Bewegungssystem (RD)

Im folgenden wird auf das Skelettsystem, auch als Stützapparat bezeichnet, eingegangen. Dieses umfasst Knochen, Knorpel, Gelenke und Bänder. Als stabiles Gerüst des Körpers verleiht es dem Menschen Form und Halt und schützt zugleich lebenswichtige Organe, der Schädel schützt das Gehirn, die Wirbelsäule das Rückenmark und der knöcherne Brustkorb Herz und Lunge. 

 Merke

Das Skelett eines Erwachsenen besteht aus über 200 Knochen, wobei die genaue Anzahl individuell variieren kann. Etwa die Hälfte der Knochen liegt paarig vor, das heißt jeweils auf der rechten und linken Körperseite. An den Stellen, an denen zwei oder mehr Knochen aufeinandertreffen, entstehen Gelenke, die durch Bänder stabilisiert werden.

Aufgaben

• Knochen übernehmen Stütz- und Schutzfunktion 
• Regulation Kalziumhaushalt (Ca²⁺):
  • Etwa 99 % des gesamten Körperkalziums sind im Knochen gespeichert.
  • Der Kalziumspiegel im Blut wird hormonell reguliert:
    • Parathormon (Nebenschilddrüse) → Freisetzung von Kalzium aus dem Knochen
    • Kalzitonin (Schilddrüse) → Einlagerung von Kalzium in den Knochen
• Blutbildung:
  • Das rote Knochenmark ist beim Erwachsenen für die Bildung von folgenden Blutkörperchen verantwortlich:
    • Rote Blutkörperchen (Erythrozyten)
    • Weiße Blutkörperchen (Leukozyten)
    • Blutplättchen (Thrombozyten)
  • Die Regulation der Blutbildung erfolgt hauptsächlich über das Hormon Erythropoetin, das in der Niere gebildet wird

Knochentypen

Je nach Lage im Körper und der jeweiligen Funktion sind Knochen unterschiedlichen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, weisen sie unterschiedliche Formen auf. Man unterscheidet folgende Knochenarten:

• Röhrenknochen: Sie sind langgestreckt aufgebaut und eignen sich besonders zur Kraftübertragung und Bewegung (z.B. Oberarm- oder Oberschenkelknochen)
• Kurze Knochen: Diese besitzen eine eher würfelförmige Gestalt und dienen vor allem der Stabilität bei gleichzeitig guter Beweglichkeit (z.B. Hand- und Fußwurzelknochen)
• Platte Knochen: Sie sind flächig ausgebildet und haben eine wichtige Schutzfunktion für innere Organe (z.B. Schädelknochen, Brustbein)
• Unregelmäßige Knochen: Knochen mit komplexer Form, die sich keiner der anderen Gruppen eindeutig zuordnen lassen und meist spezielle Funktionen erfüllen (z.B. Wirbel)
• Lufthaltige Knochen (pneumatisierte Knochen): Diese Knochen enthalten luftgefüllte Hohlräume, die das Gewicht reduzieren und der Resonanzbildung dienen (z.B. Stirn- oder Oberkieferknochen)

Röhrenknochen:

Aufgrund ihrer charakteristischen Gestalt werden Röhrenknochen auch als „lange Knochen“ (Ossa longa) bezeichnet. Man unterscheidet dabei zwei Gruppen von Röhrenknochen:

1. Lange Röhrenknochen: Zu ihnen zählen unter anderem die Oberarm- und Unterarmknochen sowie die Oberschenkel- und Unterschenkelknochen
2. Kurze Röhrenknochen: Sie umfassen die Mittelhand- und Mittelfußknochen sowie die Finger- und Zehenknochen

 Tipp

Kurze Röhrenknochen vs. kurze Knochen

Die Begriffe „kurze Röhrenknochen“ und „kurze Knochen“ können leicht verwechselt werden. Dabei zählen auch die kurzen Röhrenknochen zu den langen Knochen – sie sind lediglich kürzer ausgeprägt als die langen Röhrenknochen.

→ „Röhre bleibt Röhre – egal wie kurz.“

• Kurze Röhrenknochen → immer noch lange Knochen (z.B. Finger, Zehen)
• Kurze Knochen → keine Röhre, eher würfelförmig (z.B. Handwurzelknochen)

Röhrenknochen besitzen einen charakteristischen anatomischen Aufbau und lassen sich in mehrere Abschnitte gliedern:

• Diaphyse:
  • Zentraler, röhrenförmiger Knochenschaft
  • Besteht außen aus kompaktem Knochengewebe (Substantia compacta)
  • Innenliegende Markhöhle (Cavitas medullaris) mit gelbem Knochenmark (Medulla ossium flava) bei Erwachsenen
• Epiphysen:
  • Liegen an den beiden Enden des Knochens (proximal und distal)
  • Bestehen aus Spongiosa (Substantia spongiosa) mit rotem Knochenmark (Medulla ossium rubra)
  • Sind durch Gelenkknorpel (Cartilago articularis) bedeckt
• Metaphysen:
  • Übergangszone zwischen Diaphyse und Epiphyse
  • Enthält im wachsenden Knochen die Epiphysenfuge (Lamina epiphysialis), die das Längenwachstum ermöglicht
  • Wird nach Wachstumsabschluss zur Epiphysenlinie (Linea epiphysialis)

  •  Info

    Im Kindesalter findet in der Epiphysenfuge, dem Teil zwischen Epiphyse und Diaphyse, der Großteil des Längenwachstums statt. Zur Bestimmung des Knochenalters wird die Epiphysenfuge als Referenz genutzt

• Apophysen:
  • Sekundäre Knochenkerne außerhalb der Epiphysen
  • Liegen meist in nichttragenden Knochenanteilen
  • Dienen als Ansatz für Sehnen oder Bänder
• Periost:
  • Bindegewebige Knochenhaut, die den Knochen äußerlich umgibt
  • Enthält Blutgefäße, Nerven und ist wichtig für Knochenwachstum und -regeneration

 Achtung

Bei den übrigen Knochenformen, wie beispielsweise den platten Knochen, ist diese Gliederung nur eingeschränkt oder überhaupt nicht erkennbar.

Kurze Knochen:

Zu den kurzen Knochen (Ossa brevia) gehören die Hand- und Fußwurzelknochen. Sie sind in der Regel so kurz gebaut, dass sie eine würfel- oder quaderähnliche Form aufweisen. Als Beispiel sind hier die Fußwurzelknochen aufgeführt.

• Ossa tarsi (7 Fußwurzelknochen)
  • Proximale Reihe:
    • Talus (Sprungbein)
    • Calcaneus (Fersenbein)
  • Distale Reihe:
    • Os naviculare (Kahnbein)
    • Os cuneiforme mediale (mediales Keilbein)
    • Os cuneiforme intermedium (mittleres Keilbein)
    • Os cuneiforme laterale (laterales Keilbein)
    • Os cuboideum (Würfelbein)

Platte Knochen:

Platte Knochen zeichnen sich durch eine flächige, dünne Bauweise aus und dienen vor allem dem Schutz innerer Organe sowie der Ansatzfläche für Muskeln.

Zu den platten Knochen (Ossa plana) zählen unter anderem die Schädelknochen, die Schulterblätter, das Brustbein sowie die Hüftknochen.

Unregelmäßige Knochen:

Zu dieser Gruppe gehören Knochen, die sich aufgrund ihrer komplexen Form keinem anderen Knochentyp eindeutig zuordnen lassen. Unregelmäßige Knochen besitzen eine individuelle, oft vielgestaltige Struktur und erfüllen meist spezielle Aufgaben, wie den Schutz des Rückenmarks oder die Verbindung mehrerer Bewegungsachsen.

Als unregelmäßige Knochen (Ossa irregularia) werden beispielsweise die Wirbel bezeichnet.

Lufthaltige Knochen:

Lufthaltige Knochen (Ossa pneumatica) sind Knochen mit luftgefüllten, schleimhautausgekleideten Hohlräumen. Sie dienen der Gewichtsreduktion des Schädels und unterstützen die Resonanz der Stimme. 

Typische Beispiele finden sich im Schädelbereich, wo Knochen Hohlräume wie die Kieferhöhlen, Stirnhöhlen, Keilbeinhöhlen, die Paukenhöhle, die Siebbeinzellen sowie den Warzenfortsatz ausbilden.

Feinaufbau 

Knochen:

Knochen bestehen aus spezialisierten Knochenzellen (Osteoblasten, Osteozyten und Osteoklasten) sowie aus der Knochengrundsubstanz. Diese setzt sich überwiegend aus Mineralstoffen (vor allem Kalzium und Phosphat), Proteinen und Kollagenfasern zusammen. Die organischen Bestandteile der Knochengrundsubstanz, insbesondere Proteine und Kollagen, werden zusammenfassend als Osteoid bezeichnet.

Im Kindesalter besteht ein großer Teil des Skeletts zunächst aus Geflechtknochen. Im Laufe der Entwicklung wird dieser jedoch nahezu vollständig in Lamellenknochen umgebaut, der den Knochen des Erwachsenen dominiert.

Der Lamellenknochen gliedert sich in mehrere charakteristische Strukturen:

• Periosteum (Knochenhaut):
  • Das Periosteum (auch Periost genannt) überzieht den Knochen vollständig, ausgenommen die Gelenkflächen
  • Innere Schicht: 
    • Enthält Nerven und Blutgefäße, die der Ernährung und Sensibilität des Knochens dienen
    • Enthält die Knochenvorläuferzellen (Osteoblasten)
  • Äußere Schicht:
    • Besteht aus kollagenem Bindegewebe → dient als Ansatz- und Befestigungsfläche für Sehnen und Bänder
• Kompakta (Substantia compacta):
  • Die Kompakta, auch Kortikalis genannt, bildet die äußere feste Schicht des Knochens
  • Sie besteht aus dicht gepackten Knochenlamellen und ist besonders im Bereich der Diaphyse der Röhrenknochen stark ausgeprägt, wo sie für hohe Stabilität sorgt
• Spongiosa:
  • Die Spongiosa besteht aus einem Netzwerk feiner Knochenbälkchen (Trabekel), zwischen denen sich Hohlräume befinden
  • Durch diesen Aufbau wirkt sie schwammartig
  • Die Trabekel sind entsprechend den Hauptbelastungslinien von Druck und Zug ausgerichtet und ermöglichen so eine optimale Kraftverteilung
• Endosteum:
  • Das Endost, die innere Knochenhaut, kleidet alle Hohlräume im Knocheninneren aus
  • Ist an Umbau- und Regenerationsprozessen beteiligt
• Markhöhle (Cavitas medullaris):
  • Die Markhöhle befindet sich bei Röhrenknochen im Bereich der Diaphyse
  • In diesem Abschnitt fehlt die Spongiosa, sodass ein zusammenhängender Hohlraum entsteht, der das Knochenmark enthält

 Merke

Schwere Knochen?

Der Aufbau des Knochens aus einer festen äußeren Kompakta und einem wabenartig aufgebauten Inneren (Spongiosa) sorgt dafür, dass der Knochen eine hohe Stabilität bei gleichzeitig geringem Gewicht besitzt. Insgesamt macht das menschliche Skelett nur etwa 10 % des gesamten Körpergewichts aus.

Das Knochengewebe stellt kein starres Gebilde dar, das nach seiner Entstehung unverändert bleibt. Vielmehr unterliegt es einem ständigen Umbau, bei dem Osteoklasten Knochen abbauen und Osteoblasten neuen Knochen aufbauen. Besonders ausgeprägt ist dieser Umbauprozess in der Spongiosa.

Durch den fortlaufenden Knochenumbau kann sich die Ausrichtung der Knochenbälkchen an veränderte mechanische Belastungen anpassen. Diese dynamischen Prozesse sind außerdem von zentraler Bedeutung für die Heilung von Knochenbrüchen, da nur durch das Zusammenspiel von Knochenabbau und Knochenneubildung eine stabile Regeneration möglich ist.

 Tipp

Osteoklasten klauen Knochen, Osteoblasten bauen Knochen.

Knochenmark:

In der Markhöhle der Röhrenknochen sowie in den Hohlräumen zwischen den Trabekeln der Spongiosa befindet sich das Knochenmark (Medulla ossium). Besonders Röhrenknochen und platte Knochen enthalten große Mengen an Knochenmark. Insgesamt beträgt das Gesamtgewicht des Knochenmarks beim Menschen etwa 2 kg.

• Besteht aus einem feinen Gerüst aus retikulärem Bindegewebe, das von weiten Blutsinus mit diskontinuierlichem Endothel durchzogen ist
• In dieses netzartige Stützgewebe sind Stammzellen, Vorläuferzellen der verschiedenen Blutzellreihen sowie Fettzellen eingebettet

Man unterscheidet zwei Formen des Knochenmarks:

1. Rotes Knochenmark:
   1. Dient vor allem der Blutbildung (Hämatopoese)
   2. Im Kindesalter stellt es den überwiegenden Anteil des Knochenmarks dar, wird jedoch im Laufe der Entwicklung teilweise in gelbes Knochenmark umgewandelt
   3. Beim Erwachsenen findet sich rotes Knochenmark hauptsächlich in den kurzen und platten Knochen sowie in den Epiphysen einiger Röhrenknochen
2. Gelbes Knochenmark:
   1. Das gelbe Knochenmark entsteht, wenn das rote Knochenmark in den Diaphysen der Röhrenknochen seine blutbildende Funktion verliert
   2. Dabei lagert sich Fett in den Retikulumzellen ein, was dem Gewebe seine gelbe Färbung verleiht
   3. Aufgrund seines hohen Fettanteils wird es auch als Fettmark bezeichnet
   4. Bei erhöhtem Bedarf, etwa nach einer starken Blutung, kann sich das gelbe Knochenmark wieder in rotes, blutbildendes Knochenmark zurückverwandeln

Gefäßversorgung und Innervation

 Merke

Knochen und Knochenmark sind auf eine gute Durchblutung angewiesen. Zum einen ermöglicht sie, dass die im Knochenmark neu gebildeten Blutzellen in den Blutkreislauf gelangen. Zum anderen ist sie notwendig, da der Knochen durch die Aktivität von Osteoblasten und Osteoklasten einem ständigen Umbauprozess unterliegt.

Der Lamellenknochen ist daher reichlich durchblutet und besitzt ein klar strukturiertes Gefäßsystem. Die sogenannten Havers-Gefäße verlaufen längs zur Knochenachse innerhalb der Havers-Kanäle, die jeweils das Zentrum eines Osteons bilden. Diese Gefäße sind untereinander durch Anastomosen verbunden, die in quer verlaufenden Volkmann-Kanälen liegen.

Die Volkmann-Kanäle ziehen radiär, also von der Kompakta in Richtung Spongiosa, und stellen die Verbindung zwischen den längs verlaufenden Gefäßen her. In der Spongiosa verzweigen sich die Arterien weiter zu einem dichten Kapillarnetz.

Die arterielle Blutversorgung erfolgt über Gefäße, die aus dem Periost durch kleine Öffnungen im Knochen, die sogenannten Ernährungslöcher (Foramina nutricia), in die Kompakta eintreten. Das venöse Gefäßsystem verläuft dabei parallel zu den Arterien.

Gelenke sind wichtige Verbindungen im Körper, die Bewegungen ermöglichen und Stabilität bieten. Es gibt verschiedene Arten von Gelenken, die sich in ihrer Anatomie, Beweglichkeit und Funktion unterscheiden.

1. Diarthrosen (echte Gelenke)
2. Synarthrosen (unechte Gelenke)

 Merke

Echte Gelenke zeichnen sich durch Dinge, wie eine Gelenkkapsel oder eine diskontinuierliche Knochenverbindung aus. Selbst bei Sonderformen der Gelenke, wie Amphiarthrosen, sind diese Eigenschaften gegeben.

Aufbau eines echten Gelenks (Diarthrose):

 Merke

Amphiarthrose:

Bei der Amphiarthrose handelt es sich um eine Diarthrose („echtes Gelenk“), bei der die Beweglichkeit durch einen straffen Bandapparat eingeschränkt ist. Ein Beispiel dafür ist das Iliosakralgelenk. 

Gelenktypen

Gelenkhemmungen (Bewegungsbegrenzung)

• Knochenhemmung: Kontakt zweier Knochen begrenzt Bewegung (z.B. Olecranon in der Fossa olecrani)
• Bandhemmung: Spannung in Bändern limitiert Bewegung (z.B. Lig. iliofemorale)
• Muskelhemmung: Muskelspannung oder -verkürzung begrenzt Beweglichkeit (z.B. ischiokrurale Muskulatur bei Hüftflexion)

Aufgabe

Sehnen (Tendines, Einzahl: Tendo) verbinden die Muskeln mit den Knochen und ermöglichen dadurch, dass die vom Muskel erzeugte Kraft entweder in eine Bewegung umgesetzt oder ein Teil des Skelettsystems stabilisiert wird. 

Aufbau

 Merke

Man unterscheidet Ursprungssehnen und Ansatzsehnen. 

• Die Sehnen der Arm- und Beinmuskulatur sind überwiegend lang und strangförmig ausgebildet 

  

• Die Sehnen der Rumpfmuskulatur meist kurz und breit. Einige Rumpfmuskeln, wie beispielsweise die schrägen Bauchmuskeln, gehen in breitflächige Sehnenplatten über, die als Aponeurosen bezeichnet werden
• Zahlreiche lange Sehnen, wie die der Fingerbeugemuskeln, überqueren mehrere Gelenke oder verlaufen über Knochenvorsprünge.
• Um ihren Verlauf zu stabilisieren und die Reibung zu verringern, werden sie durch verschiedene Hilfseinrichtungen unterstützt
  • Dazu gehören Sehnenscheiden, Haltebänder, Schleimbeutel und Sesambeine
• Sehnen bestehen dabei aus straffem, parallelfaserigem Bindegewebe, das eine effiziente Kraftübertragung ermöglicht

Gefäßversorgung und Innervation

Sehnen besitzen nur wenige Blutgefäße und werden überwiegend durch Diffusion mit Nährstoffen versorgt. Dadurch ist ihr Stoffwechsel vergleichsweise langsam, was erklärt, warum Sehnenverletzungen häufig lange Heilungszeiten haben.

Die sensible Innervation der Sehnen erfolgt über Nervenendigungen. Zusätzlich befinden sich am Übergang zwischen Muskel und Sehne die Golgi-Sehnenorgane. Diese Rezeptoren erfassen vor allem die Sehnenspannung und liefern damit Informationen über die Muskelspannung.

Die Skelettmuskulatur ermöglicht die Bewegung des Körpers sowie einzelner Körperabschnitte. Darüber hinaus übernimmt sie Haltefunktionen, bei denen keine sichtbare Bewegung erfolgt, beispielsweise beim aufrechten Stehen oder beim Festhalten von Gegenständen. Insgesamt macht die Skelettmuskulatur etwa 40 % des Körpergewichts aus.

Da bei der Muskelarbeit ein erheblicher Teil der aufgewendeten Energie in Wärme umgewandelt wird, trägt die Skelettmuskulatur wesentlich zur Regulation des Wärmehaushalts des Körpers bei.

 Tipp

Hierarchie der Skelettmuskulatur

Muskel → Muskelfaszikel → Muskelfaser → Myofibrille → Sarkomer (kontraktile Einheit mit Myofilamenten = Aktin & Myosin)

Aufbau

Einfach aufgebauter Muskel:

• Ein einfach aufgebauter Muskel (Musculus, kurz M.) besitzt meist eine spindelförmige Gestalt
• Er setzt sich aus einer Ursprungssehne, dem Muskelbauch (Venter musculi) und einer Ansatzsehne zusammen

Mehrköpfige Muskeln:

• Einige Muskeln verfügen über mehrere Ursprungssehnen und Muskelbäuche, die jedoch in einer gemeinsamen Ansatzsehne enden
• Da Ursprungssehne und Muskelbauch zusammen als Muskelkopf bezeichnet werden, spricht man in diesem Fall von mehrköpfigen Muskeln
• Typische Beispiele hierfür sind:
  • Zweiköpfiger Muskel: der Bizeps als Beugemuskel des Ellenbogens am vorderen Oberarm (M. biceps brachii)
  • Dreiköpfiger Muskel: der Trizeps als Streckmuskel des Ellenbogens am hinteren Oberarm (M. triceps brachii)
  • Vierköpfiger Muskel: der Quadrizeps als Streckmuskel des Knies am vorderen Oberschenkel (M. quadriceps femoris)

Mehrbäuchige Muskeln:

• Bestehen aus mehreren Muskelbäuchen, die jedoch hintereinander angeordnet und durch Zwischensehnen miteinander verbunden sind
• Sie besitzen daher nur eine Ursprungssehne
• Ein typisches Beispiel ist der gerade Bauchmuskel (M. rectus abdominis), dessen einzelne Muskelbäuche bei guter Trainingsausprägung und geringem Körperfettanteil als sogenanntes „Sixpack“ sichtbar werden

Platte Muskeln:

• Sind flächenhaft ausgebreitet und besitzen meist eine breite Ursprungsfläche
• Sie enden häufig in einer Sehnenplatte (Aponeurose) und übernehmen vor allem stabilisierende und kraftübertragende Funktionen
• Ein Beispiel ist der breite Rückenmuskel (M. latissimus dorsi)

Ringmuskeln:

• Umgeben körperliche Öffnungen ringförmig und dienen überwiegend als Schließmuskeln
• Durch ihre Kontraktion können sie den Durchtritt von Stoffen gezielt öffnen oder verschließen
• Ein typisches Beispiel ist der äußere Schließmuskel des Analkanals (M. sphincter ani externus)

Feinaufbau

• Der Skelettmuskel setzt sich aus Muskelfaszikeln zusammen
• Ein Muskelfaszikel besteht aus mehreren Muskelfasern
• Eine Muskelfaser ist ein Zusammenschluss vieler Zellen (Synzytium) und enthält daher viele Zellkerne. Sie enthält Myofibrillen als funktionelle Untereinheiten
• Eine Myofibrille besteht aus vielen Sarkomeren
• Das Sarkomer ist die kleinste kontraktile Einheit und enthält die kontraktilen Myofilamente:
  • Aktin (dünne Filamente)
  • Myosin (dicke Filamente)

Gefäßversorgung und Innervation

Die neuromuskuläre Endplatte ist eine Synapse zwischen α-Motoneuron und Skelettmuskelfaser.

• Acetylcholin ist der Neurotransmitter
  • Ionotrope nikotinerge Acetylcholinrezeptoren auf der postsynaptischen Membran werden geöffnet
  • Aktionspotenzial aktiviert Endplatte, was zu einem exzitatorischen Endplattenpotenzial führt
• Die Endplatte dient nicht der Signalverarbeitung, diese findet bereits am Soma des α-Motoneurons statt
• Die Vesikelfusion mit Freisetzung von Acetylcholin wird durch den SNARE-Komplex vermittelt
• Resynthese erfolgt durch Cholin-Acetyl-Transferase
• Motorische Einheit besteht aus einem Axon, das mehrere Endplatten mit Muskelfasern bildet
• Je weniger Muskelfasern von einem Motoneuron innerviert werden, desto feiner ist die Motorik

Aufgabe

• Sie verbindet Nervensystem und Muskulatur
• Ermöglicht die Übertragung des Nervenimpulses auf den Muskel
• Voraussetzung für Muskelkontraktion

Es gibt drei Hauptformen der Muskelkontraktion: isometrische, isotone und auxotonische Kontraktion. Die Art der Muskelkontraktion hängt von der Art der Bewegung und den beteiligten Muskelgruppen ab. 

• Isometrischen Kontraktion: Muskelspannung ändert sich, während sich die Länge des Muskels nicht ändert
• Isotonische Kontraktion: Muskelspannung bleibt konstant, jedoch verändert sich die Länge des Muskels
• Auxotonische Kontraktion: Bei der auxotonische Kontraktion ändern sich die Muskelspannung und die Länge des Muskels parallel und kontinuierlich. Die auxotonische Kontraktion kann weiter in konzentrische und exzentrische Kontraktion unterteilt werden. Bei der konzentrischen Kontraktion verkürzt sich der Muskel mit seiner Kraftausübung (Gewicht heben). Bei der exzentrischen Kontraktion verlängert sich der Muskel gegen einen Widerstand (Gewicht absetzen)

• Das Sarkomer ist die kleinste kontraktile Einheit in einer Skelettmuskelfaser und besteht aus dünnen Myofilameten (Aktinfilament) und dickeren Myofilamenten (Myosinfilament)
• Die Myosinfilamente sind in der Mitte des Sarkomers an der M-Linie verankert, während die Aktinfilamente an den Z-Scheiben am Rand des Sarkomers befestigt sind
• Während der Kontraktion bewegen sich die Filamente gegeneinander, wodurch das Sarkomer verkürzt wird
• Das Sarkolemm, die Plasmamembran der Muskelfaser, bildet tiefe Einstülpungen, die als T-Tubulus-System bekannt sind und in die Muskelfaser hineinreichen. Diese stehen an bestimmten Stellen, die als Triaden bezeichnet werden in engem Kontakt mit den terminalen Zisternen des sarkoplasmatischen Retikulums, dem L-Tubulus-System.
  • Durch diese Verbindung kann die gesamte Muskelfaser schnell erregt werden, sodass alle Sarkomere synchron kontrahieren und es zu einer makroskopischen Muskelkontraktion kommt

Auslösung der Kontraktion (Elektrische Erregung der Skelettmuskelzelle)

• Acetylcholin wird von den α-Motoneuronen an der neuromuskulären Endplatte freigesetzt
• Acetylcholin diffundiert durch den synaptischen Spalt und bindet an ionotrope nikotinerge Acetylcholinrezeptoren (= n-ACh-Rezeptoren) auf der postsynaptischen Membran
• Es strömen Na⁺-Ionen in die Muskelzelle ein, wodurch ein Endplattenpotenzial entsteht
• Das Endplattenpotenzial breitet sich elektrotonisch über die Plasmamembran aus
• Das Aktionspotenzial breitet sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 
  2-6 m/s über die gesamte Länge der Muskelzelle aus

Elektromechanische Kopplung

1. Das Endknöpfchen eines α-Motoneurons wird durch ein Aktionspotential erregt
   ➜ Es folgt ein Calciumeinstrom, welcher zur Fusion des synaptischen Vesikels mit der präsynaptischen Membran führt

2. Acetylcholin wird in den synaptischen Spalt ausgeschüttet und bindet auf der postsynaptischen Seite an nicotinerge ACh-Rezeptoren (nACh)
➜ Dies resultiert in einer Konformationsänderung ⟶ Der Ionenkanal öffnet sich und Natrium (Na⁺) kann in die Muskelzelle einströmen
➜ Dies führt zu einer Depolarisation (exzitatorisches postsynaptisches Potential/EPSP)
➜ Dadurch werden spannungsabhängige Natriumkanäle geöffnet

3. Ausbildung eines Aktionspotentials, welches sich über das Sarkolemm (Zellmembran der Muskelzelle) bis in den T-Tubulus fortleitet

4. Konformationsänderung von Dihydropyridin und durch direkte Protein-Protein-Interaktion Öffnung des Ryanodin-Rezeptors am sarkoplasmatischen Retikulum

5. Calciumausstrom aus dem sarkoplasmatischen Retikulum 
➜ Durch den Anstieg der intrazellulären Ca²⁺-Konzentration werden die molekularen Vorgänge ausgelöst, die zur Kontraktion führen

6. SERCA (Calcium-ATPase) nimmt Calcium unter Verbrauch von ATP zurück in das sarkoplasmatische Retikulum auf

Bewegungssystem

Das Bewegungssystem setzt sich aus zwei Hauptbestandteilen zusammen: 

1. Skelettsystem 
2. Skelettmuskulatur

Skelettsystem

 Definition

Das Skelettsystem, auch als Stützapparat bezeichnet, umfasst Knochen, Knorpel, Gelenke und Bänder. Die Knochen bilden das Skelett und stellen den passiven Teil des Bewegungssystems dar. Als stabiles Gerüst des Körpers verleiht es dem Menschen Form und Halt und schützt zugleich lebenswichtige Organe. So bewahrt der Schädel das Gehirn, die Wirbelsäule das Rückenmark und der knöcherne Brustkorb Herz und Lunge vor äußeren Einwirkungen.

Knochen:

• Aufgaben:
  • Knochen übernehmen Stütz- und Schutzfunktion 
  • Regulation Kalziumhaushalt (Ca²⁺)
  • Blutbildung
• Knochentypen:
  • Röhrenknochen: Sie sind langgestreckt aufgebaut und eignen sich besonders zur Kraftübertragung und Bewegung (z.B. Oberarm- oder Oberschenkelknochen)
  • Kurze Knochen: Diese besitzen eine eher würfelförmige Gestalt und dienen vor allem der Stabilität bei gleichzeitiger Beweglichkeit (z.B. Hand- und Fußwurzelknochen)
  • Platte Knochen: Sie sind flächig ausgebildet und haben eine wichtige Schutzfunktion für innere Organe (z.B. Schädelknochen, Brustbein)
  • Unregelmäßige Knochen: Knochen mit komplexer Form, die sich keiner der anderen Gruppen eindeutig zuordnen lassen und meist spezielle Funktionen erfüllen (z.B. Wirbel)
  • Lufthaltige Knochen (pneumatisierte Knochen): Diese Knochen enthalten luftgefüllte Hohlräume, die das Gewicht reduzieren und der Resonanzbildung dienen (z.B. Stirn- oder Oberkieferknochen)
• Aufbau eines Röhrenknochens: 
  • Diaphyse:
    • Zentrale, röhrenförmige Knochenschaft
    • Besteht außen aus kompaktem Knochengewebe (Substantia compacta)
    • Innenliegende Markhöhle (Cavitas medullaris) mit gelbem Knochenmark (Medulla ossium flava) bei Erwachsenen
  • Epiphysen:
    • Liegen an den beiden Enden des Knochens (proximal und distal)
    • Bestehen aus Spongiosa (Substantia spongiosa) mit rotem Knochenmark (Medulla ossium rubra)
    • Sind durch Gelenkknorpel (Cartilago articularis) bedeckt
  • Metaphysen:
    • Übergangszone zwischen Diaphyse und Epiphyse
    • Enthält im wachsenden Knochen die Epiphysenfuge (Lamina epiphysialis), die das Längenwachstum ermöglicht
    • Wird nach Wachstumsabschluss zur Epiphysenlinie (Linea epiphysialis)
  • Apophysen:
    • Sekundäre Knochenkerne außerhalb der Epiphysen
    • Liegen meist in nichttragenden Knochenanteilen
    • Dienen als Ansatz für Sehnen oder Bänder
  • Periost:
    • Bindegewebige Knochenhaut, die den Knochen äußerlich umgibt
    • Enthält Blutgefäße, Nerven und ist wichtig für Knochenwachstum und -regeneration
• Knochenmark:
  • Rotes Knochenmark:
    • Dient vor allem der Blutbildung (Hämatopoese)
    • Im Kindesalter stellt es den überwiegenden Anteil des Knochenmarks dar, wird jedoch im Laufe der Entwicklung teilweise in gelbes Knochenmark umgewandelt
    • Beim Erwachsenen findet sich rotes Knochenmark hauptsächlich in den kurzen und platten Knochen sowie in den Epiphysen einiger Röhrenknochen
  • Gelbes Knochenmark:
    • Das gelbe Knochenmark entsteht, wenn das rote Knochenmark in den Diaphysen der Röhrenknochen seine blutbildende Funktion verliert
    • Dabei lagert sich Fett in den Retikulumzellen ein, was dem Gewebe seine gelbe Färbung verleiht
    • Aufgrund seines hohen Fettanteils wird es auch als Fettmark bezeichnet
    • Bei erhöhtem Bedarf, etwa nach einer starken Blutung, kann sich das gelbe Knochenmark wieder in rotes, blutbildendes Knochenmark zurückverwandeln
• Gefäßversorgung und Innervation
  • Knochen und Knochenmark sind auf eine gute Durchblutung angewiesen
    • Im Knochenmark neu gebildeten Blutzellen gelangen in den Blutkreislauf 
    • Durch die Aktivität von Osteoblasten und Osteoklasten unterliegt der Knochen einem ständigen Umbauprozess

Gelenke:

• Gelenke sind wichtige Verbindungen im Körper, die Bewegungen ermöglichen und Stabilität bieten. Es gibt verschiedene Arten von Gelenken, die sich in ihrer Anatomie, Beweglichkeit und Funktion unterscheiden:
  1. Diarthrosen (echte Gelenke)
  2. Synarthrosen (unechte Gelenke)
• Gelenktypen:

Sehnen:

• Sehnen verbinden die Muskeln mit den Knochen 
• Ermöglichen dadurch, dass die vom Muskel erzeugte Kraft entweder in eine Bewegung umgesetzt oder ein Teil des Skelettsystems stabilisiert wird

 Merke

Man unterscheidet Ursprungssehnen und Ansatzsehnen. 

Skelettmuskulatur

 Definition

Die Skelettmuskulatur ermöglicht die Bewegung des Körpers sowie einzelner Körperabschnitte. Darüber hinaus übernimmt sie Haltefunktionen, bei denen keine sichtbare Bewegung erfolgt, beispielsweise beim aufrechten Stehen oder beim Festhalten von Gegenständen. Insgesamt macht die Skelettmuskulatur etwa 40 % des Körpergewichts aus.

Quergestreifte Skelettmuskulatur:

• Muskeltypen:
  • Einfach aufgebauter Muskel
  • Mehrköpfige Muskeln
  • Mehrbäuchige Muskeln
  • Platte Muskeln:
  • Ringmuskeln
• Feinaufbau:
  • Der Skelettmuskel setzt sich aus Muskelfaszikeln zusammen
  • Ein Muskelfaszikel besteht aus mehreren Muskelfasern
  • Eine Muskelfaser ist ein Zusammenschluss vieler Zellen (Synzytium) und enthält daher viele Zellkerne. Sie enthält Myofibrillen als funktionelle Untereinheiten
  • Eine Myofibrille besteht aus vielen Sarkomeren
  • Das Sarkomer ist die kleinste kontraktile Einheit und enthält die kontraktilen Myofilamente:
    • Aktin (dünne Filamente)
    • Myosin (dicke Filamente)

Neuromuskuläre Endplatte:

• Sie verbindet Nervensystem und Muskulatur
• Ermöglicht die Übertragung des Nervenimpulses auf den Muskel
• Voraussetzung für Muskelkontraktion

Muskelkontraktion:

Es gibt drei Hauptformen der Muskelkontraktion: isometrische, isotone und auxotonische Kontraktion. Die Art der Muskelkontraktion hängt von der Art der Bewegung und den beteiligten Muskelgruppen ab. 

• Isometrischen Kontraktion: Muskelspannung ändert sich, während sich die Länge des Muskels nicht ändert
• Isotonische Kontraktion: Muskelspannung bleibt konstant, jedoch verändert sich die Länge des Muskels
• Auxotonische Kontraktion: Bei der auxotonische Kontraktion ändern sich die Muskelspannung und die Länge des Muskels parallel und kontinuierlich