Sehnen und Bänder: Zugkräfte übertragen, Gelenke führen

Zwei Gewebe mit unterschiedlichen Verbindungen

Sehnen übertragen die Kräfte von Skelettmuskeln auf ihre Ansatzstrukturen, meist auf Knochen. Bänder verbinden im Bewegungsapparat Knochen miteinander und führen deren Bewegung im Gelenk. Beide bestehen überwiegend aus einer zugfesten, kollagenreichen Matrix mit vergleichsweise wenigen Zellen. Ihre Form, Faserausrichtung und Verbindung zum Nachbargewebe passen zur jeweiligen mechanischen Aufgabe. [1][20][45][50]

Beim Beugen eines Fingers gleitet beispielsweise eine lange Beugesehne durch ihr Führungssystem. Am Sprunggelenk verändert die Achillessehne die Übertragung des Wadenmuskelzugs auf das Fersenbein. Ein Außenband des Sprunggelenks spannt sich dagegen abhängig von der Stellung der verbundenen Knochen und trägt zur Begrenzung bestimmter Bewegungsrichtungen bei. [38][48][50]

Kollagen ist in mehreren Größenordnungen organisiert

Kollagenmoleküle bilden Fibrillen; diese werden zu größeren Faserverbänden und Bündeln geordnet. In vielen Sehnen ist ihre Hauptorientierung längs zum Kraftübertragungsweg. Unter dem Mikroskop ist häufig eine wellige Anordnung, der Crimp, erkennbar. Mit zunehmendem Zug werden solche Strukturen stärker ausgerichtet und mehr Faseranteile tragen zur Spannung bei. [45][49]

Zwischen den Kollagenanteilen liegen Wasser, Proteoglykane, Glykoproteine und weitere Matrixbestandteile. Ihr Zusammenspiel beeinflusst das Gleiten zwischen Fibrillen und Bündeln sowie die zeitabhängige Verformung. Kollagen Typ I ist ein wichtiger zugtragender Bestandteil; die lokale Zusammensetzung verändert sich beispielsweise an druckbelasteten Umlenkstellen und knochennahen Übergängen. [20][45][48][49]

Sehnenzellen erhalten und verändern ihre Umgebung

Die langgestreckten Sehnenzellen, Tenocyten, liegen zwischen den kollagenen Verbänden. Sie stellen Matrixbestandteile her und beteiligen sich an deren Erhaltung und Umbau. Ihre Verteilung folgt der Gewebearchitektur. Zellfortsätze und die Verbindung zur Umgebung ermöglichen, dass sie auf veränderte mechanische Bedingungen reagieren. [22][45][48]

Eine Sehne ist damit ein lebendes, durchblutetes Gewebe mit regional unterschiedlichen Stoffwechsel- und Versorgungsbedingungen. Bei Reparaturvorgängen kommen Zellen aus mehreren beteiligten Gewebebereichen hinzu. Wie gut sich eine Region umgestaltet, hängt unter anderem von Ort, Art der Veränderung, Gefäßversorgung und der Beschaffenheit der verbleibenden Matrix ab. [22][38][45]

Hüllen gliedern die Sehne und ermöglichen Verschiebung

Zwischen den Bündeln liegt lockeres Bindegewebe, häufig als Endotenon bezeichnet. Es verbindet die Bündel und ermöglicht ihre begrenzte Verschiebung gegeneinander. An der Oberfläche schließt sich das Epitenon an. Je nach Sehne besteht zusätzlich ein verschiebliches umgebendes Gewebe, das Paratenon. Diese Begriffe beschreiben miteinander verbundene Bereiche; die Benennung einzelner Hierarchiestufen variiert in der Fachliteratur. [45][48]

Gefäße und Nerven verlaufen bevorzugt in den umgebenden und zwischen den Bündeln liegenden Bindegewebsräumen. Die Gefäßdichte ist gegenüber Muskelgewebe geringer und entlang einer Sehne unterschiedlich. Besonders an stark beanspruchten Umlenkstellen kommen gefäßarme Regionen vor. In Sehnen mit synovialer Scheide können Flüssigkeitsaustausch und Diffusion zur Versorgung beitragen. [45][48]

Sehnenscheiden, Haltebänder und Schleimbeutel führen den Verlauf

An Hand und Fuß müssen Sehnen bei wechselnder Gelenkstellung nahe an Knochen und Gelenken bleiben. Faserige Führungen und Retinacula halten ihren Verlauf. Eine synoviale Sehnenscheide bildet einen gleitfähigen Raum um bestimmte Sehnen. Ihre Flüssigkeit und Oberflächen vermindern die Reibung bei den wiederholten Verschiebungen. [6][48]

Ein Schleimbeutel, Bursa, liegt als anderer Typ eines Gleitlagers zwischen benachbarten Strukturen, beispielsweise zwischen Sehne und Knochen. Die gesamte Anordnung beeinflusst auch die Richtung des Sehnenzugs und seinen Abstand zur Gelenkachse. Deshalb gehört zum Verständnis einer Sehne neben ihrem inneren Aufbau immer ihr Verlauf durch die Umgebung. [6][11][48]

Am Muskel-Sehnen-Übergang treffen zwei Gewebesysteme aufeinander

Am myotendinösen Übergang ist das Ende einer Muskelfaser über Membranproteine, Basallamina und extrazelluläre Matrix mit dem Sehnengewebe verbunden. Die Oberfläche ist stark gefaltet und verzahnt. Eine dreidimensionale Untersuchung menschlicher Muskel-Sehnen-Proben zeigt leisten- und rinnenartige Strukturen an dieser Grenzfläche. [33][34]

Zusätzlich wird Kraft seitlich über die Muskelfaserhüllen und die umgebende Matrix weitergeleitet. Endomysium, Perimysium und die intramuskulären Sehnenanteile bilden ein zusammenhängendes mechanisches Netz. Eine flächig ausgebreitete Sehne heißt Aponeurose; sie kann über eine größere Fläche Muskelkräfte sammeln und weitergeben. [13][33][48]

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Die Enthesis vermittelt zwischen weicher Sehne und hartem Knochen

Die knöcherne Anheftung einer Sehne oder eines Bandes heißt Enthesis. Es gibt fibröse und faserknorpelige Anheftungen. Bei fibrösen Verbindungen verankern kollagene Faserzüge das Gewebe am Knochen beziehungsweise über dessen bindegewebige Randstrukturen. An faserknorpeligen Ansätzen findet sich ein abgestufter Übergang mit veränderter Matrix und Zellgestalt. [20][21]

Im typischen faserknorpeligen Übergang folgen auf Sehnengewebe zunächst nicht mineralisierter und dann mineralisierter Faserknorpel; daran schließt der Knochen an. Die Mineralisationsgrenze zwischen den Knorpelbereichen wird als Tidemark beschrieben. Diese Gliederung hilft, unterschiedliche Steifigkeiten und wechselnde Zug- und Druckbedingungen über eine räumliche Übergangszone zu verbinden. [20][21]

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Zugfestigkeit und Nachgiebigkeit gehören zusammen

Eine Sehne verlängert sich unter Zug in begrenztem Maß. Anfangs verändert sich unter anderem die wellige Ausrichtung der Faserverbände; bei weiterer Belastung beteiligen sich weitere Strukturen am Widerstand. Der Zusammenhang zwischen Zug und Verlängerung ist deshalb über einen größeren Bereich gekrümmt. Außerdem hängt die Antwort von Richtung und Geschwindigkeit der Belastung ab. [45][49]

Eine nachgiebige Sehne kann mechanische Energie aufnehmen und im weiteren Bewegungsablauf wieder abgeben. Der Anteil dieses Verhaltens unterscheidet sich zwischen Sehnen und Aufgaben. Gleichzeitig vermitteln die Zugrichtung und der Abstand zur Gelenkachse, welches Drehmoment aus einer bestimmten Kraft entsteht. Länge, Querschnitt, Materialeigenschaften und Führung werden deshalb gemeinsam betrachtet. [11][30][49]

Was viskoelastisches Verhalten bedeutet

Bei einer über eine gewisse Zeit gehaltenen Zuglast kann die Verformung weiter zunehmen; das heißt Kriechen oder Creep. Wird eine Verlängerung festgehalten, kann die dazu erforderliche Spannung mit der Zeit abnehmen; das wird als Spannungsrelaxation beschrieben. Beim Belasten und Entlasten verlaufen Kraft und Länge außerdem auf unterschiedlichen Wegen. Ein Teil der eingesetzten Energie wird dabei umgesetzt. [46][49]

Diese Begriffe beschreiben Gewebeantworten unter definierten Messbedingungen. Ein mechanisches Modell mit Sehnenbündeln aus Rattenschwänzen zeigt beispielsweise, wie die Kombination aus Faserausrichtung, Fibrillenkriechen und Matrixeigenschaften solche Verläufe erklären kann. Für menschliche Bewegung werden zusätzlich die konkrete Sehne, ihr Zustand und die Belastungssituation berücksichtigt. [46]

Bänder spannen sich abhängig von der Gelenkstellung

In einem Band verlaufen Faserverbände so, dass sie Bewegungen zwischen den verbundenen Knochen führen. Unterschiedliche Anteile können sich bei einer Bewegung nacheinander straffen oder entspannen. Die Form der Ansatzbereiche und die räumliche Beziehung zum Gelenk bestimmen, welche Faseranteile unter einer gegebenen Stellung Zug aufnehmen. [50]

Kollagenreiche Bänder, Gelenkkapsel und knöcherne Form ergänzen die aktive Führung durch Muskeln. Die Versorgung und Reparaturfähigkeit unterscheiden sich zwischen einzelnen Bändern und ihren Geweberegionen. Das vordere Kreuzband und das innere Seitenband des Knies sind deshalb auch biologisch unterschiedliche Beispiele. Für die Bewertung einer Verletzung zählt die genaue betroffene Struktur. [6][38][50]

Zug wird auch als sensorische Information genutzt

Im Muskel-Sehnen-Bereich liegen Golgi-Sehnenorgane. Ihre sensiblen Nervenendigungen melden Zugverhältnisse im Kraftübertragungsweg an das Nervensystem. In Bändern, Kapseln und umgebenden Geweben befinden sich weitere sensorische Endigungen, die Informationen über Gewebeverformung und schmerzhafte Reize beitragen. [18][50]

Diese Signale fließen zusammen mit Muskelspindeln und weiteren Sinnessystemen in die Bewegungsregulation ein. Der jeweilige Regelkreis entscheidet mit darüber, wie eine Rückmeldung die Aktivität anderer Nervenzellen beeinflusst. Für das Verständnis einer Sehne sind daher Kraftübertragung, Gewebeversorgung und die Einbindung in sensorische Systeme gleichermaßen relevant. [18]

Umbau, Verletzung und Untersuchung einordnen

Der Kollagenumsatz ist regional verschieden. Eine Untersuchung mit der Radiokarbonmethode fand einen sehr geringen Austausch im zentralen Kollagen menschlicher Achillessehnen nach dem Wachstum. Die Messung bezog sich auf dieses entnommene Kerngewebe. Weitere Zell-, Hüll- und Reparaturprozesse besitzen ihre eigenen zeitlichen Verläufe. [22]

Ein Riss unterbricht die mechanische Kontinuität teilweise oder vollständig. Reparatur umfasst sich überlappende entzündliche, matrixbildende und umgestaltende Vorgänge. Bei Sehnenbeschwerden und Bandverletzungen werden Ort, Verlauf, Druckempfindlichkeit, Kraft, Beweglichkeit und Gelenkführung untersucht. Ultraschall oder MRT können die Strukturfrage ergänzen. Der Zusammenhang mit der ausgeführten Bewegung hilft, die funktionelle Bedeutung der Befunde zu beurteilen. [38][41][45][50]

Im Gesundheitswissen weiterlesen

• Der Bewegungsapparat
• Skelettmuskeln: von der Faser zur Bewegung
• Gelenke: Aufbau, Beweglichkeit und Führung
• Binde- und Stützgewebe: Zellen in ihrer Matrix
• Knochen: Aufbau, Versorgung und lebenslanger Umbau

Diese Zusammenhänge vertiefen

• Skelettmuskeln: von der Zellarchitektur zur abgestimmten Kraft
• Gelenke: Aufbau, Beweglichkeit und Führung
• Binde- und Stützgewebe: Zellen in ihrer Matrix
• Knochen: Aufbau, Versorgung und lebenslanger Umbau