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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.

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.

Abb. 1: Bau eines Röhrenknochens


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.

• 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.

Abb. 2: Innere Struktur eines Knochens

Spongiosa

Markhöhle

Gelenkfläche

Epiphysenfuge

Rotes Knochenmark

Endost

Kompakta

Periost

Gelbes Knochenmark

Blutgefäße

Gelenkfläche

Diaphyse

Metaphyse

Epiphyse

Metaphyse

Epiphyse


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).

• 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

Abb. 3: Osteozyten, Osteoklasten und Osteoblasten


• 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).

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).

Abb. 4: Knochentypen

Abb. 6: Unvollständige Fraktur

Abb. 5: Vollständige Fraktur


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.

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.

Abb. 7: Fortschreitende Osteoporose


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.

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.

Abb. 8: Anatomie eines Scharniergelenks

Gelenkhöhle

Streckmuskel

Gelenkkapsel mit Gelenkschmiere

Schleimbeutel

Sehne

Sehnenansatz

Band

Gelenkknorpel

Gelenkpfanne

Gelenkkopf

Sehnenansatz

Sehnenansatz

Gelenkspalt

Sehne


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

• 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

Abb. 9: Anatomie des Kniegelenks


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)

Abb. 10: Gelenkformen

Kugelgelenk

Eigelenk

Gleitgelenk

Sattelgelenk

Scharniergelenk

Radgelenk


• 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

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.

Abb. 11: Schulterluxation, links ausgerenkt, rechts wiedereingerenkt

Abb. 12: Skelett eines Hühnerbeins

Unterschenkelknochen

Laufknochen

Kniescheibe

Wadenbein

Knöchel

Oberschenkelknochen

Mittelfußknochen

Zehenknochen I-IV


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.

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. 13: Überblick Hühnerbein

Abb.14, 15: Abpräparieren der Haut


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.

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.16, 17: Freilegen der Muskulatur

Abb. 18, 19: Herausgelöste Muskeln


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.

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.

Abb. 20, 21: Freigelegte Knochen

Abb. 22: Blick auf die Patellasehne, Abb. 23: Fettkörper Fettkörper

Patellasehne

Patellasehne


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.

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.

Abb. 24: Gelenkkapsel mit Seitenband

Abb. 25: Blick ins Innere des Gelenks

Seitenband

Kreuzband

Meniskus

Gelenkspalt

Gelenkknorpel


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.

⑪ Entferne im Anschluss einen oder beide Menisken, möglichst im Ganzen.

Abb. 26: Durchschneiden des Kreuzbands

Abb. 27, 28: Menisken

Kreuzband

Meniskus

Menisken

Meniskus


SAMMELBLATT

Haut

Muskel

Sehne

Muskelhaut

Blutgefäß

Bindegewebe

Gelenkknorpel

Patellasehne/ Kniescheibe

Fettkörper im Kniegelenk

Seitenband

Kreuzband

Meniskus


Knochen 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







Abbildung20: Verfasserin


Abbildung22: Verfasserin








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.

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