Der Knorpel - Sein Aufbau und Funktion

[Alexaustria]

Gelenkknorpel und seine Funktionen
(von C. Polke und A. Bargehr)

Die drei Gruppen von Knorpelgewebe im Körper:

1. der Hyaline Knorpel: er sitzt in Gelenkflächen, ist Teil der Rippen und bildet das Skelett der Luftwege,
2. der elastische Knorpel: dieser zeichnet sich durch hohe Verformbarkeit aus, wie sie am Ohrknorpel oder in den Bronchienbenötigt wird,
3. der Faserknorpel: er bildet die Bandscheiben, Menisken und Symphyse.

Bestandteile des Knorpels:

• Fasern → 90 – 95% Typ II-Kollagen
• Zellen (Chondrozyten, Chondroblasten)
• Grundsubstanz (Matrix) → Wichtige Makro-Moleküle: Proteoglykane

Funktionen:

• Druckverteilung
• Deformation
• Geringe Belastung des subchondralen Knochens
• Dauerhaftigkeit und Langlebigkeit
• Minimaler Reibungswiderstand bei Gleitbewegungen
• Minimalisieren der Spitzenbelastungen
• Permeabilität

Wichtiges:

• Ligamente sind auf Zug und Knorpel auf Druck ausgerichtet.
• Belastung gibt die Form an und später gibt die Form die Bewegung an.
• Wo viel Druck ist, da ist auch viel Knorpel. (alles unter der Belastungsgrenze)
• Die Durchblutung bis zur Tide Mark findet bis zum Wachstumsfugenschluss statt → Aufbau des Knorpels => Knorpel wird nur im Kindes bzw. Jugendalter aufgebaut durch Bewegung.
• Chondrozyten (wie Fibrozyten) sind die inaktive Form der Zelle.
• Chondroblasten sind die aktive Form der Zelle.
• Der Wassergehalt der Zonen nimmt nach unten ab

Es gibt 7 Zonen im Knorpel, die von der Synovialflüssigkeit bis zum Subchondralen Knochen gehen:

Zone 1: Synovialflüssigkeit
Zone 2: Synovialfilm
Zone 3: obere Knorpelzone
Zone 4: mittlere Knorpelzone
Zone 5: tiefe Knorpelzone
Zone 6: kalzifizierte Zone
Zone 7: subchondraler Knochen


Zone 1: Synovialflüssigkeit

☻Sie ist für die Ernährung des Knorpels zuständig und verteilt die einwirkenden Kräfte. Sie wird zu 90% von der Synovialmembran (Teil der Kapsel) hergestellt und zu 10% von den Chondroblasten selbst. An dieser Membran wird sie später auch wieder von den Alpha-Zellen resorbiert. Der „Turn-over“ (also ein Komplettaustausch) der Synovia beträgt drei Wochen. Dies wird z.B. wichtig, wenn bei einer „Kniespülung“ oder Arthroskopie die Synovia durch iatrogene Flüssigkeit ersetzt wurde. Die perfekte Druckverteilung findet erst wieder nach drei Wochen statt. Das Knie sollte also nicht früher maximal (Wettkampf) belastet werden!

☻Da der Knorpel ab dem 16. Lebensjahr anaerob arbeitet, fallen als Abfallprodukte Laktat und Matrix an. Diese werden von der Synovia abtransportiert. Muss zu viel Abfall, z.B. ganze Knorpelstücke (Arthrose) oder freie Gelenkkörper resorbiert werden, werden von den Alpha-Zellen die Makrophagen alarmiert und damit eine Entzündungsreaktion ausgelöst. So geschehen, wenn durch intensive Behandlung oder extremer Belastungsreiz (lange Wanderung) eine Arthrose zu einer „Aktivierten Arthrose“ wird.

Zone 2: Synovialfilm

☻Dieser Teil der Synovia ist fest mit der Knorpelzone verbunden und garantiert reibungsfreies Gleiten. Durch Fettanlagerungen kann dieser Film rauer werden und deshalb das Gleiten behindern. Dies geschieht häufig in Gelenkregionen, die selten bewegt werden, z.B. an den oberen Graden der Schulterelevation. Ähnlich wie in einem Zimmer „verstauben“ die Regionen, die selten betreten werden. Die Kapsel hat in diesem Fall noch keine Einschränkung.

☻Sie ist auch für den Austausch der Stoffe zwischen Synovialflüssigkeit und des eigentlichen Knorpels zuständig.

Zone 3: obere Knorpelzone

☻Ihre Kollagenfibrillen verlaufen parallel zur Gelenkfläche (wellenförmig). Dadurch können hier besonders die Scherkräfte resorbiert werden. Die Chondrozyten haben zwar kaum Syntheseaktivität in diesem Bereich, dennoch kann bei regelmäßiger Belastung diese Zone durch Wassereinlagerung verdickt werden, bei Frauen bis zum 28. Lebensjahr, bei Männern bis 35. Lebensjahr.

☻Die Druckabsorbtion mit den wellenförmig bzw. parallel zur Gelenkfläche gelegten Kollagenfibrillen funktioniert folgendermaßen: Durch die Wellenform, wird die Kollagenfibrille als erstes gespannt und somit begradigt. Wenn dieser Vorgang zusammen mit den anderen Zonen nicht ausreicht den Druck abzufangen, dann reißen diese von oben nach unten.

☻Geschädigt werden kann diese Zone, wenn bei Druckeinwirkung nicht genügend Gegendruck von den unteren Strukturen gegeben wird. Diese sind z.B. durch Immobilisation weich geworden und so reissen die Fasern der oberen Knorpelzone ein und es entsteht eine Rauhigkeit. Dies entspricht einem Grad 1 Arthrose.

Zone 4: mittlere Knorpelzone

☻Die mittlere Knorpelzone stellt die Übergangszone dar. Hier werden die longitudinal verlaufenden Fasern zu vertikal verlaufenden. Diese Zone ist dicker, ebenso werden die arkadenförmigen Fasern dicker, der Wassergehalt nimmt ab. Sie wandeln Scher- in Druckkräfte um.

Zone 5: tiefe Knorpelzone

☻Unter normalen Bedingungen ist dies die dickste Schicht. Sie enthält die größte Menge an Proteoglykanen und die geringste Menge an Wasser von allen Knorpelschichten. Die Kollagenfasern verlaufen vertikal auf den subchondralen Knochen. Am unteren Ende dieser Zone ist die „Tide Mark“ die ehemalige Wachstumsfuge. In diesem Bereich findet auch die meiste Zellbildung statt.

☻Die Matrix wird durch Zellen aufgebaut und das anaerob => Laktatbildung; und dies beschädigt Zellen. Darum wird das Laktat zur Synovialflüssigkeit und dann in die Blutbahn transportiert durch die Proteoglykane und andere mechanische Prozesse.

Zone 6: kalzifizierte Zone

☻Die kollagenen Fasern der Zone 5 laufen in den kalzifizierten Knorpel und sind dort wie Dübel verankert. Diese Zone ist in der Wachstumsphase noch durchblutet, nach Rückzug der Blutgefäße erfolgt die Mineralisierung. Diese Zone bildet den Übergang von hyalinem Knorpel zu Knochen.

Zone 7: subchondraler Knochen

☻Dieser ist reichlich durchblutet und innerviert. Deshalb kann erst ab dieser Schicht eine Schmerzweiterleitung erfolgen. Können die Knorpelschichten ihre Aufgabe „Druckentlastung“ nicht erfüllen, werden die Blutgefäße komprimiert und Schmerz wird empfunden. Umgekehrt sind auch Embolien in diesem Bereich möglich, z.B. bei massiven Abmagerungskuren, welche negative Auswirkungen auf die Knorpelstabilität haben.

Wie funktionieren die Proteoglykane und wie sind sie aufgebaut?

Sie sind groß und haben einen Proteinkern mit vielen Bindungsstellen. Ein Gramm von diesen Molekülen kann 1,5l Wasser binden. Die Zweige, welche sich vom Proteinkern (positiv) abspreizen, sind negativ geladen. Im Normalzustand (=ohne Druck) gehen sie eine Bindung mit Wasserstoffmolekülen ein. Das heißt, dass sie bei Druck die Bindung mit Wasser auflösen und so entsteht die Negativität in den Bereichen. In Folge kommt es zu mehr Gegendruck, weil sich ja negativ und negativ abstoßen. => Stoßabsorbtion

[Rooter]

Interessanter Artikel. Habe schon oft was über Knorpel gehört aber nie richtig verstanden wie er wirklich aufgebaut ist. Dieser Artikel hat mir alles ein bisschen näher gebracht. Ein bisschen Schade, dass es kein Bild dazu gibt, aber man kann es sich schon vorstellen.

Wenn du Zeit hättest, wäre es cool, wenn du noch einen Draufsatz geben könntest.

Danke, Franz.