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Knorpelgewebe

Letzte Aktualisierung: 17.12.2020

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Der passive Bewegungsapparat des menschlichen Körpers besteht aus Knochen und speziellen Bindegewebsstrukturen wie Knorpeln, Bändern und Sehnen. Diese werden durch den aktiven Bewegungsapparat (Skelettmuskulatur) bewegt. Um den hierbei entstehenden mechanischen Ansprüchen gerecht zu werden, ist Knorpel ein auf Druck oder Zug verformbares und elastisches Gewebe. Es besteht aus Knorpelzellen (Chondrozyten) und einer speziellen Extrazellulärmatrix. Neben dem vorwiegenden hyalinen Knorpel (bspw. im Nasenseptum) gibt es noch zwei weitere Knorpeltypen: Faserknorpel (bspw. in Bandscheiben) und elastischen Knorpel (bspw. in der Ohrmuschel).

Knorpel ist gefäßfrei und wird entweder von seiner Knorpelhaut (Perichondrium) oder der Gelenkflüssigkeit (Synovia) mittels Diffusion ernährt. Im Rahmen der Skelettentwicklung werden viele Knochen erst als knorpeliges Modell angelegt, das dann im Verlauf verknöchert, z.T. sogar erst nach der Geburt. Vor allem die für das Längenwachstum der Röhrenknochen verantwortliche knorpelige Epiphysenfuge verknöchert erst im jungen Erwachsenenalter.

Knorpel ist ein druckelastisches Gewebe, das aus Knorpelzellen (Chondrozyten und -blasten), ihrer speziellen Extrazellulärmatrix und einer Knorpelhaut besteht . Die verschiedenen Knorpeltypen unterscheiden sich in der Zusammensetzung ihrer Extrazellulärmatrix und werden unter „Übersicht und Aufbau der verschiedenen Knorpeltypen“ genauer beschrieben.

Knorpelzellen

Extrazellulärmatrix (EZM) des Knorpels

Perichondrium (= Knorpelhaut)

  • Definition: Das Perichondrium ist eine Schicht aus Knorpelhaut, die den Knorpel umgibt, ihn ernährt und regeneriert .
  • Aufbau
    • Stratum cellulare (=innere zelluläre Schicht): Enthält chondrogene Vorläuferzellen (Regeneration von beschädigtem Knorpel)
    • Stratum fibrosum (=äußere bindegewebige Schicht): Enthält Blut-, Lymphgefäße und Nerven (Ernährung des Knorpelgewebes)

Es gibt verschiedene Typen von Knorpelgewebe: Hyalinen Knorpel, elastischen Knorpel und Faserknorpel, wobei der hyaline Knorpel am weitesten verbreitet ist. Die verschiedenen Knorpeltypen bestehen zwar aus den gleichen Grundelementen (Knorpelzellen, Extrazellulärmatrix und Knorpelhaut), unterscheiden sich jedoch in der Zusammensetzung ihrer Extrazellulärmatrix. Dadurch haben sie unterschiedliche physikalische Eigenschaften und erfüllen verschiedene Funktionen.

Übersicht der Knorpeltypen

  1. Hyaliner Knorpel (inklusive Gelenkknorpel)
  2. Faserknorpel
  3. Elastischer Knorpel

Hyaliner Knorpel

Der hyaline Knorpel ist besonders druckelastisch und besteht aus Chondrozyten, die in Gruppen organisiert sind, und der Extrazellulärmatrix. Die Extrazellulärmatrix wird im Bereich der Chondrozytengruppen Territorium und zwischen den benachbarten Gruppen Interterritorium genannt.

Beim Betrachten von Knorpelpräparaten in der Histologie erscheinen die Chondrozyten meist zerfallen und hinterlassen Knorpelhöhlen mit einer scheinbaren Kapsel. Dieser Effekt ist jedoch präparationsbedingt!

Sonderfall des hyalinen Knorpels: Gelenkknorpel

Bei sog. echten Gelenken sind zwei Knochenenden durch einen Gelenkspalt getrennt. Diese Knochenenden sind mit einem besonderen hyalinen Knorpel überzogen, dem sog. Gelenkknorpel. Dieser besitzt im Gegensatz zum hyalinen Knorpel kein Perichondrium, das für die Ernährung und Regeneration des Knorpels zuständig wäre. Daher kann Gelenkknorpel nicht regeneriert und muss durch die Gelenkflüssigkeit (Synovia) ernährt werden. Die besonderen Eigenschaften des Gelenkknorpels sind u.a. auf die arkadenartige Anordnung der Kollagenfibrillen zurückzuführen, die wie ein umgedrehtes "U" im subchondralen Knochen verankert sind.

  • Besondere Eigenschaften
    • Hohe Druckelastizität
    • Stoßdämpfung
    • Gleichmäßigere Verteilung der Kräfte über die Gelenkfläche
  • Unterschied zum hyalinen Knorpel: Kein Perichondrium
  • Aufbau eines Gelenkknorpels (Von Epi- zu Diaphyse)
    • Zone I: Tangentialzone des Gelenkknorpels
      • Scheitelpunkt der U-förmig verlaufenden Kollagenfibrillen
      • Kollagenfibrillen verlaufen in der Tangentialzone annähernd horizontal bzw. tangential zur Knorpeloberfläche
    • Zone II: Übergangszone des Gelenkknorpels
      • Stellt den Übergang zwischen Zone I und III dar
    • Zone III: Radiärzone des Gelenkknorpels
    • Zone IV: Mineralisationszone des Gelenkknorpels
  • Entstehung der Druckelastizität des Gelenkknorpels: Knorpel wird unter Druck verformt und kehrt bei nachlassendem Druck in seine Ausgangsform zurück
    1. Proteoglykane des Knorpels binden große Mengen an Wasser und dehnen sich dabei aus
    2. Kollagenfibrillen hindern die Proteoglykane an der vollständigen Ausdehnung: Proteoglykane gleichen partiell komprimierten "Sprungfedern" (Expansionsbestreben der Proteoglykane vs. Zug der Kollagenfibrillen)
    3. Unter zusätzlicher Druckeinwirkung strömt Wasser aus dem Knorpel und die "Proteoglykan-Sprungfedern" werden komprimiert
    4. Lässt der Druck nach, strömt das Wasser zurück in den Knorpel und die "Proteoglykan-Sprungfedern" dehnen sich wieder soweit aus, wie es die Kollagenfibrillen zulassen

Die Form der Kollagenfibrillen im hyalinen Gelenkknorpel entspricht einem im Knochen verankerten umgedrehten "U" (sog. Arkaden). Sie ziehen aus der Tiefe der Zone IV senkrecht in Zone III und verlaufen in der Zone II immer horizontaler, um in Zone I an ihrem Scheitelpunkt erneut Richtung Zone IV abzutauchen!

Arthrose und Arthrosezeichen
Besteht bei einem Gelenkknorpel eine Über- oder Fehlbelastung, kommt es unter anderem zu einer verminderten Proteoglykansynthese (insb. Aggrecan), wodurch der Knorpel entscheidend an Elastizität und damit "Stoßdämpfung" verliert. Mit Fortschreiten der Erkrankung kommt es einerseits zu einem zunehmenden Substanz- und Funktionsverlust des Knorpels (bspw. sog. Knochenglatze) und andererseits zu Schäden an gelenkbeteiligten Strukturen (bspw. subchondrale Sklerose). Diagnostisch kann man sich die sog. "Demaskierung" von Kollagenfibrillen zu Nutze machen. Das bedeutet, dass die bisher nicht im Lichtmikroskop sichtbaren ("maskierten") Kollagenfibrillen durch pathologische Prozesse sichtbar ("demaskiert"; sog. Asbestfasern) werden. Reaktiv können diese Prozesse einerseits zu meist insuffizienten Reparationsversuchen (bspw. abnorme Knorpelproliferation, Anbau von Osteophyten) und andererseits zu entzündlichen Prozessen (sog. aktivierte Arthrose) führen.

Faserknorpel

Elastischer Knorpel

Knorpelgewebe entwickelt sich aus Mesenchymzellen, die sich zu Chondroblasten differenzieren. Durch Proliferation der Chondroblasten und deren Produktion der Extrazellulärmatrix wächst das Knorpelgewebe. Mit Ausnahme des Gelenkknorpels und des Faserknorpels bildet sich um das entstehende Knorpelgewebe eine eigene Knorpelhaut (Perichondrium) aus Mesenchymzellen. In dieser befinden sich undifferenzierte Knorpelvorläuferzellen, die entweder das Knorpelgewebe durch Anlagerung neuer Knorpelzellen weiter wachsen lassen (appositionelles Wachstum) oder abgestorbene Knorpelzellen regenerieren können. Diese Vorgänge finden u.a. bei der Entstehung von späterem Knorpelgewebe, bei der Skelettentwicklung (chondrale Ossifikation) und beim Längenwachstum an der knorpeligen Epiphysenfuge statt .

  1. Zu Beginn der Knorpelentwicklung lagern sich Mesenchymzellen zusammen und differenzieren sich zu Chondroblasten.
  2. Die Chondroblasten proliferieren und produzieren die spezielle Extrazellulärmatrix des Knorpels, wobei sie durch zunehmende (zwischen ihnen liegende) Extrazellulärmatrix auseinander gedrängt werden.
  3. Die Knorpelanlage wächst insgesamt durch Proliferation der Chondroblasten und deren EZM-Produktion (sog. interstitielles Wachstum) .
  4. Die Chondrozyten verbleiben nach Abschluss der Proliferation bzw. des Knorpelwachstums gruppiert in sog. isogenen Gruppen .
  5. Die Mesenchymzellen am Rand der Knorpelanlage differenzieren sich zu Fibroblasten, die eine bindegewebige Kapsel bilden (Perichondrium bzw. Periost).
  6. Undifferenzierte Zellen verbleiben an der innersten Schicht des Perichondriums und können sich zu Chondroblasten differenzieren.
  7. Entweder kann der Knorpel durch Anlagerung "neuer" Chondroblasten wachsen (sog. appositionelles Wachstum) oder es werden zerstörte Chondrozyten regeneriert (Regeneration).

Die Regeneration von Knorpelgewebe geht von undifferenzierten Knorpelvorläuferzellen des Perichondriums aus. Deshalb kann der Gelenkknorpel, der kein Perichondrium besitzt, nicht regeneriert werden!

Übersicht und Aufbau der Knorpeltypen

Welche drei Arten von Knorpelgewebe gibt es? Nenne zu jedem Knorpeltyp die jeweils charakteristische Faserart, die man in seiner Extrazellulärmatrix finden kann!

Welches ist der häufigste Knorpeltyp und an welchen Stellen des Körpers kommt er vor?

Eine Sammlung von allgemeineren und offeneren Fragen zu den verschiedenen prüfungsrelevanten Themen findest du im Kapitel Beispielfragen aus dem mündlichen Physikum.

  1. Benninghoff, Drenckhahn: Anatomie. Makroskopische Anatomie, Histologie, Embryologie, Zellbiologie, Bd. 1. 16. Auflage Urban & Fischer 2002, ISBN: 3-437-42340-1 .
  2. Welsch: Lehrbuch Histologie. 2. Auflage Urban & Fischer 2005, ISBN: 978-3-437-44430-2 .
  3. Lüllmann-Rauch: Histologie. 2. Auflage Thieme 2006, ISBN: 3-131-29242-3 .
  4. Benninghoff, Drenckhahn: Taschenbuch Anatomie. 1. Auflage Urban & Fischer 2007, ISBN: 978-3-437-41194-6 .
  5. Aumüller et al.: Duale Reihe Anatomie. 1. Auflage Thieme 2006, ISBN: 978-3-131-36041-0 .