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von | Mrz 3, 2016 | Ernährung | 0 Kommentare

Die Bedeutung des Knorpels für die Gelenksgesundheit

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Knorpel repräsentiert eine Form des Bindegewebes (Stützgewebe) und findet sich vorwiegend im Skelett und in den Atmungsorganen (Bronchien). Knorpelgewebe ist ein zwar festes aber gleichzeitig sehr elastisches (sowohl druck- wie auch biegeelastisches) Stützgewebe, dessen Zellen nicht an die Blutversorgung (und somit auch nicht an die Sauerstoffversorgung) angeschlossen sind. Die Energiegewinnung der Knorpelzellen erfolgt deshalb ohne Sauerstoff, sprich ausschließlich über die Verbrennung von Zuckern (Proteoglykanen).

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  1. hyaliner Knorpel: aufgrund seiner extrem hohen Druckelastizität das Knorpelgewebe der Gelenkflächen. Die oft hohe mechanische Belastung begünstigt Schäden und degenerative Prozesse, das fehlende Perichondrium (Knorpelhaut) erschwert im Gelenkknorpel die Regeneration, die Ernährung des Knorpels erfolgt über die Gelenkflüssigkeit (nicht über Blutversorgung). Im Mikroskop zeigt sich hyaliner Knorpel als gleichmässige glatte Masse weil die Kollagenfasern durch die im gesunden Knorpel reichlich vorhandene Zwischenzellsubstanz verdeckt werden. Mit zunehmendem Alter nimmt aufgrund verringerter Aggrekanbildung diese Zwischenzellsubstanz ab, die Fasern werden sichtbar (sog. Asbestfasern). Aggrekan ist ein Protein welches, aufgrund der hohen Wasseraufnahmefähigkeit, zusammen mit den kollagenen Fibrillen Elastizitätsaufgaben im hyallinen Knorpel erfüllt
  1. elastischer Knorpel: Knorpel der Ohrmuschel, des Gehörganges, der Bronchien. Ähnlich aufgebaut wie der hyaline Knorpel, aufgrund des höheren Gehaltes elastischer Fasern erscheint dieses Knorpelgewebe im Mikroskop gelblich.
  1. Faserknorpel: dieses auch als Bindegewebsknorpel bezeichnete Knorpelgewebe enthält deutlich weniger Knorpelzellen als z.B. der hyaline Knorpel, dafür viele Kollagenfibrillen. Faserknorpel hat ebenfalls kein Perichondrium und ist das Knorpelgewebe der Bandscheiben, der Menisken und der Gelenklippen.

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Der hyaline Knorpel besteht hauptsächlich aus Wasser (rd. 70% des Gesamtvolumens), , Kollagen (12-14%), Proteoglykanen (7-9%, davon mit über 80% am stärksten vertreten das Aggrekan) und Knorpelzellen (0,1-3% des Gesamtvolumens).

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Gelenkknorpel überzieht die Gelenkflächen und ist damit simpel ausgedrückt Schutz der Knochenenden vor direkter Reibung der Knochenenden bei Bewegung. Ein hoher Wassergehalt, bestimmt gemeinsam mit den elastischen Kollagenfasern und den die Grundsubstanz des Knorpels bildenden Proteoglykanen (hauptsächlich Aggrekan) über die für seine Funktion entscheidende Druckelastizität, die wiederum die uneingeschränkte Bewegung bestimmt. Proteoglykanmoleküle können in der Bewegung bis auf 20% ihres Volumens komprimiert werden, wodurch es in der Bewegung zu ständiger Flüssigkeitsbewegung im Wechsel von Druck und Entlastung kommt und eine optimale Stossdämpfung der einwirkenden Kräfte ermöglicht wird.

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Mesenchymale Stammzellen (embryonales Bindegewebe) differenzieren sich zunächst zu dicht nebeneinander gedrängten Vorläuferzellen des Knorpels, den Chondroblasten, aus, bilden um sich herum eine Matrix (Zwischenzellsubstanz) und produzieren Kollagen. Bei diesem Vorgang werden die zunächst dicht gedrängten Chondroblasten auseinandergezogen und bilden sich dann anschließend zu den eigentlichen Knorpelzellen, den Chondrozyten aus.

Zum besseren Verständnis, der Besonderheiten der Knorpelzellerneuerung muss kurz auf die Rolle der Stammzellen eingegangen werden:

Stammzellen

Stammzellen sind Zellen, die sich in einem undifferenzierten Zustand befinden, d.h. sie sind die Basiszellen aus denen sich alle Körperzellen mit ihrer spezifischen Funktion herausbilden. Stammzellen sind sozusagen die „Mutter“ aller Körperzellen. Sie sind in der Lage, sich schnell zu vermehren, sich selbst zu erneuern und eine große Anzahl Nachkommen zu bilden. Auf diese Weise tragen sie zur Bildung, Erhaltung und Regeneration von Geweben bei. Stammzellen spielen eine zentrale Rolle bei der embryonalen Entwicklung und auch noch im Wachstum. Aber auch im ausgewachsenen Organismus existieren noch Stammzellen, die der Aufrechterhaltung und Regeneration verschiedener Gewebe dienen. Lange Zeit war man der Überzeugung, daß diese Zellen ein eingeschränktes Differenzierungspotential besitzen und nur in wenige (Multipotenz) oder nur einen (Unipotenz) Zelltypen des gleichen Gewebes differenzieren können.

Forschungsergebnisse der letzten Jahre haben jedoch gezeigt, daß adulte Stammzellen unter bestimmten Bedingungen ein größeres Differenzierungsspektrum aufweisen als bislang angenommen . Stammzellen befinden sich im ausgewachsenen Organismus im Knochenmark, im Fettgewebe, Blut, Gehirn, Leber, Bauchspeicheldrüse und wie neuere Forschungen ergaben auch in der Haut. Die Entnahme adulten Stammzellen aus dem Knochenmark zur Anzucht bestimmter Gewebezellen ist Grundlage des sog. Tissue Engineering.

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Schäden am Gelenkknorpel sind insofern dramatisch, als der Gelenkknorpel keine Knorpelhaut besitzt, von der aus eine Neubildung von Chondroblasten/Chondrozyten ausgehen könnte. Da der Gelenkknorpel zudem auf seiner Gelenkseite (also dem Knochen abgewandte Seite) nicht an die Blutversorgung (über den Knochen) angeschlossen ist, aus der adulte Stammzellen in den Gelenkknorpel gelangen könnten, ist eine Neusynthese an der dem Gelenkspalt zugewandten Seite des Knorpels nicht möglich.

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Oberflächliche Schäden des Gelenkknorpels (wenige Millimeter tief) an der Gelenkinnenseite führen zum Absterben der in dieser Region gelegenen Chondrozyten. Die in der Umgebung des Defektes liegenden Chondrozyten reagieren darauf mit einer erhöhten Stoffwechsel- und Teilungsaktivität. Dadurch kommt es zu einer vermehrten Bildung von Proteoglykanen und Typ-II-Kollagen in der Zwischenzellsubstanz. Hier gilt jedoch zu beachten, dass eine Teilung von Chondrozyten im ausgewachsenen Organismus nur noch in sehr geringem Umfang möglich ist. Da Knorpelzellen im festen Knorpelgewebe zudem „stationär“ gebunden sind, kann speziell bei ausgedehnteren Schäden nicht mehr ausreichend belastbares Knorpelgewebe entstehen. Im Gelenkknorpel befinden sich zwar mit einem Anteil von 1-3% am Gesamtvolumen nur relativ wenige Chondrozyten (Knorpelzellen), aber da sie die Zellen sind, die die Knorpelgrundsubstanz bilden bedeutet Untergang von Knorpelzellen automatisch auch eine Schwächung der Bildung eines ausreichend tragfähigen Gelenkknorpels.

Tiefe, bis auf den darunterliegenden Knochen reichende  Knorpelschäden, werden über die dem Knochen zugewandte Seite ausgeheilt, indem aus dem Knochenmark adulte Stammzellen einwandern, sich zu Chondroblasten ausdifferenzieren und eine Neusynthese von Knorpel stattfindet. Aber auch hier ist zu beachten, dass dieser neugebildete Knorpel  allenfalls ein hyalinähnlicher Knorpel ist, der die Tendenz hat sich langfristig zu einem faserigen Regenerationsknorpel umzubilden, der naturgemäß nicht dieselbe  Druckfestigkeit eines mit Grundsubstanz (Proteoglykanen) prall aufgefüllten gesunden hyalinen Knorpels aufweist.

(Bei Gelenksoperationen wird diese Fähigkeit der Knorpelregeneration aus dem Knochenmark genutzt, in dem Löcher in den geschädigten Knorpel gebohrt werden, um das Einsprossen von Stammzellen aus dem Knochenmark zu verstärken.)

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Wie jedes Körpergewebe unterliegt auch der Knorpel einem ständigen Abbau- und Aufbauprozess. Die Erneuerungsrate (Turn over) der Proteoglykane des Gelenkknorpels ist hoch, dagegen weisen die zellulären und extrazellulären (Knorpelmatrix, Kollagenfasern) Anteile des Gelenkknorpels beim Menschen eine sehr lange Halbwertszeit von rd. 800- 1000 Tagen auf. Demnach dauert es 4,5 bis 5,5 Jahre bis sich die zellulären (Chondroblasten) und extrazellulären Anteile (Kollagenfasern) des Gelenkknorpels  einmal „gemausert“ haben. Im Vergleich dazu: Zellen des Dünndarmepithels erneuern sich alle 1,4 Tage (!), rote Blutkörperchen alle 120 Tage.

Wie kann Knorpel gesund erhalten werden?

Kraft = Masse x Beschleunigung haben wir in der Physik gelernt, Übergewicht zu reduzieren ist damit eine wichtige Maßnahme, um die auf den Knorpel einwirkenden Kräfte im gesunden Rahmen zu halten. Überbelastung bei sportlichen Aktivitäten sollte vermieden werden, wie umgekehrt völlige Ruhigstellung, die eine sich rasch vermindernde Knorpeldicke nach sich zieht. Ausgedehnte langsame Bewegung ist gut für die Knorpelgesundheit.

Von ganz entscheidender Bedeutung für die Elastizität, Widerstandsfähigkeit und damit Gesundheit des Gelenkknorpels ist die Bildung von Proteoglykanen, insbesondere Aggrekan. Diese kann – so wurde in etlichen wissenschaftlichen Studien eindrucksvoll nachgewiesen- durch die Aufnahme bestimmter Kollagenpeptide optimiert werden. In den letzten Jahren wurde zudem erkannt, dass auch Knorpelgewebe (solange noch ausreichend Gelenkknorpel vorhanden ist) im Gegensatz zu früheren wissenschaftlichen Postulaten doch ein ausgeprägtes Potential zur Selbstheilung aufweist und dass der Abbauprozess selbst bei Osteoarthrose keineswegs irreversibel ist oder gar unaufhaltsam fortschreiten muss. Knorpelspezifische Wachstumsfaktoren (CDMPs und BMPs) induzieren im Gelenk die Bildung von neuem Knorpel- und Knochengewebe. Auch wenn bis heute noch nicht sämtliche Zusammenhänge erforscht sind, eines kristallisiert sich heraus: Hildegard v.Bingen hatte nicht Unrecht mit ihrer Empfehlung „ bei stechenden Schmerzen in Gliedern und Gelenken den „reichlichen Verzehr von gekochten Kalbsfüßen samt Fett und Haut“.  Wie auch die Naturheilkunde, die seit vielen Jahren bereits Gelatine bzw. Kollagenhydrolysat, dazu noch  Condroitin- und Glukosaminsulfat als gelenkaufbauende Substanzen empfiehlt.

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Ein Meilenstein in der Entwicklung gelenkwirksamer Nahrungsergänzungen stellen die enzymatisch gewonnenen, sog. Bioaktiven Kollagenpeptide dar. Sie unterscheiden sich in Bezug auf einzelne Körperzielorgane, wie auch auf die mögliche Aufnahme, den Transport durch die Transitstrecke Gelenkinnenhaut und Gelenkflüssigkeit und den direkten Einbau in den Knorpel. Abhängig von der Art der enzymatischen Spaltung bis hin zum Molekulargewicht beeinflussen etliche Faktoren die Wirksamkeit. Die Möglichkeit die Gelenkgesundheit in Form Nahrungsergänzungen mit sog. bioaktiven Kollagenpeptiden heute zu verbessern ist Fakt, wie diverse Studien u.A. des Tufts Medical Center und der Penn State University in den USA eindrucksvoll bestätigten. Kollagenpeptide sind die 2. Generation gelenkwirksamer Nahrungsergänzungen, die nun erstmals nachweislich die Proteoglykan- und die Typ-II-Kollagensynthese (dosisabhängig) im Vergleich zu einem Placebo um das doppelte bis dreifache erhöhen und somit eine schnelle Regeneration und erhöhte Widerstandsfähigkeit des Gelenkknorpels bewirken!

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Proteoglykan von essentieller Bedeutung für die viskoelastische Funktionalität im Gelenk und die Ernährung des Knorpels durch Diffusion. Bildet gemeinsam mit Hyaluronsäure maßgeblich auch die Grundsubstanz des Knorpelgewebes.