Funktionelle Anatomie des Kniegelenkes

Der Artikulatio genus ist aus orthopädischer Sicht ein Gelenk der Superlative: es ist das Größte des menschlichen Körpers und seine Arthrokinematik ist hochkompliziert.

Gelenkflächen des Knies

• Herausforderung Kniegelenk

  Die das Kniegelenk bildenden ossären Strukturen sind in erster Linie charakterisiert durch ihre Größe und ihre komplexen, inkongruenten Oberflächen. Während der Femur von proximal nach distal einen nach medial gerichteten Verlauf mit einer physiologischen Achse von 5-7° aufweist, ist die Fortsetzung der Lastachse (Tibia) tatsächlich vertikal. Zusätzlich soll das Kniegelenk einen großen Bewegungsspielraum gewährleisten und dabei optimale Stabilität behalten.

• Ossäre Struktur von Femur und Tibia

  Diese Herausforderung wird bewerkstelligt durch drei Gelenke: die beiden Articulationes femurotibiales (laterale und mediale) und das Intermediärgelenk zwischen Femur und Patella. Die Fibula ist nicht beteiligt am Kniegelenk. Die Artikulatio femurotibiales erhalten einen wichtigen Teil ihrer Stabilität durch die faserknorpeligen Menisci, welche die Inkongruenz der Gelenkfläche kompensieren und dabei funktionell der Stoßdämpfung und Knochengleitführung dienen. Sie liegen auf den Tibiacodylen und sind an ihrem hohen Rand mit der Gelenkkapsel verwachsen. Zur Mitte des Gelenks nimmt ihre Dicke ab, wodurch sie im Transversalschnitt eine dreieckige Form haben. Der mediale Meniscus ist C-förmig und fest verwachsen mit der Gelenkkapsel. Der eher ovale Meniscus lateralis ist kleiner und ist insgesamt beweglicher, da er nicht so viel Last zu bahnen hat wie sein medialer Gegenspieler.

• Die Patella

  Die Patella, das größte Sesambein des menschlichen Körpers, trägt in erster Linie zu einem reibungsärmeren Ablauf der Flexion bei. Mit ihrem hyalinen Knorpelüberzug mindert sie die Belastung zwischen Quadrizepssehne und Femurkondylus bei gleichzeitiger Steigerung des Drehmoments dieses Muskels. Sie wirkt aber auch einem Abgleiten der Quadrizepssehne entgegen.

   

Gelenkkapsel des Knies

• Die fibröse Membran

  Die Membrana fibrosa capsulae ist lediglich auf der Dorsalseite des Gelenks sehr stabil, wo sie am proximalen Rand der Femurkondylen ansetzt und zur Fossa intercondylaris zieht. Dort inseriert sie in der Area intercondylaris anterior. Das hintere Keuzband liegt nicht im Gelenkraum. Dies gibt der Kapsel in Horizontalschnitten auf Höhe der Menisken eine hufeisenförmige Gestalt. Lateral weist die fibröse Membran eine Pforte für den M. Popliteus auf. Distal setzt die Kapsel an den Rändern der tibialen Kondylen an und ist dort fest verwachsen mit den Menisci. Ventral ist die Gelenkhöhle begrenzt durch das Ligamentum patellae und die Kniescheibe. Dort ist die Gelenkkapsel mit diesem Bandapparat verwachsen und läuft proximal wie distal in Bursi aus. Intrakapsuläre Fettpolster füllen die Freiräume aus. Eine weitere wichtige Aufgabe der Membrana fibrosa besteht in der sensiblen Versorgung des Knies. In ihr eingebettete Rezeptoren geben wichtige Informationen über Stellung und Veränderung des Zuges und ermöglichen so eine Kooperation mit den Muskeln der gesamten unteren Extremität (siehe Physiologie des Kniegelenkes)

• Die synoviale Membran

  Die Membrana synovialis kleidet die Gelenkkapsel von innen aus. Sie ist insbesondere um die Patella und rings um die Menisci anzufinden und bildet dort synoviale Bursi. Weitere extrakapsuläre Schleimbeutel, wie die Bursa suprapatellaris, umgeben die Knochengelenkflächen. Die von dieser Membran produzierte Synovia dient der Ernährung der bradytrophen Menisci und Knorpelschicht, außerdem vermindert sie die Reibung während der Roll-Gleit-Bewegung bei Flexion.

   

Extrakapsulärer Bandapparat des Kniegelenkes

Da das Knie durch ihre ossäre Konstruktion sehr instabil ist, wird es durch zahlreiche Bänder unterstützt. Sie ergänzen damit die Gelenkkapsel, an die sie sich von außen anschmiegen und mit ihr verschmelzen. Teilweise sind sie sogar selbst Teil der Membrana fibrosa capsulae.

• Ventrale Bänder

  Das fünf bis sechs Millimeter dicke Ligamentum patellare ist Teil der Gelenkkapsel und zieht als Fortsetzung der Quadrizepssehne vom unteren Rand der Patella bis zur vorderen Tuberositas tibiae, wo es großflächig inseriert. Medial und lateral zur Kniescheibe und zum Patellarband verläuft das Retinaculum patellare, welches aponeurotische Ausläufer der Mm. vasti medialis und lateralis darstellen, funktionell jedoch ebenfalls dem M. quadriceps femoris entspringen.

• Laterale Bänder

  • Das Ligamentum collaterale fibulare (äußeres Seitenband) ist ein kräftiges fibröses Band, welches zylinderförmig vom Epicondylus lateralis des Femurs zum Fibulakopf zieht. Es hat keine feste Verbindung zur Gelenkkapsel.
  • Das Ligamentum collaterale tibiale (inneres Seitenband) hingegen ist fest verwachsen mit der äußeren Capsula articularis. Es verläuft breitflächig vom Epicondylus medialis femoris zur Medialseite der Tibia. Da es nicht so kräftig wie sein fibularer Gegenspieler ist, rupturiert es oft bei Torsionstraumata. Hier stellt sich das Problem, dass der mediale Meniscus in Mitleidenschaft gezogen werden kann, da über die Kapsel eine feste Verbindung zum Band besteht.

• Dorsale Bänder

  Das Ligamentum popliteum obliquum entspringt der Ansatzstelle des M. semimembranous am medialen Kondylus der Tibia und verstärkt die dorsale Seite der Gelenkkapsel, mit der sie verschmelzt. Das Ligamentum popliteum arcuatum hingegen zieht vom dorsalen Fibulakopf über den Ansatz des M. popliteus hinweg und zieht ebenfalls als Verstärker der Kapsel nach kranial-medial.

   

Intraartikulärer Bandapparat des Kniegelenkes

Femur und Tibia besitzen trotz der Größe des Gelenks nur sehr kleine Kontaktflächen, die eine geringe Stabilität aufweisen. Gleichzeitig soll der Bewegungsgrad des Kniegelenks so groß wie möglich gehalten werden. Einen wichtigen Beitrag dazu leisten die beiden Kreuzbänder. Sie befinden sich teilweise außerhalb der Gelenkkapsel und der Synovia, jedoch im Zentrum des Gelenks. Die Schnittstelle der Ligamenti cruciati bildet den während der Flexion von vorn nach hinten wandernden Momentandrehpunkt des Kniegelenks (siehe Abb. 1). Die mittlere Reißfestigkeit der Bänder beträgt ca. 900 N. Dieser Toleranzwert wird jedoch durch die umgebende Muskulatur um ein Vielfaches erhöht.

• Das Ligamentum cruciatum anterius

  Das vordere Kreuzband zieht von der Area intercondylaris anterius der Tibia nach lateral und etwas nach dorsal, um an der medialen Seite des Condylus lateralis femoris anzusetzen. Dabei teilt es sich auf in ein antero-mediales (AMB) und in ein postero-laterales Buendel (PMB). Durch die weite Faecherung der Ursprungsflaeche dieser Buendel ist sowohl bei Flexion (AMB) als auch bei Extension (PLB) ein Teil des vorderen Kreuzbandes gespannt. Dadurch verhindert das Ligamentum cruciatum anterius bei ausgestrecktem Bein eine Hyperextension, während es bei Flexion dem tibialen Vorschub entgegenwirkt (vordere Schublade).

• Das Ligamentum cruciatum posterius

  Sein Gegenspieler, das hintere und kräftigere der beiden Kreuzbänder, hat seinen Ursprung in der hinteren Area intercondylaris der Tibia und zieht nach ventromedial, um an der lateralen Vorderfläche des inneren Femurcondylus anzusetzen. Es spannt sich bei Flexion und verhindert damit ein nach dorsal gerichtetes weggleiten der Tibia (hintere Schublade). Bei ausgestrecktem Bein unterstützt es das vordere Band beim Vorbeugen einer Hyperextension. Seine Hauptaufgabe ist jedoch die Stabilisierung des Knies bei Flexion und unter Last. Während der Innenrotation wickeln sich die beiden Kreuzbänder also umeinander und verhindern folglich ein Einwärtsdrehen des Unterschenkels.

   

Muskuläre Beteiligung am Kniegelenk

Muskeln des Kniegelenkes

Flexion und Extension sind die Hauptbewegungsachsen des Kniegelenkes. Sowohl die Innen- als auch die Außenrotation sind nur bei gebeugtem Knie möglich. Diese Verriegelung bei vollständig ausgestrecktem Bein (sogenannte Schlussrotation) erklärt sich durch ein Abgleiten des Femurkopfes nach medial in das Tibiaplateau. Dadurch entsteht im Stand eine rigide Säule mit maximaler Belastungskraft. Die Muskeln rund um das Knie müssen in der Stellung lediglich die Balance halten, was dem Körper Energie sparen hilft. Zur Entriegelung der Schlussrotation kontrahiert der M. popliteus und zieht damit den Femur nach lateral. Erst dann können alle weiteren Muskeln aufgrund ihres Drehmoments wieder aktiv in die Bewegung des Knies intervenieren. Deshalb ist die Rotation des Unterschenkels auch nur bei gebeugtem Knie möglich. Dabei erreicht die Außendrehung (aufgrund der Kreuzbänder) größere Bewegungsgrade als die Innenrotation (30°-0°-10°).

Innervation des Kniegelenkes

Die Gelenkkapsel des Kniegelenkes ist kein passives Gewebe. Im Gegenteil besitzt es zahlreiche verschiedene Rezeptoren, um distal gelegene Reflexe zu gewährleisten und ein Feedback über Zustand und Veränderung des Knies selbst zu übermitteln. Die Muskelspindeln (Ia-Fasern) der ans Knie angrenzenden Muskeln reagieren auf Dehnung, also auf eine Veränderung der Muskellänge. Sie sind mit den Spindeln ihres antagonistischen Muskels kreuz geschaltet und gewährleisten so ein Zusammenspiel des aktiven Bewegungsapparats des Knies.

Die Golgirezeptoren (Ib-Fasern), die sich in der Gelenkkapsel, den Lateralbändern und Kreuzbändern, in den Menisci sowie den angrenzenden Muskelsehnen befinden, sind Spannungsrezeptoren. Damit übermitteln sie Informationen über den aktuellen Spannungsstatus der kniebildenden Komponenten.

Ruffini-Körper sind langsame Zugrezeptoren und geben Auskunft über Gelenkstellung, Ausmaße einer Stellungsveränderung oder einem eventuellen intrakapsulären Druck. Sie sind sehr häufig und nahezu überall im Kniegelenk aufzufinden.

Als schnelle Beschleunigungsdetektoren informieren die Vater-Pacini-Körper über Vibration (über 20 Hz) oder schnelle Kompressionen.

Schließlich übermitteln die Nozizeptoren (freie Nervenendigungen) jegliche schädlichen Reize an das zentrale Nervensystem.