untersuchung der Gelenke befasst.

Gelenk: Verbindung zwischen zwei oder mehr Knochen oder Knorpeln des Skeletts.

Klassifizierung der Gelenke

Gelenke werden nach dem Grad der Beweglichkeit und dem Verbindungsgewebe klassifiziert:

Nach Beweglichkeit:

• Synarthrosen (Fugen): Unbewegliche oder sehr eingeschränkt bewegliche Gelenke. Knochen sind durch straffes Bindegewebe verbunden (z.B. Schädelnähte).
• Amphiarthrosen: Geringfügig bewegliche Gelenke ohne Gelenkhöhle. Knochen sind durch Faserknorpel oder Bänder verbunden (z.B. Verbindung zwischen Schambein).
• Diarthrosen (Synovialgelenke): Frei bewegliche Gelenke mit Gelenkhöhle, Gelenkknorpel und Synovialmembran (z.B. Kniegelenk, Schultergelenk).

Nach Verbindungsgewebe:

• Fibröse Gelenke: Knochen verbunden durch Bindegewebe (z.B. Schädelnähte).
• Knorpelige Gelenke: Knochen verbunden durch Knorpel (z.B. Rippenknorpel).
• Synovialgelenke: Knochen verbunden durch Gelenkkapsel und Synovialmembran.

Arten von Synovialgelenken (Diarthrosen):

• Kugelgelenk: Ermöglicht Bewegungen in alle Richtungen (z.B. Schultergelenk).
• Kondylengelenk: Ermöglicht alle Bewegungen außer Rotation (z.B. Kniegelenk).
• Scharniergelenk: Ermöglicht Beugung und Streckung (z.B. Ellenbogengelenk).
• Sattelgelenk: Ermöglicht Bewegungen in zwei Ebenen (z.B. Daumensattelgelenk).
• Drehgelenk (Zapfengelenk): Ermöglicht Drehbewegungen (z.B. Radioulnargelenk).

Gelenkbewegungen: Beugung (Flexion), Streckung (Extension), Abduktion (Bewegung vom Körper weg), Adduktion (Bewegung zum Körper hin), Rotation, Pronation (Handfläche nach unten), Supination (Handfläche nach oben).

Muskeln und Muskelkontraktion

Sarkomer: Die anatomische und funktionelle Einheit des Muskels, bestehend aus Aktin- und Myosinfilamenten.

Muskelkontraktion: Gleiten der Aktinfilamente über die Myosinfilamente im Sarkomer. Aktinfilamente sind dünne Filamente, die aus Aktin, Tropomyosin und Troponin bestehen. Myosinfilamente sind dicke Filamente, die aus Myosin bestehen. Titin ist ein elastisches Protein, das Myosin in Position hält und zur Wiederherstellung der Sarkomerlänge beiträgt.

Funktionen des Muskel-Skelett-Systems

• Ermöglicht Bewegung.
• Erhält die Stabilität und Form des Körpers.
• Motorische Aktivität der inneren Organe.
• Haltungskontrolle.
• Wärmeerzeugung.
• Schutz der Organe.
• Stimulation der Blut- und Lymphgefäße.

Muskelzuckung und Muskelermüdung

Muskelzuckung: Kurze Kontraktion eines Muskels als Reaktion auf einen einzelnen Reiz. Sie besteht aus drei Phasen:

1. Latenzzeit (0,01 Sek.): Zeit vom Reiz bis zur Reaktion.
2. Kontraktionsphase (0,04 Sek.): Verkürzung des Sarkomers.
3. Entspannungsphase (0,05 Sek.): Rückkehr zur ursprünglichen Länge.

Muskelermüdung: Abnahme der Muskelkraft bei wiederholter Stimulation. Bei ATP-Mangel kann sich der Muskel nicht mehr entspannen (Kontraktur). Bei Sauerstoffmangel und ATP-Mangel kann es zur Totenstarre kommen, bei der Aktin und Myosin nicht mehr getrennt werden können.