Knorpelgewebe
Synonyme: Cartilago (lat.), Textus cartilagineus, Chondros (griechisch)
Englisch: cartilage, cartilaginous tissue
1. Definition
Knorpelgewebe, oder einfach Knorpel, ist eine aus spezialisierten Zellen (Chondrozyten) und extrazellulärer Grundsubstanz aufgebaute Form des Bindegewebes.
2. Vorkommen
Knorpelgewebe kommt an vielen Stellen des menschlichen Körpers vor. Es überzieht als Gelenkknorpel (Cartilago articularis) die Gelenkflächen aller echten Gelenke (Diarthrosen), z.B. des Kniegelenks und des Hüftgelenks. Hier sorgt es für die reibungsarme Beweglichkeit der Gelenkenden. Auch die Bandscheiben (Disci intervertebrales) und Menisken bestehen aus Knorpelgewebe. Beim wachsenden Organismus begegnet einem Knorpelgewebe darüber hinaus in den Epiphysenfugen.
Des Weiteren findet man beim Menschen Knorpel in folgenden Regionen:
| Region | Knorpel |
|---|---|
| Ohr | Ohrknorpel (Cartilago auriculae) Gehörgangsknorpel (Cartilago meatus acustici) Tubenknorpel (Cartilago tubae auditivae) |
| Nase | Nasenknorpel (Cartilagines nasi)
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| Kehlkopf | Kehlkopfknorpel (Cartilagines laryngis)
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| Atemwege | Trachealknorpel (Cartilagines tracheales) |
| Thorax | Rippenknorpel (Cartilago costalis) |
3. Histologie
Knorpelgewebe besteht aus Knorpelzellen, den Chondrozyten, und der extrazellulären Knorpelmatrix (EZM). Diese setzt sich aus einer unstrukturierten Grundsubstanz mit einem darin eingelagerten, organisierten Netz aus Kollagenfasern zusammen.
Die Zellkomplexe aus Chondrozyten werden von einer stark basophilen EZM umgeben, die als "Territorium", "territoriale Matrix" oder "Knorpelhof" bezeichnet wird. Die Knorpelmatrix, die weiter von den Zellen entfernt liegt, ist die "interstitielle Matrix" oder "Interterritorialzone". Die Substanz zwischen den einzelnen Chondrozyten innerhalb einer isogenen Gruppe heißt "perizelluläre Matrix".
3.1. Knorpelzellen
Die rundlichen Chondrozyten unterhalten die Matrix und sind in Form kleiner Zellnester von 3-5 Zellen angeordnet, die sich alle aus einem gemeinsamen Chondroblasten entwickeln. Diese Zellnester bezeichnet man auch als isogene Gruppen. Eine isogene Gruppe mit ihrem Territorium wird Chondron genannt.
Die Chondroblasten entstehen aus undifferenzierten Mesenchymzellen und sezernieren die EZM. Nach Sistieren der Zellteilung werden die Chondroblasten als Chondrozyten bezeichnet. Chondrozyten besitzen während der Knorpelentwicklung noch ihre Teilungsfähigkeit, verlieren diese jedoch im reifen Knorpel.
Den Abbau des Knorpels übernehmen ebenfalls spezialisierte Zellen, die Chondroklasten. Aufgrund der insulären Lage der Knorpelzellen in der Knorpelmatrix können Knorpelschäden nicht durch Einwanderung von Nachbarzellen ausgeglichen werden.
3.2. Knorpelmatrix
Die Knorpelmatrix hat einen Wasseranteil bis zu 70% und weist nahezu keine Blutgefäße und Nerven oder Nozizeptoren auf. Der Stoffaustausch des Knorpels erfolgt durch Diffusion. Ihre Hauptbestandteile sind Kollagene, Elastin und Proteoglykane, deren Gesamtanteil und genaue Zusammensetzung sich bei den verschiedenen Knorpelarten unterscheidet. Die Proteoglykane besitzen zahlreiche negativ geladene Molekülbestandteile und ziehen deshalb Natriumionen an. Sie wiederum binden Wasser im Knorpelgewebe.
3.3. Knorpelformen
Je nach Beschaffenheit und Aufbau der Knorpelmatrix unterscheidet man drei Formen des Knorpels:
4. Biomechanik
Knorpel ist ein elastisches, biegestabiles Gewebe, das eine hohe Reißresistenz und Druckelastizität besitzt. Im Falle des hyalinen Knorpels kommt diese Druckelastizität dadurch zustande, dass sogenannte Proteoglykanaggregate (Aggrecan mit Hyaluronan) gebildet und dann an die Kollagenfibrillen (meistens Typ-II-Kollagen) angelagert werden.
Hyaluronan (oder Hyaluronsäure) hat aufgrund seines anionischen Charakters eine hohe Affinität zu Wasser und nimmt in wässriger Lösung ein großes Volumen ein. Durch die Verbindung mit den Kollagenfibrillen wird Hyaluronan - entgegen seiner Natur sich auszudehnen - auf 1/5 seines normalen Volumens zusammengedrängt und festgehalten. Diese Molekülkonstruktion ist mit Sprungfedern zu vergleichen, die ihrer Expansionsneigung nicht voll nachkommen. Wird der Knorpel mechanisch belastet, gibt er bis zu seiner Komprimierbarkeitsgrenze nach, indem Wasser aus dem EZM ausströmt. Lässt der Druck auf den Knorpel wieder nach, wirkt die Expansionsneigung der zusammengedrückten "Sprungfedern" und es kommt zur Dekompression. Dies Funktion kann mit erhöhtem Lebensalter nachlassen, weil sich die Zusammensetzung der Proteoglykan- und Kollagenfibrillen ändert.
5. Klinik
Bei Ernährungsstörungen des Knorpels kommt es zu einer Degeneration der Knorpelmatrix und zum Absterben von Knorpelzellen. Es kommt zur so genannten "Demaskierung" der Kollagenfasern, d.h. die normalerweise in die Grundsubstanz eingebetteten kollagenen Faserzüge treten an die Oberfläche. Dieser Prozess macht sich klinisch unter anderem als Arthrose bemerkbar. Da eine Arthrose auf Dauer zu erheblichen Funktionseinbußen führt, ist die Knorpelregeneration ein wichtiger Gegenstand der klinischen Forschung.