Anatomie und Physiologie I

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Anatomie und Physiologie I

Wie bei den oberen Gliedmaßen, ist die untere Gliedmaße in drei Bereiche unterteilt. Der Oberschenkel ist der Teil der unteren Gliedmaße, der sich zwischen dem Hüftgelenk und dem Kniegelenk befindet. Das Bein ist der Bereich zwischen dem Kniegelenk und dem Sprunggelenk. Distal des Knöchels befindet sich der Fuß. Die unteren Gliedmaßen bestehen aus 30 Knochen. Dazu gehören der Oberschenkelknochen, die Kniescheibe, das Schienbein, das Wadenbein, die Fußwurzelknochen, die Mittelfußknochen und die Fingerknochen. Der Oberschenkelknochen ist der einzige Knochen des Oberschenkels. Die Kniescheibe (Patella) ist die Kniescheibe, die mit dem distalen Oberschenkelknochen gelenkig verbunden ist. Das Schienbein (Tibia) ist der größere, gewichtstragende Knochen auf der Innenseite des Beins, das Wadenbein (Fibula) ist der dünne Knochen auf der Seite des Beins. Die Knochen des Fußes werden in drei Gruppen eingeteilt. Der hintere Teil des Fußes besteht aus einer Gruppe von sieben Knochen, von denen jeder als Fußwurzelknochen bezeichnet wird, während der Mittelfuß fünf längliche Knochen enthält, die jeweils als Mittelfußknochen bezeichnet werden. Die Zehen enthalten 14 kleine Knochen, von denen jeder ein Fußwurzelknochen ist.

Femur

Der Oberschenkelknochen (Femur) ist der einzige Knochen der Oberschenkelregion (Abbildung 1). Er ist der längste und stärkste Knochen des Körpers und macht etwa ein Viertel der Gesamthöhe eines Menschen aus. Das abgerundete, proximale Ende ist der Kopf des Oberschenkelknochens, der mit der Hüftpfanne des Hüftknochens zusammenwirkt und das Hüftgelenk bildet. Die Fovea capitis ist eine kleine Einbuchtung an der medialen Seite des Oberschenkelkopfes, die als Ansatzpunkt für das Band des Oberschenkelkopfes dient. Dieses Band überspannt den Oberschenkelknochen und die Hüftpfanne, ist aber schwach und stützt das Hüftgelenk kaum. Es führt jedoch eine wichtige Arterie, die den Oberschenkelkopf versorgt.

Abbildung 1. Oberschenkelknochen und Patella. Der Oberschenkelknochen ist der einzige Knochen der Oberschenkelregion. Er artikuliert nach oben mit dem Hüftknochen im Hüftgelenk und nach unten mit dem Schienbein im Kniegelenk. Die Kniescheibe artikuliert nur mit dem distalen Ende des Oberschenkelknochens.

Der verengte Bereich unterhalb des Kopfes ist der Oberschenkelhals. Dies ist ein häufiger Bereich für Oberschenkelbrüche. Der Trochanter major ist der große, nach oben gerichtete, knöcherne Vorsprung über der Basis des Schenkelhalses. Mehrere Muskeln, die auf das Hüftgelenk einwirken, setzen am Trochanter major an, der durch seinen Vorsprung am Oberschenkelknochen eine zusätzliche Hebelwirkung auf diese Muskeln ausübt. Der Trochanter major ist direkt unter der Haut auf der lateralen Seite des Oberschenkels zu spüren. Der Trochanter minor ist ein kleiner, knöcherner Vorsprung, der auf der medialen Seite des Oberschenkelknochens knapp unterhalb des Halses liegt. Am Trochanter minor setzt ein einzelner, kräftiger Muskel an. Zwischen dem Trochanter major und dem Trochanter minor verläuft auf der Vorderseite des Oberschenkels die aufgeraute intertrochantäre Linie. Die Trochanter sind auch auf der hinteren Seite des Oberschenkelknochens durch den größeren intertrochantären Kamm verbunden.

Der längliche Schaft des Oberschenkelknochens weist eine leichte anteriore Biegung oder Krümmung auf. An seinem proximalen Ende weist der hintere Schaft das Tuberculum gluteale auf, eine aufgeraute Fläche, die sich vom Trochanter major nach unten erstreckt. Weiter inferior geht das Tuberculum gluteale in die Linea aspera („raue Linie“) über. Dabei handelt es sich um den aufgerauten Grat, der distal entlang der hinteren Seite des mittleren Oberschenkels verläuft. Entlang der Linea aspera setzen mehrere Muskeln der Hüft- und Oberschenkelregion mit langen, dünnen Ansätzen am Oberschenkelknochen an.

Das distale Ende des Oberschenkelknochens hat mediale und laterale knöcherne Ausziehungen. Auf der lateralen Seite ist der glatte Teil, der die distalen und posterioren Aspekte der lateralen Erweiterung bedeckt, der laterale Kondylus des Femurs. Der aufgeraute Bereich an der äußeren, seitlichen Seite des Kondylus ist der laterale Epikondylus des Oberschenkelknochens. In ähnlicher Weise ist der glatte Bereich des distalen und hinteren medialen Oberschenkelknochens der mediale Kondylus des Oberschenkelknochens, und die unregelmäßige äußere, mediale Seite davon ist der mediale Epikondylus des Oberschenkelknochens. Die lateralen und medialen Kondylen sind mit dem Schienbein verbunden und bilden das Kniegelenk. An den Epicondylen sind die Muskeln und die stützenden Bänder des Knies befestigt. Das Tuberculum adductor ist ein kleiner Höcker, der sich am oberen Rand des medialen Epikondylus befindet. Nach hinten werden die medialen und lateralen Kondylen durch eine tiefe Vertiefung, die Fossa intercondylaris, getrennt. Anterior schließen sich die glatten Oberflächen der Kondylen zu einer breiten Rinne zusammen, die als Patellafläche bezeichnet wird und für die Artikulation mit der Kniescheibe sorgt. Durch die Kombination der medialen und lateralen Kondylen mit der Kniescheibenfläche erhält das distale Ende des Oberschenkelknochens die Form eines Hufeisens (U).

Kniescheibe

Die Kniescheibe (Patella) ist der größte sesamoidale Knochen des Körpers (siehe Abbildung 1). Ein Sesambein ist ein Knochen, der in die Sehne eines Muskels integriert ist, wo diese Sehne ein Gelenk kreuzt. Der Sesambeinknochen artikuliert mit den darunter liegenden Knochen, um eine Beschädigung der Muskelsehne durch Reibung an den Knochen bei Bewegungen des Gelenks zu verhindern. Die Kniescheibe befindet sich in der Sehne des Musculus quadriceps femoris, dem großen Muskel des vorderen Oberschenkels, der über das vordere Knie verläuft und am Schienbein ansetzt. Die Kniescheibe artikuliert mit der Kniescheibenfläche des Oberschenkelknochens und verhindert so ein Reiben der Muskelsehne am distalen Oberschenkelknochen. Außerdem hebt die Kniescheibe die Sehne vom Kniegelenk ab, was die Hebelwirkung des Musculus quadriceps femoris bei der Bewegung über das Knie erhöht. Die Kniescheibe ist nicht mit dem Schienbein gelenkig verbunden.

Homöostatisches Ungleichgewicht: Runner’s Knee

Abbildung 2. Der Q-Winkel. Der Q-Winkel ist ein Maß für die seitliche Abweichung des Oberschenkels von der vertikalen Linie des Schienbeins. Erwachsene Frauen haben aufgrund ihres breiteren Beckens einen größeren Q-Winkel als erwachsene Männer.

Das Läuferknie, auch bekannt als patellofemorales Syndrom, ist die häufigste Überlastungsverletzung bei Läufern. Es tritt am häufigsten bei Jugendlichen und jungen Erwachsenen auf und ist häufiger bei Frauen zu finden. Es entsteht oft durch übermäßiges Laufen, vor allem bergab, kann aber auch bei Sportlern auftreten, die ihre Knie stark beugen, z. B. bei Springern, Skifahrern, Radfahrern, Gewichthebern und Fußballspielern. Es handelt sich um einen dumpfen, schmerzenden Schmerz an der Vorderseite des Knies und tief in der Kniescheibe. Der Schmerz kann beim Gehen oder Laufen, beim Treppensteigen oder -absteigen, beim Knien oder Hocken oder nach längerem Sitzen mit gebeugtem Knie auftreten.

Das Patellofemoral-Syndrom kann durch eine Vielzahl von Ursachen ausgelöst werden, z. B. durch individuelle Variationen in der Form und Bewegung der Kniescheibe, durch einen direkten Schlag auf die Kniescheibe oder durch Plattfüße oder ungeeignete Schuhe, die ein übermäßiges Ein- oder Ausdrehen der Füße oder Beine verursachen. Diese Faktoren können zu einem Ungleichgewicht des auf die Kniescheibe wirkenden Muskelzuges führen, was eine abnormale Führung der Kniescheibe zur Folge hat, die sie zu weit in Richtung der lateralen Seite der Kniescheibenoberfläche auf dem distalen Oberschenkelknochen abweicht.

Da die Hüfte breiter ist als die Knieregion, hat der Oberschenkelknochen eine diagonale Ausrichtung innerhalb des Oberschenkels, im Gegensatz zu der vertikal ausgerichteten Tibia des Beins (Abbildung 2). Der Q-Winkel ist ein Maß dafür, wie weit der Oberschenkelknochen seitlich von der Senkrechten abgewinkelt ist. Der Q-Winkel beträgt normalerweise 10-15 Grad, wobei Frauen aufgrund ihres breiteren Beckens in der Regel einen größeren Q-Winkel haben. Bei der Streckung des Knies zieht der Musculus quadriceps femoris die Kniescheibe sowohl nach oben als auch zur Seite, wobei der seitliche Zug bei Frauen aufgrund ihres größeren Q-Winkels stärker ist. Dies macht Frauen anfälliger für die Entwicklung eines patellofemoralen Syndroms als Männer. Normalerweise gleicht die große Lippe auf der lateralen Seite der Kniescheibenoberfläche des Oberschenkels den lateralen Zug auf die Kniescheibe aus und trägt so dazu bei, ihre korrekte Führung aufrechtzuerhalten.

Wenn jedoch der von der medialen und lateralen Seite des Musculus quadriceps femoris erzeugte Zug nicht richtig ausbalanciert ist, kann es zu einer anormalen Führung der Kniescheibe zur lateralen Seite hin kommen. Bei fortgesetzter Belastung führt dies zu Schmerzen und kann zu Schäden an den Gelenkflächen von Kniescheibe und Oberschenkelknochen sowie zur möglichen Entwicklung einer Arthrose führen. Die Behandlung besteht in der Regel darin, die Aktivität, die die Knieschmerzen verursacht, für eine gewisse Zeit zu unterbrechen und dann allmählich wieder aufzunehmen. Eine angemessene Stärkung des Musculus quadriceps femoris zur Korrektur von Ungleichgewichten ist ebenfalls wichtig, um ein erneutes Auftreten zu verhindern.

Schienbein

Das Schienbein (Tibia) ist der mittlere Knochen des Beins und größer als das Wadenbein, mit dem es gepaart ist (Abbildung 3). Das Schienbein (Tibia) ist der wichtigste gewichtstragende Knochen des Unterschenkels und nach dem Oberschenkelknochen der zweitlängste Knochen des Körpers. Die mediale Seite des Schienbeins liegt unmittelbar unter der Haut, so dass es leicht über die gesamte Länge des Unterschenkels getastet werden kann.

Abbildung 3. Schienbein und Wadenbein. Das Schienbein (Tibia) ist der größere, gewichtstragende Knochen an der medialen Seite des Beins. Das Wadenbein ist der schlanke Knochen an der lateralen Seite des Beins und trägt kein Gewicht.

Das proximale Ende des Schienbeins ist stark erweitert. Die beiden Seiten dieser Erweiterung bilden den medialen Kondylus der Tibia und den lateralen Kondylus der Tibia. Die Tibia hat keine Epikondylen. Die Oberseite der beiden Kondylen ist glatt und abgeflacht. Diese Bereiche sind mit den medialen und lateralen Kondylen des Oberschenkels verbunden und bilden das Kniegelenk. Zwischen den Gelenkflächen der Schienbeinkondylen befindet sich die interkondyläre Eminenz, ein unregelmäßiger, erhöhter Bereich, der als unterer Ansatzpunkt für zwei stützende Bänder des Knies dient.

Die Tuberositas tibiae ist ein erhöhter Bereich an der Vorderseite des Schienbeins, nahe seinem proximalen Ende. Es ist der endgültige Ansatzpunkt für die mit der Kniescheibe verbundene Muskelsehne. Weiter unten nimmt der Schaft des Schienbeins eine dreieckige Form an. Die vordere Spitze dieses Dreiecks bildet den vorderen Rand des Schienbeins, der an der Tuberositas tibiae beginnt und inferior entlang der Länge des Schienbeins verläuft. Sowohl der vordere Rand als auch die mediale Seite des dreieckigen Schafts befinden sich unmittelbar unter der Haut und können über die gesamte Länge der Tibia leicht ertastet werden. Ein schmaler Grat, der an der lateralen Seite des Tibiaschaftes entlangläuft, ist der interossäre Rand des Schienbeins. Sie dient der Befestigung der Membrana interossea des Beins, der dichten Bindegewebsschicht, die Schien- und Wadenbeinknochen miteinander verbindet. An der hinteren Seite des Schienbeins befindet sich die Sohlenlinie, ein diagonal verlaufender, aufgerauter Grat, der unterhalb der Basis des lateralen Kondylus beginnt und nach unten und medial über das proximale Drittel des hinteren Schienbeins verläuft. An dieser Linie setzen die Muskeln des hinteren Beins an.

Die große Erweiterung auf der medialen Seite des distalen Schienbeins ist der mediale Malleolus („kleiner Hammer“). Er bildet den großen knöchernen Höcker an der medialen Seite der Knöchelregion. Sowohl die glatte Oberfläche an der Innenseite des Innenknöchels als auch der glatte Bereich am distalen Ende des Schienbeins sind mit dem Talus des Fußes als Teil des Sprunggelenks gelenkig verbunden. An der lateralen Seite des distalen Schienbeins befindet sich eine breite Rille, die so genannte Fibulakerbe. Dieser Bereich artikuliert mit dem distalen Ende des Wadenbeins und bildet das distale Tibiofibulargelenk.

Fibula

Das Wadenbein (Fibula) ist ein schlanker Knochen an der lateralen Seite des Beins (siehe Abbildung 3). Das Wadenbein trägt kein Gewicht. Es dient in erster Linie den Muskelansätzen und ist daher weitgehend von Muskeln umgeben. Nur das proximale und distale Ende des Wadenbeins kann ertastet werden.

Das Wadenbeinköpfchen ist das kleine, knubbelartige, proximale Ende des Wadenbeins. Er artikuliert mit der unteren Seite des lateralen Tibiakondylus und bildet das proximale Tibiofibulargelenk. Der dünne Schaft des Wadenbeins weist den interossalen Rand des Wadenbeins auf, einen schmalen Grat, der an seiner medialen Seite verläuft und der Befestigung der interossalen Membran dient, die das Wadenbein und das Schienbein überspannt. Das distale Ende des Wadenbeins bildet den Außenknöchel, der den leicht zu ertastenden knöchernen Höcker an der lateralen Seite des Knöchels bildet. Die tiefe (mediale) Seite des Malleolus lateralis artikuliert mit dem Talusknochen des Fußes als Teil des Sprunggelenks. Das distale Wadenbein artikuliert auch mit der Fibulakerbe des Schienbeins.

Fußwurzelknochen

Die hintere Hälfte des Fußes wird von sieben Fußwurzelknochen gebildet (Abbildung 4). Der oberste Knochen ist der Talus. Er hat eine relativ quadratische Oberseite, die mit dem Schien- und Wadenbein zusammen das Sprunggelenk bildet. Das Knöchelgelenk wird durch drei Gelenkbereiche gebildet: Die superomediale Oberfläche des Talusknochens artikuliert mit dem medialen Malleolus des Schienbeins, die Oberseite des Talus artikuliert mit dem distalen Ende des Schienbeins, und die laterale Seite des Talus artikuliert mit dem lateralen Malleolus des Wadenbeins. An der Unterseite artikuliert das Sprungbein mit dem Fersenbein (Calcaneus), dem größten Knochen des Fußes, der die Ferse bildet. Das Körpergewicht wird vom Schienbein über das Sprungbein auf den Fersenbeinkopf übertragen, der auf dem Boden ruht. Der mediale Kalkaneus hat einen markanten knöchernen Fortsatz, das so genannte Sustentaculum tali („Stütze für den Talus“), das die mediale Seite des Talusknochens stützt.

Abbildung 4. Knochen des Fußes. Die Knochen des Fußes werden in drei Gruppen eingeteilt. Der Rückfuß wird von den sieben Fußwurzelknochen gebildet. Der Mittelfuß besteht aus den fünf Mittelfußknochen. Die Zehen enthalten die Phalangen.

Der Quaderknochen artikuliert mit dem vorderen Ende des Fersenbeins. Der Quader hat eine tiefe Rille, die über seine Unterseite verläuft und den Durchgang für eine Muskelsehne bietet. Das Sprungbein artikuliert anterior mit dem Kahnbein, das wiederum anterior mit den drei keilförmigen Knochen artikuliert. Diese Knochen sind das mediale Keilbein, das mittlere Keilbein und das laterale Keilbein. Jeder dieser Knochen hat eine breite obere Fläche und eine schmale untere Fläche, die zusammen die transversale (medial-laterale) Krümmung des Fußes ergeben. Das Kahnbein und das seitliche Keilbein artikulieren auch mit der medialen Seite des Würfelbeins.

Metatarsalknochen

Die vordere Hälfte des Fußes wird von den fünf Mittelfußknochen gebildet, die sich zwischen den Fußwurzelknochen des hinteren Fußes und den Zehengliedern befinden (siehe Abbildung 4). Diese länglichen Knochen sind von 1-5 nummeriert, beginnend mit der medialen Seite des Fußes. Der erste Mittelfußknochen ist kürzer und dicker als die anderen. Der zweite Mittelfußknochen ist der längste. Die Basis des Mittelfußknochens ist das proximale Ende eines jeden Mittelfußknochens. Sie sind mit dem Würfel- oder Keilbein verwachsen. Die Basis des fünften Mittelfußknochens weist eine große seitliche Erweiterung auf, die für Muskelansätze sorgt. Diese verbreiterte Basis des fünften Mittelfußknochens kann als knöcherne Beule in der Mitte entlang des seitlichen Fußrandes ertastet werden. Das erweiterte distale Ende jedes Mittelfußknochens ist der Mittelfußknochenkopf. Jeder Mittelfußknochen bildet mit dem Grundglied eines Zehs ein Großzehengrundgelenk (Metatarsophalangealgelenk). Die Köpfe der Mittelfußknochen liegen ebenfalls auf dem Boden auf und bilden den Ballen (vorderes Ende) des Fußes.

Phalangen

Die Zehen enthalten insgesamt 14 Zehenknochen (Phalangen), die in ähnlicher Weise wie die Phalangen der Finger angeordnet sind (siehe Abbildung 4). Die Zehen sind von 1-5 nummeriert, beginnend mit der Großzehe (Hallux). Die Großzehe hat zwei Phalanxknochen, die proximalen und distalen Phalangen. Die übrigen Zehen haben alle proximale, mittlere und distale Phalangen. Ein Gelenk zwischen benachbarten Zehenknochen wird als Interphalangealgelenk bezeichnet.

Fußgewölbe

Wenn der Fuß beim Gehen, Laufen oder Springen mit dem Boden in Berührung kommt, übt der Aufprall des Körpergewichts einen enormen Druck und eine enorme Kraft auf den Fuß aus. Beim Laufen kann die Kraft, die auf jeden Fuß beim Bodenkontakt einwirkt, bis zum 2,5-fachen des Körpergewichts betragen. Die Knochen, Gelenke, Bänder und Muskeln des Fußes fangen diese Kraft auf und reduzieren so die Stöße, die von oben auf die unteren Gliedmaßen und den Körper übertragen werden. Die Fußgewölbe spielen bei dieser Stoßdämpfung eine wichtige Rolle. Wenn der Fuß mit Gewicht belastet wird, flacht das Fußgewölbe etwas ab und absorbiert so die Energie. Wenn das Gewicht weggenommen wird, federt das Gewölbe zurück und gibt dem Schritt einen gewissen „Schwung“. Die Fußgewölbe dienen auch dazu, das Körpergewicht seitlich und auf die beiden Enden des Fußes zu verteilen.

Der Fuß hat ein Quergewölbe, ein mediales Längsgewölbe und ein laterales Längsgewölbe (siehe Abbildung 4). Das Quergewölbe bildet die medial-laterale Krümmung des Mittelfußes. Es wird von den Keilformen der Keilbeine und den Basen (proximalen Enden) des ersten bis vierten Mittelfußknochens gebildet. Dieses Gewölbe trägt dazu bei, das Körpergewicht innerhalb des Fußes von einer Seite auf die andere zu verteilen, wodurch der Fuß unebenes Gelände ausgleichen kann.

Die Längsgewölbe verlaufen über die gesamte Länge des Fußes. Das laterale Längsgewölbe ist relativ flach, während das mediale Längsgewölbe größer (höher) ist. Die Längsgewölbe werden von den Fußwurzelknochen im hinteren Bereich und den Mittelfußknochen im vorderen Bereich gebildet. Diese Bögen stützen sich an beiden Enden ab, wo sie den Boden berühren. Im hinteren Bereich wird diese Abstützung durch den Fersenbeinknochen und im vorderen Bereich durch die Köpfe (distale Enden) der Mittelfußknochen gewährleistet. Das Sprungbein, das das Gewicht des Körpers aufnimmt, befindet sich am oberen Ende der Längsgewölbe. Das Körpergewicht wird dann vom Talus über die vorderen und hinteren Enden dieser Gewölbe auf den Boden übertragen.

Dicke Bänder verbinden die benachbarten Fußknochen miteinander, um zu verhindern, dass die Gewölbe bei der Gewichtsbelastung auseinanderbrechen. An der Unterseite des Fußes verbinden zusätzliche Bänder die vorderen und hinteren Enden der Fußgewölbe miteinander. Diese Bänder sind elastisch und können sich bei Belastung etwas dehnen, so dass sich die Längsgewölbe spreizen können. Durch die Dehnung dieser Bänder wird die Energie im Fuß gespeichert, anstatt diese Kräfte an das Bein weiterzuleiten. Die Kontraktion der Fußmuskeln spielt bei dieser Energieabsorption ebenfalls eine wichtige Rolle. Wenn der Fuß entlastet wird, ziehen sich die elastischen Bänder zurück und ziehen die Enden der Fußgewölbe enger zusammen. Durch diese Rückstellung der Fußgewölbe wird die gespeicherte Energie freigesetzt und die Energieeffizienz des Gehens verbessert.

Eine Dehnung der Bänder, die die Längsgewölbe stützen, kann zu Schmerzen führen. Dies kann bei übergewichtigen Personen, bei Personen, die einen Beruf ausüben, der langes Stehen erfordert (z. B. Kellnerin), oder bei Personen, die lange Strecken gehen oder laufen, auftreten. Wenn die Bänder länger, übermäßig oder wiederholt gedehnt werden, kann es zu einer allmählichen Verlängerung der stützenden Bänder kommen, was zu einer Absenkung oder einem Zusammenbruch der Längsgewölbe führt, insbesondere auf der Innenseite des Fußes. Dieser Zustand wird als Pes planus („Plattfuß“ oder „Senkfuß“) bezeichnet.

Fragen zur Selbstkontrolle

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