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Knochen, Muskeln und Gelenke: Das Bewegungsapparat

Was sind Knochen und was leisten sie?

Knochen geben dem Körper Halt und Form. Obwohl sie sehr leicht sind, sind sie stark genug, unser ganzes Gewicht zu tragen.

Knochen schützen auch die Organe. Der Schädel schützt das Gehirn und formt das Gesicht. Das Rückenmark – die Leitungsbahn zwischen Gehirn und Körper – wird von der Wirbelsäule geschützt. Die Rippen bilden einen Käfig, der Herz und Lunge umgibt, und das Becken schützt Blase, Teile des Darms und bei Frauen die Fortpflanzungsorgane.

Knochen bestehen aus einem Gerüst aus dem Protein Kollagen, das durch das Mineral Calciumphosphat hart und fest wird. Knochen speichern Calcium und geben es bei Bedarf ins Blut ab. Die Menge an bestimmten Vitaminen und Mineralstoffen (besonders Vitamin D und Calcium) in der Nahrung beeinflusst direkt, wie viel Calcium in den Knochen gespeichert wird.

Knochen bestehen aus zwei Gewebetypen:

1. Kompaktknochen (Kortikalis) ist der feste, harte äußere Teil. Er sieht aus wie Elfenbein und ist extrem stark. Kanäle durchziehen ihn, führen Blutgefäße und Nerven.
2. Spongiöser Knochen (Trabekelknochen) sieht schwammartig aus und liegt im Kompaktknochen. Er besteht aus einem netzartigen Geflecht winziger Knochenbälkchen (Trabekel). Hier befindet sich das Knochenmark.

In diesem weichen Knochen werden die meisten Blutzellen gebildet. Das Knochenmark enthält Stammzellen, die rote Blutkörperchen, Thrombozyten und manche weißen Blutkörperchen produzieren. Rote Blutkörperchen transportieren Sauerstoff, Thrombozyten helfen bei der Gerinnung, weiße Blutkörperchen bekämpfen Infektionen.

Knochen sind über lange, faserige Bänder (Bänder) miteinander verbunden. Knorpel, eine flexible, gummiartige Substanz in den Gelenken, stützt Knochen und schützt sie vor Reibung.

Wie wachsen Knochen?

Knochen von Kindern und Jugendlichen sind kleiner als die von Erwachsenen und enthalten „Wachstumszonen“ – Wachstumsfugen (Epiphysenfugen). Diese bestehen aus sich teilenden Knorpelzellen, die in die Länge wachsen und dann in harten, mineralisierten Knochen umgewandelt werden. Auf Röntgenbildern sind sie gut sichtbar. Da Mädchen früher reifen als Jungen, verknöchern ihre Wachstumsfugen früher.

Knochenumbau findet lebenslang statt, da der Körper Knochengewebe ständig erneuert und umformt. Knochen enthalten drei Zelltypen:

1. Osteoblasten bauen neuen Knochen und reparieren Schäden.
2. Osteozyten sind ausgereifte Knochenzellen, die den weiteren Knochenaufbau unterstützen.
3. Osteoklasten bauen Knochen ab und helfen, ihn zu formen und zu gestalten.

Was sind Muskeln und was tun sie?

Muskeln ziehen an den Gelenken und ermöglichen Bewegung. Sie helfen auch beim Kauen und Transportieren der Nahrung durch den Verdauungstrakt.

Selbst wenn wir völlig stillsitzen, sind Muskeln im ganzen Körper ständig in Bewegung. Sie lassen das Herz schlagen, den Brustkorb bei der Atmung heben und senken, regulieren Blutdruck und Blutfluss. Beim Lächeln und Sprechen helfen sie bei der Kommunikation, beim Sport halten sie uns fit und gesund.

Menschen haben drei Muskeltypen:

1. Skelettmuskeln sind über sehnige Sehnen mit Knochen verbunden (Beine, Arme, Gesicht). Sie heißen quergestreift, weil ihre Fasern unter dem Mikroskop horizontale Streifen zeigen. Sie halten das Skelett zusammen, geben dem Körper Form und ermöglichen Alltagsbewegungen (willkürliche Muskeln, da willkürlich steuerbar). Sie kontrahieren (verkürzen/anspannen) schnell und kräftig, ermüden aber leicht.
2. Glattmuskeln (unwillkürlich) bestehen auch aus Fasern, sehen aber glatt aus, nicht quergestreift. Wir können sie nicht bewusst steuern; sie werden automatisch vom Nervensystem kontrolliert (daher „unwillkürlich“). Beispiele: Wände von Magen und Darm, die Nahrung zerkleinern und transportieren. Auch in Gefäßwänden, wo sie den Blutstrom zusammendrücken und so den Blutdruck halten. Glattmuskeln kontrahieren langsamer, können aber lange kontrahiert bleiben, da sie nicht leicht ermüden.
3. Herzmuskel findet sich nur im Herzen. Die Wände der Herzkammern bestehen fast entirely aus Muskelfasern. Herzmuskel ist auch unwillkürlich. Seine rhythmischen, kräftigen Kontraktionen pumpen das Blut bei jedem Schlag aus dem Herzen.

Wie funktionieren Muskeln?

Muskelbewegungen werden vom Gehirn und Nervensystem koordiniert und gesteuert. Unwillkürliche Muskeln werden von Strukturen tief im Gehirn und dem oberen Rückenmark (Hirnstamm) kontrolliert. Willkürliche Muskeln werden von der motorischen Großhirnrinde und dem Kleinhirn reguliert.

Wenn Sie sich entscheiden zu bewegen, sendet die motorische Rinde ein elektrisches Signal über Rückenmark und periphere Nerven zu den Muskeln, woraufhin diese kontrahieren. Die linke Gehirnhälfte steuert die rechte Körperseite und umgekehrt.

Das Kleinhirn koordiniert die von der motorischen Rinde angeordneten Muskelbewegungen. Sensoren in Muskeln und Gelenken senden Rückmeldungen über periphere Nerven an Kleinhirn und andere Gehirnteile: Wo und wie bewegt sich Arm oder Bein, in welcher Position ist es? Diese Rückkopplung ergibt flüssige, koordinierte Bewegungen. Wenn Sie den Arm heben wollen, sendet das Gehirn ein Signal an die Armmuskeln – Sie heben ihn. Beim Laufen sind die Signale komplexer, da viele Muskeln im Rhythmus arbeiten müssen.

Muskeln bewegen Körperteile durch Kontraktion und anschließende Entspannung. Muskeln können Knochen ziehen, aber nicht zurückschieben. Deshalb arbeiten sie in Paaren aus Beugern und Streckern. Der Beuger kontrahiert, um ein Glied am Gelenk zu beugen. Nach Abschluss der Bewegung entspannt sich der Beuger, der Strecker kontrahiert und streckt das Glied am selben Gelenk. Beispiel: Der Bizeps (vorderer Oberarm) ist ein Beuger, der Trizeps (hinterer Oberarm) ein Strecker. Beim Beugen am Ellbogen kontrahiert der Bizeps. Dann entspannt er sich, der Trizeps kontrahiert und streckt den Ellbogen.

Was sind Gelenke und was tun sie?

Gelenke sind die Stellen, an denen zwei Knochen aufeinandertreffen. Sie machen das Skelett beweglich – ohne sie wäre Bewegung unmöglich.

Gelenke ermöglichen vielfältige Bewegungen. Einige öffnen und schließen wie ein Scharnier (Knie, Ellenbogen), andere erlauben komplexere Bewegungen – Schulter- oder Hüftgelenk erlauben vorwärts, rückwärts, seitwärts und Drehbewegungen.

Gelenke werden nach Bewegungsausmaß klassifiziert:

• Unbewegliche (fibröse) Gelenke bewegen sich nicht. Der Schädelkamm besteht aus Knochenplatten, die sich bei der Geburt leicht verschieben und dann verwachsen. Zwischen den Plattenrändern liegen faserige Verbindungen (Gelenke). Fibrose Gelenke halten auch die Zähne im Kiefer.
• Eingeschränkt bewegliche (knorpelige) Gelenke bewegen sich wenig. Sie sind durch Knorpel verbunden, wie in der Wirbelsäule. Jeder Wirbel bewegt sich in Relation zu den Nachbarn, gemeinsam ergibt das die Flexibilität der Wirbelsäule.
• Frei bewegliche (synoviale) Gelenke bewegen sich in viele Richtungen. Die Hauptgelenke – Hüfte, Schultern, Ellenbogen, Knie, Handgelenke, Knöchel – sind frei beweglich. Sie sind mit Synovialflüssigkeit gefüllt, die als Schmiermittel dient.

Drei Arten frei beweglicher Gelenke spielen eine große Rolle bei willkürlicher Bewegung:

1. Scharniergelenke erlauben Bewegung in einer Richtung (Knie, Ellenbogen).
2. Drehgelenke (Pivot) erlauben Drehbewegung (Kopf drehen).
3. Kugelgelenke (Ball-and-socket) bieten größte Bewegungsfreiheit. Hüfte und Schulter haben diesen Typ: der runde End eines langen Knochens passt in die Pfanne eines anderen.