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Das Skelettsystem bildet das mechanische Gerüst des Körpers, wobei Gelenke als bewegliche Verbindungsstellen dienen und Muskelkontraktionen über das Gleitfilament-Modell Bewegung erzeugen. Die Wirbelsäule mit ihren charakteristischen Krümmungen ermöglicht dabei die aufrechte Haltung und dämpft Belastungen ab.
Das menschliche Skelettsystem besteht aus rund 206 Knochen, Knorpel und Bändern. Knochen erfüllen Stütz-, Schutz- und Speicherfunktionen – so enthalten sie 99% des Körper-Calciums, und das rote Knochenmark ist der Ort der Blutbildung. Makroskopisch unterscheidet man lange Knochen (Röhrenknochen wie Oberarm, Oberschenkel), kurze, würfelförmige Knochen (Hand- und Fußwurzel), flache Knochen (Schulterblatt, Brustbein, Rippen) und unregelmäßige Knochen (Wirbel). Lufthaltige Knochen mit luftgefüllten Hohlräumen finden sich im Schädel (Stirnbein, Oberkiefer, Siebbein) und reduzieren das Skelettgewicht; Sesambeine wie die Kniescheibe sind in Sehnen eingelagert. Knochen ist ein dynamisches Gewebe, das ständig umgebaut wird: Osteoblasten sind Zellen, die Knochensubstanz aufbauen, während Osteoklasten diese wieder abbauen. Dieser Prozess ist entscheidend für das Wachstum und die Anpassung an Belastungen.
Der knöcherne Schädel (Cranium) besteht aus 22 Einzelknochen und wird grob in Hirnschädel (z.B. Stirnbein, Scheitelbein, Schläfenbein, Hinterhauptsbein, Keilbein, Siebbein) und Gesichtsschädel (z.B. Nasenbein, Tränenbein, Jochbein, Oberkiefer, Unterkiefer, Pflugscharbein, untere Nasenmuschel) eingeteilt. Die Wirbelsäule (Columna vertebralis) setzt sich aus 32–34 Wirbeln zusammen, die großteils durch Bandscheiben verbunden sind. Sie schützt das Rückenmark und gliedert sich in fünf Abschnitte: Halswirbelsäule (7 Wirbel, Halslordose – nach vorne konvex), Brustwirbelsäule (12 Wirbel, Brustkyphose – nach vorne konkav), Lendenwirbelsäule (5 Wirbel, Lendenlordose – nach vorne konvex), Kreuzbein (5 verschmolzene Kreuzbeinwirbel, Sakralkyphose – nach vorne konkav) und Steißbein (3–5 verschmolzene Steißbeinwirbel, ohne charakteristische Krümmung). Die 12 Rippenpaare werden unterteilt in echte Rippen (1–7, direkt mit dem Brustbein verbunden), falsche Rippen (8–10, indirekt über Rippenknorpel verbunden) und freie Rippen (11–12, keine Verbindung zum Brustbein).
Knorpel ist ein gefäßloses Stützgewebe mit hoher Druckfestigkeit. Man unterscheidet drei Arten, wobei der hyaline Knorpel am häufigsten vorkommt und die Gelenkflächen überzieht. Er wirkt wie ein Stoßdämpfer und reduziert die Reibung zwischen den Knochen.
Echte Gelenke, auch Diarthrosen genannt, zeichnen sich durch einen mit Gelenkflüssigkeit gefüllten Gelenkspalt aus. Der Gelenkkopf und die Gelenkpfanne sind mit hyalinem Gelenkknorpel überzogen. Die Gelenkkapsel umgibt die Gelenkhöhle und umschließt die Synovia (Gelenkschmiere), welche den Knorpel durch Diffusion ernährt und die Gleitfähigkeit erhöht. Zu den echten Gelenken zählen: Kugelgelenk (z.B. Schulter, Hüfte; 3 Freiheitsgrade), Eigelenk (z.B. proximales Handgelenk; 2 Freiheitsgrade), Sattelgelenk (z.B. Daumensattelgelenk; 2 Freiheitsgrade), Scharniergelenk (z.B. Fingerendgelenke; 1 Freiheitsgrad), Rad-/Zapfengelenk (z.B. unteres Kopfgelenk, Elle-Speiche-Verbindung; 1 Freiheitsgrad), Drehscharniergelenk (z.B. Kniegelenk; 2 Freiheitsgrade) und planes Gelenk (z.B. kleine Wirbelgelenke).
Unechte Gelenke (Synarthrosen) werden nach dem verbindenden Gewebe unterteilt: bandhafte Verbindungen (*Syndesmosen*, z.B. zwischen Elle und Speiche), knorpelhafte Verbindungen (*Synchondrosen*, z.B. Bandscheiben) und knöcherne Verbindungen (*Synostosen*, z.B. Steißbein, Kreuzbein).
Die Skelettmuskulatur ist quergestreift und unterliegt der willkürlichen Kontrolle. Ein Muskel besteht aus Muskelfaserbündeln, die wiederum aus einzelnen Muskelfasern (Zellen) bestehen. Die kleinste funktionelle und kontraktile Einheit innerhalb dieser Fasern ist das Sarkomer.
Ein Sarkomer wird durch zwei Z-Scheiben begrenzt. Zwischen ihnen liegen die Proteine Aktin (dünne Filamente) und Myosin (dicke Filamente). Die charakteristische Streifung entsteht durch die regelmäßige Anordnung dieser Filamente.
Die Bewegung erfolgt nach dem Gleitfilament-Modell. Bei einer Kontraktion gleiten die Aktinfilamente tiefer zwischen die Myosinfilamente, wodurch sich das Sarkomer verkürzt. Wichtig: Die Filamente selbst verändern ihre Länge dabei nicht, sie schieben sich lediglich ineinander wie die Glieder einer Teleskopantenne.
Damit eine Kontraktion startet, muss ein Nervenimpuls die Freisetzung von Calcium-Ionen aus dem sarkoplasmatischen Retikulum (einem speziellen Speicher im Muskel) auslösen. Das Calcium bindet an das Protein Troponin, wodurch die Bindungsstellen am Aktin für das Myosin freigegeben werden.
Der eigentliche Bewegungsablauf wird als Querbrückenzyklus bezeichnet. Hierbei spielt ATP (Adenosintriphosphat) eine Doppelrolle: Die Spaltung von ATP liefert die Energie für das 'Umknicken' des Myosinkopfes (Kraftschlag), während die Bindung eines neuen ATP-Moleküls notwendig ist, um den Myosinkopf wieder vom Aktin zu lösen ('Weichmacherwirkung').
Bei jeder Bewegung arbeiten Muskeln als Gegenspieler: Der kontrahierende Muskel ist der Agonist, der gedehnte Gegenspieler der Antagonist. Muskeln, die eine Bewegung in die gleiche Richtung unterstützen, heißen Synergisten (z.B. Bizeps und Brachialis bei der Unterarmbeugung). Man unterscheidet Kontraktionsarten: Bei der isotonischen Kontraktion verkürzt sich der Muskel bei gleichbleibender Kraft. Bei der isometrischen Kontraktion bleibt die Muskellänge gleich, während die Kraft steigt (z.B. Halten eines Gegenstandes). Die meisten Alltagsbewegungen sind auxotonische Kontraktionen (Kombination aus Längen- und Kraftänderung). Muskeln unterteilt man außerdem nach Faserverlauf (parallelfaserig oder gefiedert), Form (ringförmig, platt, spindelförmig, mehrköpfig, mehrbäuchig) und Faserart: Typ-I-Fasern (Slow-Twitch) für ausdauernde, weniger kraftvolle Kontraktionen und Typ-II-Fasern (Fast-Twitch) für kurze, kräftige Kontraktionen. Hilfseinrichtungen wie Schleimbeutel und Sehnenscheiden reduzieren Reibung; die Kniescheibe fungiert als Widerlager und verändert die Zugrichtung der Sehne.
