Die 8 Aufgaben und Funktionen von Skelett und Knochen bei Wirbeltieren und Menschen
Das Skelett ist die Gesamtheit aller Knochen und wird als Organsystem verstanden – da es für den Organismus die verschiedensten Aufgaben erfüllt. Dabei übernimmt das Skelett sowohl Teilaufgaben für alle anderen Organsysteme, aber erfüllt eigene Funktionen – wie Schutz und Stabilität.
Nachdem im letzten Artikel die 7 Bestandteile des Skeletts aufgezeigt wurden, soll in diesem Beitrag auf die Aufgaben und Funktionen von Skelett und Knochen eingegangen werden.
- Aufgaben und Funktionen des Skeletts und der Knochen
- Strukturfunktion des Skeletts
- Aufgaben bei der Atmung
- Funktionen bei der Sinneswahrnehmung
- Schutzfunktion von Skelett und Knochen
- Stabilitätsfunktion von Skelett und Knochen
- Aufgaben bei der Bewegung
- Aufgaben bei der Versorgung des Organismus
- Aufgaben bei der Abwehr von Krankheitserregern
- Zusammenfassung
- Literatur
Aufgaben und Funktionen des Skeletts und der Knochen
Das Skelett stellt zwar ein eigenes Organsystem mit verschiedensten Knochentypen dar, ist allerdings auch im Stütz- und Bewegungssystem integriert. Und gelten die Muskeln als Teil des aktiven Bewegungssystem, sind die Knochen vielmehr ein Apparat zur Stütze und Stabilität. Aber schauen wir uns die 9 Funktionen etwas genauer an.
Strukturfunktion des Skeletts
Das Skelett aller Wirbeltiere besteht aus dem Schädel, der Wirbelsäule, den Gliedmaßen, dem Brustkorb, dem Schulter- und dem Beckengürtel. Zusammengehalten werden diese über Gelenke, welche die Kraft – die von Muskeln erzeugt werden, übertragen können. Um Gelenke und damit auch die Knochen zu schützen, verleihen Bänder eine zusätzliche Stabilität.
Das Skelett verleiht dem Lebewesen eine gewisse Grundsturktur
Durch diese Aufhängung und Zusammensetzung wird dem Körper eine gewisse Struktur verliehen. Das Aussehen eines Lebewesens wird somit über das Skelett bestimmt. Was ich damit meine, ist, dass eine Katze ein anderes Skelett hat als ein Hund oder ein Mensch. Die Muskeln und die Haut, welches jedes Lebewesen hat – bilden sich um das Skelett und füllen den Körper weiter auf. Die eigentliche Grundstruktur wird aber durch das Skelett einer Spezies vorgegeben.
Das Katzenskelett verleiht der Katze eine andere Grundstruktur
Somit bildet das Skelett die Grundstruktur einer Art. Je nach Individuum kann sich das Aussehen unterscheiden, indem Haare länger oder kürzer sind, Körpergröße variiert oder andere Merkmale individuell unterschiedlich ausfallen. Aber ein Mensch wird in seiner ganzen Grundstruktur (Rumpf, Gliedmaßen, Kopfform) immer gleich aussehen.
Aufgaben bei der Atmung
Bei den Landwirbeltieren erfolgt die Atmung durch Lungen. Diese müssen zusammengepresst und auseinandergezogen werden, so dass Atemluft ins Bronchialsystem und die Lungenflügel strömen kann. Dazu ist eine Atemmuskulatur notwendig, welche den Brustkorb anhebt und absenkt – um das Ein- aus Ausatmen zu ermöglichen. Und diese Atemmuskulatur ist am Brustkorb über Sehnen befestigt. Wichtigster Atemmuskel ist das Zwerchfell.
Beim Einatmen (Inspiration) zieht sich die Brustmuskulatur und das Zwerchfell zusammen. Da die Muskeln an Sehnen befestigt sind, ziehen diese den Brustkorb mit, wodurch dieser sich anhebt. Dieses Anheben bewirkt, dass die Lungen passiv gedehnt werden. Dadurch entsteht ein Unterdruck in den Lungen, wodurch die Atemluft eingesaugt wird.
Beim Ausatmen (Exspiration) entspannt sich die Atemmuskulatur, wodurch die Spannung der Sehne nachlässt. Die Elastizität von Zwerchfell und Brustkorb, bewirkt eine Senkung des Brustkorbes und eine Verengung der Lunge. Dadurch wird die verbrauchte Atemluft aus den Lungen herausgepresst, verlässt das Bronchialsystem über Nase und Rachen.
Arbeitsweise der Atemmuskulatur beim Einatmen und Ausatmen
Die Kiemen der Fische sitzen auf sogenannten Kiemenbögen, welche entweder aus Knorpeln oder Knochen bestehen und somit ebenfalls Teil des Skeletts und des Atmungsapparates sind.
Der Kiemenbogen bei Fischen ist eine Knochenstruktur
Funktionen bei der Sinneswahrnehmung
Die Wahrnehmung der Wirbeltiere kann in verschiedene Einzelprozesse unterteilt werden. Denn Wahrnehmung (Hören, Sehen, Riechen, Schmecken, Fühlen) ist eine Interpretation der Umwelt, indem Reize der Umwelt registriert und verarbeitet werden. Somit ist Wahrnehmung, als eine Reaktion auf einen Reiz zu verstehen.
Bei der Reizung werden bestimmte Umweltreize, wie Gerüche, Lichteffekte, Schallwellen oder Geschmacksstoffe durch sogenannte Rezeptoren in den Sinnesorganen registriert und deren Informationen verarbeitet. Je nach Reiz unterscheidet man zwischen chemischen und physikalischen Vorgänge. So sind Gerüche und Geschmacksrichtungen allesamt Reize, welche chemisch erkannt werden. Beim Hören und Sehen werden allerdings physikalische Prozesse angestoßen.
So kann das Hören eines Geräusches als eine Schallwelle betrachtet werden, welche von einer Geräuschquelle ausgestoßen wird, dann das Innenohr des Lebewesens erreicht und sich dort weiter ausbreitet. Im Innenohr werden dann kleine Knochen durch die Schallwelle in Schwingung versetzt, durch ein Trommelfell verstärkt und durchlaufen so den Gehörgang.
Der Gehörgang und Weg der Schallwelle im Innenohr | Amboss, Hammer und Steigbügel sind winzig kleine Knochen, die in Schwingung geraten und vibrieren – sobald die Schallwelle sich im Innenohr ausdehnt
Das Erkennen dieser Knochenschwingung geschieht im Gehirn und wird als Geräusch wahrgenommen. Kann dieses Geräusch mit einer bereits gemachten Klangerfahrung abgeglichen werden und stimmen viele Merkmale vom Geräusch mit der Klangerfahrung überein, kann das Geräusch entsprechend zugeordnet werden. Erst dann wird aus einem unbekannten Geräusch, ein Klang, eine Stimme, ein Gesang, eine Melodie oder Ähnliches.
Die Knochen im Innenohr werden während der Embryonalentwicklung aller Landwirbeltiere angelegt, weshalb bereits ein Fötus im Mutterleib auf Geräusche reagiert. Auch hier werden Schwingungen über das Fruchtwasser auf die Knochen übertragen, wodurch eine auditive Wahrnehmung ermöglicht wird.
Die Knochen im Innenohr entwickeln sich, während der Embryonalentwicklung, aus der Kiemenspalte der Landwirbeltiere. Da, laut der Biogenetischen Grundregel, jede Individualentwicklung eine Rekonstruktion der Stammesentwicklung einer Spezies ist, gleicht der menschliche Embryo dem eines Fisches bzw. Fleischflossers.
Die im Embryo noch vorhandene Kiemenspalte wird in nachfolgenden Entwicklungsphasen der Frühschwangerschaft durch verschiedene Knochen des Schädels ersetzt. So entstehen bspw., neben den Knöchelchen im Innenohr, auch das Zungenbein aus der Kiemenspalte.
Fische gehen diese Entwicklungsschritte nicht. Sie besitzen demnach auch keine Ohren. Aber ihr ganzes Körperskelett kann Schallwellen empfangen und durch ihr Gehirn interpretieren lassen. Somit ist das Fischskelett das einzige Hörorgan dieser Wirbeltiergruppe.
Schutzfunktion von Skelett und Knochen
Neben der Strukturfunktion (siehe oben) ist die Schutzfunktion die eigentliche Aufgabe des Skeletts. So schützt der Brustkorb die darunter liegenden Organe der Brusthöhle. Die wichtigsten sind Herz und Lunge.
Der Brustkorb des Menschen
Und die Wirbelsäule schützt das Rückenmark, indem jeder Wirbel einen Hohlraum hat, in welchem der Wirbelkanal verläuft bzw. aufgefädelt ist. Durch diesen Wirbelkanal verläuft das Rückenmark, welches einen Verbindungskanal zwischen Gehirn und Körper darstellt. Hier werden Information der Muskeln und des restlichen Körpers mit dem Gehirn ausgetauscht, Befehle verarbeitet und Botschaften empfangen.
Die Wirbelsäule mit der jeweiligen Anzahl der freien Wirbel, sowie den verwachsenen Wirbeln des Kreuzbeins und Steißbeins, Draufklicken um zu vergrößern
Der Wirbelkanal schützt das Rückenmark im Inneren der Wirbel
Der Schädel als weitere Bestandteil des Skeletts schützt das Gehirn vor Erschütterung. Und das Becken schützt die Ausscheidungsorgane, welche Harnstoffe, Kot und andere Exkremente absondern. Aber das Becken schützt auch die inneren Geschlechtsorgane, wie die Prostata beim Mann und die Vagina der Frau.
Innerhalb des Beckens befinden sich die inneren Geschlechts- und Ausscheidungsorgane, welche durch die Knochenstruktur geschützt werden
Stabilitätsfunktion von Skelett und Knochen
Eine weitere wichtige Funktion des Skeletts ist für Stabilität zu sorgen, indem einzelne Körperpartien fixiert werden. Dies geschieht im Zusammenspiel mit den Skelettmuskeln, also jenen Muskeln – welche direkt am Skelett befestigt sind. Durch die Stabilisierung können Balance und Gleichgewicht gehalten, bestimmte ungewollte Bewegungen verhindert und dadurch andere gewollte Bewegungen effizienter gestaltet werden.
Der Stütz- und Stabilitätsapparat ist das Achsenskelett eines Lebewesens. Dazu gehören der Brustkorb mit Rippen und Brustbein. Aber auch der Schultergürtel, das Becken und die Wirbelsäule gehören zum Achsenskelett. Zusammen mit den angehängten Muskeln und eingeschleusten Organen bildet dieses Konstrukt den Rumpf der Wirbeltiere.
In der Fachsprache wird der Rumpf als Truncus (lateinisch: Stamm) bezeichnet. Und ähnlich wie der Stamm eines Baumes sorgt auch der Rumpf bzw. das Achsenskelett darunter für Stabilität und Standfestigkeit.
Aufgaben bei der Bewegung
Das Skelett dient allerdings nicht nur der Stabilität, sondern ist Teil des Bewegungsapparates – indem Knochen der Arme und Beine bewegt werden, wodurch Fortbewegung möglich wird. Auch das Drehen des Kopfes bzw. des Schädels ist eine Form der Bewegung, genauso das Drehen und Beugen des Oberkörpers.
Um dies zu erreichen, sind die Skelettmuskeln über Sehnen an den Knochen befestigt. Kommt es zu einer Muskelkontraktion, verkürzt sich der Muskel, die Sehne gerät auf Spannung und zieht über Gelenke die Knochen zum angespannten Muskel. Da auch die Knochen von Muskelfleisch umgeben sind, kommt es zu einer Bewegung der ganzen Körperpartie.
Bei einer Muskelverkürzung zieht die am Muskel befestigte Sehne den entsprechenden Knochen zum Muskel, wodurch Bewegung entsteht
Zwar sind primär die Muskeln an der Bewegung beteiligt, doch die Knochen bieten ausreichend Stabilität – was die Arm- oder Beinbewegung erst möglich macht. Sind Knochen gebrochen oder beschädigt, sind Bewegungen in dieser Körperregion nur eingeschränkt oder gar nicht mehr möglich. Und deshalb lässt sich mit einem gebrochenen Bein nicht laufen und ein gebrochener Arm kann keine Lasten anheben.
Aufgaben bei der Versorgung des Organismus
Durch die Aufhängung der Skelettmuskeln entsteht Stabilität und Struktur im Organismus. Dies trägt dazu bei, dass die Versorgungsaufgaben besser erfüllt werden können. Dabei übernimmt das Skelett unterstützende Aufgaben, wie bspw. bei der Atembewegung (siehe oben), indem der Brustkorb gesenkt und gehoben wird. Dadurch wird die Atmung unterstützt, wodurch die Atemwege besser beansprucht werden können.
Für den Stoffwechsel der Zellen benötigt der Organismus, neben dem Sauerstoff, auch diverse Nährstoffe – welche über die Nahrung aufgenommen werden. Der Schädel bzw. die Mundöffnung dient als Körperöffnung, um Nahrung aufzunehmen. Der Kiefer und seine Zähne dienen als Kauwerkzeuge. Und auch der Kiefer besteht aus Knochengewebe.
Nachdem die Nahrung in körpereigene Betriebsstoffe zerlegt wurde und in den Energieträger ATP gewandelt wurde, versorgt das Blut die einzelnen Organe mit diesem Energieträger. Die verschiedensten Blutzellen aller Wirbeltiere entstehen aus sogenannten Blutstammzellen, welche undifferenziert sind und die sich zu Leukozyten (weiße), Erythrozyten (rote) und Thrombozyten (Blutplättchen) ausbilden bzw. spezialisieren.
Knochenaufbau und Knochenbestandteile
Fast alle Blutzellen der Wirbeltiere werden im Knochenmark gebildet. Das Knochenmark ist ein Bindegewebe in größeren Knochen, wie dem Oberschenkelknochen oder Oberarmknochen. Diese Röhrenknochen, so nennt man diesen Knochentyp, besitzen im Inneren eine spezielle Knochenmarkhöhle – in welcher sich das blutbildende Bindegewebe befindet.
Aufgaben bei der Abwehr von Krankheitserregern
Eine weitere Aufgabe des Blutes ist die Immunabwehr, welche durch verschiedene weiße Blutkörperchen (Leukozyten) geschieht.
Blutzellen im Blut der Wirbeltiere
Diese speziellen weißen Blutzellen werden auch als Immunzellen bezeichnet und differenzieren sich in verschiedenster Form. So gibt es bspw. Fresszellen (Makrophagen), welche körperfremde Strukturen (Viren, Bakterien) erkennen, diese umschließen, dann zerteilen und wieder ausscheiden. Dieser Vorgang wird als Phagocytose bezeichnet. Andere Immunzellen bremsen das Immunsystem oder aktivieren bzw. beschleunigen dieses.
Ablauf der Phagocytose: 1.) Am Rezeptor wird die körperfremde Struktur festgestellt 2.) Einschleusung der fremden Struktur 3.) Lysosome schütten Verdauungsenzyme aus 4.) Verdauung 5.) Ausscheidung
Da die weißen Blutkörperchen im Knochenmark entstehen, haben das Skelett bzw. die Knochen auch Aufgaben bei der Abwehr von Krankheitserregern.
Zusammenfassung
- Das Skelett ist ein Organsystem, bestehend aus Knochen als Einzelorgane.
- Die Aufgaben des Skelettes beschränken sich nicht nur auf den Schutz des Organismus und seinen inneren Organen, sondern zielen auch auf andere Bereiche und andere Organsysteme ab.
- So ist das Skelett auch an der Atmung, an der Blutbildung und schließlich auch an der Immunreaktion beteiligt.
- Weiterhin garantiert ein Skelett verschiedene Bewegungsfreiheit, indem es Stabilität bietet und Hebelwirkung bietet.
Literatur
- Milton Hildebrand (Autor), George Goslow (Autor), Claudia Distler (Übersetzer), Vergleichende und funktionelle Anatomie der Wirbeltiere (Springer-Lehrbuch), ISBN: 978-3540007579*
- Stefan Rehart (Herausgeber), Funktionelle Anatomie der Gelenke: Schematisierte und kommentierte Zeichnungen zur menschlichen Biomechanik, ISBN: 978-3131422163*
- Michael Schünke (Autor), Topografie und Funktion des Bewegungssystems, ISBN: 978-3132421660*
