Osteologie, Arthrologie und Myologie – Kompakter Überblick

PUNKT 3. Überblick Osteologie

Klassifizierung von Knochen:

Knochenarten

• Long Bones (Röhrenknochen): Typisch für die Extremitäten; ihre Länge spiegelt Geschwindigkeit und Kraft der Bewegung wider. Eine Achse überwiegt die anderen beiden. Sie unterliegen großen Zugkräften. Die lange Diaphyse enthält eine Markhöhle (Medulla), die an den erweiterten Enden (Metaphyse) in die Gelenkenden (Epiphysen) übergeht; Epiphysen haben getrennte Ossifikationszentren und sind oft mehrfach vorhanden.
• Short Bones (kurze Knochen): Keine Achse überwiegt; sie widerstehen vor allem Druckkräften. Meist dünne Kortikalis und ein innerer Bereich aus trabekulärem (spongiösem) Knochen. Typische Lage: Handwurzel (Carpalia) und Tarsus. Beispiele: Wirbel, Würfelbein, Sprungbein.
• Irreguläre Knochen (unregelmäßige Knochen): Umfassen alle Knochen, die sich nicht leicht einer der genannten Gruppen zuordnen lassen; häufig an der Schädelbasis und im Gesicht zu finden.

Formen, Oberfläche und Befestigungen

Form und Knochenstruktur werden durch genetische Faktoren, Stoffwechselerkrankungen und mechanische Belastung geprägt. Jeder Knochen ist das Ergebnis einer langen funktionellen Geschichte. Vertiefungen und Erhebungen stören die Knochenoberfläche und haben spezielle Bezeichnungen:

• Grube / Depression: Eine Vertiefung in der Knochenoberfläche.
• Furche / Sulcus: Eine längliche Vertiefung.
• Kerbe / Incisura: Einschnitt in den Knochen.
• Lücke / Hiatus: Eine echte Öffnung oder Spalte.
• Apophyse: Große Knochenprojektion; lange, dünne Projektionen heißen Spina (Wirbelsäule) oder Processus.
• Tuberositas / Tuberculum: Runde Projektion.
• Grate / Cristae: Längliche Erhebungen.
• Epicondylus: Projektion in der Nähe eines Kondylus, meist Ansatzstelle für Bänder.
• Kopf (Caput): Das erweiterte proximale Ende vieler langer Röhrenknochen.
• Foramen / Loch: Eine Öffnung im Knochen; längliche Kanäle werden oft als Canales bezeichnet.
• Kondylen und Trochlea: Kondylen sind knöcherne Gelenksfortsätze; die Trochlea ist eine rollen- oder flaschenzugsähnliche Gleitfläche.

Main-Funktion (Hauptfunktionen des Knochens)

Knochen sind lebendes Gewebe: sehr widerstandsfähig gegen Schlag, Druck und Zug, aber auch elastisch. Sie dienen als Schutzbarriere gegen äußere Einflüsse, als Hebelarm und Ansatzpunkt für Muskeln und Sehnen sowie als Schutz für lebenswichtige Organe wie Herz, Lunge und Gehirn. Knochen ermöglichen Bewegung, bilden das Knochengerüst und sind mit Muskeln funktional verbunden. Sie dienen außerdem als Reservoir für Calcium (wichtig für Muskelkontraktion und Hämostase) und sind an der Blutbildung (Hämatopoese) beteiligt.

Zusammensetzung des Knochens

Bone Zusammensetzung: Organische Substanz (ca. 64%), anorganische Substanzen (ca. 34%) und H2O (ca. 2%).

• Fasern: Vorwiegend Kollagen Typ I (ca. 95% der organischen Matrix). Kollagen entsteht aus Tropokollagen; die Fasern liegen parallel und haben eine elliptische Form.
• Grundsubstanz (Substantia fundamental): Gelartige Matrix bestehend aus:
  • a) H2O
  • b) Proteoglykane: Glykosaminoglykane wie Hyaluronsäure, Keratan- und Chondroitinsulfat
  • c) Mineralstoffe: Tricalciumphosphat, Calciumcarbonat, Calciumcitrat
  • d) Ionen: Ca, F, Fe, Zn, Na, K, Mg

Mature Knochenstruktur

In konzentrischen Lamellen gibt es zwei Arten von Knochengewebe: kompakten (kortikalen) und schwammigen (spongiösen) Knochen.

Compactes Knochengewebe

Wir finden kompakten Knochen in der Diaphyse langer Röhrenknochen und als Umhüllung der Spongiosa. Die Diaphyse (Wellenform, länglicher Anteil eines langen Knochens) erscheint als eine kontinuierliche feste Masse. Die Struktur ist im Lichtmikroskop erkennbar.

• Lamellen: Es gibt drei Arten:
• Konzentrische Lamellen um einen Längsgefäßkanal (Havers-Kanal). Dieses System (Havers-System oder Osteon) enthält Kapillaren, postkapilläre Venolen und manchmal Arteriolen und bildet zylindrische Strukturen, sichtbar im Lichtmikroskop.
• Interstitielle Lamellen: Zwischen Osteonen, oft in einem Winkel angeordnet; sie sind von Zementlinien begrenzt.
• Umfangslamellen: Unter dem Periost (äußere Umfangslamellen) und unter dem Endost (innere Umfangslamellen), parallel zur Oberfläche gelegen.
• Volkmann-Kanäle: Quer- oder schräg verlaufende Kanäle, die Markhöhle mit der Oberfläche verbinden und Gefäße aus Periost und Endost führen; sie kommunizieren mit den Kanälen der Osteone.

Spongiöses Knochengewebe

Spongiosa findet sich in den Epiphysen langer Röhrenknochen sowie in kurzen und flachen Knochen. Sie besteht aus ungeordneten Osteonen bzw. trabekulären Strukturen. Im schwammartigen Gewebe findet die Blutbildung (rotes Knochenmark) statt.

Ossifikation der Knochen

2 Arten der Ossifikation:

• Desmale Verknöcherung (membranöse Ossifikation, mesenchymal)
• Enchondrale Ossifikation (intracartilaginäre Ossifikation, endochondral)

Desmale Verknöcherung (mesenchymal)

Direkte Mineralisierung eines hoch vaskularisierten Bindegewebes, wobei mesenchymale Zellen differenzieren und sich in Ossifikationszentren ansammeln. Dies führt zur Bildung kompakter Knochenplatten.

Intracartilaginäre / endochondrale Ossifikation

Die Mehrheit der Knochen des Menschen wird aus Knorpel vorgeformt. Lange Knochen sind zunächst als Knorpelstäbe angelegt; das kondensierte Mesenchym bildet die frühe Vorlage und beide bestimmen die frühe Form des Knochens.

Knochenwachstum

Die meisten menschlichen Knochen entstehen aus Knorpelvorlagen; einige entstehen direkt aus dem Mesenchym. Ein weiches Gewebe (Knorpel) wird allmählich in Knochen umgewandelt (Osteogenese), oft aus einem oder mehreren Ossifikationszentren, die im embryonalen Leben erscheinen. Die meisten Knochen haben mehrere Zentren; die Verknöcherung schreitet von diesen Zentren zu den knorpeligen Enden voran.

Die Diaphyse verknöchert aus einem primären Zentrum; die Epiphysen haben sekundäre Zentren. Während die Epiphyse wächst, wird fast der gesamte Knorpel durch Knochen ersetzt, mit Ausnahme der Gelenkknorpelschicht und einer dickeren Zone zwischen Diaphyse und Epiphyse (Epiphysenfuge). Die persistierende Epiphysenfuge ermöglicht das Längenwachstum, bis der Knochen zur Reife gelangt.

ITEM 4. Überblick über die Arthrologie

Die Arthrologie ist die Lehre von der funktionellen Topographie und der zeitlichen Variation der Gelenke. Gelenke zeigen Unterschiede in Wachstum, Übertragung und Bewegung.

Arten der Verbindungen

• Feste Verbindungen (Synarthrosen): Nicht-synoviale Verbindungen, gruppiert in faserige und knorpelige Gelenke; charakterisieren viele kraniale Verbindungen.
• Kavitierte Gelenke (Synovialgelenke): Synovialgelenke sind kavitierte Gelenke, die meist zwischen Enden enchondraler Knochen liegen.
• Gomphosis: Dentoalveoläre Faserverbindung, spezialisiert für die Befestigung der Zähne in den Alveolarknochen von Ober- und Unterkiefer.
• Syndesmose: Faserverbindung, bei der knöcherne Flächen durch ein Ligament (z. B. Membrana interossea) verbunden sind; ermöglicht meist eine geringe Bewegung.

Synovialgelenke

Teilnehmende Knochen werden durch eine fibröse Kapsel vereinigt; die Knochenoberflächen sind nicht zusammengewachsen. Sie sind mit Gelenkknorpel (hyaliner Knorpel) bedeckt, der eine gleichmäßige, verschleißfeste und gleitfähige Oberfläche mit geringer Reibung bietet. Der Schmierfilm wird durch die Synovialflüssigkeit unterstützt.

• Die fibröse Kapsel umgibt das Gelenk und ist innen mit der Synovialmembran ausgekleidet. Die synoviale Membran kleidet auch Taschen und Sehnenscheiden aus und findet sich an allen beweglichen Flächen, die durch eine Flüssigkeit geschmiert werden.
• Intraartikuläre Strukturen wie Menisken und Gelenkscheiben (Disci) sind Erweiterungen der Synovialmembran und der fibrösen Kapsel; sie können vaskularisiert und innerviert sein.

Gelenkflächen

Gelenkflächen bestehen vorwiegend aus hyalinem Knorpel. Gelenkknorpel ist verschleißfest, leicht komprimierbar, elastisch und geschmiert, sodass er große Druckkräfte aushält und zugleich sehr niedrige Reibungskoeffizienten ermöglicht.

Synovialmembran und Synovialflüssigkeit

Die Synovialmembran (Intima) besteht aus Synovialzellen (Synoviocyten). Ihre Funktionen umfassen die Entfernung von Trümmern aus dem Gelenkspalt und die Synthese von Komponenten der Synovialflüssigkeit. Die Zusammensetzung der Synovialflüssigkeit ähnelt einem Plasma-Dialysat, enthält Proteine und besonders Hyaluronsäure (Mucin), die die Viskosität bestimmt.

Funktionen der Synovia: Bereitstellung einer stabilen, leicht veränderlichen Flüssigkeitsumgebung, Ernährung des Gelenkknorpels, der Disci und Menisken sowie Schmierung zur Verringerung von Abrieb.

Klassifikation und Bewegungen der Synovialgelenke

• Komplexität der Form: Die meisten Synovialgelenke haben zwei artikulierende Flächen (konvex und konkav) und sind einfache Gelenke. In manchen Fällen ist eine Fläche konvex (männlich) und die gegenüberliegende konkav (weiblich).
• Freiheitsgrade: Einachsige Gelenke erlauben Drehung um eine Achse (1 Freiheitsgrad), zweiachsige Gelenke haben 2 Freiheitsgrade, dreiachsige Gelenke bis zu 3 Freiheitsgrade.

Allgemeine Klassifikation der Synovialgelenke

1. Plane (flache) Gelenke: Annäherung zwischen nahezu ebenen Flächen; meist leichte Wölbung (z. B. Facettengelenke der Wirbelbogen).
2. Hülsengelenk / Ginglymus (Scharnier): Gelenkflächen sind rolle- bzw. riemenscheibenförmig; Bewegungen auf eine Ebene beschränkt.
3. Trochoidale Gelenke (Zapfengelenk): Ein Knochen rotiert in einer Ringstruktur; erlaubt Rotation um die eigene Achse (z. B. Atlantoaxialgelenk).
4. Kondylengelenke: Biaxial; elliptische Gelenkflächen ermöglichen Bewegung in zwei Achsen.
5. Bikondyläre Gelenke: Einachsig (z. B. Knie teilweise).
6. Sattelgelenk: Biaxial; Flächen sind konkav-konvex (z. B. Daumensattelgelenk).
7. Kugelgelenk (Enarthrose): Kopf in einer Pfanne (sphärische Gelenkfläche); multiaxial (z. B. Schulter- und Hüftgelenk).

Meniskus und Labrum (Felgen)

Faserige Strukturen, oft als Fortsetzung der Gelenkkapsel, mit Vaskularisierung und Innervation in Teilen. Menisken können vollständig (trennt Gelenkhöhle) oder unvollständig sein. Labra sind an die Gelenkkapsel angebunden und haben dreieckigen Querschnitt. Menisken verbessern die Gelenkstabilität, verteilen Kräfte und Druck auf die Gelenkflächen.

Gelenkkapsel

Die Gelenkkapsel ist eine fibröse Manschette, die die Gelenkanteile umschließt und an der Peripherie der Gelenkflächen ansetzt. Sie ist kontinuiert mit dem Periost.

ITEM 5. Überblick Myologie

Die Myologie befasst sich mit Muskeln und ihrer Funktion, insbesondere der mechanischen Reaktion durch Kontraktion kontraktiler Proteine. Bei Versagen der Regeneration von Muskelgewebe wird dieses durch Bindegewebe ersetzt.

Muskeltypen

• Muskelzelle / Muskelfaser: Grundeinheit des Muskels.
• Glatte Muskulatur: Spindelförmige Zellen mit zentralem Kern; in den Wänden innerer Organe; unwillkürlich (vegetativ gesteuert).
• Herzmuskel: Quergestreifte Längsfasern, meist mit einem zentralen Kern; ausschließlich im Herzen (Myokard).
• Skelettmuskulatur: Quergestreifte Längsfasern mit mehreren, peripher liegenden Kernen; unterliegt dem somatischen Nervensystem; sehr leistungsfähig und reich an Mitochondrien.

Feinstruktur der Skelettmuskelfaser

Skelettmuskulatur ist in Bündel gegliedert; Bündel enthalten Muskelfasern (10–100 µm Durchmesser). Die Zellmembran heißt Sarkolemm, das Zytoplasma Sarkoplasma. Die Faser besteht aus Myofibrillen mit quergestreiftem Erscheinungsbild.

• In Myofibrillen finden sich: dunkle Bänder (A-Band) und helle Bänder (I-Band); das A-Band ist durch die helle Zone H geteilt.
• Kontraktil proteine: Aktin (dünne Filamente) und Myosin (dicke Filamente).
• Myosin bildet lange Fasern; jede Myosinfolge besteht aus vielen Molekülen mit Kopfstruktur.

Aktin und Myosin

• Aktin: Besteht aus F-Actin und G-Actin; feine Filamente, die an den Z-Streifen verankert sind.
• Myosin: Dicke Filamente; das am häufigsten vorkommende Myosin macht einen großen Teil der Fasern aus.
• Tropomyosin: Etwa 6% der Proteine der Myofibrillen; liegt entlang der Aktinfilamente.
• Troponin: Ca. 6% der kontraktilen Proteine; besteht aus drei Untereinheiten:
  • Troponin T: bindet Tropomyosin
  • Troponin I: hemmt die ATPase-Aktivität (Regulation der Kontraktion)
  • Troponin C: bindet Calciumionen
• Weitere strukturelle Proteine: Alpha-Actinin (verankert Aktin), Protein M (Myosinfilamente, M-Bande), Protein C (mit Aktin verbunden), Protein I (verknüpft mit Magnesium).

Mechanismus der Muskelkontraktion

Im entspannten Muskel verhindert Tropomyosin die Bindung von Myosinköpfen an Aktin. Calcium ist notwendig, um die Kontraktion zu ermöglichen: Calcium bindet an Troponin C, wodurch Tropomyosin verschoben wird und die Bindungsstellen auf Aktin freigibt. Troponin I reguliert die ATPase-Aktivität; Troponin T verbindet und verschiebt Tropomyosin. Die Myosinköpfe binden an Aktin, hydrolysieren ATP und setzen Energie frei, die eine Kippbewegung des Myosinkopfes (Schrittbewegung) verursacht und damit das Gleitfilament-System antreibt.

Rangordnung der Muskeln (Allgemeine Merkmale)

• Form und Länge: Muskeln, bei denen eine Achse die anderen überwiegt, sind lang und erzeugen große Verschiebungen und beträchtliche Kraft. Beispiel: Sartorius.
• Breite Muskeln: Überwiegen in zwei Achsen; bilden Wände und sind in der Bauchregion häufig.
• Kurze Muskeln: Keine vorherrschende Achse; führen oft feine Manöver mit großer Kraft aus. Beispiele: Quadratus femoris, Supraspinatus.

Faserverlauf und Muskelbau

1. Parallelbäuchig (Fusiform): Fasern verlaufen parallel und bilden einen breiteren Bauch; verursachen große Verschiebungen. Beispiel: Coracobrachialis.
2. Dreieckig (Triangular): Fasern verlaufen schräg (z. B. M. deltoideus als Beispiel für dreieckige Form).
3. Fiederung (Peniforme): Fasern kommen von beiden Seiten zur Sehne hin und bilden einen bauchigen Mittelteil; sehr kraftvoll (z. B. Musculus rectus femoris ist ein Formbeispiel für mehrköpfige Strukturen).
4. Semipennat: Fasern inserieren nur von einer Seite in die Sehne.
5. Querfaserung: Sehr kräftig; Fasern sind in einer Ebene angeordnet.
6. Digastrisch: Zwei Muskelbäuche mit einer gemeinsamen Sehne (z. B. M. omohyoideus).
7. Polygastrisch: Mehrere Bäuche mit dazwischenliegenden Sehnen.

Abhängigkeit von Herkunft und Ansatz

• Ursprung (heads): Bizeps = zwei Ursprünge, Trizeps = drei Ursprünge, Quadrizeps = vier Ursprünge.
• Ansatz (Insertio): Bicaudale Muskeln haben zwei Insertionen, tricaudale drei, policaudale mehr als drei.

Spezialisierte Strukturen an Insertionsstellen

• Tendon (Sehne): Struktur aus parallel angeordneten Kollagenfasern, wenig dehnbar, hohe Zugfestigkeit. Zwischen den Faserbündeln findet sich lockeres Bindegewebe und Tenocyten.
• Feinere Hüllstrukturen heißen Endotendon; multiple Endotendonbündel sind in einem Peritenonium (Peritenon) eingebettet. Das Peritenon kann mit dem Periost und dem Perimysium kontinuiert sein.
• Sehnenfasern dringen in den Knochen ein und verkalken dort; diese Einlagerungen werden als Sharpey-Fasern bezeichnet.
• Viele Sehnen besitzen eine Außenhülle zur Schutzfunktion: parietale Schicht und eine innere synoviale Schicht; zwischen beiden liegt ein mit Synovialflüssigkeit gefüllter Raum.
• Funktion: Sehnen übertragen Muskelkraft auf Knochen; sie sind besonders widerstandsfähig und wenig dehnbar, erlauben Gleitbewegungen.

Xanthome

Xanthome sind Ansammlungen aus faserigem Bindegewebe, vorwiegend kollagene Fasern, die als degenerierte Sehnen auftreten können. Sie können an Knochen, Faszien oder Haut befestigt sein. Sie können sich entlang des Muskels von einem Extrem zum anderen erstrecken.