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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.
Das menschliche Skelettsystem besteht aus Knochen, Knorpel und Bändern. 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.
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 Gelenkspalt aus. Sie bestehen aus dem Gelenkkopf, der Gelenkpfanne, dem Gelenkknorpel und der Gelenkkapsel. Die Kapsel umschließt die Synovia (Gelenkschmiere), welche den Knorpel durch Diffusion ernährt und die Gleitfähigkeit erhöht.
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').
