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B978-3-437-26803-8.00006-3

10.1016/B978-3-437-26803-8.00006-3

978-3-437-26803-8

Abb. 6.1

Links und rechts oben Aufbau eines RöhrenknochensRöhrenknochen:Aufbau. Rechts unten Anordnung der Knochenbälkchen in Richtung der Hauptbelastungsachsen (hier am Hüftkopf).

Abb. 6.2

Aufbau eines LamellenknochensLamellenknochen:Aufbau. Außen liegt die in zylinderförmigen Osteonen angeordnete Kortikalis, innen die schwammartige Spongiosa. Blutgefäße durchstoßen in radiär verlaufenden Volkmann-Kanälen den Knochen und treffen auf die Havers-Kanäle, in denen sich die Blutgefäße weiter verzweigen, um das Gewebe zu versorgen.

Abb. 6.3

[M375]

Lichtmikroskopisches Bild der KortikalisKortikalis:Lamellenknochen eines Lamellenknochens mit mehreren quer geschnittenen Osteonen. Der zentrale Havers-Kanal ist von Osteon-Lamellen kreis- bzw. röhrenförmig umgeben.

Abb. 6.4

KnochenmasseKnochenmasse:Alter in Abhängigkeit vom Alter. Frauen verlieren v. a. in den Wechseljahren deutlich schneller an Knochenmasse als Männer.

Abb. 6.5

[E437]

Links gesunder, rechts osteoporotischer Knochen:osteoporotischerKnochen:gesunderKnochen mit zu wenigen und zu schmalen Knochenbälkchen.

Abb. 6.6

EpiphysenfugeEpiphysenfugeAblauf der chondralen OssifikationOssifikation:chondrale.

Abb. 6.7

[M500]

Röntgenaufnahme des Kniegelenk:EpiphysenfugenKniegelenks eines Vierjährigen mit deutlich sichtbaren Epiphysenfugen (Pfeilspitzen) und Epiphysenkernen von Oberschenkelknochen und Schienbein. Der Epiphysenkern des Wadenbeins fehlt noch.

Abb. 6.8

FrakturenFraktur:Einteilungskriterien. Einteilungskriterien sind u. a. der Verlauf der Frakturlinie (z. B. Querfraktur, links, und Schrägfraktur) oder die Zahl der Knochenbruchstücke (z. B. einfache, Stück-, Trümmerfraktur).

Abb. 6.9

[Foto: M375]

Längsschnitt durch eine DiarthroseDiarthrose:Längsschnitt, oben Schemazeichnung, unten lichtmikroskopisches Bild.

Abb. 6.10

Verschiedene GelenkformenGelenkformenGelenkformen.

Abb. 6.11

Die Beziehung zwischen AgonistAgonist:und Antagonist, Beziehung und Antagonist am Beispiel des Zusammenspiels von Beuger (M. biceps brachii) und Strecker (M. triceps brachii) am Ellbogengelenk.

Abb. 6.12

a–d: Skelettmuskel:Ansicht in VergrößerungSkelettmuskel in einer stufenweise stärkeren Vergrößerung von der makroskopischen Ansicht (a) bis hin zur nur noch elektronenmikroskopisch erfassbaren Elementarstruktur (d).

Abb. 6.13

Sarkomer und Myofilamente. Bei der Muskelkontraktion verkürzt sich das Sarkomer durch Ineinandergleiten der Aktin- und Myosinfilamente.

Abb. 6.14

Der Mechanismus der Muskelkontraktion:MechanismusMuskelkontraktion nach dem Modell des QuerbrückenzyklusQuerbrückenzyklus. Bei wiederholten Zyklen bewegt sich das Kopfteil des Myosinfilaments unter Adenosintriphosphat (ATP)ATP-Verbrauch wie das Ruder eines Bootes.

Abb. 6.15

Superposition (Überlagerung) von Einzelzuckungen und tetanische Kontraktion beim Skelettmuskel:SuperpositionSkelettmuskel.

Abb. 6.16

Skelettmuskel:MuskeltonusSkelettmuskel in Ruhe, bei isometrischer Kontraktion (links) und bei isotonischer Kontraktion (rechts). Die Federn spiegeln den Muskeltonus wider. Er bleibt bei einer rein isotonischen Kontraktion konstant.

Abb. 6.17

Organdurchblutung:Ruhe/ArbeitOrgandurchblutung in Ruhe und bei schwerer körperlicher Arbeit.

Abb. 6.18

HerzfrequenzHerzfrequenz:Arbeit und O2-Aufnahme bei nicht-ermüdender Arbeit (links) und bei Arbeit oberhalb der Dauerleistungsgrenze (rechts).

Knochen, Gelenke und Muskeln

Lernzielübersicht

Die Knochen und das Skelettsystem

  • Skelettsystem und Skelettmuskeln bilden den Bewegungsapparat.

  • Die Knochen sind nur oberflächennah sehr dicht. Im Innern bestehen sie aus Knochenbälkchen, zwischen denen sich das Knochenmark befindet. Diese Leichtbauweise spart Gewicht und ist gleichzeitig stabil.

  • Osteoblasten sind Zellen, die Knochen aufbauen; Osteoklasten bauen ihn ab. Knochen wird ständig umgebaut und ist sehr regenerationsfähig.

  • Die meisten Knochen werden zunächst als Knorpel„modell“ angelegt, welches dann verknöchert.

  • Sehnen und Bänder verbinden die Knochen mit Muskeln bzw. untereinander.

Die Gelenke

  • Gelenke verbinden Knochen miteinander.

  • Freie Gelenke mit Bewegungsmöglichkeiten in 1–3 Ebenen (Freiheitsgraden) nennt man Diarthrosen; unbewegliche Gelenke heißen Synarthrosen.

  • Diarthrosen sind von einer Gelenkkapsel eingehüllt. Die Gelenkoberflächen sind von glattem Knorpel bedeckt, die Gelenkhöhle ist mit Synovia ausgefüllt.

  • Disken und Menisken schonen den Gelenkknorpel, Bänder stabilisieren ein Gelenk.

Die Muskulatur

  • Die quergestreifte Skelettmuskulatur ermöglicht durch ihre Kontraktionsfähigkeit willkürliche Bewegungen und die aufrechte Körperhaltung und ist beteiligt an Wärmeproduktion und Energieumsatz.

  • Aktin- und Myosinfilamente bilden den eigentlichen kontraktilen Apparat der Muskeln.

  • Herzmuskelgewebe ist quergestreift, aber nicht willentlich zu beeinflussen.

  • Das glatte Muskelgewebe bildet den „Bewegungsapparat“ der inneren Hohlorgane (z. B. Magen, Darm und Blase).

Der Organismus bei körperlicher Arbeit

  • Körperliche Arbeit beansprucht nicht nur die Skelettmuskulatur, sondern auch Herz-Kreislauf- und Atmungssystem.

  • Arbeiten über der Dauerleistungsgrenze müssen schließlich wegen Erschöpfung abgebrochen werden.

Die Knochen und das Skelettsystem

Knochen- und Knorpelgewebe bilden ein stabiles Gerüst, das die äußere Gestalt beeinflusst und im Zusammenspiel mit den Muskeln die Bewegung einzelner Körperteile erlaubt. Dieses Gerüst ist das SkelettsystemSkelettsystem. Skelettsystem und (Skelett-)Muskulatur werden als BewegungsapparatBewegungsapparat zusammengefasst.
Das Skelett schützt außerdem innere Organe vor Verletzungen und speichert MineralspeicherMineralien, insbesondere Kalzium und Phosphat. Schließlich bietet das Skelettsystem im Inneren vieler Knochen die Produktionsstätte für die meisten Blutzellen (Hämatopoese 12.1.3).

Die Knochenformen

Die über 200 KnochenformenKnochen des Menschen werden meist nach ihrer Form eingeteilt. Folgende Knochenformen werden differenziert:
Die Röhrenknochen oder langen RöhrenknochenKnochen, etwa der Oberarmknochen, bestehen aus einem langen, röhrenförmigen Schaft mit zwei verdickten Enden. Während sie außen aus einer sehr dichten KortikalisKortikalisKnochenschicht (Kortikalis) bestehen, haben sie innen meist eine aufgelockerte Struktur (Spongiosa) und enthalten dort SpongiosaSpongiosaKnochenmark (6.1.2).
Kurze Knochen sind meist würfel- oder quaderförmig, beispielsweise die Handwurzelknochen. Die Außenschicht eines kurzen Knochens ist dünner als bei einem Röhrenknochen und geht ohne scharfe Grenze in die schwammartige (spongiöse) Innenschicht über.
Flache, kompakte Knochen bezeichnet man als platte Knochen. Zwischen zwei festen Außenschichten befindet sich eine schmale spongiöse Innenschicht. Beispiele sind die Schädelknochen, das Brustbein, die Rippen, die Schulterblätter und die Darmbeinschaufeln.
Neben diesen Knochenformen gibt es noch unregelmäßig geformte, in kein Schema passende Knochen, die üblicherweise als irreguläre Knochen bezeichnet werden. Zu ihnen zählen viele Knochen des Gesichtsschädels.
Sesambeine sind kleine, in Muskelsehnen eingebettete Knochen. Sie finden sich bevorzugt dort, wo Sehnen besonderen Belastungen ausgesetzt sind, z. B. im Handgelenk. Ihre Zahl variiert, die Kniescheiben als größte SesambeinSesambeine sind jedoch immer vorhanden.
Durchtrittstellen von Leitungsbahnen
Viele Knochen haben spezielle Ausformungen, um Leitungsbahnen hindurchzulassen:
  • Ein Loch oder Foramen(-ina)Foramen ist eine Öffnung, durch die Blutgefäße, Nerven, Bänder oder, z. B. im Falle des großen Hinterhauptloches (Abb. 7.6), das Rückenmark hindurchziehen

  • Andere Knochen besitzen eine Grube (Fossa(-ae)Fossa), Rinne (Sulcus) oder einen Einschnitt (Incisura(-ae)Incisura), in der Muskeln, Sehnen oder andere Strukturen versenkt verlaufen

  • Durch einen längeren Gang (MeatusMeatus) im Inneren eines Knochens verlaufen z. B. die Ohrtrompete (Abb. 10.14), Nerven oder Gefäße.

Pneumatisierte (luftgefüllte) Hohlräume
Pneumatisierte HohlräumeUm Gewicht zu reduzieren, enthalten einige Schädelknochen luftgefüllte, mit Schleimhaut ausgekleidete Hohlräume, z. B. die Nasennebenhöhlen (Abb. 16.3). Hierzu gehören Stirn-, Sieb- und Keilbein sowie Oberkiefer.

Der Aufbau eines Knochens

Die äußere Struktur
KnochenaufbauDen Schaftanteil eines Röhrenknochens nennt man DiaphyseDiaphyseDiaphyse, seine beiden Enden EpiphyseEpiphyseheißen Epiphyse, der Abschnitt zwischen Epi- und Diaphyse Metaphyse (Abb. 6.1)MetaphyseMetaphyseMetaphyse. Von der Metaphyse geht im Kindes- und Jugendalter das Längenwachstum aus (6.1.3). Die beiden Epiphysen sind von einer dünnen Schicht aus hyalinem Knorpel bedeckt, der in Gelenken die Reibung herabsetzt (6.2.2).
Das Periost
Außerhalb der Gelenkflächen ist der Knochen von Periost (KnochenhautKnochenhaut) umgeben. Das dicke, gelbliche PeriostPeriost liegt dem Knochen fest an.
In der Wachstumsphase setzt sich das Periost aus drei Schichten zusammen: der äußeren, gefäßreichen Adventitia des Periosts, der mittleren Faserschicht des Periosts aus Kollagen und elastischen Fasern sowie der inneren Keimschicht des Periosts mit Knochenstammzellen. Beim Erwachsenen ist das Periost dünner und die Schichten sind schlecht abgrenzbar. Auch hier enthält es aber Knochenstammzellen, Gefäße zur Versorgung des Knochens sowie Nerven (das Periost ist schmerzempfindlich).
Neben der Schutz- und Ernährungsfunktion für den Knochen dient das Periost auch dem Ansatz von Sehnen und Bändern, mit denen es sich reißfest verbindet.
Die Kortikalis, Kompakta und Spongiosa
Bei den meisten größeren Knochen ist nur die Außenschicht, die Kortikalis (KnochenrindeKnochenrinde), aus dichtem Knochengewebe aufgebaut. Bei den Röhrenknochen ist die Kortikalis der Diaphyse sehr dicht und relativ breit und heißt dort KompaktaKompakta.
Der wesentlich größere Anteil im Inneren des Knochens besteht aus zarten Knochenbälkchen, der Spongiosa (SchwammknochenSchwammknochen).
Dicke der Kortikalis und Anordnung der Knochenbälkchen richten sich nach funktionellen Anforderungen.

Merke

Für das menschliche Skelett ist seine Leichtbauweise kennzeichnend: Nur die besonders belasteten äußeren Knochenteile bestehen aus dichtem Knochengewebe. Im Innern des Knochens sind Knochenbälkchen in Richtung des größten Drucks und Zugs ausgerichtet, die mechanisch wenig belasteten Stellen dazwischen bleiben hohl (trajektorielle Bauweise). So wird mit einem Minimum an Material ein Maximum an Stabilität erreicht und enorm Gewicht eingespart: Durchschnittlich beträgt das Skelettgewicht nur etwa 10 % des Körpergewichts!

Ein Mehr würde den Organismus nur belasten, denn die zusätzliche Knochenmasse müsste nicht nur ernährt werden, sondern würde auch eine noch stärker ausgebildete Skelettmuskulatur erfordern – die Bewegungen würden kraftaufwendiger und schwerfälliger.

Das Knochenmark
Die Hohlräume zwischen den Knochenbälkchen (Knochenmarkhöhle, MarkhöhleMarkhöhle) werden von Knochenmark ausgefüllt.
Blutbildendes rotes KnochenmarkKnochenmarkKnochenmark findet sich beim Erwachsenen in den meisten kurzen, platten oder irregulären Knochen, außerdem in den Epiphysen der Röhrenknochen von Oberarm und Oberschenkel (Abb. 12.4). Die Markhöhlen der übrigen Knochen sind nur beim Kind mit rotem Mark gefüllt, das nach und nach in fetthaltiges gelbes Knochenmark:gelbesKnochenmark (FettmarkFettmark) umgewandelt wird.
Die Ernährung des Knochens
Der Knochen:ErnährungKnochen wird auf zwei Wegen mit Blut und so mit Nährstoffen versorgt: Einerseits sprossen aus dem Periost winzige Blutgefäße in den Knochen ein und versorgen ihn von außen. Andererseits durchbohren größere Arterien die Kortikalis, ziehen zum Markraum und verzweigen sich dort zu einem Gefäßnetz, das den Knochen von innen versorgt. Im Inneren der Kompakta ziehen die kleinen Gefäße in den längs verlaufenden Havers-KanäleHavers-Kanälen. Die Querverbindungen zwischen den Havers-Kanälen heißen Volkmann-Kanäle (Abb. 6.2). Sie verbinden auch die beiden Versorgungssysteme untereinander.
Der Feinbau: Geflecht- und Lamellenknochen
Man unterscheidet den grobfaserigen Geflecht- und den feinfaserigen Lamellenknochen.
Geflechtknochen Geflechtknochenbesteht aus einem dreidimensionalen Geflecht von KnochenbälkchenKnochenbälkchenKnochenbälkchen (Trabekel:KnochenTrabekel:KnochenTrabekel) mit untergeordneten Kollagenfasern und Knochenzellen. Neugeborene haben überwiegend Geflechtknochen, der allmählich zum stärker differenzierten und stabileren LamellenknochenLamellenknochenLamellenknochen umgebaut wird. Bei Erwachsenen kommt Geflechtknochen nur an wenigen Stellen vor (z. B. den Schädelnähten), außerdem immer bei der Knochenbruchheilung.
Im Lamellenknochen bilden die kollagenen Fasern der Knochengrundmasse feine, dünne Plättchen, die Lamellen, die Bruchteile von Millimetern dick sind (Abb. 6.2, Abb. 6.3).
  • Etwa 30 Osteo-Lamellendünne Osteon-Lamellen (Spezial-Lamellen) ordnen sich jeweils röhrenförmig um einen Havers-Kanal mit dem sie ernährenden kleinen Gefäß. So entsteht eine Vielzahl feiner Säulen, die Havers-Säulen oder OsteoneOsteoneOsteone. Sie bilden die Baueinheit des Knochens. Osteone sind jeweils 0,1 bis 0,4 mm dick und wenige Millimeter bis Zentimeter lang. Sie verlaufen vorwiegend in Längsrichtung und bestimmen so die Biegefestigkeit des Knochens

  • Schalt-Lamellen Schall-Lamellenfüllen die Lücken zwischen den Osteonen

  • Große General-General-LamellenLamellen umgeben zirkulär den Röhrenknochen und begrenzen ihn zum Periost und nach innen.

Die Knochenmatrix und Knochenzellen
Matrix:KnochenDas Knochengewebe gehört zu den Binde- und Stützgeweben (5.3). Entsprechend findet man neben (Knochen-)Zellen viel Interzellulärsubstanz, die KnochengrundsubstanzKnochengrundsubstanz (KnochenmatrixKnochenmatrix). Die Knochenmatrix enthält Kollagenfasern und – als Besonderheit – in großer Menge Mineralien, die zu ihrer „Verkalkung“ und Festigkeit führen.
Es gibt drei verschiedene Arten von Knochenzellen:
OsteoblastenOsteoblastenDie Osteoblasten sind für den Aufbau der Knochengrundsubstanz zuständig. Sie bilden zunächst eine organische Grundsubstanz, die vornehmlich aus Kollagen und Glykoproteinen besteht und als OsteoidOsteoid bezeichnet wird. Auch an der nachfolgenden Mineralisation oder „Verkalkung“ der Grundsubstanz sind die Osteoblasten beteiligt, indem sie anorganische Kalziumphosphate und Kalziumkarbonate in den interstitiellen Raum ausscheiden. Da diese Salze schlecht löslich sind, kristallisieren sie entlang den Kollagenfasern aus und mauern so die Osteoblasten ein. Von der Umgebung weitgehend abgeschnitten, verlieren sie ihre Fähigkeit zur Zellteilung und heißen dann OsteozytenOsteozyten. Über lange, dünne Fortsätze bleiben die Osteozyten miteinander in Verbindung. Schließlich verhärtet sich das Gewebe und bildet die bekannte, extrem belastbare Knochenstruktur.
Gegenspieler sind die mehrkernigen OsteoklastenOsteoklasten, die sich aus Blutstammzellen im Knochenmark entwickeln. Sie können Knochen wieder auflösen, was in Umbauphasen wie im Wachstum oder nach Knochenbrüchen notwendig ist.

Merke

Zeitlebens wird Knochengewebe in einem dynamischen Gleichgewicht neu gebildet und abgebaut und werden ständig Knochenminerale in die Blutbahn abgegeben und von dort wieder aufgenommen. Dadurch kann sich der Knochen veränderten Anforderungen anpassen oder während einer Schwangerschaft Knochenminerale zur Verfügung stellen. Mitentscheidend für diesen Umbau sind die auf den Knochen einwirkenden mechanischen Belastungen: Belastung fördert die Osteoblastentätigkeit und damit Knochenaufbau und -mineralisation.

Die Knochenmasse
KnochenmasseBei Kindern, Jugendlichen und jungen Erwachsenen nimmt die Knochenmasse kontinuierlich zu. Nach Erreichen der maximalen Knochenmasse (peak bone Peak Bone Massmass) mit etwa 30 Jahren nimmt die Knochenmasse wieder ab, zunächst bei Männern und Frauen gleich schnell, ab den Wechseljahren bei Frauen stärker als bei Männern (Abb. 6.4).
Die Osteoporose
Die Osteoporose ist eine generalisierte Knochenerkrankung mit verminderter Knochenmasse und veränderter Knochenmikroarchitektur (Abb. 6.5): Der Knochen wird brüchig, oft sintern Wirbelkörper zusammen (die Betroffenen werden mehrere Zentimeter kleiner und bekommen einen Rundrücken), und nicht selten führen „banale“ Verletzungen zu Knochenbrüchen. Betroffen sind vor allem ältere Frauen, wobei dem Östrogenmangel nach den Wechseljahren eine bedeutende Rolle zugeschrieben wird.
Wichtiges Hilfsmittel in der Diagnostik ist die KnochendichtemessungKnochendichtemessung, bei der der für die Knochenstabilität bedeutsame Mineralgehalt des Knochens mit radiologischen Verfahren bestimmt wird. Die Knochenarchitektur kann bislang nicht gemessen werden.
Behandelt wird die OsteoporoseOsteoporoseOsteoporose derzeit vor allem mit Kalzium, Vitamin D und Bisphosphonaten (z. B. Fosamax®). Die normale Knochendichte und -struktur kann aber nicht wiederhergestellt werden.

Prävention

Je höher die maximale Knochenmasse ist und je langsamer der Knochen in der zweiten Lebenshälfte abgebaut wird, desto länger dauert es, bis die Knochendichte eine „kritische“ Grenze unterschreitet.

Entsprechend sollten alle und nicht nur ältere oder bereits erkrankte Menschen zu einer „knochengesunden“ Lebensweise beraten werden:

  • Genügend körperliche Bewegung, möglichst im Freien wegen der besseren Vitamin-D-Bildung

  • Ausreichende Kalziumzufuhr, aber auch ausreichende Versorgung mit anderen Mineralstoffen und Vitaminen

  • Möglichst kein Untergewicht

  • Rauchverzicht

Das Frakturrisiko wird außerdem von Faktoren wie Muskelkraft und Koordination beeinflusst. Insbesondere ältere Menschen werden daher Sturzprophylaxezusätzlich zur Sturzprophylaxe beraten (22.5.2).

Die Knochenentwicklung

KnochenentwicklungDer Vorgang der Knochenbildung heißt Ossifikation Ossifikation(VerknöcherungVerknöcherung). In einem ersten Entwicklungsschritt bilden sich an den Stellen der späteren Knochen zusammenhängende Stränge aus embryonalem Bindegewebe. Von diesem Stadium aus gibt es zwei Möglichkeiten: die direkte Verknöcherung (desmale Ossifikation) und die Verknöcherung über knorpelige Zwischenstufen (chondrale Ossifikation). In beiden Fällen entsteht zunächst Geflechtknochen, der dann zu Lamellenknochen umgebaut wird.
Die desmale Ossifikation
Die Knochen des Schädeldaches, die meisten Gesichtsknochen und das Schlüsselbein verknöchern direkt durch Ossifikation:desmaleDesmale Ossifikationdesmale Ossifikation. Osteoblasten häufen sich im embryonalen Bindegewebe an und bilden Knochengrundsubstanz, die dann vor und nach der Geburt in Form der Knochenbälkchen (Trabekel) verkalkt. Über desmale Ossifikation gebildete Knochen werden auch als Bindegewebsknochen bezeichnet.
Die chondrale Ossifikation
Die meisten Knochen des Körpers entwickeln sich jedoch über einen Umweg:Ossifikation:chondrale
  • Zunächst entstehen aus den embryonalen Bindegewebssträngen Stäbe aus glasartigem hyalinem Knorpel (5.3.6)

  • In einem zweiten Schritt wird der Knorpel Stück für Stück durch Knochengewebe ersetzt (Chondrale Ossifikationchondrale Ossifikation Abb. 6.6).

Daher heißen die so gebildeten Knochen auch ErsatzknochenErsatzknochen.
Bei dieser Verknöcherung der knorpeligen Zwischenstufe unterscheidet man zwei Formen, die parallel zueinander stattfinden:
  • Die Enchondrale Ossifikationenchondrale OssifikationOssifikation:enchondrale im Knorpelinneren. Blutgefäße dringen in den Knorpelstab ein. Im Innern des Knorpelstabes entsteht ein primärer Knochenkerne, primäre/sekundäreKnochenkern, der durch schichtweise Auflösung von Knorpel und Anlagerung von Knochen allmählich größer wird. Überwiegend erst nach der Geburt entstehen so auf vergleichbare Weise sekundäre Knochenkerne in den Knorpelenden (Epiphysen)

  • Die vom Perichondrium ausgehende Perichondrale OssifikationOssifikation:perichondraleperichondrale Ossifikation. Hierbei bildet sich innen am Perichondrium eine Hülle aus Osteoblasten, die eine dünne, strohhalmartige Knochenmanschette erzeugen.

Die perichondrale Knochenmanschette verschmilzt mit den aus dem Knocheninneren herauswachsenden primären und sekundären Knochenkernen. Durch weiteren Umbau entwickelt sich dann oberflächennah die dichte Kortikalis und im Inneren größerer Knochen die Spongiosa (6.1.2).
Die Epiphysenfugen
Wenn sich die sekundären Knochenkerne ausgebildet haben, ist das Knorpelgewebe der Epiphyse mit zwei Ausnahmen vollständig durch Knochen ersetzt: Auf der Gelenkfläche der Epiphyse verbleibt der hyaline Knorpel als hoch belastbarer Gelenkknorpel und in Richtung Diaphyse die knorpelige Epiphysenfuge (Längenwachstumszone, Wachstumsplatte).
Von der Epiphysenfuge geht das weitere Längenwachstum des Röhrenknochens aus, bis sie zur EpiphysenlinieEpiphysenlinie verknöchert („sich verschließt“) und somit das Skelettwachstum abgeschlossen ist.
Das Skelettalter
SkelettalterBeim Neugeborenen bestehen unter anderem die Epiphysen, die Hand- und Fußwurzel aus Knorpel. Auftreten und Wachstum von Knochenkernen und Schluss der Epiphysenfugen sind von Knochen zu Knochen unterschiedlich und folgen einem festen Muster (Abb. 6.7), sodass Atlanten mit typischen „Knochenbildern“ für Jungen bzw. Mädchen bestimmten Alters erstellt wurden.

Pädiatrie

Durch Vergleich meist einer Röntgenaufnahme der linken Hand mit Standardbildern kann z. B. bei Verdacht auf Wachstumsstörungen das Knochen- oder Skelettalter eines Kindes bestimmt werden. Es weicht normalerweise nicht mehr als ein Jahr vom Lebensalter ab.

Knochenwachstum und Wachstumshormon

KnochenwachstumDie Wachstumsgeschwindigkeit des Knochens wird vor allem durch das Wachstumshormon bestimmt (11.2.2). Solange Wachstumshormon ausgeschüttet wird, bilden sich auf der zur Epiphyse zeigenden Grenzfläche der Epiphysenfuge neue Knorpelzellen. Diese werden auf der zur Diaphyse zeigenden Grenzfläche der Fuge durch Knochenzellen ersetzt. So bleibt die Dicke der Epiphysenfuge ziemlich konstant, während der knöcherne Anteil auf der Diaphysenseite wächst.
Zu Beginn der Pubertät kommt es durch das Zusammenwirken von Wachstumshormon mit den Sexualhormonen Östrogen und Testosteron zum pubertären Wachstumsschub (21.3.1). Gegen Ende der Pubertät werden durch die Sexualhormone und das Absinken des Wachstumshormonspiegels die epiphysären Knorpelzellen zunehmend inaktiv.
Schließlich hören sie auf, sich zu teilen, die knorpelige Epiphysenfuge wird knöchern durchbaut, und das Längenwachstum des entsprechenden Knochens ist unwiderruflich beendet.

Der Mineralhaushalt des Knochens

Mineralstoffe:KnochenKnochen:MineralhaushaltDer ständige Auf- und Abbau von Knochengewebe muss auch nach dem Abschluss des Knochenwachstums fein reguliert werden, damit es nicht zu Funktionsstörungen kommt. Für ein gesundes Knochengewebe sind vor allem folgende Substanzen verantwortlich:
  • Als Grundvoraussetzung muss die Nahrung ständig ausreichend KalziumKalzium und PhosphatPhosphate enthalten – sie verleihen der Knochenmatrix Festigkeit. Zu wenig Kalzium in der Nahrung begünstigt eine Osteoporose. Vor allem in Schwangerschaft, Stillperiode und Alter sollte auf eine ausreichende Kalziumzufuhr, z. B. durch reichlich Milchprodukte, geachtet werden (18.8.3). Ein Mangel an Phosphat dagegen ist selten

  • Vitamin-D-HormonVitamin-D-Hormon (KalzitriolKalzitriol 11.5) entsteht aus Vitamin DVitamin-D-Vorstufen, welche unter UV-Bestrahlung in der Haut gebildet und mit der Nahrung aufgenommen werden. Unser Körper braucht Vitamin D unter anderem für die Aufnahme von Kalzium aus dem Darm

  • Die Regulation des Kalziumhaushalts übernehmen die Hormone ParathormonParathormon und KalzitoninKalzitonin unter Mitwirkung des Vitamin-D-Hormons (Details 11.5)

  • Auch die Sexualhormone ÖstrogeneÖstrogen (bei der Frau, 19.2.5) und TestosteronTestosteronTestosteron (beim Mann, 19.1.3) unterstützen beim Erwachsenen den Knochenerhalt

  • Schließlich sind auch die Vitamin AVitamine A, Vitamin B12B12 und Vitamin CC (17.9.8) für die Regulation der Osteoblasten- und Osteoklastentätigkeit und die Aufrechterhaltung der Knochengrundsubstanz von Bedeutung.

Die Sehnen und Bänder

SehnenÜber bindegewebige, derbe Sehnen Tendines((Tendines, Sing. Tendo) sind die Muskeln an die Knochen angeheftet. An vielen Körperstellen sind auch Knochen untereinander zur besseren Stabilität direkt durch sehnenähnliche derbe Bindegewebszüge verknüpft – die Bänder Bänder(Ligamenta, Sing. Ligamentum(-a)Ligamentum).
Wo Sehnen in unmittelbarer Knochennähe verlaufen oder umgelenkt werden, sind sie nicht selten von SehnenscheidenSehnenscheiden (Vaginae tendinum, Sing. Vagina tendinis) umhüllt, etwa die langen Sehnen an Händen und Füßen. Diese doppelwandigen, ähnlich wie eine Gelenkkapsel aufgebauten Röhren führen die Sehnen und vermindern durch geringste Flüssigkeitsmengen zwischen den beiden „Wänden“ die Reibung bei Bewegungen.

Medizin

Bei Überlastung können sich die Sehnenscheiden entzünden. Diese SehnenscheidenentzündungSehnenscheidenentzündung (TendovaginitisTendovaginitis) zeigt sich durch starke Schmerzen bei Bewegung.

Die Oberflächenstrukturen von Knochen
Die Anhaftungsstellen von Sehnen und Bändern an der Knochenoberfläche müssen hohen mechanischen Belastungen standhalten. An solchen KnochenanhaftungsstellenKnochenanhaftungsstellen bildet der Knochen speziell ausgeformte Oberflächenstrukturen, z. B.:
  • KnochenleistenKnochenleisten (Crista(-ae)Cristae, z. B. die Crista iliaca des Hüftknochens Abb. 7.36)

  • (Gelenk-)Knorren (CondylusCondylus) mit Fortsätzen darauf (Obergelenkknorren, EpicondylusEpicondylus), die Muskeln als Ursprung dienen, z. B. beim Oberarmknochen (Abb. 7.25)

  • Aufrauungen zum Ansatz von Bändern oder Sehnen (TuberositasTuberositas)

  • Schmale spitze Ausläufer (Dornfortsätze der Wirbelkörper Abb. 7.11).

Die Knochenbrüche

Bei einem KnochenbruchKnochenbruch (einer Fraktur) Frakturist die Kontinuität des Knochens unterbrochen – mindestens zwei Knochenbruchstücke werden durch einen Frakturspalt voneinander getrennt (Abb. 6.8).
Traumatisch bedingte Knochenbrüche sind Folge starker äußerer Kräfte, z. B. eines Autounfalls; bei pathologischen Knochenbrüchen bricht ein z. B. durch Tumor oder Osteoporose:FrakturenOsteoporose vorgeschädigter Knochen (fast) ohne Gewalteinwirkung. Ist die Haut über der Bruchstelle intakt, handelt es sich um eine geschlossene Fraktur. Bei einer gleichzeitigen Haut- und Weichteilverletzung im Frakturbereich spricht der Mediziner von einer offenen Fraktur. Es besteht das Risiko einer (bakteriellen) Ostitis Ostitisund Osteomyelitis, Osteomyelitiseiner bedrohlichen Infektion von Knochen und Knochenmark.
Ziel jeder Knochenbruchbehandlung ist der stabile Wiederaufbau des Knochens über den Frakturspalt hinweg. Je nach Lokalisation und Art des Knochenbruchs wird entweder konservativ (in der Regel durch Eingipsen oder Kunststoffverband) oder operativ behandelt (Osteosynthese mit operativem Zusammenfügen von Knochenstücken, z. B. mittels Schrauben oder OsteosyntheseMetallplatten).

Pflege

Instabile und noch nicht versorgte Frakturen sind sehr schmerzempfindlich. Die betroffene Extremität wird in einer Schiene ruhiggestellt. Notwendige Umlagerungen werden zur Verhinderung von Schmerzen, Gefäß- und Nervenschäden auf ein Minimum beschränkt und erfolgen behutsam, ggf. nach vorheriger Schmerzmittelgabe.

Die Frakturheilung
FrakturheilungWerden die Knochenbruchstücke durch Osteosynthese unter Druck genau passend aufeinandergepresst, so erfolgt der Durchbau direkt (primäre Frakturheilung).
Liegen jedoch die Knochenbruchstücke nicht genau aneinander oder ist der Bruch nicht absolut ruhiggestellt, entsteht an den Bruchenden zunächst ein knorpelartiger Kallus, der die Bruchstelle nach und nach verlötet. Er wird sekundär über viele Monate wie bei der chondralen Ossifikation (6.1.3) in Knochen umgewandelt (sekundäre Frakturheilung).
Die kindlichen Knochenbrüche
Generell heilen Knochenbrüche bei Kindern schneller als bei Erwachsenen. Darüber hinaus gibt es zwei Besonderheiten:
  • Zum einen sind insbesondere am Unterarm GrünholzfrakturenGrünholzfrakturen nicht selten, bei der Knochen und Periost auf einer Seite intakt bleiben

  • Zum anderen kann bei kindlichen Frakturen die Epiphysenfuge geschädigt werden. Wachstumsstörungen sind die mögliche Folge. Nach bestimmten Frakturen sind deshalb spätere Kontrollen anzuraten.

Die Gelenke

Die Gelenkarten

Körperbewegungen finden nicht an den Knochen selbst, sondern an den Verbindungsstellen zwischen den Knochen statt – den Gelenken.Gelenke
Bei den meisten Gelenken besteht zwischen den gelenkbildenden Knochen eine „richtige Lücke“ (Gelenkspalt). Diese Gelenke heißen DiarthroseDiarthrosen, echte oder freie Gelenke und sind überwiegend gut beweglich. Sehr straffe Diarthrosen mit geringer Beweglichkeit nennt man AmphiarthroseAmphiarthrosen (straffe Gelenke). Zu ihnen gehört das Sakroiliakalgelenk zwischen Darmbein und Kreuzbein (Abb. 7.35).
Es gibt aber auch unbewegliche Gelenke ohne Gelenkspalt. SynarthroseSolche Synarthrosen (Fugen, Haften) sollen Knochen möglichst unverrückbar zusammenhalten.
  • SyndesmoseSyndesmosen (BandhaftenBandhaften) sind durch straffes kollagenes Bindegewebe fest überbrückt (z. B. die Membrana interossea 7.7.3)

  • SynchondroseSynchondrosen (KnorpelhaftenKnorpelhaften) sind knorpelige Verbindungen wie z. B. an der Symphyse (Schambeinfuge 7.6.1) oder zwischen Rippen und Brustbein

  • SynostoseSynostosen (KnochenhaftenKnochenhaften) entstehen, wenn das Bindegewebe zwischen zwei Knochen im Laufe der Entwicklung durch Knochen ersetzt wird, z. B. bei der Verknöcherung des Kreuzbeins aus fünf Wirbelsegmenten (Abb. 7.12).

Der Aufbau der Diarthrosen

Die meist gute Beweglichkeit in Diarthrosen wird durch folgende Grundstrukturen ermöglicht (Abb. 6.9):
  • Die Gelenkflächen. Die gelenkbildenden Knochenenden werden von hyalinem GelenkknorpelGelenkknorpel überzogen, der die weißliche, spiegelglatte Gelenkfläche bildet

  • Die GelenkhöhleGelenkhöhle, die durch GelenkflüssigkeitGelenkflüssigkeit (Synovia) ausgefüllt wird. Als GelenkspaltGelenkspalt wird der zwischen den gelenkbildenden Knochenflächen befindliche Teil der Gelenkhöhle bezeichnet

  • GelenkkapselDie Gelenkkapsel als straffe Umhüllung des Gelenkraums. Sie besteht aus zwei Schichten: außen die Membrana Membrana:fibrosafibrosa aus kollagenem Fasermaterial, die durch ihren festen Halt vor Verrenkungen schützt. Innen die Membrana:synovialisMembrana synovialis (SynovialmembranSynovialmembran); sie beinhaltet elastische Fasern, Gefäße sowie Nerven und sondert die Synovia ab

  • SynoviaSynoviaDie Synovia, eine klare, fadenziehende, eiweiß-, fett- und muzinhaltige (muzin = Schleim) Flüssigkeit. Sie schmiert wie ein Getriebeöl die Gelenkflächen und ernährt außerdem den gefäßlosen Knorpel durch Diffusion (3.5.4). Ihre Bildung und ihr Eindringen in den Knorpel werden durch Bewegung des Gelenks gefördert.

In die Gelenkkapsel sind oft Bänder eingeflochten, derbe Verstärkungsstränge, welche die beiden gegenüberstehenden Knochen direkt verbinden und das Gelenk in ungünstigen Belastungssituationen stabilisieren (z. B. das Innen- und Außenband des oberen Sprunggelenks).

Medizin

Bei einer LuxationLuxation (VerrenkungVerrenkung, AuskugelungAuskugelung) verschieben sich die Gelenkflächen, sodass sie keinen Kontakt mehr zueinander haben. Begleitverletzungen z. B. von Gelenkkapsel oder Bändern sind häufig. Je beweglicher ein Gelenk ist, desto größer ist das Luxationsrisiko.

Die Schleimbeutel
Um Gewebeschäden durch Reibung bei Körperbewegungen zu verhindern, sind an vielen Stellen in der Nähe oder am Rand der Gelenkhöhle dünnwandige, mit Synovialmembran ausgekleidete Säcke ausgebildet, die SchleimbeutelSchleimbeutel (Bursae Bursa(-ae):synovialessynoviales). Sie verteilen an druckbelasteten Stellen den Druck gleichmäßiger, erleichtern das Aufeinandergleiten der beteiligten Strukturen und dienen als Puffer bei Bewegungen.
Die Disken und Menisken
In manchen Gelenkhöhlen liegt ein scheiben- oder ringförmiger Zwischenknorpel. Ein DiskusDiskus unterteilt den Gelenkspalt vollständig, Meniskusein Meniskus dagegen unvollständig. Disken und Menisken schonen den Gelenkknorpel, indem sie den Druck gleichmäßiger verteilen und Krümmungsungleichheiten zwischen den Gelenkflächen ausgleichen. Medizinisch bedeutsam sind insbesondere die Menisken des Knies (7.7.2).
Die Altersveränderungen der Gelenke
Im Alter wird der Gelenkknorpel dünner, weniger elastisch und vor allem an mechanisch besonders belasteten Stellen rau. Sehnen und Bänder verlieren im Alter an Dehnbarkeit und reißen leichter.Gelenke:Altersveränderungen

Geriatrie

Eine sehr häufige Gelenkerkrankung älterer Menschen Arthroseist die Arthrose. Altersveränderungen des Knorpelgewebes (5.3.6), gefördert durch starke Belastung (etwa bei Übergewicht), aber auch Bewegungsmangel, lassen den Gelenkknorpel rau und dünn werden und schließlich schwinden, sodass Knochen auf Knochen reibt. Zuerst schmerzen die Gelenke nur zu Bewegungsbeginn und nach längerer Belastung, in schweren Fällen lassen Knie- und Hüftgelenkarthrose (Gon- bzw. Coxarthrose) als häufigste Formen jeden Schritt zur Qual werden. Behandelt wird so lange wie möglich konservativ (Bewegung bei geringer Belastung, ggf. Medikamente). Bei starken Schmerzen und erheblicher Bewegungseinschränkung kann die Implantation einer Gelenkprothese (Endoprothese) unumgänglich sein.

Gelenkformen und -beweglichkeit

Auch Diarthrosen sind sehr unterschiedlich beweglich. Die Bewegungsmöglichkeiten eines Gelenks – man spricht von Gelenke:FreiheitsgradeFreiheitsgraden – werden dabei entscheidend von der Gestalt der gegenüberstehenden Gelenkflächen mitbestimmt. Es gibt sechs verschiedene Grundformen von Gelenken (Abb. 6.10):
Die Scharniergelenke
Wird eine nach außen gewölbte (konvexe) Gelenkfläche in Rollenform von einer nach innen gewölbten (konkaven) Gelenkfläche schalenförmig umgriffen, so sind Scharnierbewegungen möglich.
Ähnlich wie das Öffnen oder Schließen einer Tür Bewegung um eine Achse in zwei Richtungen ermöglicht, haben auch Scharniergelenke nur einen Freiheitsgrad.
ScharniergelenkScharniergelenke finden sich zwischen allen Finger- und Zehengliedern.
Die Zapfen- und Radgelenke
Auch bei Zapfen- und Radgelenken steht eine konvexe, zylindrisch geformte Gelenkfläche einer konkaven gegenüber.
Zapfen- und Radgelenke haben nur einen Freiheitsgrad:
  • Beim ZapfengelenkZapfengelenk dreht sich die konvexe Gelenkfläche innerhalb eines Bandes, das die konkave Gelenkfläche zum Ring ergänzt. Ein Beispiel hierfür ist das proximale Radio-Ulnar-Gelenk am Ellenbogen (Abb. 7.20)

  • Beim RadgelenkRadgelenk bewegt sich die konkave Gelenkfläche um die konvexe (z. B. das distale Radio-Ulnar-Gelenk Abb. 7.20).

Die planen Gelenke
Plane Gelenke:planeGelenke haben flache oder allenfalls leicht gewölbte Gelenkflächen. Sie erlauben Rotation sowie Gleitbewegungen, wobei für Letztere als Besonderheit keine einheitliche Bewegungsachse angegeben werden kann. Die Beweglichkeit wird aber in aller Regel durch kräftige Bänder ganz erheblich eingeschränkt. Plane Gelenke befinden sich beispielsweise in der Hand- und Fußwurzel, auch die Zwischenwirbelgelenke sind plane Gelenke.
Die Eigelenke
Beim EigelenkEigelenk (oder EllipsoidgelenkEllipsoidgelenk) stehen ellipsenförmige konvexe und konkave Gelenkflächen einander gegenüber. Eigelenke erlauben Bewegungen um zwei Achsen, nämlich die Beuge-Streck- und die Seit-zu-Seit-Bewegung (Abduktion bzw. Adduktion). Sie besitzen also zwei Freiheitsgrade.
Das proximale Handgelenk zwischen Speiche und Elle einerseits und Handwurzelknochen andererseits ist ein solches Eigelenk.
Die Sattelgelenke
Beim SattelgelenkSattelgelenk besitzt eine Gelenkfläche die Form eines Sattels, während die andere der Form eines Reiters auf seinem Sattel ähnelt.
Ein Sattelgelenk erlaubt die Seit-zu-Seit-Bewegung und die Vorwärts-rückwärts-Bewegung, hat also zwei Freiheitsgrade.
Beispiel für ein Sattelgelenk ist das Daumenwurzelgelenk.
Die Kugelgelenke
Die meisten Bewegungsmöglichkeiten bietet ein Kugelgelenk. Hier sitzt eine kugelige Gelenkfläche, der Gelenkkopf, in einer schüsselförmig ausgehöhlten Gelenkpfanne.
In KugelgelenkKugelgelenken, wie z. B. dem Schulter- oder Hüftgelenk, sind Bewegungen in allen drei Freiheitsgraden möglich (Abb. 6.10):
  • Beugung und Streckung (Flexion und Extension)

  • Seit-zu-Seit-Bewegung (Abduktion und Adduktion)

  • Drehung (Innen- und Außenrotation).

Pflege

Werden Gelenke längere Zeit wenig oder gar nicht bewegt (etwa bei Ruhigstellung, schmerzbedingter Schonhaltung oder Lähmung), droht die dauerhafte Verkürzung von Muskeln, Sehnen und Bändern mit der Folge einer bleibenden GelenkversteifungGelenkversteifung (KontrakturKontraktur). Einschätzung der Kontrakturgefährdung und KontrakturprophylaxeKontrakturenprophylaxe sind eine wesentliche Aufgabe der Pflege. Die Kontrakturenprophylaxe fußt vor allem auf regelmäßigem Lagerungswechsel sowie (passiven und aktiven) Bewegungsübungen.

Die Muskulatur

Wie in Kapitel 5 bereits erläutert, gibt es drei Grundtypen von MuskulaturMuskulaturMuskulatur:GewebetypenMuskelgewebe: die quergestreifte Muskulatur, das Herzmuskelgewebe und die glatte Muskulatur.

Die quergestreifte Muskulatur

Die aktive Bewegung des Körpers kommt durch den Wechsel zwischen Anspannung und Erschlaffung der quergestreiften Quergestreifte MuskulaturMuskulatur:quergestreifteMuskulatur (SkelettmuskulaturSkelettmuskulaturSkelettmuskulatur) zustande (Abb. 5.8).
Die Skelettmuskulatur (wie auch die glatte Muskulatur und die Herzmuskulatur) besteht aus hoch spezialisierten Zellen, die vier Grundeigenschaften aufweisen:
  • Sie sind erregbar, d. h., sie können auf Nervenreize reagieren

  • Sie sind kontraktil, d. h., sie können sich verkürzen

  • Sie sind dehnbar, d. h., sie lassen sich auseinanderziehen

  • Sie sind elastisch, d. h., sie kehren nach Dehnung oder Kontraktion in ihre ursprüngliche Ruhelage zurück.

Durch seine Fähigkeit zur Kontraktion:AufgabenKontraktion kann der Skelettmuskel mehrere wichtige Aufgaben erfüllen:
  • Die aktive Bewegung des Körpers. Sie ist sichtbar beim Laufen oder Rennen und bei lokalisierten Bewegungen wie z. B. dem Ergreifen eines Bleistifts

  • Die aufrechte Körperhaltung:aufrechteKörperhaltung. Infolge einer kontinuierlichen Stimulation von Muskelzellen durch das zentrale Nervensystem wird der Körper in sitzender oder stehender Position gehalten, ohne dass wir bewusst darauf achten

  • Wärmeproduktion:SkelettmuskulaturWärmeproduktion. Von der Energie, die zur Muskelarbeit eingesetzt wird (bereits in Ruhe entfallen 20–25 % des Energieumsatzes auf die Muskulatur), können nur 45 % für die Kontraktion selbst verwendet werden. Als „Abfallprodukt“ entsteht die Körperwärme. Wenn wir vor Kälte zittern, dient die Muskelkontraktion sogar ausschließlich der Wärmeproduktion. Insgesamt werden bis zu 85 % der KörperwärmeKörperwärme durch Muskeln erzeugt.

Die geschlechts- und altersbedingten Unterschiede
Männer haben wesentlich mehr (Skelett-)Muskelgewebe als Frauen. Dafür verantwortlich ist vor allem das Sexualhormon Testosteron (19.1.3), das stark muskelaufbauend wirkt. Noch stärker weicht die maximale Muskelkraft voneinander ab – Frauen vermögen durchschnittlich nur 65 % der Kraft des „Durchschnittsmannes“ zu entwickeln.
Ab etwa dem 30. Lebensjahr nimmt die Muskelmasse, AbnahmeMuskelmasse jährlich um ca. 0,5–1 % ab, die geschwundenen Muskeln werden in der Regel durch Fett ersetzt. Die Ursache ist noch nicht im Detail geklärt, sicher spielt aber auch der bei älteren Menschen häufige Bewegungsmangel eine Rolle.

Prävention

Durch Training kann auch im höheren Alter die Muskelmasse wieder zunehmen, zusätzlich wirkt sich das Training positiv auf Frakturrisiko und Herz-Kreislauf-System aus.

Die Mechanik der Skelettmuskulatur

Der Ansatz und Ursprung eines Skelettmuskels
Muskelkontraktionen erzeugen Bewegung durch die Ausübung von Zug auf die Sehnen, die wiederum die Zugkräfte auf die Knochen übertragen, an denen sie angeheftet sind. Als Skelettmuskulatur:MechanikMuskelursprungUrsprung des Muskels ist in der Regel der kranial (kopfwärts), bei Armen und Beinen der proximal (rumpfwärts) befestigte Teil definiert, als MuskelansatzAnsatz die kaudal bzw. distal davon liegende Befestigung. Die zwischen Ansatz und Ursprung liegende fleischige Portion des Muskels heißt MuskelbauchMuskelbauch.
Der Agonist und Antagonist
Für flüssige Bewegungen ist meist das Zusammenspiel gegensätzlich wirkender Muskeln erforderlich. Ein AgonistSkelettmuskulatur:Agonist/AntagonistAgonist (SpielerSpieler) führt eine bestimmte Bewegung aus, sein AntagonistAntagonist (GegenspielerGegenspieler) ist für die entgegengesetzte Bewegung verantwortlich (Abb. 6.11).
Je nach beabsichtigter Bewegungsrichtung wirkt ein und derselbe Muskel entweder als Agonist oder als Antagonist. Soll z. B. der Unterarm gebeugt werden, muss sich der M. biceps brachii zusammenziehen, er ist Agonist. Gleichzeitig muss sich sein Gegenspieler, der M. triceps brachii, entspannen. Er ist Antagonist. Soll der Ellbogen nun ausgestreckt werden, ist der M. triceps brachii der Agonist und der M. biceps brachii der (sich entspannende) Antagonist. Kontrahieren sich Agonist und Antagonist gleichzeitig mit gleicher Kraft, so entsteht keine Bewegung (Isometrische KontraktionIsometrische KontraktionKontraktion:isometrischeisometrische Kontraktion, 6.3.6).
Muskeln, die sich in ihrer Arbeit unterstützen, nennt man SynergistSynergisten. So unterstützt der M. brachialis (Abb. 7.25) die Arbeit des M. biceps brachii bei der Armbeugung.

Die Namensgebung der Skelettmuskeln

Die meisten der über 400 Skelettmuskeln werden nach einem oder mehreren der folgenden Kriterien benannt:
  • Dem Skelettmuskulatur:FaserverlaufFaserverlauf. Beispiele: Die Fasern des M. transversus abdominis verlaufen rechtwinklig (quer = transvers) zur Körpermittellinie. Die Fasern des M. obliquus externus abdominis liegen diagonal (schräg = obliquus) zur Mittellinie

  • Der Lage des Muskels. Der M. temporalis liegt nahe dem Os temporale (Schläfenbein). Der M. tibialis anterior verläuft am vorderen Anteil der Tibia (Schienbein)

  • Der Größe bzw. Länge des Muskels. Maximus bedeutet der größte, minimus der kleinste, longus der lange und brevis der kurze. Beispiele hierfür sind der M. glutaeus maximus, M. glutaeus minimus, M. fibularis longus sowie der M. fibularis brevis

  • Der Zahl der Ursprünge. Der M. biceps brachii besitzt zwei, der M. triceps brachii drei und der M. quadriceps femoris vier Ursprünge

  • Die Muskelform, z. B. beim M. deltoideus (bedeutet dreieckig), M. trapezius (bedeutet trapezförmig) oder M. serratus anterior (bedeutet sägezahnförmig)

  • Der Lokalisation von Ursprung (bzw. Ursprüngen) und Ansatz, z. B. entspringen der M. obturatorius externus und internus an der Membrana obturatoria.

Der Aufbau des Skelettmuskelgewebes

Der elementare Baustein des Skelettmuskulatur:AufbauSkelettmuskulatur:AufbauSkelettmuskelgewebes ist die quergestreifte Muskelfaser (Abb. 6.12). Sie ist eine riesige vielkernige Zelle, die bis zu 15 cm lang und ca. 0,1 mm dick werden kann und daher oft mit dem bloßen Auge zu erkennen ist.
Die Hüllstrukturen
Jede einzelne MuskelfaserMuskelfaserMuskelfaser ist von einem feinen Bindegewebsmantel umhüllt, dem EndomysiumEndomysium. Mehrere Muskelfasern sind durch stärkere Bindegewebssepten, das PerimysiumPerimysium, zu Muskelfaserbündeln zusammengefasst, und jeder anatomisch benannte Muskel (bestehend aus vielen Muskelfaserbündeln) besitzt eine äußere Bindegewebshülle, das EpimysiumEpimysium. Das Epimysium mit der weiter außen aufliegenden MuskelfaszieMuskelfaszie (Muskelhülle) hält den Muskel in seiner Form. Zusammen mit Ausläufern von Perimysien und Endomysien setzt sich die Muskelfaszie am Muskelende als Sehne (6.1.6) aus straffem kollagenem Bindegewebe fort. Teilweise werden mehrere Muskeln nochmals von einer Gruppenfaszie begrenzt, sodass MuskellogenMuskellogen entstehen können, etwa am Unterschenkel.
Die Nerven- und Blutversorgung
Der Skelettmuskulatur:Nerven- und BlutversorgungSkelettmuskel:VersorgungSkelettmuskel ist reich mit Nerven und Blutgefäßen versorgt. Im Allgemeinen begleiten eine Arterie und 1–2 Venen jeden Nerv, der durch das Bindegewebe in den Muskel eindringt. Die zuführenden Gefäße zweigen sich in ein Kapillarnetz auf, das im Endomysium verlaufend jede einzelne Muskelfaser umspinnt. Die rote Farbe verdankt der Muskel seinem Blutreichtum, aber auch dem roten Farbstoff MyoglobinMyoglobin, der ähnlich dem Hämoglobin (12.2.2) als Sauerstoffträger fungiert. Die Nerven teilen sich wie die Gefäße auf.
Der Aufbau der Muskelfasern
Wie jede Zelle ist auch die Muskelfaser von einer Zellmembran umgeben, die hier SarkolemmSarkolemm heißt. Sie bildet quere Einstülpungen, die Skelettmuskulatur:T-TubuliT-Tubuli (T-System, transversales System, T = transversal = quer).
Im Zytoplasma jeder Muskelfaser, Sarkoplasmadem Sarkoplasma, befinden sich neben vielen Zellkernen auch zahlreiche Mitochondrien. Ihre Zahl steht in direktem Verhältnis zum Energiebedarf des jeweiligen Muskels.
Charakteristisch für Muskelfasern und Grundlage ihrer Kontraktionsfähigkeit sind aber die Myofibrillenfadenförmigen Myofibrillen, welche die Faser parallel in Längsrichtung durchziehen und sich kontrahieren können. Jede Myofibrille ist von feinen, längs verlaufenden Röhrchensystemen umschlossen, den Skelettmuskulatur:L-TubuliL-Tubuli (L-System, longitudinales System, L = longitudinal = längs). Durch Verbindung mit quer dazu angeordneten Skelettmuskulatur:TerminalzisternenTerminalzisternen entsteht ein netzförmiges Bild (Abb. 6.12). Die Röhrchen sind eine Sonderform des glatten endoplasmatischen Retikulums und werden entsprechend als sarkoplasmatisches Sarkoplasmatisches RetikulumRetikulum bezeichnet. Sie dienen als Kalziumspeicher.
Das Sarkomer
Myofibrillen wiederum sind Bündel von MyofilamenteMyofilamenten. Durch deren regelmäßige Anordnung entsteht die Querstreifung der Skelettmuskulatur im mikroskopischen Bild. Diese Streifen spiegeln viele aneinandergereihte funktionelle Untereinheiten wider, die SarkomerSarkomere. Ihre Begrenzungen sind mikroskopisch erkennbar feine querverlaufende Linien, die sogenannten Skelettmuskulatur:Z-StreifenZ-Z-StreifenStreifen.
Im Sarkomer sind drei verschiedene Myofilamente ganz regelmäßig angeordnet:
  • Das dicke MyosinfilamentMyosinfilament ist aus golfschlägerähnlichen Untereinheiten geformt. Die Kopfteile der „Golfschläger“ ragen nach außen (Abb. 6.13, Abb. 6.14) und besitzen eine Bindungsstelle für den bei jeder Kontraktion benötigten „Energiespender“ ATP

  • Zwischen die Myosinfilamente ragen die dünnen AktinfilamentAktinfilamente. Sie berühren sich in der Mitte nicht

  • Durch das gesamte Sarkomer erstrecken sich die TitinfilamentTitinfilamente. Sie überspannen den Abstand zwischen Z-Streifen und Myosinfilamenten als elastische Federn und verlaufen dann steif gebunden an Myosin bis zur Sarkomermitte. So stabilisieren sie einerseits das Sarkomer und sind andererseits mitverantwortlich für die elastische Rückstellkraft (und damit die reversible Dehnbarkeit) des Muskels.

Begleitproteine stabilisieren und vernetzen die Filamente und regulieren die Kontraktion mit, z. B. TropomyosinTropomyosin und Troponin (TroponinTroponin als Herzinfarktmarker 14.7.3). DystrophinDystrophin verbindet das Aktin mit dem Sarkolemm.

Pädiatrie

Defekte von Muskelprotein, DefektMuskelproteinen sind Ursache der Muskeldystrophien, Muskeldystrophieeiner Gruppe von Erkrankungen mit fortschreitender Muskelschwäche. Die häufigsten Formen, die X-chromosomal vererbten Duchenne-MuskeldystrophieMuskeldystrophien Typ Duchenne und Typ Becker-Kiener-MuskeldystrophieBecker-Kiener, sind durch einen Dystrophindefekt bedingt und zeigen sich bereits im Kindes- oder Jugendalter, anfangs oft durch Gehprobleme. Die Behandlung ist rein symptomatisch.

Die Kontraktion des Skelettmuskels

Damit sich ein KontraktionSkelettmuskulatur:KontraktionMuskulatur:KontraktionSkelettmuskel kontrahiert, muss er von einer motorischen Nervenzelle einen Reiz erhalten. Dieses MotoneuroneMotoneuron (motorisches Neuron:motorischesNeuron) nähert sich mit seinem Axon (spezieller Ausläufer, 5.5.1) dem Sarkolemm, ohne dieses jedoch zu berühren.
Die motorische Endplatte
Die Erregungsübertragung vom Motoneuron zur Skelettmuskelfaser erfolgt an einer speziellen Synapse:MuskulaturSynapse, der motorischen Endplatte (Abb. 6.12). Dort befinden sich Sekretbläschen (synaptische Vesikel) mit dem Neurotransmitter (Überträgerstoff) Motorische EndplatteAzetylcholin:motorische EndplatteAzetylcholin (9.3.2).
Kommt eine Erregung (ein Aktionspotenzial 9.2.3) am Axonende an, dringen Kalzium-Ionen aus der Umgebung ins Axonende ein und bewirken die Ausschüttung von Azetylcholin in den synaptischen Spalt zwischen Motoneuron und Sarkolemm. Am Sarkolemm vereinigen sich die Azetylcholinmoleküle mit Rezeptoren.
Dadurch verändert sich die Durchlässigkeit des Sarkolemms für Natrium- und Kalium-Ionen, und die Erregung breitet sich über das Sarkolemm einschließlich seiner T-Tubuli aus (9.3.1).
Die elektromechanische Koppelung
Die Erregung des Sarkolemms führt zur Freisetzung von Kalzium aus dem sarkoplamatischen Retikulum, die Kalziumkonzentration im Sarkoplasma steigt.Elektromechanische Koppelung
Es kommt zu einer Formveränderung von Troponin und Tropomyosin und der Kopfteil des Myosinfilaments kann sich querbrückenartig mit dem Aktinfilament verbinden. Dann kippt der Kopf des Myosinfilaments um (Abb. 6.14), sodass Aktin- und Myosinfilament ein winziges Stückchen aneinander vorbeigleiten und die Aktinfilamente stärker zwischen die Myosinfilamente gezogen werden. Die Z-Streifen nähern sich einander, und das Sarkomer verkürzt sich. Diese „Übersetzung“ der Erregung in Kontraktion heißt elektromechanische Koppelung.
Der Skelettmuskulatur:QuerbrückenzyklusQuerbrückenzyklus erfordert ATP als Energielieferant. Fehlt es, so können sich Aktin- und Myosinfilament nicht voneinander lösen, der Muskel wird starr.
Kontrahieren sich viele Myofibrillen gleichzeitig und viele Male nacheinander, verkürzt sich der gesamte Skelettmuskel sichtbar. Zwischen Azetylcholinausschüttung und Beginn der Muskelkontraktion vergeht nur etwa 1 ms (1/1.000 Sekunde), die Muskelkontraktion:LatenzzeitLatenzzeitLatenzzeit.
Das Ende der Erregung
Solange Azetylcholin im synaptischen Spalt vorhanden ist, wird die Muskelfaser erregt. Erst wenn Azetylcholin durch das Enzym AzetylcholinesteraseAzetylcholinesterase gespalten ist, ist die Erregung beendet. Das Spaltprodukt Cholin wird wieder ins Axonende aufgenommen.
Nach Ende der Erregung wird das im Rahmen der elektromechanischen Koppelung freigesetzte Kalzium wieder aktiv aus dem Sarkoplasma ins sarkoplasmatische Retikulum zurückgepumpt, der Muskel erschlafft.
Die motorische Einheit
Eine Motorische Einheitmotorische Einheit wird aus einem Motoneuron und der von ihm innervierten Gruppe von Muskelfasern gebildet. Bei Muskeln, die einer äußerst präzisen Steuerung bedürfen, z. B. den Augenmuskeln, bilden weniger als zehn Muskelfasern eine motorische Einheit, motorischeEinheit. In anderen Muskeln sind bis zu 2.000 Muskelfasern in einer motorischen Einheit zusammengefasst.
Die Refraktärzeit
Wird eine motorische Einheit zweimal unmittelbar hintereinander gereizt, reagieren ihre Muskelfasern auf den ersten, jedoch nicht auf den zweiten Reiz. Nach dem ersten Reiz befindet sich die motorische Einheit in der Muskelkontraktion:RefraktärzeitRefraktärzeitRefraktärperiode, einer „Schutzpause“ (9.2.5). Nach ca. 1 ms reagiert die motorische Einheit wieder.
Das Alles-oder-nichts-Gesetz
Alles-oder-Nichts-RegelNach dem Muskelkontraktion:Alles-oder-nichts-RegelAlles-oder-nichts-Gesetz kontrahiert sich jede Muskelfaser einer motorischen Einheit maximal, sobald ein ausreichend starker Reiz die motorische Endplatte erreicht. „Halbe“ Kontraktionen einer motorischen Einheit gibt es nicht. In der Regel kontrahieren sich aber nicht alle motorischen Einheiten eines Muskels. Abwechselnde Aktivierung von jeweils nur einem Teil der motorischen Einheiten eines Muskels verhindert, dass der Muskel frühzeitig ermüdet. Nur so sind Dauerleistungen möglich.
Im Gegensatz zu motorischen Einheiten können sich Muskeln durchaus in verschiedenem Ausmaß kontrahieren: Da sich der Muskel aus vielen hundert motorischen Einheiten zusammensetzt, wird eine abgestufte Zusammenziehung durch Kontraktion unterschiedlich vieler motorischer Einheiten gleichzeitig erreicht (z. B. 10, 100, 1.000). Auch schneller aufeinanderfolgende Erregungen (also eine höhere Aktionspotenzialfrequenz) steigern die Kontraktion im Skelettmuskel bis zur kurzzeitigen Tetanische KontraktionMuskelkontraktion:tetanischetetanischen Kontraktion (DauerkontraktionDauerkontraktion, TetanusTetanus): Die Muskelzuckung dauert länger als die Refraktärzeit und die einzelnen Zuckungen überlagern sich (Abb. 6.15).
Die Energielieferanten des Muskels
SkelettmuskelnMuskulatur:Energielieferanten enthalten zwar viel ATP, dennoch reicht es meist nur für 5–6 s Daueraktivität. Danach greift die Skelettmuskelfaser zunächst auf das energiereiche KreatinphosphatKreatinphosphat zurück, um durch dessen Spaltung die ATP-Speicher rasch wieder zu regenerieren. Damit hat der Muskel bei maximaler Arbeit Energie für ca. 15 s.
Dauert die Muskelarbeit länger, so erschöpft sich auch der Kreatinphosphatvorrat, und es muss GlukoseGlukose (TraubenzuckerTraubenzucker) verstoffwechselt werden (2.8.1). Im Skelettmuskel wird Glukose:MuskulaturGlukose in seiner Speicherform GlykogenGlykogen gelagert, das bei Bedarf in der Glykogenolyse zu Glukose gespalten werden kann. Die Glukose muss jedoch weiter zerlegt werden, bevor sie zur Regeneration des ATP genutzt werden kann, und zwar:
  • Bei Sauerstoffmangel im Muskel über die Glykolyse zum PyruvatPyruvat und weiter zum Laktat (hierbei entstehen 2 mol ATP pro mol Glukose)

  • Bei ausreichend Sauerstoff über Pyruvat im Zitratzyklus zu CO2 und H2O. Dies ergibt 16-mal mehr ATP.

Die roten und weißen Muskelfasern
Es gibt zwei Typen quergestreifter MuskelfasertypenMuskelfasern:
  • Skelettmuskulatur:rote (langsame, Typ-1-Fasern)Rote (langsame, Typ-1-)Muskelfasern entwickeln nicht so viel Kraft, sind aber sehr ausdauernd („Typ Dauerläufer“). Sie enthalten viel Myoglobin und zahlreiche Mitochondrien zur aeroben Energiegewinnung. Sie überwiegen z. B. in Muskeln mit Haltefunktionen

  • Skelettmuskulatur:weiße (schnelle, Typ-2-Fasern)Weiße (schnelle, Typ-1-)Muskelfasern entwickeln kurzzeitig viel Kraft, ermüden aber schnell („Typ Sprinter“). Sie kommen mit dem aeroben Stoffwechsel nicht aus, sondern greifen auf den anaeroben Stoffwechsel zurück.

Die verschiedenen Formen der Muskelkontraktion

Der Muskeltonus
Unter normalen Bedingungen sind immer einige Muskelfasern eines Muskels kontrahiert und andere entspannt. Diese Teilanspannung des Muskels erzeugt den Muskeltonus Muskeltonus(Muskelgrundtonus), der u. a. die aufrechte Haltung des Körpers ermöglicht. Zum Beispiel verhindert so die Nackenmuskulatur, dass der Kopf beim Sitzen vornüberkippt; sie zieht den Kopf aber nicht nach hinten.
Die isotonischen und isometrischen Kontraktionen
Nach außen hin kann eine muskuläre Kontraktion zwei Effekte haben (Abb. 6.16):
  • Kontraktion:isometrischeBei einer Isotonische Kontraktionisotonischen Kontraktion verkürzt sich der Muskel und erzeugt so eine Bewegung. Der Muskeltonus verändert sich nur wenig. Beispiele sind die Kontraktionen der Beinmuskulatur beim Gehen

  • Kontraktion:isotonischeBei einer isometrischen Kontraktion wird der Muskel fixiert (z. B. durch Antagonisten) und kann sich nicht oder nur minimal verkürzen; die Muskelspannung steigt dabei erheblich an. Obwohl hier keine Bewegung erzeugt wird, wird trotzdem Energie verbraucht. Beispiel ist das Tragen einer Tasche am hängenden Arm.

Prävention

Isometrische physiotherapeutische ÜbungenIsometrische physiotherapeutische Übungen wirken bei längerer Bettlägerigkeit dem Muskelabbau entgegen und regen den Kreislauf an. Einzelne Muskelgrupppen, z. B. Oberschenkel- oder Armmuskulatur, werden für 8 s angespannt und dann für maximal 12 s entspannt. Danach folgen eine erneute Anspannung und wiederum Entspannung. Geübt werden sollte 3- bis 5-mal täglich mit jeweils mindestens 10-maligem Wechsel zwischen Anspannung und Entspannung.

Das Herzmuskelgewebe

Die Muskulatur:HerzHerzwand besteht hauptsächlich aus HerzmuskulaturHerzmuskelgewebeHerzmuskelgewebe, dem MyokardMyokard (14.3.2). Dieses ist quergestreift wie die Skelettmuskulatur, zeichnet sich jedoch durch einige Besonderheiten aus:
  • Im Gegensatz zu den vielen peripher gelegenen Zellkernen der Skelettmuskelzellen besitzen die meisten Herzmuskelzellen nur einen einzigen, zentral liegenden Zellkern, gelegentlich 2–3 Zellkerne

  • Die Herzmuskelzellen sind unregelmäßig verzweigt und haben untereinander End-zu-End-Verbindungen, wodurch sie ein Netzwerk bilden und elektrisch miteinander gekoppelt sind

  • Während die Skelettmuskulatur sich normalerweise willkürlich („gewollt“) als Reaktion auf Nervenimpulse kontrahiert, kontrahiert sich der Herzmuskel unwillkürlich ungefähr 70-mal pro Minute, ohne auszusetzen; dies ist die Folge einer inneren Impulsbildung (Schrittmacher) im Sinusknoten (14.5.2)

  • Das für die elektromechanische Koppelung nötige Kalzium stammt teilweise aus dem sarkoplasmatischen Retikulum und teilweise aus dem Extrazellulärraum

  • Das Herzmuskelgewebe besitzt eine hundertfach längere Refraktärzeit (ca. 300 ms) als die Skelettmuskulatur, wodurch dem Herzen eine Erholung zwischen den Herzschlägen garantiert wird. Eine (tödliche) Dauerkontraktion ist somit nicht möglich.

Das glatte Muskelgewebe

Glatte Muskulatur:glatteMuskulatur findet sich in den Wänden der meisten Hohlorgane, z. B. im Magen-Darm-Trakt oder in den Gefäßwänden. Die glatte Muskulatur arbeitet unwillkürlich. Selbst in Ruhe sind die glatten Muskelzellen immer etwas angespannt (Ruhetonus). Weitere Kennzeichen sind:
  • Die glatte Muskelfaser ist beträchtlich kleiner als die Skelettmuskelfaser und hat Spindelform

  • In jeder Faser befindet sich nur ein einzelner ovaler, in der Mitte liegender Kern

  • Bei glatten Muskeln vom Single-Unit-Typ (myogener Typ):glatte MuskulaturSingle-Unit-Typ (myogenen Typ) sind die Fasern eng vermascht und bilden ein kontinuierliches Netzwerk. Dadurch wird eine Erregung von Faser zu Faser weitergeleitet und es kommt es zur wellenförmigen (peristaltischen) Kontraktion, etwa im Magen-Darm-Trakt. Dieser Muskeltyp kann selbst Erregungen bilden, die durch das vegetative Nervensystem oder lokale Faktoren (z. B. Dehnung, pH, Sauerstoffkonzentration) beeinflusst werden

  • Beim Multi-Unit-Typ (neurogener Typ):glatte MuskulaturMulti-Unit-Typ (neurogenen Typ, z. B. Ziliarmuskel des Auges) sind die Muskelfasern gegeneinander isoliert und die Kontraktionen werden vom vegetativen Nervensystem ausgelöst

  • Die Kontraktion der glatten Muskelfaser dauert 5- bis 500-mal länger als die der Skelettmuskelfaser.

Der Organismus bei körperlicher Arbeit

Bei schwerer Körperliche Arbeitkörperlicher Arbeit benötigt die Muskulatur bis zu 50-mal mehr Sauerstoff als in Ruhe, auch müssen die vermehrt anfallenden Stoffwechselprodukte Kohlendioxid und MilchsäureMilchsäure (LaktatLaktat) abtransportiert werden. Beides erfordert eine verstärkte Durchblutung der Muskulatur sowie Anpassungsvorgänge von Herz-Kreislauf-System und Atmung.Arbeit, körperliche
Die Vasodilatation der kleinsten Gefäße
In den ersten VasodilatationMinuten gewinnt die Muskulatur die notwendige Energie vor allem durch den anaeroben (= ohne Sauerstoff ablaufenden) Stoffwechsel (6.3.5). Die hierbei vermehrt anfallenden Stoffwechselprodukte führen zu einer Weitstellung der kleinsten Blutgefäße (Vasodilatation). Zusätzlich wirkt auch der lokal fallende Sauerstoffpartialdruck gefäßerweiternd, sodass die Durchblutung der Muskulatur erheblich ansteigt.
Am besten ist die Durchblutung der Muskulatur bei Rhythmisch-dynamische Arbeitrhythmisch-dynamischen Arbeiten, bei denen Kontraktion und Erschlaffung einander abwechseln, wie es z. B. beim Gehen oder Ballspielen der Fall ist. Hingegen wird bei statischer Haltearbeit (z. B. Hakenhalten in Operationssaal) die Durchblutung dadurch behindert, dass der ununterbrochen angespannte Muskel seine eigenen Gefäße abdrückt; er ermüdet daher schnell.
Die Steigerung der Herzleistung
HerzleistungBinnen weniger Minuten nach Belastungsbeginn steigt die Herzfrequenz:bei AnstrengungHerzfrequenz an, z. B. Herzfrequenzbei leichter Belastung von ca. 70 Schlägen/min in Ruhe auf ungefähr 130 Schläge/min. Dies ist ein typischer Wert im Gleichgewicht (Steady-State-), der über viele Stunden im Arbeitsalltag aufrechterhalten werden kann. Bei kurzzeitiger, maximaler Anstrengung erhöht sich die Herzfrequenz beim jüngeren Menschen bis auf 180–200 Schläge/min.
Gleichzeitig nimmt auch das Schlagvolumen (14.6.1) zu, beim Untrainierten und bei maximaler Belastung auf knapp 100 ml, beim Trainierten auf über 150 ml.
Das Herzminutenvolumen kann durch diese Mechanismen von 5 l/min bis auf 20 l/min beim Untrainierten ansteigen und Herzminutenvolumenerreicht Werte von 30 l/min bei Hochleistungssportlern.
Hingegen bleibt die Durchblutung der inneren Organe wie etwa Niere und Magen-Darm-Trakt bei körperlicher Arbeit gleich oder sinkt sogar, sodass ihr relativer Anteil am Herzminutenvolumen kleiner wird. Bei körperlicher Belastung findet also eine Umverteilung des Blutvolumens statt (15.3, Abb. 6.17).
Bei leichter und mittelschwerer Arbeit pendeln sich Laktatkonzentration und Herzfrequenz bald auf einen mittleren, konstanten Wert (Steady-State-) ein – es tritt keine Ermüdung ein.
Bei schwerer Arbeit jedoch kann das Herz die erforderliche Dauerleistung nicht aufbringen; es ermüdet (Abb. 6.18). Diese Ermüdung wird durch steigende Laktatkonzentrationen verstärkt, die dadurch entstehen, dass das anfallende Laktat nicht abgebaut werden kann. Die dadurch verursachte metabolische Azidose (18.9.2) bedingt letztlich den Leistungsabbruch.
Die bei Arbeitsbeginn entstehende SauerstoffschuldSauerstoffschuld wird nach Beendigung der Arbeit wieder getilgt (abgebaut, Abb. 6.18). Deshalb schlägt das Herz auch nach Arbeitsende im höheren Takt, wie man auch noch einige Minuten lang „außer Atem“ ist. Als Maß für die Sauerstoffschuld gilt die Erholungspulssumme, d. h. die Gesamtzahl der Herzschläge nach Arbeitsende bis zum Wiedererreichen des „Pulsruhewertes“.
Die Steigerung der Atmung
Atmung:Steigerung durch ArbeitAuch die Atmung muss bei körperlicher Arbeit gesteigert werden – sowohl Atemfrequenz als auch Atemzugvolumen nehmen zu. Das Atemminutenvolumen (16.10) steigt von etwa 7 l/min in Ruhe auf über 100 l/min bei extremer Anstrengung. Beim Gesunden ist die Atmung in aller Regel nicht der limitierende Faktor bei der Arbeit.

Prävention

Regelmäßige körperliche Aktivität beugt insbesondere Übergewicht, Diabetes mellitus (Typ 2) und Herz-Kreislauf-Erkrankungen vor, steigert das Selbstwertgefühl und bessert das Allgemeinbefinden. Besonders geeignet sind Ausdauersportarten; gerade bei älteren Menschen spielt die Bewegung im täglichen Alltag eine wichtige Rolle. Auch Menschen z. B. mit Lungen-, Herz-Kreislauf- oder Krebserkrankungen profitieren von angepasster Bewegung. Die Pflegenden ermutigen die Patienten zu mehr BewegungBewegung, geben Anregungen zu körperlicher Aktivität im Alltag und machen auf geeignete Angebote der Sportvereine, Volkshochschulen oder Krankenkassen (z. B. Koronarsportgruppen) aufmerksam.

Wiederholungsfragen

  • 1.

    Welche Knochentypen gibt es? (6.1.1)

  • 2.

    Wie ist ein Röhrenknochen aufgebaut? (6.1.2)

  • 3.

    Wie verändert sich die Knochenmasse während des Lebens? (6.1.2)

  • 4.

    Wie wird Knochengewebe gebildet? (6.1.3)

  • 5.

    Wie unterscheiden sich desmale und chondrale Ossifikation? (6.1.3)

  • 6.

    Welche Substanzen sind für den Aufbau von gesundem Knochengewebe unentbehrlich? (6.1.5)

  • 7.

    Wie unterscheiden sich Sehnen und Bänder? (6.1.6)

  • 8.

    Wie sind Diarthrosen aufgebaut? (6.2.2)

  • 9.

    Welche Gelenkformen gibt es? (6.2.3)

  • 10.

    Wie heißen die Grundtypen des Muskelgewebes? (6.3)

  • 11.

    Welche wichtigen Aufgaben erfüllt der Skelettmuskel? (6.3.1)

  • 12.

    Woraus besteht ein Sarkomer? (6.3.4)

  • 13.

    Wie kontrahiert sich ein Skelettmuskel? (6.3.5)

  • 14.

    Was ist eine motorische Einheit? (6.3.5)

  • 15.

    Wie unterscheiden sich isotonische und isometrische Kontraktion? (6.3.6)

  • 16.

    Durch welche Besonderheiten zeichnet sich das Herzmuskelgewebe aus? (6.3.7)

  • 17.

    Wo befindet sich glattes Muskelgewebe hauptsächlich? (6.3.8)

  • 18.

    Auf welche Muskelarten können wir keinen bewussten Einfluss nehmen? (6.3.8)

  • 19.

    Welche Anpassungsvorgänge laufen bei körperlicher Anstrengung im Körper ab? (6.4)

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