4 Knochen und Gelenke - Biologie-Challenge 2020
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Biologie-Challenge 2020
Förderung interessierter & begabter SchülerInnen
4 Knochen und Gelenke
Knochen und Gelenke 1- Bau und Funktion von Knochen
• Knochenmaterial
Nach dem Zahnschmelz ist Knochenmaterial das härteste und festeste Gewebe des Körpers, dennoch ist es aber elastisch.
Es ist wasserarm (20%) und enthält in großen Mengen anorganische Substanzen (55%), die stabilisierend wirken.
Besonders hervorzuheben ist Calcium (Calciumphosphat, Calciumcarbonat) und Magnesium (Magnesiumphosphat), die
das Gerüst des Knochens bilden. Trotz des hohen Anteils an anorganischen Stoffen, ist Knochenmaterial ein lebendiges
Gewebe.
Aber nicht nur anorganische, sondern auch organische Stoffe (25%) bauen das Knochengewebe auf. Diese sind für die
Elastizität des Knochens verantwortlich und finden sich in den Knochenzellen (= Osteozyten), die ebenso wie die
Knorpelzellen, eine besondere Form von Bindegewebszellen sind.
Bei entsprechender Bewegung bzw. Krafteinwirkung passt sich die Struktur des Knochengewebes an, indem sie dichter
wird.
• Bau eines Knochens (am Beispiel Röhrenknochen)
Diaphyse (Mittelteil, Schaft):
Weist innen einen Hohlraum auf, dieser ist mit Knochenmark gefüllt und wird als
Markhöhle bezeichnet.
Epiphyse (verdicktes Endstück):
Die Epiphysen sind von einem Geflecht feiner Knochenbälkchen (= Spongiosa) gefüllt, deren
Oberfläche von einer dünnen Bindegewebsschicht, dem Endost, überzogen wird. In den Spalten
zwischen den Knochenbälkchen befindet sich Knochenmark. Die Anordnung der
Knochenbälkchen verläuft der Belastungssituation entsprechend (Zug-, Druckbeanspruchung).
Bei Bedarf kann die Spongiosaarchitektur umgebaut werden (Anzahl und Stärke
verstrebender Knochenbälkchen). Dadurch wird ohne Stabilitätseinbußen enorm an Gewicht
eingespart. Ein menschliches Skelett ist relativ leicht, es wiegt durchschnittlich 7 kg.
Beide Epiphysen sind von einem knorpeligen Überzug umgeben (= Gelenkknorpel/
Gelenkflächen), dieses Gewebe setzt die Reibung herab, wenn der Knochen mit
einem anderen ein Gelenk bildet. Abb. 1: Bau eines Röhrenknochens
Metaphyse (Abschnitt zwischen Epiphyse und Diaphyse):
Zwischen Epiphyse und Metaphyse liegt die Epiphysenfuge, eine Knorpelscheibe, die im Kindes- und Jugendalter die
Längenwachstumszone des Knochens darstellt. Durch Einwanderung von speziellen Knochenzellen (Osteoblasten),
verschieben sich die Epiphysenfugen nach oben bzw. unten, wodurch der Knochen in die Länge wächst. Sobald die
Epiphysenfuge verknöchert, ist das Längenwachstum des Knochens abgeschlossen.
Periost (Knochenhaut):
Das Periost umgibt den gesamten Knochen, im Bereich der knorpeligen Gelenkflächen ist es jedoch ausgespart. Es ist mit
der Knochensubstanz durch Fasern fest verbunden. Im Wesentlichen hat es vier Funktionen:
→ Enthält Nerven (schmerzempfindlich, im Gegensatz zum Knochen selbst) und Blutgefäße, die das Innere der
Knochen mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgen.
→ Weist Zellen zur Knochenbildung auf (für Wachstum, insbesondere Dickenwachstum, und Heilprozesse).
→ Bietet Schutz.
→ Dient als Ansatzstelle für Sehnen und Bänder.
MMag. Gabriela Hanus Bio-Challenge „Knochen und Gelenke“ Seite 1
Kompakta (Außenschicht/ Knochenrinde):
Die aus dichtem, sehr hartem Knochengewebe aufgebaute Knochenrinde ist bei Röhrenknochen sehr dick. In dieser
Schicht verlaufen in kleinen Kanälen Nervenfasern und Blutgefäße, die der Nährstoff- und Sauerstoffversorgung dienen.
Knochenmarkhöhle:
Dieser Hohlraum im Schaft eines Röhrenknochens ist mit einer dünnen Haut, dem Endost, ausgekleidet und ebenso, wie
die Hohlräume der Spongiosa, mit Knochenmark gefüllt. Bei Kindern ist das Knochenmark in allen Knochentypen rot und
für die Bildung von Blutzellen zuständig. Bei Erwachsenen sind nur noch platte und kurze Knochen und die Epiphysen der
Röhrenknochen mit rotem, blutbildendem Knochenmark gefüllt. Die Markhöhlen der Röhrenknochen enthalten gelbes,
inaktives Knochenmark (Fettmark), welches keine Blutzellen mehr bilden kann. Weiters befindet sich darin auch noch ein
weit verzweigtes Netz aus Blutgefäßen, dieses versorgt den Knochen von innen her.
Gelenkfläche
Epiphyse
Spongiosa
Metaphyse
Epiphysenfuge
Rotes Knochenmark
Endost
Kompakta
Markhöhle
Diaphyse Gelbes Knochenmark
Periost
Blutgefäße
Metaphyse
Epiphyse
Gelenkfläche
Abb. 2: Innere Struktur eines Knochens
• Ossifikation (Knochenbildung)
Daran sind drei verschiedene Arten von Knochenzellen beteiligt:
Osteoblasten (knochenbildend), Osteozyten (reife Knochenzellen), Osteoklasten (knochenabbauend)
Osteoblasten sind relativ kleine, spezialisierte Knochenzellen, die im Periost gebildet werden und von dort in den Knochen
bzw. in die Epiphysenfuge einwandern. Sie bilden Kollagen (ein Strukturprotein) und scheiden Calciumphosphate und
Calciumkarbonate aus. Diese kristallisieren aufgrund ihrer schlechten Löslichkeit entlang der Kollagenfasern und mauern
damit die Osteoblasten ein. Somit sind die Osteoblasten so gut wie von ihrer Umgebung abgeschnitten und verlieren ihre
Fähigkeit zur Zellteilung. In diesem Stadium werden sie als Osteozyten bezeichnet, ein Knochengerüst hat sich gebildet.
Die Osteozyten verhärten nach und nach immer mehr und bilden die sehr belastbare Knochenmatrix.
Dieser Prozess der Ossifikation dauert sehr lange, oft jahrelang. Daher besitzen Kinder ein viel weicheres, biegsameres
Skelett als Erwachsene.
Der harmonische Ablauf der Knochenentwicklung wird von einer Reihe von Hormonen gesteuert. Insbesondere sind dies
Somatotropin (ein Hypophysenhormon), Geschlechtshormone und Schilddrüsenhormone.
Beim Menschen sind die Wachstumsvorgänge bei Frauen mit 18-20 Jahren, bei Männern mit 20-22 Jahren abgeschlossen.
Gegenspieler der Osteoblasen und Osteozyten sind die Osteoklasten. Diese besondere Art von Leukozyten (weiße
Blutkörperchen) löst Knochenmaterial enzymatisch auf, was in Umbauphasen des Skeletts (z.B. Wachstumsphasen,
Heilungsphasen, Vergrößerung der Markhöhle beim Dickenwachstum eines Röhrenknochens) notwendig ist.
MMag. Gabriela Hanus Bio-Challenge „Knochen und Gelenke“ Seite 2
Dabei bilden sich im Knochen feine Kanälchen, sogenannte Lakunen, in die die Osteoblasten einwandern. Auf diese Weise
wird der Startschuss zur Bildung von neuem Knochenmaterial geben.
Grundsätzlich besteht nach der Wachstumsphase zwischen Knochenabbau und Aufbau ein dynamisches Gleichgewicht,
wodurch sich das Skelett veränderten Anforderungen anpassen oder auch Knochenminerale zur Verfügung stellen kann
(z.B. bei einer Schwangerschaft).
Abb. 3: Osteozyten, Osteoklasten und Osteoblasten
• Knochentypen
Die über 200 Knochen des Menschen können je nach Form in verschiedene Typen unterteilt werden:
Röhrenknochen (= lange Knochen):
Diese bestehen aus einem langen, hohlen Schaft (Diaphyse), im Inneren befindet sich die Markhöhle mit dem
Knochenmark. Die beiden Enden (Epiphysen) sind verdickt, deren Inneres weist einen aufgelockerten Bau (Spongiosa) auf.
Sie besitzen eine sehr kompakte und dicke Knochenrinde (Kompakta).
Beispiele: Viele Knochen der Extremitäten (Oberschenkelknochen, Oberarmknochen, etc.)
Kurze Knochen:
Meist würfel- oder quaderförmig, ihre Außenschicht ist dünner als die bei Röhrenknochen und geht ohne scharfe Grenze in
die schwammartige Innenschicht über.
Beispiele: Hand- und Fußwurzelknochen
Platte Knochen:
Zwischen zwei festen Außenschichten befindet sich eine schmale spongiöse Innenschicht. Ihr Inneres ist sowohl bei
Kindern als auch bei Erwachsenen mit rotem blutbildendem Knochenmark gefüllt.
Beispiele: Schädelknochen, Brustbein, Rippen, Schulterblätter, Darmbeinschaufeln (diesen kommt die Hauptaufgabe der
Blutbildung zu)
Sesambeine:
Diese kleinen, in Muskelsehnen eingebetteten Knochen, finden sich gerne dort, wo Sehnen besonderen Belastungen
ausgesetzt sind. Sie verändern den Sehnenverlauf und erhöhen somit die Muskelwirkung. Die Anzahl der Sesambeine
kann beim Menschen variieren, das größte Paar von ihnen ist jedoch immer vorhanden: die beiden Kniescheiben, welche
in die Sehnen der vierköpfigen Oberschenkelmuskeln eingebettet sind.
Weitere Beispiele: Erbsenbein (Handwurzelknochen), Fabella (Knochen im Bereich des Kniegelenks), Knochen im
Vorderfußbereich
Irreguläre (unregelmäßige) Knochen:
Darunter versteht man Knochen, die in kein Schema passen.
Beispiele: Wirbelknochen, einige Gesichtsknochen
MMag. Gabriela Hanus Bio-Challenge „Knochen und Gelenke“ Seite 3
Abb. 4: Knochentypen
• Verletzungen/ Erkrankungen der Knochen
Frakturen (Brüche):
Man unterscheidet zwischen offenen und geschlossenen Frakturen.
Im Falle einer offenen Fraktur ist die Haut im Frakturbereich verletzt, bei geschlossenen Frakturen bleibt die Haut
unverletzt.
Bei einer weiteren Unterteilungsmöglichkeit unterscheidet man zwischen vollständiger (durchgebrochener Knochen) und
unvollständiger (angebrochener Knochen) Fraktur. Die Therapiemaßnahmen sind je nach Art des Bruches unterschiedlich.
Es gilt generell, die Fraktur wieder so einzurichten, dass die Knochen in die anatomisch richtige Lage gebracht werden.
Dies kann mit Hilfe von Schrauben, Nägeln, Metallplatten oder Drähten operativ erreicht werden. Bei ausgeprägten
Frakturdefekten kann eine Knochentransplantation erforderlich werden. Dafür entnimmt man Knochenspäne zum
Beispiel aus dem Beckenkamm und unterfüttert die Bruchstelle.
Die schnellste Art der Heilung eines Bruches ist nur bei absoluter Ruhigstellung und guter Durchblutung gegeben. Sind
diese Voraussetzungen nicht erfüllt (häufig), so kommt es durch Entzündungsreaktionen zu einer so genannten
Kallusbildung. Dabei handelt es sich um eine knorpelige Struktur über der Fraktur, die die Bruchstelle nach und nach
„verklebt“ und sich über viele Monate hinweg in Knochen umwandelt (Ossifikation).
Abb. 5: Vollständige Fraktur
Abb. 6: Unvollständige Fraktur
Osteoporose (Knochenschwund):
Bei dieser Erkrankung wird mehr Knochensubstanz ab- als aufgebaut. Dadurch wird die Knochensubstanz immer geringer,
die Anzahl der Knochenbälkchen schwindet, verbleibende Knochenbälkchen werden immer dünner. Das Skelett ist
dadurch weniger belastbar, es kommt leichter zu Frakturen. Harmlose Stürze können schwerwiegende Folgen nach sich
ziehen (z.B. Oberschenkelhalsbruch).
MMag. Gabriela Hanus Bio-Challenge „Knochen und Gelenke“ Seite 4
Aber auch allein nur durch das Tragen des Körpergewichts ist es möglich, dass Knochen zusammenbrechen. Lokal
begrenzte starke Rückenschmerzen, die durch Schädigung von Wirbelknochen auftreten können, sind die Folge.
Mehrheitlich sind von dieser Krankheit Frauen betroffen (24% der über 50-jährigen Frauen, 13% der über 50-jährigen
Männer; Stand: Deutschland, 2013). Dies erklärt sich durch die geringere Östrogenkonzentration nach der hormonellen
Umstellung der Wechseljahre. Weitere Auslöser sind Bewegungsmangel (Bewegung regt den Knochenstoffwechsel an),
Diabetes mellitus, Schilddrüsenüberfunktion oder Mangelernährung.
Abb. 7: Fortschreitende Osteoporose
Knochen und Gelenke 2- Bau und Funktion von Gelenken
• Gelenk = Verbindungsstelle zwischen zwei oder mehreren Knochen
• Einteilung nach Beweglichkeit
a. Freie / Echte Gelenke: besitzen einen mit Gelenkschmiere gefüllten Gelenkspalt (z.B. Kniegelenk), sie sind beweglich
b. Fugen / Unechte Gelenke: ohne Gelenkspalt, die Knochen sind durch Knorpel- oder straffes Bindegewebe
verbunden, Ziel ist ein möglichst unverrückbarer Zusammenhalt (z.B. Übergang Rippen-Brustbein, Schädelknochen)
• Gelenkaufbau
Gelenkflächen:
Spiegelglatte, von Knorpel überzogene Epiphysenaußenflächen, vermindern die Reibung auf ein Mindestmaß.
Gelenkhöhle:
Diese ist von der Gelenkflüssigkeit („Gelenkschmiere“) ausgefüllt, ein Teil der Gelenkhöhle ist der Gelenkspalt. Er
befindet sich zwischen gelenkbildenden Knochenflächen, der Gelenkpfanne und dem Gelenkkopf. Die
Gelenkflüssigkeit (= Synovia) ist klar, fadenziehend, eiweiß- und schleimhaltig; sie schmiert (wie ein Getriebeöl) die
Gelenkflächen und ernährt den gefäßlosen Knorpel. Ihre Bildung hängt stark mit Bewegung zusammen, daher sollte
auch bei degenerativen Gelenkveränderungen (Arthrose) das Gelenk bewegt werden. Sie wird von der gut
durchbluteten inneren Schicht der Gelenkkapsel produziert.
Gelenkkapsel:
Hülle aus straffem Bindegewebe um den Gelenkraum, schützt Gelenke vor dem Auskugeln (Luxation), schließt die
Gelenkhöhle nach außen ab, zweischichtig: außen kollagene Fasern, innen elastische Fasern mit Nerven und
Blutgefäßen, dieser Teil sondert die Gelenkflüssigkeit ab. Oft sind in der Gelenkkapsel Bänder (Verstärkungsstränge)
eingeflochten, diese verbinden die beiden gegenüberstehenden Epiphysen und wirken stabilisierend.
Faserknorpel:
In einigen Gelenken wird der Gelenkspalt durch Faserknorpel entweder vollständig (Diskus, z.B. bei Kiefergelenk,
Brustbein-Schlüsselbein-Gelenk) oder unvollständig (Meniskus, z.B. bei Kniegelenk) unterteilt. Beide
Zwischenknorpel schonen den Gelenkknorpel, indem sie den Druck gleichmäßig verteilen und
Krümmungsungleichheiten zwischen den Gelenkflächen ausgleichen.
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Bänder:
An vielen Körperstellen sind Knochen untereinander zum Zweck einer besseren Stabilität direkt durch
sehnenähnliche Bindegewebszüge verknüpft. Die Anhaftungsstellen müssen hohen mechanischen Belastungen
standhalten. An derartigen Stellen bildet der Knochen spezielle Oberflächenstrukturen aus, zum Beispiel
Knochenleisten, Knochenvorsprünge, Aufrauungen oder spitze Ausläufer.
Streckmuskel
Sehnenansatz
Gelenkkopf
Gelenkhöhle Sehne
Gelenkspalt
Gelenkknorpel
Schleimbeutel
Gelenkkapsel
mit Gelenkschmiere Band
Gelenkpfanne
Sehne Sehnenansatz
Sehnenansatz
Abb. 8: Anatomie eines Scharniergelenks
Schleimbeutel:
In der Nähe von Gelenken, meist bei druckbelasteten Stellen, findet man vielfach Schleimbeutel. Dabei handelt es
sich um mit Gelenkschmiere gefüllte Gewebsspaltenräume, die, mit kleinen Wasserkissen vergleichbar,
Druckwirkungen auffangen und als Puffer für Bewegungen dienen.
Sehnen:
Verbinden Knochen mit Muskeln und ermöglichen dadurch Bewegungen. Sehnen setzen an den äußeren
Knochenschichten, an speziellen, komplex aufgebauten bindegewebigen Sehnenansatzstellen (= Enthesen) an, von
wo aus sie zu den Muskeln führen. Sehnen bestehen aus nicht dehnbarem, parallelfaserigem Bindegewebe. Die
einzelnen Fasern sind dicht miteinander verknüpft, wodurch Sehnen eine sehr feste Struktur aufweisen. Besonders
an Abbiegestellen und Gelenken laufen sie durch bindegewebige, flüssigkeitsgefüllte Schläuche (= Sehnenscheiden).
Dadurch wird ein reibungsloses Gleiten der Sehnen ermöglicht. Übergroße Beanspruchung kann zu einer
Sehnenscheidenentzündung führen.
• Spezialfall Kniegelenk
Größtes Gelenk und gleichzeitig am stärksten belastet (Mensch), beteiligte Knochen: Oberschenkelknochen (Femur)
und Schienbein (Tibia), Kniescheibe (Patella), wegen enger Bandführung nur Beuge- und Streckbewegungen
möglich.
Menisken:
Dabei handelt es sich um zwei keilartige, bewegliche Knorpelscheiben. Der mit der Gelenkkapsel verwachsene
Innenmeniskus hat ein halbmondförmiges Aussehen, der Außenmeniskus ist von beinahe ringförmiger Gestalt. Beide
werden vorne durch ein Querband zusammengehalten. Sie dienen dem Ausgleich von strukturbedingten
Knochenunebenheiten und der besseren Verteilung der Druckkräfte. Wird das Knie gebeugt, so gleiten die Menisken
nach hinten, bei einer Streckung gelangen sie wieder nach vorne.
Kreuzbänder:
Diese stellen eine Besonderheit des Kniegelenks dar. Sie liegen innerhalb des Gelenks und sind an den Gelenkflächen
von Oberschenkelknochen und Schienbein angewachsen. Dabei handelt es sich um zwei starke, sich überkreuzende
Bänder (vorderes und hinteres Kreuzband). Ihre Aufgabe besteht darin, die Verschiebung der beiden Gelenkteile nach
hinten oder vorne, besonders bei Beugebewegungen, zu verhindern.
MMag. Gabriela Hanus Bio-Challenge „Knochen und Gelenke“ Seite 6
Seitenbänder:
Man unterscheidet inneres (Innenband) und äußeres (Außenband) Seitenband. Ihre Aufgabe ist die Verstärkung der
Gelenkkapsel und die Stabilisation des Kniegelenks bei seitlich einwirkenden Kräften. Ist das Bein gestreckt, so liegen
die Seitenbänder gestrafft vor und verhindern damit eine Überdehnung. In Beugestellung erschlaffen die
Seitenbänder, der Unterschenkel lässt sich dabei leicht nach außen und innen drehen. Bei einem Seitenbandriss
kommt es zu seitlicher Instabilität, das Kniegelenk lässt sich nach innen bzw. nach außen aufklappen.
Kniescheibe:
Diese liegt eingelagert in der Sehne (Patellasehne) des vierköpfigen Oberschenkelmuskels (Musculus quadrizeps
femoris), welche das Kniegelenk überzieht und am Schienbein ansetzt. Sie ist am Kniegelenk beteiligt und besitzt
eine knorpelige Rückseite zum besseren Gleiten. Die Kniescheibe hält die Patellasehne vom Kniegelenk weg, sie
verhindert dadurch Reibung und verbessert den Zugwinkel für die Sehne.
Hoffa Fettkörper:
Dieser befindet sich genau unterhalb der Kniescheibe, hinter der Patellasehne. Durch seine Verformbarkeit passt er
sich der Stellung des Kniegelenks an und dient als Platzhalter, um Kniescheibe und Patellasehne bei Bewegungen
genau in Position zu halten. Da er sehr viele Schmerzrezeptoren besitzt, ist er, häufiger als gedacht, Ursache von
Knieschmerzen.
Schleimbeutel: mehrere, vor und unterhalb des Knies
Abb. 9: Anatomie des Kniegelenks
• Gelenkformen
Die Beweglichkeit des Gelenks wird, entscheidend von der Gestalt, der sich gegenüberstehenden Gelenkflächen,
bestimmt. Die Bewegungsmöglichkeiten eines Gelenks heißen auch Freiheitsgrade. Man unterscheidet sechs
verschiedene Grundformen:
Scharniergelenk:
Eine nach außen gewölbte (konvexe) Gelenkfläche wird von einer nach innen gewölbten (konkaven) Gelenkfläche
schalenförmig umgriffen. Dabei wird eine einzige Bewegung (ein Freiheitsgrad) in zwei Richtungen ermöglicht
(Vergleich: Öffnen einer Türe).
Beispiele: Zwischen Finger- und Zehengliedern, Ellenbogen, Kniegelenk
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Zapfen- und Radgelenk:
Auch hier stehen sich eine konkave und konvexe Gelenkfläche gegenüber, sie weisen ebenso nur einen Freiheitsgrad
auf. Beim Zapfengelenk dreht sich die konvexe Gelenkfläche innerhalb eines Bandes, das die konkave Gelenkfläche
zu einem Ring ergänzt. Beispiel: Radio-Ulnar-Gelenk (Verbindung zwischen Elle und Speiche am Ellenbogen). Beim
Radgelenk bewegt sich die konkave Gelenkfläche um die konvexe.
Beispiel: Gelenk zwischen 1. und 2. Halswirbel (Atlas und Axis).
Gleitgelenk: Bei dieser Gelenkform sind die Gleitformen im Allgemeinen sehr flach. Gleitgelenke ermöglichen in
geringem Maße eine Gleitbewegung nach vorne, hinten ebenso seitlich und lassen eine geringe Rotation zu. Jedoch
erlauben sie keine Beuge- bzw. Streckbewegungen. Diese Gelenkform weist zwei Freiheitsgrade auf.
Beispiele: zwischen Hand- und Fußwurzelknochen, Zwischenwirbelgelenke
Eigelenk: Ellipsenförmige konvexe und konkave Gelenkflächen stehen einander gegenüber. Eigelenke erlauben
sowohl Beuge- und Streckbewegungen als auch seitliche Bewegungen. Sie besitzen also zwei Freiheitsgrade.
Beispiel: Handgelenk
Sattelgelenk: Bei dieser Gelenkform hat eine Gelenkfläche die Form eines Sattels, während die andere der Form
eines Reiters auf einem Sattel ähnelt. Auch dieses Gelenk ermöglicht eine seitliche Bewegung und eine Vorwärts-
Rückwärts-Bewegung, somit hat das Gelenk zwei Freiheitsgrade.
Beispiel: Daumenwurzelgelenk
Kugelgelenk: Dieses Gelenk bietet die meisten Bewegungsmöglichkeiten. Es besitzt einen kugeligen Gelenkkopf,
welcher in einer kugelförmig ausgehöhlten Gelenkpfanne sitzt. Dadurch sind Bewegungen in allen drei
Freiheitsgraden möglich, wenngleich auch nicht alle Kugelgelenke in gleicher Weise beweglich sind.
Beispiele: Schultergelenk (größte Beweglichkeit), Hüftgelenk, Finger- und Zehengrundgelenke (außer Daumen und
große Zehe)
Kugelgelenk
Radgelenk
Scharniergelenk
Eigelenk
Gleitgelenk
Sattelgelenk
Abb. 10: Gelenkformen
MMag. Gabriela Hanus Bio-Challenge „Knochen und Gelenke“ Seite 8
• Erkrankungen/ Verletzungen der Gelenke
Arthritis: entzündliche Gelenkerkrankung, Schädigung des Gelenkknorpels, Knochenschwund, Verformung des
Gelenkkörpers; Auslöser: Bakterien, Rheuma; Schmerzen auch in Ruhestellung
Arthrose: Verschleißprozess (Abnutzung) des Gelenks, Schmerzen bei Belastung, kann von Arthritis begleitet werden
Distorsion (Verstauchung): Überdehnung der Gelenkkapsel, begleitet von Bänderzerrung. Besonders häufig beim
Umknicken des Fußes nach innen (Außenbandzerrung des Sprunggelenkes)
Luxation (Verrenkung): Vollständige Auskugelung eines Gelenks, begleitet von Gelenkkapselriss. Besonders häufig
beim Schultergelenk, da Gelenkpfanne relativ flach ist.
Therapie: schnellstmögliche Wiedereinrenkung durch Arzt oder Operation
Abb. 11: Schulterluxation, links ausgerenkt, rechts wiedereingerenkt
Knochen und Gelenke 3- Präparation eines Hühnerbeines
Das Kniegelenk eines Huhns ist dem eines Menschen sehr ähnlich. Allerdings gibt es große Unterschiede beim
Knochenbau. Während die Knochen des Menschen mit Knochenmark und Schwammgewebe gefüllt sind, sind
einige Vogelknochen innen mit Luft gefüllt. Daraus ergibt sich eine deutliche Gewichtsreduktion, die dem
Vogel, neben vielen anderen Anpassungen, das Fliegen ermöglicht.
Oberschenkelknochen
Kniescheibe
Unterschenkelknochen
Wadenbein
Knöchel
Zehenknochen I-IV
Laufknochen
Mittelfußknochen
Abb. 12: Skelett eines Hühnerbeins
MMag. Gabriela Hanus Bio-Challenge „Knochen und Gelenke“ Seite 9
Wichtige Informationen
Achte während der Präparation darauf, dass du nicht mit den Händen an den Mund oder an die Augen
kommst.
Wasch dir nach dem Sezieren gründlich die Hände.
Lege alle herauspräparierten Teile auf das Sammelblatt ins entsprechende Feld.
Schneide die Teile jedoch erst dann heraus, nachdem du alles gesehen und alle Versuche durchgeführt hast.
Bei manchen Präparationsschritten findest du fett gedruckt, begleitend zum Präparationsstatus,
verschiedene Aufgaben.
Verschaffe dir zunächst einen Überblick, indem du Oberschenkel, Unterschenkel, Kniegelenk und
Fußgelenk identifizierst.
Abb. 13: Überblick Hühnerbein
Entferne die Haut, indem du diese hochziehst und die Innenseite mit dem Skalpell vorsichtig vom Muskel
trennst. Achte darauf, die darunterliegende Muskulatur nicht zu verletzen. Beim Abtrennen ist das zarte
Bindegewebe, welches die Haut beweglich mit dem Muskelgewebe verbindet, gut zu sehen.
Abb.14, 15: Abpräparieren der Haut
MMag. Gabriela Hanus Bio-Challenge „Knochen und Gelenke“ Seite 10 Lege zunächst einen gut zugänglichen Muskel des Unterschenkels frei, indem du mit dem Skalpell
unmittelbar neben den Sehnen schneidest. Schneide dabei zügig und nicht zu tief. Du erhältst einen
Muskel, umgeben von einer dünnen Bindegewebshülle (Muskelhaut = Faszie), der mit Sehnen am Knochen
fixiert ist.
Abb.16, 17: Freilegen der Muskulatur
Gehe mit den restlichen Unterschenkelmuskeln genauso vor. Am einfachsten ist es, die zwischen den
Muskeln gelegenen feinen Häute aus Bindegewebe zu durchtrennen. Je tiefer du kommst, umso leichter
lassen sich die einzelnen Muskeln einfach abziehen.
Nachdem du den Unterschenkelknochen freigelegt hast, lege deine voneinander getrennten Muskeln auf.
Überprüfe die Dehnbarkeit einer Sehne!
Abb. 18, 19: Herausgelöste Muskeln
MMag. Gabriela Hanus Bio-Challenge „Knochen und Gelenke“ Seite 11 Präpariere nun das Kniegelenk frei, indem du Muskeln und Sehnen vorsichtig wegpräparierst.
Schneide diese am Knochen entlang weg. Am einfachsten gelingt dies, wenn du Muskelteile mit der
Pinzette wegziehst und parallel dazu mit dem Skalpell abtrennst (ev. Partnerarbeit).
Achte dabei darauf, dass du das darunterliegende Gelenk mit der Patellasehne (verläuft längs auf der
Vorderseite des Knies) und die Seitenbänder (auf linker und rechter Knieseite) nicht beschädigst.
Bewege das Kniegelenk und ermittle, in welche Richtungen sich dieses bewegen lässt!
Bezeichne den Gelenktyp und gib die Anzahl der Freiheitsgrade an.
Benenne alle zum Vorschein kommenden Knochen.
Abb. 20, 21: Freigelegte Knochen
Schneide die Patellasehne vorsichtig durch und klappe sie nach oben. Darunter kommt ein verformbarer
Fettkörper zum Vorschein. Schneide letztendlich die Patellasehne komplett ab. Die Seitenbänder sollten
dabei nicht beschädigt werden (siehe Abb. 24).
Ertaste die, in der Patellasehne eingelagerte, Kniescheibe.
Patellasehne
Abb. 22: Blick auf die Patellasehne, Abb. 23: Fettkörper Patellasehne Fettkörper
MMag. Gabriela Hanus Bio-Challenge „Knochen und Gelenke“ Seite 12 Öffne nun die Gelenkkapsel durch einen Schnitt mit dem Skalpell und entferne sie soweit als möglich
(nicht die Seitenbänder durchtrennen). Du solltest nun auf die Knochen blicken können, welche das Gelenk
bilden.
Zeige an den Knochen bzw. am Gelenk folgende Abschnitte: Diaphyse, Epiphyse, Metaphyse,
Gelenkkopf, Gelenkpfanne, Gelenkspalt, Gelenkknorpel
Beobachte, wie sich die Position der Seitenbänder beim Strecken und Beugen des Gelenks
verändert.
Überprüfe bei beiden Zuständen, inwiefern das Schienbein nach außen bzw. innen (leicht) bewegt
werden kann.
Seitenband
Abb. 24: Gelenkkapsel mit Seitenband
Durchtrenne schließlich vorsichtig nacheinander die beiden Seitenbänder. Führe unbedingt gleichzeitig
untenstehenden Versuch durch!
Überprüfe die Stabilität des Kniegelenks durch seitliches Bewegen, zuerst bei einem durchtrennten
Seitenband und dann, wenn du beide durchtrennt hast.
Suche Kreuzbänder und Menisken.
Gelenkknorpel
Kreuzband
Gelenkspalt
Meniskus
Abb. 25: Blick ins Innere des Gelenks
MMag. Gabriela Hanus Bio-Challenge „Knochen und Gelenke“ Seite 13 Durchschneide zum Abschluss die im Inneren überkreuzt angeordneten Kreuzbänder. Zuerst eines, dann
das zweite.
Teste, wie sich dies auf die Stabilität des Kniegelenks auswirkt. Dabei sollte der so genannte
Schubladeneffekt auftreten, bei welchem sich die Knochen nach vorne bzw. hinten schieben lassen.
Kreuzband
Meniskus
Abb. 26: Durchschneiden des Kreuzbands
⑪ Entferne im Anschluss einen oder beide Menisken, möglichst im Ganzen.
Meniskus
Abb. 27, 28: Menisken
Menisken
MMag. Gabriela Hanus Bio-Challenge „Knochen und Gelenke“ Seite 14SAMMELBLATT
Haut Muskel Sehne
Muskelhaut Blutgefäß Bindegewebe
Gelenkknorpel Patellasehne/ Kniescheibe Fettkörper im Kniegelenk
Seitenband Kreuzband Meniskus
MMag. Gabriela Hanus Bio-Challenge „Knochen und Gelenke“ Seite 15Knochen und Gelenke 4- Abbildungsnachweis Auf eine Quellenangabe direkt unter den Abbildungen wurde aus Platzgründen verzichtet. Abbildung 1: https://de.m.wikipedia.org/wiki/Datei:EpiMetaDiaphyse.jpg Abbildung 2: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:603_Anatomy_of_Long_Bone.jpg Abbildung 3: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:607_Periosteum_and_Endosteum.jpg Abbildung 4: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Blausen_0229_ClassificationofBones.png Abbildung 5: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fracture_both_bones_of_the_left_arm.jpg Abbildung 6: https://de.wikipedia.org/wiki/Gr%C3%BCnholzfraktur#/media/Datei:Gruenholzfraktur_-_Unterarmfraktur.jpg Abbildung 7: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Osteoporosis_--_Smart-Servier.jpg Abbildung 8: https://de.m.wikipedia.org/wiki/Datei:Joint.svg Abbildung 9: https://de.m.wikipedia.org/wiki/Datei:Knee_diagram-de.svg Abbildung 10: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:909_Types_of_Synovial_Joints.jpg Abbildung 11: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lightbulb_sign_-_posterior_shoulder_dislocation_-_Roe_vor_und_nach_Reposition_001.jpg Abbildung 12: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bird_leg_and_pelvic_girdle_skeleton_EN.gif Abbildung 13: Verfasserin Abbildung 14: Verfasserin Abbildung 15: Verfasserin Abbildung 16: Verfasserin Abbildung 17: Verfasserin Abbildung 18: Verfasserin Abbildung 19: Verfasserin Abbildung20: Verfasserin Abbildung 21: Verfasserin Abbildung22: Verfasserin Abbildung 23: Verfasserin Abbildung 24: Verfasserin Abbildung 25: Verfasserin Abbildung 26: Verfasserin Abbildung 27: Verfasserin Abbildung 28: Verfasserin MMag. Gabriela Hanus Bio-Challenge „Knochen und Gelenke“ Seite 16
Biologie-Challenge
Gelenke und Knochen 5- Lernfragen
1. Bau und Funktion von Knochen
a) Zählen Sie die chemischen Bestandteile eines Knochens auf und ordnen sie diese anteilsmäßig in aufsteigender
Reihenfolge.
b) Fertigen Sie eine beschriftete Skizze eines Röhrenknochens an, welcher man sowohl die inneren Strukturen als
auch die verschiedenen Abschnitte entnehmen kann.
c) Vergleichen Sie einen Röhrenknochen im Kindesalter mit jenem eines Erwachsenen.
d) Nennen Sie die Aufgaben des Periosts.
e) Stellen Sie die funktionellen Aspekte von Osteoblasten, Osteozyten und Osteoklasten einander gegenüber.
f) Charakterisieren Sie die verschiedenen Knochentypen, nenne Sie je ein Beispiel.
g) Erklären Sie den Begriff „Kallus“.
h) Begründen Sie, warum das Lebenszeitrisiko für einen Oberschenkelhalsbruch bei Frauen circa 20% und bei
Männern nur circa 10% beträgt.
2. Bau und Funktion von Gelenken
a) Skizzieren Sie ein beschriftetes Scharniergelenk.
b) Beschreiben Sie Bau und Funktionen der Bestanteile eines Gelenks.
c) Erläutern Sie die Aufgaben von Kreuz- und Seitenbändern beim Kniegelenk.
d) Definieren Sie den Begriff „Sesambein“.
e) Stellen Sie die diversen Gelenkformen vor, nennen Sie je ein Beispiel. Ordnen Sie die einzelnen Gelenkformen
nach ihren Freiheitsgraden.
f) Vergleichen Sie die beiden Verletzungsarten Luxation und Distorsion.
3. Präparation eines Hühnerbeins
a) Benennen Sie alle Knochen des Hühnerbeins.
b) Fügen Sie dem Gelenk eine Verletzung zu, so dass ein seitliches Ausbrechen des Unterschenkelknochens nach
innen bemerkbar ist.
c) Veranschaulichen Sie anhand des Skeletts, was man unter dem Schubladeneffekt versteht.
d) Zeigen Sie Patellasehne, Kreuzbänder und Seitenbänder, erklären Sie deren Funktionen.
e) Finden Sie die Menisken, erschließen Sie anhand deren Lage die Funktionen.
f) Finden Sie die Kniescheibe.
MMag. Gabriela Hanus Bio-Challenge „Knochen und Gelenke“ Seite 17Sie können auch lesen
