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Kniegelenk

Das Kniegelenk (Art. genus) ist ein zusammengesetztes Gelenk aus zwei Teilgelenken, dem Art. femorotibialis und Art. femoropatellaris. Die  artikulierenden Strukturen von Tibia, Femur und Patella sind von einer gemeinsamen Gelenkkapsel umgeben.  
Das Kniegelenk verbindet die längsten Hebelarme des knöchernen Skelettes miteinander.
Aufgrund der Morphologie der beteiligten Knochen- und Bandstrukturen ist es besonders anfällig sowohl für chronisch-degenerative wie auch indirekte und direkte Traumata.

Aufbau

Knochen

Die das Kniegelenk formierenden Strukturen sind die Kondylen des Femur, der Tibiakopf und die Patella.

In der sagittalen Ebene bilden die Femurkondylen eine spiralförmig gekrümmte Form, dabei ist die stärkere Krümmung dorsal gelegen und die schwächere ventral. Das hat zur Folge, dass bei gebeugtem Kniegelenk die Kontaktfläche zwischen Femurkondylen und Tibiakopf geringer ist als bei gestrecktem. Der Knorpelbelag der Femurkondylen beschränkt sich auf die Kontaktflächen mit den Tibiakondylen. Ventral besteht eine Verbindung zwischen der Gleitrinne der Patella und der Kondylen.

Dorsal sind die Femurkondylen durch die Fossa intercondylaris getrennt, in der die Kreuzbänder (s.u.) verlaufen. Der laterale Kondylus springt dabei zumeist weiter hervor als der mediale. Kranial der Fossa intercondylaris befindet sich die Facies poplitea.

Ventral zwischen den Kondylen liegt die Patella in der Facies patellaris.

Die Tibia ist an ihrem proximalen Ende zum Tibiakopf verbreitert, der den Condylus lateralis tibiae und den Condylus medialis tibiae bildet. Die beiden Flächen sind knorpelig überzogen, jedoch ist dieser Überzug unterbrochen. Die knöcherne Verbindung zwischen den Flächen wird durch die Eminentia intercondylaris gebildet.
Die Knorpelflächen besitzen eine ovale Form, wobei die mediale eher von ventral nach dorsal ausgerichtet ist und die laterale von lateral nach medial. Sie sind zum Teil von den Menisken bedeckt, an diesen peripheren Auflageflächen ist der Knorpel dünner als in den zentralen Bereichen.


Die Patella ist als größtes Sesambein des Körpers in die Sehne des M. quadriceps femoris eingelagert und wirkt dort als Hypomochlion. Dadurch kann die Sehne mit einem für die Streckbewegung mechanisch günstigeren Winkel einstrahlen.

Die Rückseite der Patella enthält eine glatte Fläche, Facies articularis, die mittig eine Delle (Haglund-Delle) aufweist. Diese Dellenbildung wird durch eine bis zu 7 mm dicke Auflage von Knorpel teilweise ausgeglichen. Bei dieser Knorpelbeschichtung handelt es sich um die dickste Gelenkknorpelfläche des menschlichen Körpers.

Teilgelenke

Das Femorotibialgelenk (Art. femorotibialis) bildet das Kniegelenk im engeren Sinne und besteht aus den medialen und lateralen Kondylen jeweils von Femur und Tibia. Es wird klinisch-anatomisch in ein mediales und laterales Kompartiment untergliedert.
Funktionell und mechanisch handelt es sich um ein Drehscharniergelenk, dessen Achse nahezu frontal durch die Femurkondylen läuft. Während einer Beugung im Kniegelenk kommt es zu einer Abrollbewegung der Kondylen auf dem Tibiaplateau. Bei maximaler Beugung wird die Kontaktfläche der Femurkondylen an den dorsalen Rand des Tibiaplateaus bewegt, was mit einer erheblichen Instabilität einhergeht.
Parallel dazu gleitet die Patella während der Beugung in ihrem Gleitlager bis zu etwa 6 cm nach kaudal.

Das Femoropatellargelenk (Art. femoropatellaris) wird durch durch die Patella und die Facies patellaris des Femur gebildet. In Neutral-Null-Stellung liegt die Patella mit ihrer überknorpelten Fläche ventral des Femur, wobei die Knorpelfläche des Femur nur etwa bis zur Hälfte der Patella hochreicht.
Da die Patella nur dem Femur anliegt, gibt es keine gelenkige Verbindung zwischen Patella und Tibia.

Gelenkkapsel

Das Kniegelenk hat die geräumigste und am kompliziertesten aufgebaute Gelenkhöhle. Im Bereich der Tibia- und Femurkondylen ist die Gelenkkapsel nur wenige Millimeter distal der Knorpel-Knochen-Grenze angeheftet.
Die Gelenkkapsel ist von einer großen Zahl von Bursae (Schleimbeutel) umgeben, die teilweise in direktem Kontakt mit der Gelenkhöhle stehen.

Im Wesentlichen folgt die Gelenkkapsel den Knorpelflächen der Femurkondylen und des Tibiakopfes. Die Capsula fibrosa (Bindegewebskapsel) ist auf der Vorderfläche der Tibia befestigt. Zwischen den beiden Schichten der Kapsel liegt der Hoffa-Fettkörper (Corpus adiposum infrapatellare), der in der Sagittalansicht das Dreieck aus Lig. patellae, distalem Femur und Tibiakopf ausfüllt.
Er ist von Synovialmembran bedeckt, umrahmt den distalen Teil der Patella und das Lig. patellae.

Membrana synovialis und Membrana fibrosa trennen sich an der Rückseite der Kapsel, wobei die Membrana synovialis den tibialen und femoralen Flächen folgt und die Vorderfläche des vorderen Kreuzbandes umschließt. Die Membrana fibrosa verbleibt dorsal der Kreuzbänder.
Die Kreuzbänder liegen daher extrasynovial.
Die Gelenkkapsel ist mit der gesamten Außenfläche des lateralen und medialen Meniskus, stellenweise nur sehr schmal, verwachsen.

Die Vorderwand der Gelenkkapsel enthält die Patella. Die Gelenkhöhle dehnt sich kranial davon aus und bildet den Recessus suprapatellaris. Dadurch entsteht in diesem Bereich ein funktioneller Schleimbeutel. Embryonal ist dieser Bereich auch als Schleimbeutel angelegt, verbindet sich aber später mit der Gelenkhöhle.
Die Gelenkkapselhinterwand besitzt Faserzüge, deren am stärksten entwickelter Anteil das Lig. popliteum obliquum bildet, eine Abspaltung der Sehne des M. semimembranosus, sowie das Lig. popliteum arcuatum. Durch die Sehnen der Ursprünge des M. gastrocnemius wird die Kapselhinterwand zusätzlich verstärkt.

Bänder

Die Bänder des Kniegelenkes werden in vier Gruppen eingeteilt:
- ventrale Bänder
- dorsale Bänder
- Kreuzbänder
- Kollateralbänder 

Ventrale Bänder bezeichnet das Zusammenspiel der Sehne des M. quadriceps femoris, der Patella sowie des Lig. patellae. Sie stabilisieren das Kniegelenk erheblich. Ein Teil der Sehnenfasern des M. quadriceps femoris zieht als Retinaculum patellae mediale und laterale an beiden Seiten der Patella vorbei und setzt am lateralen Kondylus der Tibia an. Diese Sehnenstrukturen können bei einer Fraktur der Patella noch Zug auf die Tibia übertragen und somit eine Kniestreckung ermöglichen. Daher werden sie als Reservestreckapparat bezeichnet. Die durch den Reserveapparat mögliche Streckung ist allerdings deutlich weniger kraftvoll.

Die dorsalen Bänder werden durch das Lig. popliteum obliquum und das Lig. popliteum arcuatum gebildet. Ersteres zieht von der Rückseite des medialen Kondylus der Tibia schräg nach kranial zum lateralen Femurkondylus. Es begrenzt die Außenrotation des Unterschenkels und verhindert somit eine Überstreckung des Knies.
Das Lig. popliteum arcuatum strahlt quer zum  Lig. popliteum obliquum in die Kapsel ein. Es wird bei Streckung angespannt und bildet damit eine dorsale Bandhemmung des Gelenkes.

Die Kreuzbänder (Ligamenta cruciata) befinden sich topographisch im Zentrum des Kniegelenkes. Daher werden sie auch als Zentralbänder bezeichnet. Sie liegen intrakapsulär zwischen Membrana synovialis und Membrana fibrosa und sind stellenweise (vor allem seitlich und ventral) von Synovialmembran überzogen. Am gestreckten Knie sind die Bänder maximal gespannt, im gebeugten Knie wickeln sie sich bei Innenrotation umeinander, bei Außenrotation befinden sie sich in fast paralleler Stellung. Aus diesem Umstand ergibt sich, dass der Unterschenkel deutlich weiter nach außen als nach innen rotieren kann. Aufgrund der Faserarchitektur sind Teile der Bänder in jeder Stellung des Kniegelenkes angespannt.
Die Funktion der Bänder besteht darin, Verschiebungen von Femur und Tibia in der Sagittalebene zu verhindern.
Unterschieden wird das Lig. cruciatum anterius (vorderes Kreuzband), welches an der inneren Fläche des lateralen Femurkondylus befestigt ist und zur Area intercondylaris anterior der Tibia zieht sowie das Lig. cruciatum posterius (hinteres Kreuzband), das von der inneren Fläche des medialen Femurkondylus zur Area intercondylaris posterior zieht.

Die Kollateralbänder (Seitenbänder) sichern das Kniegelenk seitlich. In Streckstellung sind sie angespannt, bei Beugung kommen die stärker gekrümmten dorsalen Abschnitte der Femurkondylen näher an die Tibiagelenkflächen, sodass die Bänder entspannen. Aufgrund der Lockerung der Bänder sind im gebeugten Kniegelenk in gewissem Maß Abduktions- und Adduktionbewegungen, die auch als Aufklappbewegungen bezeichnet werden, möglich. In Folge einer Ruptur dieser Bänder ist das Maß an Aufklappbarkeit pathologisch erheblich vergrößert.

Einige weitere Bänder stabilisieren das Kniegelenk ebenfalls (z.B. Lig. popliteum obliquum, div. Retinacula), werden hier jedoch nicht weiter besprochen.

Schleimbeutel & Menisken

Menisken sind eine besondere Form des Bandapparates, den es in dieser Ausprägung nur im Kniegelenk gibt. Die Kontaktflächen der Knochenstrukturen sind nicht nur – lageabhängig – sehr klein, sondern sie sind auch in starkem Maße inkongruent. Dadurch sind sie in besonderer Weise einer hohen Druckbelastung (Kraft pro Fläche) ausgesetzt .
Unterschieden werden Innenmeniskus (Meniscus medialis) und Außenmeniskus (Meniscus lateralis).
Bei Menisken handelt es sich um C-förmige faserknorpelige Strukturen, die nicht von Synovialmembran überzogen sind. Sie dienen dem Ausgleich von Inkongruenzen und der Vergrößerung der Kontaktfläche, was mit einer Verringerung der Belastung einhergeht. Zudem bilden sie eine Art Gelenkpfanne. Die Knorpelflächen der Knochen sind zu den Seiten hin abflachend, doch durch die Menisken entsteht eine Gelenkpfanne mit Begrenzung. Würden die Menisken fehlen, wäre das Art. femorotibialis hochgradig instabil und würde ständig luxieren.

Die auf den Kondylen liegenden und beweglichen Menisken sind an ihren Enden (Vorder- und Hinterhorn) im Knochen der Area intercondylaris verankert. Die Vorderhörner sind durch das Lig. transversum genus miteinander verbunden.
An der äußeren Basis sind beide Menisken mit der Gelenkkapsel verwachsen. Medial ist die Gelenkkapsel durch das Lig. collaterale tibiale (s.u.) verstärkt, dessen hinterer Anteil breitflächig mit dem Innenmeniskus verwachsen ist.
Die Menisken sind also an vier Stellen verankert: An den Vorderhörnern, medial und an der Gelenkkapsel. Durch diese Verteilung der Verbindungsstellen ist die Bewegungsfreiheit des Kniegelenkes (Rotation und Flexion / Extension) eingeschränkt bzw. steht unter Spannung. Bei Bewegungen des Kniegelenkes bewegen sich die Menisken im gewissen Rahmen mit.

Während der Kniebeugung müssen die Menisci bis zu 1 cm nach dorsal abweichen während der Abrollbewegung der Kondylen aufeinander. Das geschieht teilweise passiv, durch Verdrängung vonseiten der Femurkondylen, sowie aktiv durch Muskelzug.
Bei der Außenrotation des Kniegelenkes im gebeugten Knie muss der mediale Meniskus weit nach dorsal ausweichen, da der mediale Kondylus des Femur bei Außenrotation des Unterschenkels auf der tibialen Gelenkfläche noch weiter nach dorsal verlegt wird.

Wegen der breitbasigen Fixierung des Innenmeniskus am  Lig. collaterale tibiale ist er in seiner Beweglichkeit auf dem Tibiaplateau eingeschränkt und bei Beugung und Außenrotation erheblichen Spannungen ausgesetzt. Das macht ihn deutlich verletzungsanfälliger.

Weil die Menisken nicht von Synovialmembran überzogen sind, ist ihre Blutversorgung spärlich. Sie erfolgt von den knöchernen Ansätzen her sowie über die Gelenkkapsel von der Basis. In diesem basisnahen Bereich ist die Versorgung am besten, daher haben Meniskusnähte, die nach einem Unfall gesetzt werden, dort eine bessere Heilungstendenz als in den basisfernen schlechter durchbluteten Arealen.

Mechanik

Im Kniegelenk sind die folgenden Bewegungen um zwei Hauptachsen möglich:
- Flexion / Extension
- Innenrotation / Außenrotation

Die Fähigkeit des Gelenkes zur Flexion ist praktisch unbegrenzt und wird nur durch die aktive Insuffizienz der ischiokruralen Beuger begrenzt. Das wird dadurch ermöglicht, dass die Bänder der Ventralseite gleichzeitig Sehnen des passiv dehnbaren Streckmuskels sind.
Der weitere Bandapparat verhindert hingegen Extension und Innen- und Außenrotation in Streckstellung.

Nach der Neutral-Null-Methode besitzt das Kniegelenk folgende Bewegungsumfänge:
- Flexion / Extension: 150 / 0 / 0°
- Innenrotation / Außenrotation: 10 / 0 / 30°, jedoch nur am 90° gebeugten Knie

Für das gestreckte Knie gilt daher Innenrotation / Außenrotation: 0 / 0 / 0°.


Bei den genannten Werten handelt es sich um Durchschnittsangaben, je nach Trainingszustand und anatomischer Variationen können auch deutliche Abweichungen möglich sein.
Die in der Praxis häufig vorkommenden Band- bzw. Meniskusverletzungen können erhebliche Veränderungen der Beweglichkeit mit sich bringen.
Daher ist bei der Angabe der Bewegungsumfänge stets sowohl in Streckstellung zu prüfen, als auch in gebeugter Stellung, wobei die Angaben getrennt nach der Ausgangsposition dokument werden müssen, um eindeutig zu sein.

Muskeln

Der ausgeprägte Bandapparat des Kniegelenkes wird bezüglich der Sicherung der Stabilität durch kräftige Muskeln unterstützt. Systematisch wird zwischen Extensoren und Flexoren unterschieden. Muskeln, die ausschließlich die Rotation übernehmen gibt es nicht.
Nahezu alle Muskeln, die an Bewegungen des Kniegelenkes beteiligt sind, sind auch für Bewegungen im Hüftgelenk mit verantwortlich.

Wichtige auf das Kniegelenk wirkende Muskeln (Auswahl)
M. biceps femoris

Flexion und Außenrotation

M. semitendinosus Flexion und Innennrotation
M. semimembranosus

Flexion und Innenrotation

M. quadriceps femoris Extension
Videoempfehlung: Unterschenkel- und Kniemuskeln
Überblick über die Muskeln des Unterschenkels und Knies.

Es gibt nur einen Muskel, der im Kniegelenk die Extension bedingt, der M. quadriceps femoris. Dieser wird vom N. femoralis innerviert, der den Spinalnervensegmenten L2 bis L4 entspringt. Bei Ausfall des Nervs oder der Segmente ist die Fähigkeit des Menschen zur Fortbewegung  nahezu aufgehoben, da ohne die Streckung keine effektive Fortbewegung möglich ist. Im Rahmen von rehabilitativen Behandlungen besitzt die Erhaltung bzw. der (Wieder)Aufbau der Funktion des M. quadriceps femoris in Bezug auf das Kniegelenk besondere Bedeutung.

Die Flexion wird durch sieben Muskeln übernommen, die von mehreren Nerven innerviert werden, deren Spinalnervensegmentursprünge breit gefächert sind. Bei Ausfall einzelner Muskeln, Nerven oder Spinalnervensegmente ist daher ein großes Maß an Redundanz gegeben. Zudem ist die Beugung im Kniegelenk für die Fortbewegung weniger bedeutsam als die Streckung. Während des Ganges muss vor allem das Körpergewicht auf den Unterschenkel abgegeben werden, während ein Zurückziehen des Beines (Beugung) dafür nicht notwendig ist. Auch mit einem in Streckstellung versteiften Kniegelenk ist noch eine (hinkende) Fortbewegung möglich, jedoch nicht mit einem in Beugestellung versteiften.
Kniegelenkversteifungen werden gelegentlich als Ultima ratio bei Kniegelenkarthrosen vorgenommen.

An der Flexion des Kniegelenkes sind folgende Muskeln beteiligt:
- M. sartorius
- M. gracilis
- M. semitendinosus
- M. semimembranosus
- M. biceps femoris
- M. popliteus
- M. gastrocnemius

Klinik

Die häufigste Erkrankung des Kniegelenkes und eine der häufigsten Erkrankungen der Orthopädie ist die Kniegelenksarthrose (Gonarthrose). Dabei handelt es sich vor allem um eine Erkrankung des Alters. Durch degenerative Prozesse kommt es zu einer Verminderung der Qualität-  und der Durchblutung des Knorpels. Folglich steigt die mechanische Belastung auf den Knorpel. Übergewicht und Bewegungsmangel verstärken diese Vorgänge signifikant und beschleunigen sie.
Andere Ursachen (angeborene Fehlstellungen, anatomische Variationen, vorausgegangene Traumata) kommen ebenso in Frage, sind jedoch zahlenmäßig seltener.
Typisch ist der Anfangsschmerz beim Aufstehen (Anlaufschmerz). Die Patienten beschreiben dazu, dass Sie sich erst "einlaufen" müssen. Vermehrte Bewegung, insbesondere nach längeren Ruhephasen, führt zu einer Schmierung des noch vorhandenen Knorpels, die Durchblutung wird verbessert und der Schmerz lindert sich. Je mehr Ruheschonung betrieben wird, desto stärker ist in der Regel der Anlaufschmerz.
Hinzu kommen belastungsabhängige Schmerzen, Spannungsgefühle, Nachtschmerz, eine allgemeine Einschränkung der Bewegung und in späteren Phasen Ergussbildung und Kontrakturen.
Die Diagnose erfolgt unter Betrachtung des Gesamtbildes aus Beschwerdesymptomatik und Bildgebung in Form einer Röntgenaufnahme.
Therapeutisch stehen ausreichend moderate Bewegung bei gemäßigter Belastung im Vordergrund. Die Schonung des Patienten durch völlige Ruhe ist kontraindiziert. Krankengymnastik und Physiotherapie können ergänzend zum Einsatz kommen, vor allem, um die Muskulatur zu stärken, was einen Teil der Körpergewichtsbelastung vom Gelenk abfängt.  Der Abbau evtl. vorhandenen Übergewichtes hat besondere Bedeutung, da dies zu einer erheblichen Verringerung der Gelenkbelastung führt.
Schmerzen können nach dem WHO-Stufenschema behandelt werden. In besonders schweren Fällen, die sich nach den Beschwerden (und primär nicht nach dem Befund im Röntgenbild) richten, kann ein Kniegelenkersatz in Form einer Teil- oder Totalendoprothese erwogen werden.
In seltenen Fällen wird eine operative Gelenkversteifung (Arthrodese) in Betracht gezogen.
Je nach Ausprägung und Beschwerdebild kann bei beginnender Gonarthrose zunächst arthroskopisch vorgegangen werden, um störende Meniskusanteile und Knorpelpartikel zu entfernen, die zur Reizung des Gelenkes beitragen.

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Quellen anzeigen

Quellen:

  • J. R. Siewert, H. J. Stein: Chirurgie, 9. Auflage, Springer (2012), S. 960 ff.

  • K. Buckup, J. Buckup: Klinische Tests an Knochen, Gelenken und Muskeln, 5. Auflage, Thieme (2012), S. 284 ff.

  • A. Benninghoff, D. Drenkhahn: Anatomie - Band 1, 16. Auflage, Urban & Fischer (2003), S. 365 ff.

  • G. Aumüller, G. Aust, A. Doll et al.: Duale Reihe – Anatomie, 2. Auflage, Thieme (2010), S. 318 ff.

  • M. Schünke, E. Schulte, U. Schumacher et al.: Allgemeine Anatomie und Bewegungssystem – Prometheus, 2. Auflage, Thieme (2007), S. 434 ff.

  • G.-H. Schumacher, G. Aumüller: Topographische Anatomie des Menschen, 7. Auflage, Urban & Fischer (2004), S. 357 ff.

  • J. Grifka, J. Krämer: Orthopädie Unfallchirurgie, 9. Auflage, Springer (2013), S. 327 ff.

  • N. Harasser, R. v. Eisenhardt-Rothe, P. Biberthaler: Facharztwissen Orthopädie Unfallchirurgie, Springer (2016), S. 432 ff.

Text, Review und Layout:

  • Andreas Rheinländer
  • Marie Hohensee
  • Nicole Gonzalez

Illustration: 

  • Ligamentum patellae - Ansicht von lateral-rechts - Liene Znotina
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