Arbeitsblatt: Gelenke

Werkstattarbeit Gelenke Livia Munz Fachdidaktik Biologie 2.1 Sekundarstufe FHNW Basel Dozent: Ruedi Küng März 2012 Werkstattarbeit Gelenke Informationen: Der Aufbau eines Gelenkes: Zwei benachbarte Knochen können durch ein Gelenk gegeneinander beweglich sein. Je nach Gelenk ist der Freiheitsgrad, wie stark sich die Knochen gegeneinander bewegen können, eingeschränkt. Jedes Gelenk besteht aus einer schüsselartigen Gelenkpfanne in einem Knochen und einem gewölbten Gelenkkopf an dem zweiten Knochen. Pfanne und Kopf sind von einer Knorpelschicht überzogen. Diese ist glatt und bei Druck elastisch. Die Gelenkkapsel umschliesst und schützt das Gelenk. Muskeln und kaum dehnbare Bänder halten das Gelenk zusammen. Kopf und Pfanne reiben wegen der glatten Knorpelfläche und der Gelenkschmiere kaum aneinander. Die Innenflächen der Gelenkkapsel scheiden je nach Belastung mehr oder weniger Gelenkschmiere aus. Der Gelenkknorpel besitzt keine Knorpelhaut. Die Ernährung der Gelenkknorpeloberfläche erfolgt durch die Gelenkschmiere. Gelenkpfannen haben einen anderen Knorpel als Gelenkköpfe. Dadurch nützen sich die Gelenke weniger schnell ab. Gelenkbeschwerden entstehen durch den Abbau des Gelenkknorpels. Schon im jugendlichen Alter kann durch starke Schläge auf bestimmte Gelenke der Gelenkknorpel zerstört werden. Der Abbau des Gelenkknorpels führt zu starken Schmerzen bei den Betroffenen. Dies wird als Gelenkarthrose diagnostiziert. Lernziele: SuS kennen den typischen Aufbau eines Gelenks. SuS kennen unterschiedliche Gelenktypen und können diese an ihrem Körper aufzeigen. SuS kennen und verstehen das Kniegelenk. Aufbau der Postenarbeit: Posten 31: Gelenke machen gelenkig. Posten 32: Unterschiedliche Gelenktypen Posten 33: Das Kniegelenk Posten 34: Bänder halten das Gelenk zusammen Posten 35: Hähnchenschenkel 2 Material: Kopien für die Postenarbeit Skelett Modell Modell Knie, falls vorhanden Modell Gelenk, falls vorhanden Film: Bewegungsapparat – Knochen Gelenke, Sekundarstufe 1 Klassen 5-10, von GIDA, Gesellschaft für Information und Darstellung mbH. Erhältlich in der PZ Basel, Filmnummer: 41998 Einstellung: Klasse 7 – 10, Aufbau und Funktion des Kniegelenks. Hähnchenschenkel (1 Schenkel pro 2 SuS) Genügend Sezierunterlagen Seziermesser Pinzetten Fotoapparat Schulbücher, Quellen: Menschenkunde: für die Sekundarstufe I, Forster Jakob, Verlag SekZH, 2006, S. 55 – 137. Urknall 5/6: Aegerter Klaus, Klett und Balmer Verlag Zug, 2009, Schulbuch S. 9/120 – 9/125, Lehrerhandbuch S. 249 – 259. Biologie 1 GN: Bayerischer Schulbuch Verlag GmbH,1999, Schulbuch S. 21 – 30, Lehrerhandbuch S. 17 – 28. 3 Laufblatt zur Werkstattarbeit: Gelenke Num mer 31 Postenname Zeit Gelenke machen gelenkig 32 Unterschiedliche Gelenktypen 33 Das Kniegelenk 15 min 25 min 30 min 35 Hähnchenschenkel 4 Wie viele? Bemerkungen Auch als Hausaufgabe möglich Auch als Hausaufgabe möglich Film Experiment Gelöst • • 5 Posten 31: Gelenke machen gelenkig Das Modellskelett, wie es hier im Schulzimmer steht, kann sich ganz gut bewegen. Knochenteile, die sich am Modell bewegen lassen müssen, werden mit Schrauben oder Federn zusammengehalten. Wie sieht das aber in unserem Körper drin aus? Wo sich Knochenteile gegeneinander bewegen können, besitzen wir Gelenke. Ohne sie wäre unser Skelett starr und sogar kleinste Bewegungen wären nicht möglich. Obwohl es unterschiedliche Gelenke gibt, sind alle Gelenke in ihrem Aufbau ähnlich. Ein Knochen ragt mit seinem vorgewölbten Gelenkkopf in eine dazu passende schalenförmige Vertiefung des anderen Knochens, die sogenannte Gelenkpfanne. Beide Knochenenden sind mit einer Knorpelkappe überzogen. Knorpel ist viel weicher und elastischer als der Knochen. Durch ihn werden Stösse abgefedert, und der Druck, der auf den Gelenken lastet, wird schön gleichmässig verteilt. Knorpel ist ausserdem sehr glatt, so dass sich die aufeinandertreffenden Knochen ziemlich reibungslos bewegen können. Die Gelenkschmiere im Gelenkspalt zwischen den beiden Knochenenden unterstützt diese Bewegung. Die Gelenkkapsel und die Bänder halten die Knochenenden zusätzlich zusammen. Auftrag: Beschrifte mit Hilfe des Textes die Abbildung auf dem Arbeitsblatt. Vervollständige danach mit Hilfe des Textes die Funktionen der Gelenkteile. Posten 31: Arbeitsblatt Beschrifte den Gelenkaufbau: Gib die Funktionen und Aufgaben der folgenden Gelenkteile an: Gelenkknorpel: 6 Gelenkkapsel: Bänder: 7 Posten 31: Lösung Beschrifte den Gelenkaufbau: Gib die Funktionen folgender Gelenkteile an: Gelenkknorpel: Die Knorpelkappe ist wichtig für das Abfedern von Stössen. Sie verteilt auch den Druck, der auf den Gelenken lastet, gleichmässig. Dadurch können sich die aufeinandertreffenden Knochen reibungslos bewegen. Gelenkkapsel: Enthält die Gelenkschmiere und hält das Gelenk zusammen. Bänder: Die Bänder halten das Gelenk zusammen. 8 Posten 32: Unterschiedliche Gelenktypen Wo sich Knochenteile gegeneinander bewegen können, besitzen wir Gelenke. Du hast sicher auch schon bemerkt, dass sich nicht alle Gelenke gleich bewegen lassen. Vergleiche doch einmal die Bewegung des Oberschenkels mit der Bewegung des Unterschenkels. Diese Einschränkung unsere Bewegungsfreiheit entsteht, weil wir unterschiedliche Gelenke haben, die nicht alle die gleichen Bewegungsarten zulassen. Um das ein bisschen besser zu verstehen, sollst du vorerst einmal einige Versuche dazu durchführen. Denke daran, dass jeder Versuch in dein Biologieheft protokolliert werden muss. Schreibe zuerst genau, was du machen musst. Danach führst du den Versuch durch. Wenn du das gemacht hast, notiere dir genau deine Beobachtungen und Erkenntnisse. Partnerarbeit 1. Vordere Fingergelenke: Halte das hinterste Glied des Zeigefingers fest und bewege die vorderen Fingerglieder. 2. Ellbogengelenk: Halte den linken Oberarm mit der rechten Hand fest und versuche den Unterarm allseitig zu bewegen. 3. Grundgelenke der Finger: Halte ein Handgelenk mit der anderen Hand fest und führe mit dem gestreckten Zeigefinger der festgehaltenen Hand Bewegungen aus. 4. Schulter- und Hüftgelenk: Führe mit Armen und Beinen Bewegungen aus. 5. Grundgelenk des Daumens: Halte den Daumen der linken Hand am hinteren Fingergelenk fest und versuche den Mittelhandknochen nach allen Seiten zu bewegen. 9 Posten 32: Arbeitsblatt 1 Seite 1 Ordne die Gelenkbeschreibungen den Bildern und Modellen zu. Schneide alle aus und ordne sie so, wie du es als richtig empfindest. Vergleiche danach die Gelenke mit den aufgezählten Beispielen. Finde heraus, welcher Gelenktyp das jeweilige Beispiel hat und ordne es einem Gelenktypen zu. Überprüfe deine Zusammenstellung mit den Lösungen, bevor du es in dein Biologieheft einklebst. Das Kugelgelenk: Der kugelige Gelenkkopf des Oberschenkelknochens liegt in einer halbkugeligen Vertiefung des Beckens, der Pfanne. Über beide Teile zieht sich die Gelenkkapsel. Sie umschliesst schützend das Gelenk. Muskeln und Sehnen halten das Gelenk fest zusammen. Das Kugelgelenk bietet die grösstmögliche Beweglichkeit, nämlich die Bewegung nach allen Seiten. Das Sattelgelenk: Das Sattelgelenk besitzt zwei gleich geformte Gelenkflächen, die einem Sattel ähnlich sehen. Zwischen dem Mittelhandknochen und dem Handwurzelknochen sind zwei solche Flächen der beiden Gelenkteile eingewölbt bzw. ausgewölbt. Dadurch kann sich der Daumen in zwei verschiedene Richtungen bewegen, seitliche Bewegungen sowie vorwärts- und rückwärts Bewegungen. Diese Beweglichkeit des Daumens und seine Stellung den vier übrigen Fingern gegenüber, ermöglichen die vielfältigen Griffe der Hand. Das Scharniergelenk: Zwischen Unterarm und Oberarm bildet die Pfanne an der Elle mit dem Gelenkkopf am Oberarm ein Scharniergelenk. Der Unterarm lässt sich nur in einer geraden Richtung strecken und beugen. Das Scharniergelenk lässt daher nur eine Bewegungsachse zu. Das Drehgelenk: Beim Drehgelenk ist die eine Gelenkfläche geformt wie ein Zapfen, der sich innerhalb eines „Ringes bewegt. Deshalb sind auch nur Drehbewegungen möglich. Die Drehungen des Kopfes werden durch die beiden obersten Halswirbel ermöglicht, den Atlas und den Dreher. Der Dreher hat einen Zapfen, der in die Höhlung des Atlas hineinfasst. Ein kräftiges Band verhindert das Herauskippen aus der Höhlung. 10 Posten 32: Arbeitsblatt 1 Seite 2 Beispiele zu den Gelenktypen: Fussgelenk Kopfgelenk Ellenbogengelenk: Verbindung Oberarm – Elle. Grundgelenk Finger Ellenbogengelenk: Verbindung Oberarm – Speiche. Schultergelenk Hüftgelenk Daumengelenk 11 Gehe nun nochmals zurück zur Partnerarbeit. Versuche nun den einzelnen Versuchen, die du an deinem Körper durchgeführt hast, jeweils mindestens ein Gelenk zuzuordnen. Posten 32: Lösung Partnerarbeit 1. Vordere Fingergelenke: Halte das hinterste Glied des Zeigefingers fest und bewege die vorderen Fingerglieder. Sie können sich nur in einer Richtung bewegen. Solche Gelenke nennt man Scharniergelenke. 2. Ellbogengelenk: Halte den linken Oberarm mit der rechten Hand fest und versuche den Unterarm allseitig zu bewegen. Der Unterarm lässt sich auf und ab bewegen, aber auch drehen. Es sind also zwei verschiedene Gelenke vorhanden, ein Scharnier- und ein Drehgelenk. 3. Grundgelenke der Finger: Halte ein Handgelenk mit der anderen Hand fest und führe mit dem gestreckten Zeigefinger der festgehaltenen Hand Bewegungen aus. Er kann sich auf und ab, seitwärts und kreisförmig bewegen. Das ist nur mit einem Kugelgelenk möglich. 4. Schulter- und Hüftgelenk: Führe mit Armen und Beinen Bewegungen aus. Sie können hin und her schwingen, lassen sich aber auch kreisförmig bewegen. Schulter- und Hüftgelenke sind ebenfalls Kugelgelenke. 5. Grundgelenk des Daumens: Halte den Daumen der linken Hand am hinteren Fingergelenk fest und versuche den Mittelhandknochen nach allen Seiten zu bewegen. Er lässt sich nur in zwei Ebenen bewegen. Solche Gelenke nennt man Sattelgelenke. 12 13 Posten 32: Lösung Arbeitsblatt Das Kugelgelenk: Der kugelige Gelenkkopf des Oberschenkelknochens liegt in einer halbkugeligen Vertiefung des Beckens, der Pfanne. Über beide Teile zieht sich die Gelenkkapsel. Sie umschliesst schützend das Gelenk. Muskeln und Sehnen halten das Gelenk fest zusammen. Das Kugelgelenk bietet die grösstmögliche Beweglichkeit, nämlich die Bewegung nach allen Seiten. Hüftgelenk Schultergelenk Grundgelenk Finger Das Scharniergelenk: Zwischen Unterarm und Oberarm bildet die Pfanne an der Elle mit dem Gelenkkopf am Oberarm ein Scharniergelenk. Der Unterarm lässt sich nur in einer geraden Richtung strecken und beugen. Das Scharniergelenk lässt daher nur eine Bewegungsachse zu. Ellenbogengelenk: Verbindung Oberarm Elle. Fussgelenk Das Sattelgelenk: Das Sattelgelenk besitzt zwei gleich geformte Gelenkflächen, die einem Sattel ähnlich sehen. Zwischen dem Mittelhandknochen und dem Handwurzelknochen sind zwei solche Flächen der beiden Gelenkteile eingewölbt bzw. ausgewölbt. Dadurch kann sich der Daumen in zwei verschiedene Richtungen bewegen, seitliche Bewegungen sowie vorwärts- und rückwärts Bewegungen. Diese Beweglichkeit des Daumens und seine Stellung den vier übrigen Fingern gegenüber, ermöglichen die vielfältigen Griffe der Hand. Daumengelenk Das Drehgelenk: Beim Drehgelenk ist die eine Gelenkfläche geformt wie ein Zapfen, der sich innerhalb eines „Ringes bewegt. Deshalb sind auch nur Drehbewegungen möglich. Die Drehungen des Kopfes werden durch die beiden obersten Halswirbel ermöglicht, den Atlas und den Dreher. Der Dreher hat einen Zapfen, der in die Höhlung des Atlas hineinfasst. Ein kräftiges Band verhindert das Herauskippen aus der Höhlung. Ellenbogengelenk: Verbindung Oberarm Speiche Posten 33: Das Kniegelenk Das Kniegelenk ist ein sehr kompliziertes Gelenk. Kein Gelenk ist so stark belastet und muss so stabil sein, wie das Knie. Es verbindet den Oberschenkelknochen mit dem Schienbein beim Stehen so stabil, als seien sie fest zusammengewachsen. Gleichzeitig muss das Kniegelenk aber auch grosse Beweglichkeit gewährleisten. Steht man auf einem Bein, muss das Kniegelenk das gesamte Körpergewicht tragen. Beim Laufen oder Springen ist das Gelenk heftigen Stössen ausgesetzt. Das Knie ist nicht nur in seiner Funktion sehr vielfältig, sondern auch sehr kompliziert gebaut. Diesen Aufbau schauen wir uns jetzt genauer an: Partnerarbeit 1. Taste dein Knie ab. Versuche zu spüren, was sich verändert, wenn du das Knie streckst, wenn du es biegst, wenn du darauf stehst, wenn du den Unterschenkel in unterschiedliche Richtungen bewegst. Vergleiche die Bewegungen und Beobachtungen mit einem anderen Gelenk, zum Beispiel dem Fingergelenk. Führe dazu ein Protokoll im Biologieheft. 2. Schaut euch das Kapitel „Aufbau und Funktion des Kniegelenks aus dem Film „Bewegungsapparat – Knochen und Gelenke konzentriert an. 3. Bespricht am Modell des Kniegelenks, was ihr im Film gelernt habt. 4. Beschreibt folgende Gelenkteile und deren Funktionen ins Biologieheft: Gelenkknorpel Bänder Meniskus Schleimbeutel und Fettkörper Kniesehen und Kniescheibe Falls ihr grosse Mühe hattet, die Gelenkteile und deren Funktion zu beschreiben, schaut euch den Filmausschnitt nochmals an. 5. Nimm nun das Arbeitsblatt zur Hand und versuche die Graphik soweit möglich selbstständig zu bearbeiten. Vergleiche deine Lösungen mit deinem Arbeitspartner, deiner Arbeitspartnerin. 14 6. Wenn ihr das Arbeitsblatt vollständig ausgefüllt habt, oder nichts weiteres mehr ausfüllen könnt, dürft ihr das Arbeitsblatt mit den Lösungen vergleichen. 15 Posten 33: Arbeitsblatt Das Kniegelenk ist eigentlich ein Scharniergelenk, lässt aber in gebeugter Stellung auch Drehungen des um seine Längsachse zu. Mit dem Schienbein sind zwei Zwischenstücke aus Knorpel, die so genannten, verwachsen. Sie dienen als Gelenkpfannen für die beiden Gelenkköpfe des. Die schützt nicht etwa das Kniegelenk, sondern dient dem wirkungsvollen Einsatz der Kniescheibensehne auch bei gestrecktem Knie. 16 17 18 Posten 33: Lösung Beschreibung und Funktion der Kniegelenkteile: Gelenkknorpel ist ein relativ weiches Material, das die Kontaktstellen zwischen den Knochen schützt. Bänder 2 Kreuzbänder im Gelenkspalt und 2 Aussenbänder führen und stabilisieren das Kniegelenk. Meniskus: Der Meniskus besteht aus elastischem Knorpel und ist halbmondförmig. Er erlaubt dem Kniegelenk möglichst viele Bewegungen mit höchster Stabilität. Schleimbeutel und Fettkörper Sie sind mit der Gelenkkapsel verwachsen und polstern das Knie gegen Stösse. Kniesehne und Kniescheibe Die Kniesehne beginnt beim Unterschenkelstrecker, verläuft über das ganze Knie und ist am Schienbein befestigt. Die knorpelige Kniescheibe ist in der Kniesehne eingewachsen. Sie gewährleistet einen optimalen Ansatzwinkel der Kniesehne zur Übertragung der Muskelkraft Posten 33: Lösung Arbeitsblatt 19 Das Kniegelenk ist eigentlich ein Scharniergelenk, lässt aber in gebeugter Stellung auch Drehungen des Unterschenkels um seine Längsachse zu. Mit dem Schienbein sind zwei Zwischenstücke aus Knorpel, die so genannten Menisken, verwachsen. Sie dienen als Gelenkpfannen für die beiden Gelenkköpfe des Oberschenkelknochens. Die Kniescheibe schützt nicht etwa das Kniegelenk, sondern dient dem wirkungsvollen Einsatz der Kniescheibensehne auch bei gestrecktem Knie. Posten 34: Hähnchenschenkel Seite 1 Partner- oder Gruppenarbeit (2 bis 4 Personen) Um das Kniegelenk besser zu veranschaulichen, sollt ihr euch einen Hähnchenschenkel genauer anschauen. Der Hähnchenschenkel ist der Teil des Hühnerskeletts, der das Kniegelenk enthält. Um den Hähnchenschenkel richtig zu sezieren, müsst ihr vorsichtig der Anleitung folgen. Befolgt die Aufgaben Schritt für Schritt. Fragt bei Unklarheiten bei der Lehrperson nach. Wichtig: Achte darauf, dass du während der Präparation nicht mit den Händen an den Mund oder an die Augen kommst (Salmonellen Bakterien). Wasche dir nach der Präparation gründlich die Hände. Skalpelle sind sehr scharf! Schneide mit ihnen immer von deinem Körper weg. 1. Beschriftet das Hühnerskelett auf dem beiliegenden Arbeitsblatt. 2. Nehmt jeweils zu zweit oder zu dritt einen Hähnchenschenkel und legt ihn auf ein Brett. Überlegt euch nun genau, wo welche Knochen sein müssten. Zeichnet in euer Heft eine kleine Skizze davon und beschriftet sie. 3. Trenne vorsichtig mit den Fingern die Haut von den Muskeln. Betrachte das zarte Bindegewebe, das die Haut beweglich mit dem Muskel verbindet. 4. Bewege Ober- und Unterschenkel so hin und her, dass du das Kniegelenk gut ertasten kannst. Bestimme und beschreibe folgende Teile: Oberschenkelknochen Schienbein Kniegelenk Haut Muskeln Unterhautfett 20 21 Wenn ihr alles selbstständig bestimmt habt, lasst eure Überlegungen von der Lehrperson überprüfen. Posten 34: Hähnchenschenkel Seite 2 5. Lege nun die Gelenkkapsel des Kniegelenks frei. Schneide von hinten die Muskeln weg. Beginne mit einem Längsschnitt an der Innenseite (Kniekehle). Achte darauf, dass du die Seitenbänder nicht durchschneidest. Das Kniegelenk soll „funktionstüchtig bleiben. 6. Skizziere den nun vor dir liegenden Hähnchenschenkel in dein Biologieheft und beschrifte alles was du erkennst. Gelenkkapsel Gelenkkopf des Oberschenkels Gelenkpfanne des Schienbeins Kniescheibe Seitenbänder/Kreuzbänder Lasst eure Skizze gleich von der Lehrperson überprüfen. 7. Schneide in den weissen knorpeligen Belag, der das Ende eines Knochens am Gelenk umgibt. Versuche, auch den Knochen mit dem Messer zu schneiden (nur anschneiden!). Welche Unterschiede stellst du fest? Notiere in dein Heft. Versuche deine Erkenntnisse zu begründen. 22 Beschriftet das Hühnerskelett. Vergleicht das Beinskelett des Huhns mit dem Beinskelett des Menschen. Ihr werdet die genau gleichen Knochen vorfinden, einfach ein bisschen anders. 23 Posten 34: Arbeitsblatt Posten 34: Lösung Beschriftet das Hühnerskelett. Vergleicht das Beinskelett des Huhns mit dem Beinskelett des Menschen. Ihr werdet die genau gleichen Knochen vorfinden, einfach ein bisschen anders. 7. Der weisse, knorplige Belag ist viel weicher als der Knochen. Die Knorpelschicht ist sehr wichtig, damit Stösse abgedämpft werden können und die Reibung zwischen den Gelenken vermindert werden kann. Überall, wo die Knochen elastischer sein müssen, kommt der Knorpel zum Einsatz. Der Brustkorb zum Beispiel muss sich mit jedem Atemzug ausdehnen können. Damit das Möglich ist, ist das Verbindungsstück zwischen den Rippen und dem Brustbein aus Knorpel. 24