Bewegungsapparat - Knochen, Gelenke, Muskeln

Das Wichtigste in Kürze

Bewegung, Stabilität und Funktionsfähigkeit des Skeletts sind auf drei grundlegende Bestandteile zurückzuführen. Die Knochen, Gelenke und Muskeln. Jeder für sich trägt eine spezielle Funktion und Aufgabe, aber nur im Zusammenschluss ermöglichen sie ein abgestimmtes Zusammenspiel, um das Optimum an Bewegungsfähigkeit herauszuholen.

Knochen

Funktion

Knochen schützen innere Organe. Der Schädelknochen schützt das Gehirn und der Brustkorb das Herz und die Lungen vor Umwelt und Verletzungen. Das Becken beherbergt die Geschlechtsorgane. Weiterhin ermöglichen Gelenke zwischen verschiedenen Knochen und die Befestigung von Muskeln und Sehnen an den Knochen die Beweglichkeit des gesamten Körpers.

Skelett

Das menschliche Skelett besteht aus über 200 Knochen. Dabei kannst du dir die Wirbelsäule als Grundgerüst vorstellen. Auf ihr sitzt oben der Schädelknochen. Die Hände sind über die Arme und diese über die Schulter mit der oberen Wirbelsäule verbunden, während die Füsse über die Beine und diese über das Becken mit der unteren Wirbelsäule verbunden sind. Weiterhin gehen Rippen von der Wirbelsäule ab, die einen schützenden Brustkorb um die wichtigsten Organe des Körpers bilden.

Zwischen den einzelnen Wirbelkörpern der Wirbelsäule sitzen elastische Bandscheiben, die für Beweglichkeit und Federung sorgen. So wird das im Schädelknochen sitzende Gehirn beispielsweise vor harten Stössen geschützt.

Aufbau von Knochen

An der Oberfläche von Knochenhaut bedeckt, liegt darunter das Knochengewebe. Bei den langen Röhrenknochen ist das Innere der Knochenenden ein Netzwerk aus Knochenbälkchen, die der Stabilität dienen. Der lange Schaft zwischen den Enden ist vom weichen Knochenmark gefüllt.

Gelenke

Funktion

Ein Gelenk ist eine mechanisch ausgeklügelte Verbindung zwischen zwei Knochen, die diverse Bewegungen ermöglichen. Rennen, Gehen, Stehen, Sitzen oder liegen, schreiben oder springen - bei allen denkbaren Aktivitäten werden Gelenke genutzt, um Knochen gegeneinander zu verstellen, um gewünschte Bewegungen ausführen zu können.

Aufbau

Ein Gelenk ist eine mechanisch ausgeklügelte Verbindung zwischen zwei Knochen. Einer der beiden bildet die vertiefte Gelenkpfanne, der andere den verdickten Gelenkkopf, der dann in der Pfanne liegt. Damit sich die beiden Knochenenden durch Bewegung nicht aneinander abnutzen, sind die Gelenkflächen mit einer schützenden Knorpelschicht überzogen. Den kleinen Spalt zwischen Gelenkkopf und Gelenkpfanne wird als Gelenkspalt bezeichnet. Um diesen herum befindet sich die Gelenkkapsel, die aus Bändern besteht. In der Gelenkkapsel befindet sich Gelenkschmiere, die die Reibung der beiden Knochenenden im Gelenk verringert.

Gelenktypen

• Kugelgelenk (Schulterblatt und Oberarmknochen)
• Scharniergelenk (Oberarm und Elle)
• Drehgelenk (Elle und Speiche)
• Sattelgelenk (Daumen: Mittelhandknochen und ein Handwurzelknochen)

(1.) Gelenkkopf, (2.) Knochenhaut, (3.) Gelenkknorpel, (4.) Gelenkkapsel, (5.) Bänder, (6.) Gelenkspalt mit Gelenkschmiere, (7.) Gelenkpfanne

Muskel

Die Muskeln erfüllen vielerlei verschiedene Funktionen, die durch einen unterschiedlichen Aufbau zugrunde liegen. Es muss zwischen der quergestreiften Skelettmuskulatur, der glatten Muskulatur und der Herzmuskulatur unterschieden werden.

Funktion

• Skelettmuskeln bewegen den Körper, die Knochen und Gelenken. Sorgen für aufrechte Haltung und Stabilität
• Glatte Muskulatur, auch als Eingeweidemuskulatur bezeichnet, sie ist nicht willkürlich steuerbar und die Muskulatur von Organen
• Herzmuskulatur ist die spezialisierte quergestreifte Muskulatur des Herzens. Sie ist nicht willkürlich steuerbar und leitet elektrische Impulse schnell und koordiniert weiter.
  

Aufbau

Quergestreifte Skelettmuskulatur besteht aus vielen parallel angeordneten Myofibrillen, die sich zu einer Muskelfaser zusammen legen. Muskelfasern sind langgestreckte Zellen, die mehrere Zellkerne enthalten. Viele Muskelfasern legen sich zu einem Muskelfaserbündel zusammen, welches dann von einer Bindegewebehülle umgeben ist. Viele (tausende) Muskelfaserbündel bilden dann den Muskeln. Dieser enden an beiden Seiten in einer Sehne, die an Knochen befestigt ist.

Glatte Muskulatur besteht aus lang gestreckten, spindelförmigen Zellen mit nur einem Zellkern. Im Gegensatz zur quergestreiften Muskulatur arbeitet die glatte Muskulatur langsamer, dafür ausdauernder und mit geringerem Energieverbrauch.

Herzmuskulatur ist eine besondere Form der quergestreiften Muskulatur, da sie ein Netzwerk aus verzweigten Einzelzellen mit nur einem Zellkern ist. Durch die Verzweigung kann ein elektrischer Impuls leichter und koordinierter im Herzmuskel fortleiten. Im Gegensatz zur quergestreiften Muskulatur arbeitet die Herzmuskulatur willkürlich und lässt sich nicht bewusst steuern.

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Zusatzinfo für höhere Stufen:

Muskelkontraktion

Wenn Muskeln arbeiten, dann verkürzen sie sich bei Anspannung und verlängern sich bei Entspannung. Dies geschieht auf molekularer Ebene und wirkt sich in der Summe auch auf den gesamten Muskel so aus. So können diverse Bewegungen ermöglicht werden.

Aufbau

Mikroskopisch erkennt man bei den Myofibrillen eine Querstreifung von hellen und dunklen Banden.

Die dunkle Bande besteht aus Actin- und Myosinfilamente, die abwechselnd parallel angeordnet sind. An den Myosinfilamenten befinden sich knubbelartige Verdickungen, die Myosinköpfe. Inmitten jeder dunklen Bande befinden sich die M-Linie.

Die hellen Banden bestehen aus den Actinfilamenten. In der Mitte einer jeden hellen Bande lässt sich eine dünne Linie erkennen, die Z-Scheibe genannt wird. Sie besteht aus zwei umeinander gewundene Actinfilamente.

Ein Sarkomer ist die kleinste funktionelle Einheit des Muskels und reicht von einer Z-Scheibe zur nächsten.

Aufbau Muskel im Detail: (1.) Trizeps, (2.) und (3.) Bizeps, (4.) Muskelfaserbündel, (5.) Muskelfaser, (6.) Bindegewebshülle, (7.) Myofibrille, (8.) Z-Scheibe, (9.) dunkle Bande, (10.) helle Bande

Sarkomer (1.) Myosinfilament (Myosinköpfchen in dieser Abbildung nicht sichtbar), (2.) Actinfilament, (3.) Z-Scheibe

Myosin und Actin im Detail. (1.) Actinfilament, (2.) Phosphat, daneben in gelb Calcium, (3.) Myosinfilament, (4.) Myosinköpfchen

Funktion

Bei Anspannung (Kontraktion) eines Muskels, verkürzt sich dieser. Auf mikroskopischer Ebene werden bei Kontraktion die Actinfilamente gegen die Myosinfilamente verschoben. Die Querstreifen liegen dadurch näher beieinander, im Gegensatz bei Entspannung weiter auseinander. Dieses Bewegungsausmass wird durch eine Wechselwirkung zwischen den beiden Proteinmolekülen Myosin und Actin bewirkt, auf molekularer Ebene werden dabei ATP, ADP, Phosphat und Calcium-Ionen für die Muskelkontraktion benötigt. Man kann vier einzelne Schritte voneinander unterscheiden (siehe Abbildung unten A-D).

A: Muskel entspannt, Myosinkopf entspannt (1.) Actinfilament, (2.) Actinprotein, (3.) Myosinfilament, (4.) Myosinköpfchen
B: Calcium wird ausgeschüttet, daraufhin bindet Myosin an Actin. ADP und P fallen ab, (5.) Phosphat, (6.) Actinprotein
C: Muskelkontraktion, Myosinkopf bewegt sich, (7.) Actin- und Myosinfilamente gleiten aneinander vorbei
D: Muskel kehrt zu Entspannungszustand zurück, ATP lagert sich an und löst Bindung von Myosin an Actinfilament, (8.) Moysinkopf im energiearmen Zustand, (9.) ATP-Bindungsstelle