Orthopädische Gelenk-Klinik

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Arthrose: Knorpelaufbau, Regeneration und Funktion

  1. Was ist Arthrose?
  2. Gesunder Gelenkknorpel und Ursachen für Knorpelverschleiß
  3. Diagnose von Gelenkschmerzen und Arthrose
  4. Therapie von Knorpelschaden durch Knorpeltransplantation
  5. Endoprothesen (Gelenkersatz) bei Arthrose

Die Funktion des Gelenk-Knorpels

Prinzip der Knorpelfunktion: Ein dünner Wasserfilm kann tonnenschwere Gewichte tragen. Biomechanisches Prinzip des Knorpels: Ein dünner Wasserfilm kann diese 5 Tonnen schwere Granit-Kugel tragen. Voraussetzung für diese Tragefähigkeit ist die Reibungsfreiheit zwischen den beteiligten Oberflächen. © Brent Moore über Wikimedia.org

Arthrose ist primär eine Erkrankung der Gelenk-Knorpel. Die Knorpel sind dichte, Gummi- oder schwammartige Substanzen, die die Gelenkflächen von innen auskleiden.

Der Gelenk-Knorpel zeichnet sich durch niedrigste Reibungswerte an der Oberfläche und durch Elastizität aus. Das Knorpelgewebe ist wie ein bindegewebiges mikroskopisches Netz aus Proteinfasern. Die eigentlichen Knorpelzellen machen nur 1% des Volumens der Knorpelgewebe aus. Knorpel ist vollständig von Gelenkflüssigkeit (Synovialflüssigkeit) durchtränkt. Der größte Volumenanteil am Gelenk-Knorpel besteht aus Wasser. Die Fähigkeit des Knorpelgewebes, Wasser zu binden, ist also zentral für seine Funktion im Gelenk. Diese hohe Wasserbindung der Knorpelgewebe wird durch eine besondere Proteinklasse, die sogenannten Aggrekane bewerkstelligt. Diese werden auch durch Knorpelzellen erzeugt.

Diese einmalige Oberfläche der Knorpelgewebe übersteht Millionen von Belastungszyklen - ohne jede Abnutzung. Die Menschen laufen also effektiv "über Wasser", wenn sie gehen. Diese Widerstandsfähigkeit ist aber nur solange gegeben, so lange das bindegewebige Fasernetz im Knorpelgewebe stabil ist und die Oberfläche intakt ist.

Mikroskopische Aufnahme von hyalinem Gelenk-Knorpel Mikroskopische Aufnahme von hyalinem Gelenk-Knorpel. Die stark wasserhaltige Knorpelmatrix ist im Bild transparent (durchsichtig). Darin eingebettet sind die angefärbten Chondrozyten (Knorpelzellen). Sie bilden die Proteine der hyalinen (wasserhaltigen) Matrix und sondern sie in ihre Umgebung ab. © Ganimedes über Wikimedia.org

Die bindegewebige Matrix der Knorpel ist aus Proteinbestandteilen wie Chondroitin und Hyaluronsäure aufgebaut. Manche Arthrosepatienten nehmen diese Proteine als Nahrungsergänzungsmittel zu sich, um Ihre Knorpel zu stärken. Jedoch ist nicht die Verfügbarkeit, sondern häufig die gestörte Regulation von Knorpelbildungs- und Abbauprozessen das Problem beim Knorpelschwund.

Die Wirksamkeit der Nahrungsergänzungsmittel ist daher recht umstritten.

Die Knorpelregeneration ist an die Vitalität der Knorpelzellen gebunden. Wenn Knorpelzellen einmal abgestorben sind, können Sie vom Körper nicht mehr durch Zellteilung neugebildet werden.

Wasserbindung des Korpelgewebes ist für die Funktion entscheidend

Die Wasserfilme der Knorpelflächen übernehmen im menschlichen Gelenk über 90% der bei der Bewegung entstehenden Lasten: Lediglich 10% müssen von dem hyalinen Bindegewebe getragen werden. Die Konstruktion der Gleitflächen in den Gelenken ist um ein vielfaches gleitfähiger, als eine glatte Eisfläche.

Solange die knorpelbildenden Zellen (Chondrozyten) aktiv und vital sind, regeneriert sich das wasserbindende Knorpelgewebe stets wieder.

Besonderer Stoffwechsel der Knorpelzellen

Die Knorpelzellen selbst haben ein schweres Leben: Sie nach Abschluss der Wachstumsphase des Menschen sind nicht mehr an den Blutkreislauf angeschlossen, sondern ernähren sich nur durch passive Verteilung von den Nährstoffen im Gewebe. Die Ernährung geschieht passiv durch Flüssigkeitsströme in der flüssigkeitsgefüllten Matrix. Man spricht hier von bradytrophen (gering ernährten) Geweben. Die bradytrophe Situation beeinflusst die Regeneration der Knorpelzellen, z.B. nach einem Unfall. Die Ernährungssituation limitiert die Stoffwechselaktivität von Knorpelzellen auf ein sehr geringes Maß. Das limitiert die Reaktionsmöglichkeiten bei Beschädigung oder Trauma. Trotz der geringen Nährstoffzufuhr sind die Knorpelzellen sehr aktiv: Sie synthetisieren laufend die Proteine des Bindegewebes und die Enzyme, die Auf- und Abbau des Knorpelgewebes regulieren.

Knorpelaufbau und Knorpelabbau im Gleichgewicht

Ähnlich, wie das Knochengewebe, befindet sich das Knorpelgewebe in einem regulierten Gleichgewicht zwischen Knorpelaufbau und Knorpelabbau. Knorpelabbauende Enzyme sind die sogenannten Metalloproteinasen. Werden diese z.B. durch Entzündungsereignisse verstärkt gebildet, kann es zu einem entzündngsbedingten Knorpelverlust im Gelenk kommen.

Nach Unfällen oder durch das biologische Alter kann sich das Molekulargeflecht des Knorpelgewebes dauerhaft verändern - wie in vielen anderen Bindegeweben auch. Vor allem Scherbewegungen sind hier besonders schädlich.

Knorpelverletzung

Nach Knorpelverletzung oder Überlastung reißen die Fasern im Knorpel. Die Konzentration der wasserbindenden Moleküle (Aggrekane) nimmt ab. Damit sinkt auch die Fähigkeit des Knorpels zur Wasserbindung, und damit seine Elastizität.

Alterung des Gelenkknorpels

Auch der Knorpel ist daher der biologischen Alterung unterworfen. Im Gesicht und auf der Haut ist dieser Alterungsprozess für uns besonders auffällig. Diese Bindegewebsalterung verläuft aber genauso auch in den Gelenken. Ab dem 30. Lebensjahr nimmt die Elastizität der Knorpel kontinuierlich ab.

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