In Gelenken gilt die gleiche Physik wie an Maschinen: Reibung kostet Energie und fördert den Verschleiß. Die Evolution hat geschafft, wovon Techniker:innen noch träumen: Die Reibung in unseren Gelenken ist selbst unter Belastung minimal. Knorpel und Gelenkflüssigkeit arbeiten äußerst effizient zusammen – aber wie genau?
Ladung als Bindemittel
Offenbar sind geladene Teilchen (Ionen) in der Gelenkflüssigkeit der Schlüssel zu einem schmierenden Wasserfilm am Knorpel. Je mehr dieser Moleküle vorhanden sind und je stärker sie beansprucht werden, desto reibungsärmer ist die Gelenkbewegung. „Die Frage ist, wie es dem Körper gelingt, diesen Flüssigkeitsfilm auch unter Last stabil zu halten – das bezeichnet man als Superlubrizität“, erklärt Co-Autor Markus Valtiner von der TU Wien. „Die genauen Mechanismen werden seit Jahren heiß diskutiert, aber es gab bisher schon den Verdacht, dass positiv geladene Kationen dabei eine entscheidende Rolle spielen könnten.“
Warum Bewegung hilft
Die Wissenschaftler:innen untersuchten diese sogenannten “Grenzflächeneffekte“ zwischen dem Gelenkknorpel und der Gelenkflüssigkeit an einem künstlichen Modell. Ihre Experimente zeigen, dass Bewegung dazu beiträgt, die beteiligten Ionen gleichmäßig zu verteilen und den Wasserfilm zu glätten. Das erklärt, warum regelmäßige Bewegung für gesunde Gelenke so unverzichtbar ist und wieso inaktive Gelenke sich nicht “erholen”, sondern erhöhte Reibung zeigen.
Im menschlichen Körper übernimmt das Protein Lubricin die Funktion des Ladungsträgers, der am Knorpelgewebe anbindet und dort Wassermolekülen als “Ankerplatz” dient.
Die Forschenden hoffen durchaus auf neue Ansatzpunkte bei der Bekämpfung von Gelenkverschleiß. „Wir sind sehr zuversichtlich, dass die gezielte Nutzung von molekularen Ladungseffekten im Zusammenspiel mit der Wasseranlagerung für Therapiemaßnahmen eine wichtige Rolle spielen können“, sagt Valtiner.
