Definition
Elastischer Knorpel ist eine von drei Knorpelarten, die im menschlichen Körper vorkommen. Als eine Form des Bindegewebes ist elastischer Knorpel auch daran zu erkennen, dass er durch die Zugabe von Elastinfasern in die extrazelluläre Matrix in seine ursprüngliche Form – oder Ruheform – zurückschnellen kann. Dieser Fasertyp unterscheidet den elastischen Knorpel von allen anderen Formen.
Übersicht
Elastischer Knorpel wird manchmal verwirrenderweise als fibroelastischer Knorpel bezeichnet (dies ist verwirrend, weil es einen anderen Knorpeltyp gibt, der als Faserknorpel bezeichnet wird). Er ist in der Regel an seiner stumpfgelben Farbe zu erkennen. Die anderen beiden Knorpeltypen – hyaliner und faseriger Knorpel – sind weiß im Aussehen.
Elastischer Knorpel sieht dem hyalinen Knorpel unter dem Mikroskop sehr ähnlich, und es müssen spezielle Färbemittel verwendet werden, um die sonst unsichtbaren elastischen Fasern zu zeigen, die diesem besonderen Knorpeltyp seinen Namen geben. Wie hyaliner Knorpel hat auch elastischer Knorpel einzelne oder mehrere Chondrozyten, die in Lakunen genannten Räumen untergebracht sind. Die extrazelluläre Matrix des elastischen Knorpels enthält einen höheren Anteil an Kollagen Typ II. Chondrozyten und ECM sind in einer äußeren Schicht enthalten, die als Perichondrium bezeichnet wird. Das Perichondrium besteht aus zwei unterschiedlich funktionierenden Schichten: Die innere Schicht enthält Chondroblasten (Chondrozyten, die noch nicht in der extrazellulären Matrix fixiert sind und weiterhin die Bestandteile dieser dicken gelartigen Substanz produzieren). Die äußere Schicht beherbergt Fibroblasten, die sich auf ihrem Weg zur inneren Schicht in Chondrozyten differenzieren. Während dieser Bewegung und der damit einhergehenden Differenzierung hören die Fibroblasten auf, Typ-I-Kollagen und Hyaluronsäure abzusondern, und beginnen, Typ-II-Kollagen und Chondroitinsulfat abzusondern, während sie sich in Chondroblasten verwandeln.
Das obige Bild, in 100-facher Vergrößerung, zeigt deutlich ein, zwei und sehr selten drei Chondrozyten innerhalb einer einzelnen Lakune im elastischen Knorpel. Diese Chondrozyten sind von der extrazellulären Matrix umgeben, die von einem dunkleren, faserigen Netzwerk aus Kollagen- und Elastinfasern durchzogen ist. Auf beiden Seiten des Knorpels befinden sich die helleren perichondrialen Schichten.
Funktion des elastischen Knorpels
Der elastische Knorpel hat eine zweifache Funktion: Er verändert seine Form als Reaktion auf Zug, Druck und Biegung, bevor er in den Ruhezustand zurückkehrt, und er bietet eine starke, aber flexible Struktur.
Im Außenohr
Das Außenohr ist relativ ungeschützt und ragt aus dem Schädel heraus. Aufgrund der aneuralen und avaskulären Eigenschaften des Knorpels ist es unwahrscheinlich, dass man aufwacht, wenn das Ohr beim Schlafen umgeknickt wird. Bei einer Lageveränderung kehrt das Ohr in seine ursprüngliche Form zurück.
Als äußeres Organ muss das Ohr in der Lage sein, einem Trauma standzuhalten. Wäre die Ohrmuschel aus Knochen, käme es regelmäßig zu Ohrbrüchen. Wäre das Außenohr fleischig, würden die Falten der Ohrmuschel, die die Schallwellen modifizieren, bevor sie in das Mittelohr geleitet werden, ihre Form nicht behalten und weniger effizient arbeiten.
Kehldeckel und Kehlkopf
In Ruhe ist der Kehldeckel aufrecht. In dieser Position kann die Luft während der Ein- und Ausatmung durch den Kehlkopf strömen. Beim Schlucken wird der Kehldeckel zurückgezogen und deckt die Öffnung zum Kehlkopf ab, die vor der Öffnung zur Speiseröhre liegt. Diese Aktion verhindert, dass Speichel und Nahrung in die Atemwege gelangen, was zu Erstickungsanfällen und Aspirationspneumonien führen kann. Der elastische Knorpel im Kehldeckel ist wichtig, da er die Form dieses ventilartigen Anhängsels aufrechterhält und immer wieder in die Ruhestellung zurückfedert, um den wichtigsten Vorgang des Körpers – das Atmen – zu ermöglichen. In diesem Fall hat der elastische Knorpel eine schützende und strukturelle Funktion.
Das Bild unten zeigt einen Kehldeckel in Ruhe. An den Rändern des dunklen Loches der Luftröhre sind die weißen Stimmbänder des Kehlkopfes zu erkennen. Die obere Klappe des Kehldeckels deckt den Eingang zur Speiseröhre ab, die sich hinter der Luftröhre befindet. Beim Schlucken bewegt sich die Klappe des Kehldeckels nach vorne, verschließt den Eingang der Atemwege und gibt den der Speiseröhre frei.
Elastische Knorpel finden sich auch in den Horn- und Keilbeinknorpeln des Kehlkopfes, wo die von ihnen gebildeten Gelenke die Bewegung der Stimmbänder ermöglichen und eine Rolle für die Stimmqualität und die Tonhöhe spielen.
Die Eustachische Röhre
Die Eustachische Röhre (pharyngotympanische Röhre/Auditorium) ist eine schmale Röhre von ca. 3 mm Breite. Ihre Hauptfunktion ist der Ausgleich des Mittelohrdrucks an den Umgebungsdruck. Die Auswirkung eines Ungleichgewichts zwischen Mittelohr- und Atmosphärendruck wird am ehesten bei Start und Landung eines Flugzeugs wahrgenommen. Das Schlucken während des Starts oder der Landung verursacht oft ein „Ploppen“ in den Ohren. Dieser Effekt kann auch durch Nasenschnäuzen oder Gähnen erreicht werden, da sich bei diesen Handlungen die Eustachische Röhre öffnet und Luft in das Mittelohr einströmen lässt, wodurch die Differenz zwischen Mittelohr- und Atmosphärendruck verringert wird.
Der elastische Knorpel hat in diesem Fall eine strukturelle und funktionelle Aufgabe, da die enge Röhre in ihre ursprüngliche, ruhende Form (geschlossen) zurückkehren muss, wenn sie von den Zugkräften des M. tensor veli palatini befreit ist. Die Funktion des elastischen Knorpels besteht in diesem Fall also darin, bei der Entspannung dieses Muskels in die geschlossene Form zurückzuspringen, da ein solch schmales, aber wichtiges Merkmal stabil genug sein muss, um seine Form zu behalten, und elastisch genug, um sie zu verändern. In der Abbildung unten ist die Lage der Eustachischen Röhre rot eingefärbt.
Wo befindet sich der elastische Knorpel
Die Lage der elastischen Knorpel ist vielfältig. Als federndes und hochflexibles Bindegewebe findet sich der elastische Knorpel an bestimmten Stellen, vor allem in den Ohrmuscheln des Außenohrs und formt die Falten, die die Schallwellen effizient zum Innenohr leiten. Ein deutlicher Unterschied ist in den Ohrläppchen zu spüren, die keinen Knorpel haben, im Vergleich zu den knorpeligen Ohrmuscheln.
Die anderen prominenten anatomischen Stellen, die aus elastischem Knorpel bestehen, sind der Kehldeckel, die Eustachische Röhre und die Horn- und Keilbeinknorpel des Kehlkopfes.
Die extrazelluläre Matrix des elastischen Knorpels
Die ECM des elastischen Knorpels enthält Elastin, Fibrillin, Glykoproteine, Kollagen der Typen II, IX, X und XI und (überwiegend) das Proteoglykan Aggrecan. Diese Komponenten werden von den Chondroblasten an den inneren Rändern des Perichondriums produziert und befinden sich in einer gelartigen Umgebung. Chondrozyten innerhalb des Knorpels machen nur bis zu 2 % des gesamten Gewebevolumens aus.
Die extrazelluläre Matrix aller Knorpelarten bindet durch die Wirkung von Aggrecan, dem vorherrschenden Proteoglykan des Knorpels, Wasser (osmotischer Effekt). Durch diesen osmotischen Effekt entsteht ein flexibles, aber festes Gel. Die Ketten des Glykosaminoglykans (GAG), die Teil der Aggrecan-Struktur sind, ziehen Wasser an und erzeugen die schmierenden und stoßdämpfenden Eigenschaften des Knorpels. Andere nicht-kollagene Proteine enthalten GAGs, die an Zytokine binden oder bei der Organisation der extrazellulären Matrix helfen.
Die elastischen Fasern innerhalb der ECM des elastischen Knorpels sind das bestimmende Merkmal dieses Gewebes. Elastische oder gelbe Fasern bestehen aus Elastin-Proteinen, die mit einem anderen Proteintyp – Fibrillin – co-polymerisieren und faserartige elastische Ketten bilden. Im entspannten Zustand sind diese Ketten unorganisiert. Werden sie gedehnt, entsteht eine Gleichmäßigkeit, die wieder verloren geht, wenn der Zugdruck aufgehoben wird. Dadurch kann der Knorpel wieder in die ursprüngliche Position (in einen entspannten Zustand) zurückfedern.
Die Kollagenfasern bilden ebenfalls ein Netzwerk, das Festigkeit und ein strukturelles Gerüst für andere Moleküle innerhalb der ECM bietet. Kollagenfasern sind im Gegensatz zu den elastischen Fasern in allen Knorpelarten in großer Menge vorhanden. Kollagenfasern sind auch innerhalb des Perichondriums zu finden; die äußere Schicht ist kollagenreicher.