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B978-3-437-44433-3.00003-9

10.1016/B978-3-437-44433-3.00003-9

978-3-437-44433-3

Epithelgewebe\"\iEpithelgewebe (1) mit Mitosefigur\"\iMitosefigur in der Telophase:Mitosefigur\"\iTelophase (➔) etwas oberhalb der Basalschicht; 2 subepitheliales Bindegewebe:subepitheliales\"\iBindegewebe. Ösophagus, Mensch; H. E.-Färbung; Vergr. 500-fach.

Epithel\"\iEpithel mit Epithelzellen, epithelialer Basallamina:epitheliale\"\iBasallamina und subepithelialem Bindegewebe mit einigen der zahlreichen makromolekularen Komponenten (Schema). Die Basallamina und die weniger scharf begrenzte Lamina Lamina:fibroreticularis\"\ifibroreticularis (extrazelluläre Bindegewebskomponenten unmittelbar unter der Basallamina) bilden die lichtmikroskopisch sichtbare Basalmembran:Epithel\"\iBasalmembran. Mikrofibrillen aus Fibrillin treten allein – z. B. als Komponente der Lamina fibroreticularis – oder als Bestandteil von elastischen Fasern auf (Abb. 3.2.20). Ein anderer Mikrofibrillentyp besteht aus Kollagen vom Typ VI. Die Kollagenfibrillen der Lamina fibroreticularisKollagen:Typ IIIKollagen:Typ I bauen sich überwiegend aus Kollagen vom Typ III, aber auch vom Typ I auf.

(Aus [R252])

Typen des Oberflächenepithel:Typen\"\iOberflächenepithelsEpithel:Oberfläche. a: Einschichtiges Plattenepithel:einschichtiges\"\iPlattenepithel. b: Einschichtiges Epithel:kubisches\"\ikubisches (isoprismatisches) Epithel. c: Einschichtiges prismatisches Epithel:prismatisches\"\iEpithel. d: Epithel:mehrreihiges\"\iMehrreihiges (respiratorisches) Epithel. e: Urothel\"\iUrothel (Übergangsepithel\"\iÜbergangsepithel, mehrschichtig, hier ungedehnt,). f: Mehrschichtiges unverhorntes Plattenepithel:mehrschichtiges\"\iPlattenepithel. g: Mehrschichtiges verhorntes Plattenepithel.

Plattenepithel\"\iPlattenepithel. a: Peritonealepithel, Mensch, Häutchenpräparat in der Aufsicht. Die Zellgrenzen treten bei einer Versilberung als ein schwarzbraunes Netzwerk hervor. b: Schnittpräparat (Aorta, Mensch) mit dünnem Epithel, das hier und in anderen Gefäßen Endothel genannt wird und das die Gefäß- und Herzinnenräume auskleidet; von den Plattenepithelzellen sind nur die abgeflachten Kerne erkennbar (➔). H. E.-H.E.-Färbung:Plattenepithel\"\iFärbung; Vergr. 460-fach.

Einschichtiges Plattenepithel:einschichtiges\"\iPlattenepithel in einer Transmissionselektronenmikroskopie:Plattenepithel\"\itransmissionselektronenmikroskopischen Aufnahme; 2 intrazelluläre Vakuole; ➔ verschiedene Pinozytosevesikel; 3 Golgi-Golgi-Apparat\"\iApparat; 4 dicht gepackte Kollagenfibrillen; 5 Fortsatz eines Fibroblasten. Parietales Peritonealepithel\"\iEpithel:Peritoneum\"\iPeritonealepithel (1), Mensch; Vergr. 8.870-fach.

Mehrschichtiges unverhorntes Plattenepithel:mehrschichtiges\"\iPlattenepithel. 1 Lumen; ➔: ins Epithel eingedrungene Lymphozyt:Epithel\"\iLymphozyten; 2 subepitheliales Bindegewebe:subepitheliales\"\iBindegewebe. Analkanal, Mensch; H. E.-H.E.-Färbung:Plattenepithel\"\iFärbung; Vergr. 260-fach.

Mehrschichtiges verhorntes Plattenepithel:mehrschichtiges\"\iPlattenepithel. 1 Stratum Stratum:basale\"\ibasale; 2 Stratum Stratum:spinosum\"\ispinosum; 3 Stratum granulosumStratum:granulosum; 4 Stratum Stratum:corneum\"\icorneum; ∗ subepitheliales Bindegewebe:subepitheliales\"\iBindegewebe. Handfläche, Mensch; H. E.-H.E.-Färbung:Plattenepithel\"\iFärbung; Vergr. 160-fach.

Mehrschichtiges verhorntes Plattenepithel:mehrschichtiges\"\iPlattenepithel, höhere Vergrößerung. 1 Stratum Stratum:spinosum\"\ispinosum (z. T. enthalten die Keratinozyten Pigmentgranula); 2 Stratum granulosumStratum:granulosum; 3 Stratum Stratum:corneum\"\icorneum. Handfläche, Mensch; H. E.-H.E.-Färbung:Plattenepithel\"\iFärbung; Vergr. 500-fach.

Annähernd kubisches Epithel:kubisches\"\iEpithel. Sammelrohr:Epithel\"\iSammelrohre (∗) der Niere, Katze; Azan-Färbung; Vergr. 500-fach.

Einschichtiges prismatisches Epithel:prismatisches\"\iEpithel (1). ∗ Mit Muzinen gefüllte Becherzellen; ➔ Bürstensaum:prismatisches Epithel\"\iBürstensaum der resorbierenden Epithelzellen; 2 Bindegewebe (Lamina propria) mit glatten Muskelzellen der Darmzotten. Dünndarm, Mensch; Plastikschnitt; H. E.-Färbung; Vergr. 380-fach.

Prismatisches Epithel:prismatisches\"\iEpithel in einer Transmissionselektronenmikroskopie:prismatisches Epithel\"\itransmissionselektronenmikroskopischen Aufnahme. 1 Zellkern der Epithelzelle; 2 Muzingranula im Zytoplasma oberhalb des Kerns; 3 Magenlumen; ➔ Basallamina:prismatisches Epithel\"\iBasallamina; 4 subepitheliales Bindegewebe:subepitheliales\"\iBindegewebe. Die Oberflächenschleimhaut ist artifiziell abgelöst. Magen:Oberflächenepithel\"\iOberflächenepithel des Magens, Mensch; Vergr. 2.860-fach.

Mehrschichtiges prismatisches Epithel:prismatisches\"\iEpithel (∗). Die obersten prismatischen Zellen sind für die spezielle Klassifikation dieses Epithels verantwortlich. Harnröhre, Mensch; H. E.-Färbung; Vergr. 250-fach.

Zweireihiges prismatisches Epithel:prismatisches\"\iEpithel mit Stereozilie:prismatisches Epithel\"\iStereozilien. 1 Lumen des Gangs; ∗ Kerne der prismatischen ausdifferenzierten Epithelzellen; ➔ Basalzelle:Epithel\"\iBasalzellen; ▶ Stereozilien; 2 subepitheliales Bindegewebe. Den Stereozilien sind einzelne Spermien (kleine ovale Punkte) angelagert. Nebenhodengang:prismatisches Epithel\"\iNebenhodengang, Mensch; H. E.-Färbung; Vergr. 500-fach.

Mehrreihiges prismatisches Epithel:prismatisches\"\iEpithel mit Kinozilie:prismatisches Epithel\"\iKinozilien und Becherzelle:prismatisches Epithel\"\iBecherzellen. Die ausgereiften prismatischen Zellen (Flimmerzellen, 1) tragen Kinozilien, die Basalkörpern entspringen. ∗ Becherzellen; ➔ Basalzelle:prismatisches Epithel\"\iBasalzellen; ▶ nachwachsende intermediäre Zelle; 2 subepitheliales Bindegewebe:subepitheliales\"\iBindegewebe; 3 Lumen. Respiratorisches Epithel der Trachea, Rhesusaffe; Plastikschnitt; Färbung H. E.; Vergr. 500-fach.

Urothel\"\iÜbergangsepithel\"\iÜbergangsepithel. a: Ungedehntes Übergangsepithel im Nierenbecken. 1 basale Epithelzellschicht, 2 apikale Epithelzellschicht. Mensch; Azan-Färbung, Vergr. 450-fach. b: Apex einer Deckzelle des Übergangsepithels mit apikalen, oft abgeflachten Reservevesikeln (➔) in einer EM-Aufnahme. Ratte; Vergr. 18.000-fach.

Urothel\"\iÜbergangsepithel\"\iÜbergangsepithel in verschiedenen Dehnungszuständen (Harnblase, Tenrek, ursprüngliches Säugetier, [Echinops telfairi]) (Präparate Prof. H. Künzle, München). a: Ungedehntes Epithel (1); ∗ zweikernige Deckzelle; 2 subepitheliales Bindegewebe:subepitheliales\"\iBindegewebe. Azan-Färbung; Vergr. 500-fach. b: Gedehntes Epithel (1) und subepitheliales Bindegewebe:subepitheliales\"\iBindegewebe (2). Masson-Trichrom-Masson-Trichrom-Färbung:Übergangsepithel\"\iFärbung; Vergr. 500-fach.

Exokrine Elektronenmikroskopie:Drüsenzelle\"\iDrüsenzelle:exokrine\"\iDrüsenzellen in einer EM-Aufnahme. 1 Zellkern:Drüsenzelle\"\iZellkern; 2 rauesRetikulum, endoplasmatisches:raues ER; 3 Golgi-Golgi-Apparat:Drüsenzelle\"\iApparat; 4 Sekretionsgranula:Drüsenzelle\"\iSekretionsgranula; 5 Lumen des Azinus:Drüse\"\iDrüsenazinus; 6 zentroazinäre Zelle:zentroazinäre\"\iZelle. Pankreas, Mensch; Vergr. 6.740-fach.

Mehrzellige endoepitheliale Drüse:endoepitheliale\"\iDrüsen (∗) im Epithel der Nasenschleimhaut. 1 Lichtung der Nasenhöhle. Mensch; Goldner-Färbung; Vergr. 250-fach.

Becherzelle\"\iBecherzellen als Beispiel für einzellige, intraepithelial gelegene Drüsen. Bei der H. E.-H.E.-Färbung:Becherzelle\"\iFärbung bleibt das muzinhaltige Sekret (∗) der Becherzelle oft ungefärbt. Die Kerne der Becherzellen sind zumeist dunkel (➔). Bei den resorbierenden Zellen des Epithels ist der Bürstensaum deutlich zu erkennen. Epithel des Kolons, Mensch; H. E.-Färbung; Vergr. 600-fach.

Becherzelle\"\iBecherzellen. Die dicht gelagerten Muzingranula in den Becherzellen sind mit der PAS-Reaktion purpurrot gefärbt (➔); 1 Darmlumen; 2 Darmzotte. Epithel des Dünndarms, Mensch; Vergr. 120-fach.

Exokrine DrüsentypenDrüse:exokrine. a–d: Verschiedene Endstücktypen (Endstücke violett, Gänge gelb). a: Azinus:Drüse\"\iAzinus. b: Alveolus:Drüse\"\iAlveolus. c: Alveolus, dessen Lichtung mit Drüsenepithelzellen gefüllt ist (Talgdrüse). d: Tubulus\"\iTubulus. e–i: Verschiedene exokrine Drüsentypen. e: Einfache tubulöse Drüse:tubulöse\"\iDrüse ohne eigenen Gangabschnitt (z. B. Kolonkrypten). f: Verzweigte tubulöse Drüse ohne eigenen Gangabschnitt (z. B. Pylorusdrüsen). g: Einfache tubulöse Drüse mit eigenem Gangabschnitt (ekkrine Schweißdrüsen). h: Verzweigte alveoläre Drüse:alveoläre\"\iDrüse mit eigenem Gangabschnitt (Talgdrüse). i: Zusammengesetzte gemischt tubuloazinöse Drüse:tubuloazinöse\"\iDrüse. In einer zusammengesetzten Drüse ist das Gangsystem verzweigt; links: Drüsenanteil mit Azini; rechts: Drüsenanteil mit Tubuli; dem Ende des rechten Tubulus sitzt ein v.-Ebner-Halbmond (umgeformter Azinus) auf. Die Azini sind serös, die Tubuli mukös.

Azinöse EndstückeDrüse:Endstücke. Endstück:DrüsenNach ihrer beerenförmigen Gestalt mit kaum erkennbarem Lumen werden solche Endstücke AziniAzinus:seröser genannt. 1 seröser Azinus; 2 Fettzelle. Gl. submandibularis, Mensch; Plastikschnitt; H. E.-H.E.-Färbung:Drüsenendstücke\"\iFärbung; Vergr. 500-fach.

(Aus [R252])

Alveoläre EndstückeDrüse:Endstücke (1). Das Lumen ist weit und der Zellapex der Drüsenzellen vorgewölbt (➔). Der Apex enthält einen Fetttropfen:alveoläres Endstück\"\iFetttropfen (apokrine Sekretion). Laktierende Milchdrüse, Mensch; H. E.-H.E.-Färbung:Drüsenendstücke\"\iFärbung; Vergr. 250-fach.

Tubulöse einfache Drüse:tubulöse\"\iDrüsen (). 1 Darmlumen; 2 Muscularis mucosae. Kolon, Rhesusaffe; H. E.-Färbung; Vergr. 250-fach.

Verzweigte tubulöse Drüse:tubulöse\"\iDrüsen ohne eigenen Gangabschnitt (1). Die geknäuelten Drüsenschläuche nehmen den unteren Teil der Schleimhaut ein, sie sind vielfach quer oder schräg angeschnitten. Der obere Teil der Schleimhaut wird von den tiefen Foveolae gastricae (2) eingenommen. Diese für das ganze Oberflächenepithel des Magens typischen Foveolae sind mit hochprismatischen Drüsenzellen ausgekleidet und entsprechen nicht einem eigenen Gangabschnitt. Pars pylorica des Magens, Mensch; H. E.-Färbung; Vergr. 100-fach.

(Aus [R252])

Verschiedene Drüse:Sekretionsmodus\"\iSekretionstypen. a: Sekretion mittels Exozytose (merokrine Sekretion:merokrine\"\iSekretion). Der Inhalt der Sekretionsgranula wird an der Zelloberfläche ausgeschleust (fast alle endo- und exokrinen Drüsen). b: Apokrine Sekretion:apokrine\"\iSekretion. Eine apikale Zellkuppe mit Sekret wird abgeschnürt (Milchdrüse). Zusätzlich sezernieren apokrine Drüsenzellen mittels Exozytose. c: Holokrine Sekretion:holokrine\"\iSekretion. Die ganze, mit lipidhaltigem Sekret gefüllte Drüsenzelle geht zugrunde, löst sich auf und setzt so das Sekret frei (Talgdrüsen).

Sekretgranula\"\iSekretgranula (1) in einer EM-Aufnahme. Die großen, komplex gebauten Granula werden auch KaseinvesikelKaseinvesikel genannt und enthalten u. a. Kaseinmizellen (➔), die exozytotisch ausgeschleust werden (▶) und so ins Lumen (2) der Alveolen gelangen; 3 Lipidtropfen im Drüsenlumen; 4 Mikrovillus. Drüsenepithelzelle der laktierenden Milchdrüse, Kamel; Vergr. 20.700-fach.

Apokrine Drüse:apokrine\"\iDrüsen (Duftdrüse\"\iDuftdrüsen) in der Achselhöhle. a: Die Drüsenzellen zeigen apikale Protrusionen, die z. T. dabei sind, abgeschnürt zu werden. Azan-Färbung, Vergr. 250-fach. b: Drüsenepithel in 2 weitlumig tubulösen Endstücken. Die apikalen apokrinen Zellkuppen (➔) besitzen eine schmale organellfreie apikale Zone, unter der sich oft Lipofuszingranula mit bräunlicher Eigenfärbung finden. ▶ Myoepithelzelle\"\iMyoepithelzellen (schlanke, kräftig rot gefärbte Zellen mit kleinem länglichem [im Querschnitt rundlichem] dunklem Kern). Mensch; H. E.-Färbung; Vergr. 450-fach.

Talgdrüse\"\iTalgdrüse. Die Lichtung der verzweigten alveolären Drüse wird von sich allmählich in Sekret umwandelnden Zellen ausgefüllt (holokriner Sekretionsmechanismus)Sekretion:holokrine\"\i. Von der Peripherie bis zum Zentrum der Alveolen werden die Zellen umgewandelt und die Kerne werden pyknotisch. ∗ Ausführungsgang:Talgdrüse\"\iAusführungsgang. Achselhöhlenhaut, Mensch; Masson-Trichrom-Masson-Trichrom-Färbung:Talgdrüse\"\iFärbung; Vergr. 100-fach.

(Aus [R252])

Seröse AziniAzinus:seröser. a: Seröse Azinus:seröser\"\iAzini (1) und zentroazinäre ZellenZelle:zentroazinäre (➔). Pankreas, Mensch; H. E.-Färbung; Vergr. 450-fach. b: Seröser AzinusAzinus:seröser in einer EM-Aufnahme. 1 Zellkern; 2 raues ER; 3 Sekretionsgranula; 4 Lumen des Azinus; 5 Myoepithelzelle:Elektronenmikroskopie\"\iMyoepithelzelle. Ohrspeicheldrüse, Mensch; Vergr. 4.430-fach.

Muköse Drüse:muköse\"\iDrüsen (1). 2 seröse Drüse:seröse\"\iDrüsen; 3 Zungenmuskulatur. Zungengrund, Mensch; Plastikschnitt; H. E.-Färbung; Vergr. 230-fach.

Gemischte Drüse:seromuköse\"\iseromuköse Endstücke. Nach der Gestalt der Endstücke ist die Drüse tubuloazinös. Den tubulösen mukösen Anteilen (1) sitzen die serösen Endstücke z. T. halbmondförmig auf (v.-Ebner-Halbmonde, 2), andere seröse AziniAzinus:seröser (3) münden unabhängig von den mukösen Tubuli in Schaltstücke. 4 Streifenstück:Glandula submandibularis\"\iStreifenstück. Gl. submandibularis, Mensch; Plastikschnitt; H. E.-Färbung; Vergr. 500-fach.

(Aus [R252])

Brunner-Brunner-Drüse:Duodenum\"\iDrüsen. Diese mukösen tubulösen Drüsen bilden v. a. Muzine und Bikarbonat. Duodenum, Mensch; H. E.-H.E.-Färbung:Brunner-Drüsen\"\iFärbung; Vergr. 250-fach.

Familie der Bindegewebszellen. Die Pfeile deuten Beispiele für wichtige Entwicklungsrichtungen in dieser Zellfamilie an. Die glatten Muskelzellen lassen sich sowohl den Bindegewebszellen als auch dem Muskelgewebe zurechnen.

(Modifiziert nach [G075])

Mesenchym\"\iMesenchym. ➔ Blutgefäße. Embryo, Mensch; H. E.-H.E.-Färbung:Mesenchym\"\iFärbung; Vergr. 250-fach.

Fibroblast:Elektronenmikroskopie\"\iFibroblast mit langen Fortsätzen (∗) und gut entwickelten Zellorganellen in einer EM-Aufnahme. 1 Zellkern:Fibroblast\"\iZellkern; 2 Golgi-Golgi-Apparat:Fibroblast\"\iApparat; 3 rauesRetikulum, endoplasmatisches:raues ER; 4 amorphe Matrix:Fibroblast\"\iMatrix; 5 Kollagenfibrillen. Nabelschnur, Mensch; Vergr. 6.000-fach.

Fibroblast:Schema\"\iFibroblast. Schematische Darstellung eines Fibroblasten mit Verteilung der typischen Organellen und Zytoskelettkomponenten (s. a. Schema einer polar strukturierten Epithelzelle, Abb. 2.2). Fibroblasten und andere Nichtepithelzellen können mithilfe des Zytoskeletts, vor allem des aktinreichen Membranskeletts, gerichtet wandern, wobei 3 Phasen unterschieden werden: Protrusion, Festhaften und Traktion (Vorwärtsziehen der Masse des Zellkörpers). Bei Wanderbewegungen finden Endozytoseprozesse bevorzugt am Hinterende statt.

(Aus [G077])

Fibroblast\"\iFibroblasten () im lockeren Bindegewebe. 1 Arteriolen; 2 Venole. Harnblase, Mensch; Plastikschnitt; H. E.-H.E.-Färbung:Fibroblasten\"\iFärbung; Vergr. 450-fach.

Makrophagen\"\iMakrophagen (). 1 Lungenalveolen; ∗ Pleura visceralis. Die Makrophagen sind mittels des Immunhistochemie:Makrophagen\"\iimmunhistochemischen Nachweises des CD68-Proteins dargestellt, enthalten z. T. schwarzen Kohlestaub. Lunge, Mensch; Vergr. 230-fach.

Makrophagen\"\iMakrophage (1). Die Zellfortsätze sind unregelmäßig gestaltet und oft lamellenförmig (Pseudopodien, Makrophagen\"\iPseudopodien und Lamellipodien [➔], im Zytoplasma sind vielgestaltige lysosomale Stukturen zu sehen [∗]. 2 Kapillare im Alveolarseptum. Lungenalveole, Mensch; Vergr. 20.700-fach. [Aus 1])

Kohlestaubbeladene Makrophagen:kohlestaubbeladene\"\iMakrophagen im Lymphknoten. Die Makrophagen (schwarz, ➔) kommen überwiegend im Mark vor. 1 Kapsel des Lymphknotens; 2 Lymphfollikel in der Rinde. Mensch; Azan-Färbung; Vergr. 120-fach.

Plasmazelle\"\iPlasmazellen (). Typisch ist der exzentrisch gelegene rundliche Kern mit der „Radspeichenstruktur\"\iRadspeichenstruktur" des Chromatin:Radspeichenkern\"\iChromatingerüsts: Peripher und im Zentrum des Kerns liegen mehrere grobe Heterochromatinschollen. Lamina propria des Kolons, Mensch; Semidünnschnitt; Färbung: Toluidinblau; Vergr. 600-fach.

Ultrastruktur einer Plasmazelle:Ultrastruktur\"\iPlasmazelle. 1 Zellkern:Plasmazelle\"\iZellkern mit Nukleolus (▶) und typischem Chromatinmuster; ∗ Golgi-Golgi-Apparat:Plasmazelle\"\iApparat; 2 Zytozentrum mit Zentriol; 3 raues ER; 4 Mitochondrien. Lamina propria des Magens, Mensch; Vergr. 12.000-fach.

Mastzelle\"\iMastzellen. a: Plastikschnitt. Submukosa des Jejunums, Mensch; H. E.-Färbung; Vergr. 450-fach. b: Die unterschiedliche Gestalt der Mastzellen (➔) deutet auf Wanderbewegungen hin (Dermis, Allergiker). Färbung: Giemsa, Vergr. 450-fach.

Mastzelle\"\iMastzellen in EM-Elektronenmikroskopie:Mastzelle\"\iAufnahmen. a: Mastzelle mit unregelmäßig gestalteten Zellfortsätzen und dicht gepackten Granula in ihrem Zytoplasma. Bindegewebe des Harnleiters, Mensch; Vergr. 9.200-fach. (Aus [R252]). b: Mastzellengranula, höhere Vergrößerung. Kennzeichnend ist die heteromorphe Struktur vieler Granula mit zylindrischen, eng aufgerollt erscheinenden Membranfiguren („Schriftrollenfigur\"\iSchriftrollenfiguren") sowie feinpartikulären Anteilen. Andere Granula besitzen eine dichte Matrix, z. T. mit zentraler Aufhellung, in der lineare Strukturen auftreten. Vergr. 90.300-fach.

(Aus [R252])

Lockeres Bindegewebe:lockeres\"\iBindegewebe (Semidünnschnitt, Dicke ca. 1 μm). 1 breite, an Haarsträhnen erinnernde Kollagenfasern. Die tiefblau, purpur granulierten Zellen sind Mastzellen (➔), die meisten Zellkerne gehören zu Fibroblasten (▶). 2 Arteriolen; 3 Lymphgefäß; 4 Muscularis mucosae. Bindegewebe der Submukosa des Kolons, Mensch; Färbung: Methylenblau-Azur II; Vergr. 450-fach.

Kollagen:Fibrillen\"\iElektronenmikroskopie:Kollagenfibrillen\"\iKollagenfibrillen in EM-Aufnahmen. a: Grobe Kollagenfasern (∗, rasterelektronisches Präparat). Es ist erkennbar, dass die Fasern aus Fibrillen aufgebaut sind. Bauchhaut, Ratte; Vergr. 6.500-fach. b: Die KollagenfibrillenKollagen:Typ I vom Typ I weisen eine kennzeichnende periodisch gegliederte Querstreifung auf (D-Periode von ca. 67 nm), die auf die regelhafte Anordnung der Kollagenmoleküle in der Fibrille zurückgeht. Mamma, Mensch; Vergr. 46.700-fach. c: Kollagenfibrillen mit deutlich erkennbarer Periodik der Querstreifung. Haarstern, Antedon bifida, Vergr. 120.000-fach (Präparat Dr. Dr. R. Erlinger).

Kollagen:Sekretion\"\iKollagensekretion und Entstehung der Kollagenfibrillen. Das Prokollagen wird intrazellulär im Fibroblasten aufgebaut. Extrazellulär werden dem Prokollagen die Propeptide abgespalten, es entsteht Tropokollagen (Kollagen, Kollagenmonomer), das sich in einem Polymerisationsprozess zu Kollagenfibrillen zusammenlagert. Einige Hydroxylysinreste sind glykosyliert.

Faserbildende Retikulumzelle:faserbildende\"\iRetikulumzellen. In den Marksinus (∗) erkennt man deutlich die sternförmig verzweigten faserbildenden Retikulumzellen (➔), deren dünne Fortsätze zarte retikuläre Fasern (= Retikulin-, Gitterfasern) umscheiden. Die vielen kugeligen, kräftig schwarz-blau gefärbten Zellkerne gehören zu Lymphozyten. 1 Markstrang mit Plasmazellen und Lymphozyten. Mark eines Lymphknotens, Makak; H. E.-Färbung; Vergr. 460-fach.

Retikuläre Faser:retikuläre\"\iFasern. Die retikulären Fasern (schwarz, ➔) sind verzweigt und vernetzt. Sie bestehen aus Typ-III-KollagenKollagen:Typ III und ziehen durch das Lumen des Randsinus (1) hindurch bis in die Kapsel (2) hinein. Diese besteht ganz überwiegend aus typischen (hier bräunlich gefärbten) Kollagenfasern (Kollagentyp I). Rinde eines Lymphknotens, Mensch; Färbung: Versilberung nach Bielschowsky; Vergr. 240-fach.

Elastische und kollagene Fasern. a: Elastische Faser:elastische\"\iFasernBindegewebe:Faser, zu einem flachen Netz verknüpft. Häutchenpräparat, Mesenterium, Mensch; Färbung Resorcinfuchsin, Vergr. 250-fach. b: Kollagene und elastische Fasern. Die kräftig rotbraun gefärbten, breiten Kollagenfasern werden in allen Richtungen des Raums von schwärzlich gefärbten elastischen Fasernetzen durchquert. Dermis, Mensch; Färbung: Elastika – van-Gieson-Färbung, keine Kerngegenfärbung; Vergr. 450-fach.

Elastische Ligg. Ligamentum:flavum\"\iflava der Wirbelsäule im Querschnitt. Die reich entwickelten elastischen Anteile sind rot, die kollagenen Anteile blau gefärbt. Pavian; Masson-Trichrom-Masson-Trichrom-Färbung:Ligamentum flavum\"\iFärbung; Vergr. 450-fach.

Elastische Faser:elastische\"\iFasernBindegewebe:Faser (Bronchus, Mensch) in EM-Aufnahmen. a: Querschnitt. Erkennbar sind der amorphe Anteil aus Elastin:elastische Fasern\"\iElastin (1) und die Mikrofibrillen (➔). 2 Kollagen:Fibrillen\"\iKollagenfibrillen, 3 glatte Muskelzellen. Vergr. 43.000-fach. (Aus [R252]) b: Tangentialer Längsschnitt, auf dem die Mikrofibrillen (➔) gut zu erkennen sind. 1 Elastin, 2 Kollagenfibrillen, 3 Fibroblast. Vergr. 28.500-fach.

Elastin\"\iElastin, hypothetisches Modell. Elastinmoleküle sind quer verbunden, die Moleküle nehmen geknäuelte Konformation an, wenn die Dehnung nachlässt, was zur Verkürzung der Fasern führt.

(Modifiziert nach [G075])

Lockeres Bindegewebe:lockeres\"\iBindegewebe mit zahlreichen Fibroblasten (➔) und gewellt verlaufenden lockeren Kollagenfaserbündeln (∗). 1 Arteriole; 2 kleines Ganglion des Meissner-Plexus. Submukosa des Jejunums, Mensch; H. E.-H.E.-Färbung:Bindegewebe\"\iFärbung; Vergr. 250-fach.

Straffes geflechtartiges Bindegewebe:geflechtartiges\"\iBindegewebe. ∗ quer getroffene Kollagenfasern; ➔ längs geschnittene Kollagenfasern. Äußere Augenhaut, Rind; Masson-Trichrom-Färbung; Vergr. 150-fach.

Straffes parallelfaseriges Bindegewebe:parallelfaseriges\"\iBindegewebe. Von den Sehnenzellen sind nur die flachen Kerne (➔) zu erkennen. Der leicht gewellte Verlauf der Fasern ist sehr charakteristisch. Längsschnitt einer Sehne, Mensch; H. E.-H.E.-Färbung:Bindegewebe\"\iFärbung; Vergr. 95-fach.

Gallertiges Bindegewebe:gallertiges\"\iBindegewebe. Die Fibroblast:gallertiges Bindegewebe\"\iFibroblasten (rötlich) treten zugunsten der Interzellularsubstanz in den Hintergrund. Die Interzellularsubstanz besteht aus der Grundsubstanz (u. a. Hyaluronsäure, Proteoglykane, verschiedene Glykoproteine, ungefärbt) und den geformten Elementen (Kollagenfasern, z. T. stark gewellt, blau gefärbt). Wharton-Sulze der Nabelschnur, Mensch; Azan-Färbung; Vergr. 380-fach.

Spinozelluläres Bindegewebe:spinozelluläres\"\iBindegewebe. Die Kerne der zahlreichen Fibroblasten sind weinrot gefärbt, die spärlichen Kollagenfasern blaugrün. Rinde des Ovars, Mensch; Goldner-Färbung; Vergr. 250-fach.

Spinozelluläres Bindegewebe:spinozelluläres\"\iBindegewebe. 1 dicht gelagerte ribosomen- und relativ RER-reiche Fibroblasten; 2 schmale Kollagenfibrillenbündel in der Matrix. Rinde des Ovars, Mensch; Vergr. 5.100-fach.

Chondrozyt\"\iChondrozyt. Die Oberfläche bildet zahlreiche unregelmäßig geformte Mikrovilli:Chondrozyt\"\iMikrovilli (➔), die in die Matrix (1) hineinragen. Im ZytoplasmaZytoplasma:Chondrozyt\"\i sind die Zellorganellen gut entwickelt (Golgi-Apparat, Zentriol, Mitochondrien, RER), daneben sind aber auch in reichem Maße Glykogen (∗) und oft Lipidtropfen vorhanden. Die Matrix enthält feine Kollagenfibrillen vom Typ II, kleine dichte Verkalkungsherde und Proteoglykane:Chondrozyt\"\iProteoglykane, deren Glukosaminoglykan vor allem Chondroitinsulfat:Chondrozyt\"\iChondroitinsulfat ist. Unmittelbar an der Oberfläche der Zellen (= perizellulär) finden sich feine Fibrillen, die aus seltenen Kollagenen bestehen und die Zellen vor mechanischem Druck schützen. Hyaliner Bronchialknorpel, Mensch; Vergr. 7.830-fach.

(Aus [R252])

Knorpel:Chondrone\"\iChondrone:Knorpel\"\iChondrone im hyalinen Knorpel. Die Knorpelzellen bilden Gruppen (Chondrone = Territorien, ➔) und sind in eine besonders basophile chondroitinsulfatreiche Matrix eingebettet, sodass sich die Territorien (lila) von der blasseren, sog. interterritorialen Matrix (∗) gut abheben. 1 Randzone des Knorpels. Kehlkopf, Rhesusaffe; H. E.-H.E.-Färbung:Chondrone\"\iFärbung; Vergr. 200-fach.

Fetaler Knorpel:fetaler\"\iKnorpel mit dicht gelagerten, einzeln oder paarweise liegenden Chondrozyten. ∗ Perichondrium\"\iPerichondrium mit Blutgefäßen. Fetales Extremitätenskelett, Mensch; H. E.-Färbung; Vergr. 240-fach.

Hyaliner Knorpel:hyaliner\"\iKnorpel mit Territorien (➔) und interterritorialer Matrix (∗). Das Perichondrium (1) ist das unscharf begrenzte Bindegewebe, das das Knorpelgewebe umgibt. Trachea, Rhesusaffe; Plastikschnitt; H. E.-H.E.-Färbung:Knorpel\"\iFärbung; Vergr. 200-fach.

Elastischer Knorpel:elastischer\"\iKnorpel. Die Knorpelzelle:elastischer Knorpel\"\iKnorpelzellen sind z. T. geschrumpft, lassen aber deutlich ihren runden Kern erkennen. Die Chondrone sind 2- bis 4-zellig und oft in Längsreihen angeordnet. Auffallend ist das zartfaserige, aber dichte elastische Fasernetz. Schweineohr; Färbung: Resorcin-Fuchsin; Vergr. 250-fach.

Faserknorpel\"\iFaserknorpel. Die unregelmäßig gestalteten Territorien enthalten große helle Knorpelzelle:Faserknorpel\"\iKnorpelzellen (oft in Längsreihen) und sind von groben Kollagenfasern (blau) umgeben. Sehnenansatz am Kalkaneus, Ratte; Masson-Trichrom-Masson-Trichrom-Färbung:Faserknorpel\"\iFärbung; Vergr. 250-fach.

Faserknorpel\"\iFaserknorpel. Die Territorien bestehen überwiegend aus Einzelzellen (➔), zwischen denen dichte Kollagenfaserbündel (∗) verlaufen. Innenzone des Anulus fibrosus der Zwischenwirbelscheibe, Mensch; H. E.-H.E.-Färbung:Knorpel\"\iFärbung; Vergr. 250-fach.

Knochenzelle\"\iKnochenzellen in der frühen Phase der direkten Knochenbildung. Knochenbälkchen (∗) mit aktiven Osteoblast\"\iOsteoblasten (1) und wenig aktiven Osteoblasten (2). 3 Osteozyt\"\iOsteozyten; ➔ Osteoidsaum; 4 dünnwandige venöse Gefäße. Unterkiefer, Mensch; H. E.-H.E.-Färbung:Knochenzelle\"\iFärbung; Vergr. 250-fach.

Osteoblast\"\iOsteoblasten, Osteoklast\"\iOsteoklasten und Osteozyt\"\iOsteozyten (Schema). Der Raum unter den Osteoklasten wird Howship-Lakune oder subosteoklastisches Kompartiment genannt.

Osteoblast\"\iElektronenmikroskopie:Osteoblasten\"\iOsteoblasten (1) in einer EM-Aufnahme. 2 verkalkte Matrix; ∗ Osteoidsaum. Tibia, Ratte; Vergr. 3.865-fach.

Osteoblast:Schema\"\iOsteoblast (Schema) mit Rezeptoren und Einbindung in den Knochenstoffwechsel; IGF-1: insulinähnlicher WachstumsfaktorWachstumsfaktor:insulinähnlicher, TGF-β: „transforming growth factor", RER: raues endoplasmatisches Retikulum, RANKL: Ligand für Receptor Activator for Nuclear Factor kappa.

Osteozyt\"\iElektronenmikroskopie:Osteozyt\"\iOsteozyt in einer EM-Aufnahme (1). 2 perizellulärer, nicht verkalkter Spaltraum; ∗ verkalkte Matrix. Tibia, Ratte; Vergr. 11.300-fach

Osteoklast\"\iOsteoklasten. An der Oberfläche eines Knochenbälkchens (1) werden in 3 großen Osteoklasten (∗) Kerne in jeweils unterschiedlicher Anzahl angetroffen (➔). Bei den 2 linken Osteoklasten ist der Faltensaum („ruffled border") an der Grenze zum (grün gefärbten, entkalkten) Knochenbälkchen in etwa erkennbar. Unterkiefer, Fetus, Mensch; Goldner-Färbung; Vergr. 460-fach.

Teil des Osteoklast:Faltensaum\"\iFaltensaums eines Osteoklasten. 1 subosteoklastisches Kompartiment, 2 typische große Vakuolen, 3 Mitochondrien, 4 Zellkern:Osteoklast\"\iKern. Neugeborene Maus; Vergr. 6.500-fach.

Osteoklast:Schema\"\iOsteoklast (Schema) mit Rezeptoren und Einbindung in den Knochenstoffwechsel.

Spongiöser Knochen. 1 Knochenbälkchen; 2 Knochenmark mit Fettzellen, blutbildendem Gewebe und Blutgefäßen; ∗ Schrumpfspalten. Neuralbogen eines Wirbels (Pavian); Masson-Trichrom-Färbung; Vergr. 60-fach.

Spongiosa\"\iSpongiosa. Tibiaplateau (Präparat Prof. Stefan Milz, München). Mensch; Vergr. 35-fach.

Lamellenknochen\"\iLamellenknochen (Schema). Drei Osteone sind teleskopartig dargestellt, um den unterschiedlichen Steigungswinkel der Kollagenfasern (-fibrillen) in den Lamellen (Speziallamellen) zu zeigen. Zum gleichen Zweck sind 3 Lamellen der äußeren Generallamellen in Stufen gezeichnet. Die Blutgefäße treten zuerst in den Knochenmarksraum ein. Von hier wenden sich Verzweigungen zurück in die Substantia corticalis und versorgen die kleinen Gefäße der Osteone.

(Aus [S010-1-16])

Osteon\"\iOsteone in der Kompakta eines Röhrenknochens. Querschnitt mit zahlreichen quer getroffenen, konzentrisch um eine Lichtung (= Havers-Havers-Kanal\"\iKanal, ∗) geschichteten Lamellensystemen (= Havers-Systeme = Osteone = Speziallamellen). Fibula, Mensch; Färbung: Thionin-Pikrinsäure nach Schmorl; Vergr. 120-fach.

Osteon\"\iOsteone im ungefärbten Knochenschliff, Querschnitt. Die 2 vollständig sichtbaren Osteone (1, 2) sind aus je 3–4 Knochenlamellen aufgebaut und von weiteren Osteonen umgeben. Der Schliff wird vom nicht entkalkten Knochen angefertigt, der kein Weichgewebe mehr enthält. Zu sehen ist also nur die Hartsubstanz. Erkennbar sind Havers-Kanäle (∗), Lakunen (▶) und Canaliculi (➔). In den konzentrisch zum Havers-Kanal angeordneten Lakunen liegen die Zellleiber der Osteozyten, in den radiär zum Havers-Kanal angeordneten Knochenkanälchen ihre Fortsätze. Femurdiaphyse, Mensch; Vergr. 260-fach.

Osteon\"\iOsteon mit Havers-Havers-Kanal\"\iKanal (1). Im Havers-Kanal sind 3 kleine Blutgefäße (➔) in ein zellreiches lockeres Bindegewebe eingebettet. An der Grenze zu den verkalkten Knochenlamellen (2) befinden sich flache Knochendeckzellen (endostale Saumzellen, ▶). Os petrosum einer Weddellrobbe; Masson-Trichrom-Masson-Trichrom-Färbung:Osteon\"\iFärbung; Vergr. 450-fach.

Morphologisch erfassbare erste Schritte der Ossifikation:desmale\"\idesmalen Knochenbildung. 1 Mesenchym:Zellen\"\iMesenchymzellen; 2 Osteoprogenitorzellen; 3 Osteoblasten; 4 Osteozyten; 5 Knochenbälkchen; 6 Blutgefäße. Os parietale, Fetus, Mensch; H. E.-Färbung; Vergr. 250-fach.

Geflechtknochen\"\iGeflechtknochengewebe mit Periost (∗). Rippe, Mensch; Azan-Färbung; Vergr. 45-fach.

Chondrale Ossifikation:chondrale\"\iOssifikation, frühes Stadium. Perichondral ist eine dünne Knochenmanschette entstanden. Im Innern der Diaphyse:chondrale Ossifikation\"\iDiaphyse entsteht Blasenknorpel, und die Matrix verkalkt hier. Fingerphalanx, Fetus Mens III, Mensch; Vergr. 80-fach.

(Aus [R252])

Chondrale Ossifikation:chondrale\"\iOssifikation, zweites Stadium. Durch eine Einbruchstelle in der perichondralen Knochenmanschette dringt gefäßführendes Mesenchym in den primären Verknöcherungspunkt vor. Dort bauen Chondroklasten die verkalkte Knorpelgrundsubstanz bis auf wenige Reste ab, lösen die Knorpelzellen auf und schaffen damit ein wabenähnliches Hohlraumsystem, die primäre Markhöhle. Sie ist von einem stark proliferierenden Mesenchym, dem primären Knochenmark, erfüllt. Aus diesem gehen u. a. Osteoblasten hervor, die sich an die stehen gebliebenen Reste der verkalkten ehemaligen Knorpelgrundsubstanz anlegen und hier mit der Produktion von Osteoid beginnen (enchondrale Knochenbildung). H. E.-Färbung; Vergr. 100-fach.

(Aus [R252])

Chondrale Ossifikation, späte Phase. 1 Säulenknorpel. In der Grenzzone zwischen diaphysärer Markhöhle (5) und Knorpel befindet sich Blasenknorpel (2) mit verkalkter (deutlich basophiler) Matrix (3). In der Eröffnungszone finden sich regelmäßig azidophile rote Chondroklasten. Reste verkalkter Knorpelgrundsubstanz (4) dienen den Osteoblasten (➔) zu ihrer ersten Verankerung und fungieren damit als „Richtungssparren" der Verknöcherung, die auch noch eine Zeit lang in den Knochenbälkchen erhalten bleiben. H. E.-Färbung; Vergr. 80-fach.

Chondrale Ossifikation. 1 fetaler hyaliner Knorpel; 2 Säulenknorpel; 3 Blasenknorpel; 4 Eröffnungszone; 5 Knochenbälkchen mit Resten des verkalkten Knorpels; 6 blutzellbildendes Knochenmark. Wirbel, Maus; Plastikschnitt; H. E.-Färbung; Vergr. 460-fach.

Epiphyse (Knochen)\"\iEpiphyse und Wachstumsfuge\"\iWachstumsfuge. 1 Gelenkspalt; 2 Gelenkknorpel; 3 verknöcherte Epiphyse; 4 blutzellbildendes Knochenmark; 5 Wachstumsfuge; ∗ verkalkter Knorpel; 6 Diaphyse:Tibia\"\iDiaphyse (Präparat H. Künzle, München). Tibia, Tenrek, Echinops telfairi; Masson-Trichrom-Masson-Trichrom-Färbung:Epiphyse\"\iFärbung; Vergr. 125-fach.

Knochen:Umbau\"\iKnochenumbau in der Abfolge Osteoklastenzone (1), Umkehrzone, hier beseitigen Makrophagen die von Osteoklasten abgeräumte Matrix (2) und Osteoblastenzone (3). a: Erosionslakune am Spongiosatrabekel. b: Erosionstunnel in der Kompakta.

(Aus [S010-1-16])

Wirkung des Insulin:Wirkung\"\iInsulins auf eine weiße Fettzelle:Insulinwirkung\"\iFettzelle. Insulin bindet an den Insulinrezeptor der Zielzelle, hier einer weißen Fettzelle. Der Rezeptor besteht aus 2 α- und 2 β-Untereinheiten. Das Insulin bindet an die α-Untereinheit und aktiviert dadurch die Autophosphorylierung der β-Untereinheit, die eine Tyrosinkinase ist. Daraufhin werden u. a. generell die Proteinsynthese und speziell der Einbau des Glukosetransporters GLUT-4 in die Zellmembran veranlasst. GLUT-4 befindet sich bei Nichtbedarf in der Membran von Reservevesikeln im Zytoplasma. Diese Vesikel verschmelzen bei Bedarf mit der Zellmembran. GLUT-4 vermittelt die Aufnahme von Glukose in die Zelle, wo sie zu Triazylglyzerinen umgewandelt wird, die in einem großen Fetttropfen gespeichert werden. Bei einem Insulinmangel ist die Zahl der GLUT-4-Transporter in der Zellmembran reduziert, es wird weniger Glukose in die Zelle aufgenommen und der Blutglukosespiegel ist dadurch erhöht.

Fettzelle:Regulierung\"\iRegulierung der Fettzellen. Leptin\"\iLeptin beeinflusst über den Hypothalamus u. a. Appetit, Thermogenese, neuroendokrine Funktionen, das Immunsystem und Langerhans-Inseln. Adiponektin erhöht die Insulinsensitivität und intensiviert die Lipidoxidation. Resistin\"\iResistin kann Insulinresistenz induzieren. Zytokine wie Tumor-Nekrose-Faktor-α (TNFα) und Interleukin-6 (IL-6) beeinflussen andere Zellen, insbesondere Zellen des Immunsystems. Die 11β-Hydroxysteroiddehydrogenase-1 (11β-HSD-1) wandelt Kortison in Kortisol um. Glukagon, Kortisol und Adrenalin fördern, Insulin hemmt den Fettabbau (Lipolyse). PAI-1: Plasminogenaktivator-Inhibitor.

(Modifiziert nach [G076])

Entwicklung einer weißen Fettzelle:Entstehung\"\iFettzelle. Aus einer fibroblastenähnlichen Vorläuferzelle entsteht durch Produktion und Verschmelzung kleiner Fettkugeln eine reife Fettzelle mit einem großen Fetteinschluss. Der Prozess ist z. T. reversibel. Frühe und mittlere Entwicklungsstadien können sich teilen, die reife Fettzelle nicht.

(Modifiziert nach [G075])

Braunes (plurivakuoläres) Fettgewebe:braunes\"\iFettgewebe (1), in Läppchen gegliedert. 2 Bindegewebsseptum. Rhesusaffe; Goldner-Färbung; Vergr. 250-fach.

Braune (plurivakuoläre) Fettzelle:braune\"\iFettzellen. Neben den unterschiedlichen großen Fetteinschlüssen (1) sind zahlreiche dicht gepackte Mitochondrien zu erkennen (2); 3 Zellkern:Fettzelle\"\iZellkern; 4 Erythrozyt in einer Blutkapillare. Maus; Vergr. 12.800-fach.

(Aus [R252])

Weißes (univakuoläres) Fettgewebe:weißes\"\iFettgewebe:univakuoläres\"\iFettgewebe (1). Im histologischen Routinepräparat ist das Fett aus dem Gewebe herausgelöst, sodass die ganze Fettzelle wie eine große Vakuole aussieht. Das Zytoplasma bildet einen sehr schmalen Randsaum, in dem auch der platte Zellkern liegt, der jedoch wegen der Größe der Zellen nur selten angetroffen wird. 2 seröse AziniAzinus:seröser; 3 Streifenstück:Glandula parotis\"\iStreifenstücke. Parotis, Mensch; H. E.-Färbung; Vergr. 130-fach.

Weiße Fettzelle:weiße\"\iElektronenmikroskopie:Fettzellen\"\iFettzellen in EM-Aufnahmen. a: Weiße Fettzellen in einer transelektronenmikroskopischen Aufnahme. ∗ intrazelluläre Lipidtropfen; ➔ schmaler, dunkler Zytoplasmasaum der Fettzellen; 1 Blutkapillare mit einem Erythrozyten; 2 Mastzelle; 3 Fibroblast; 4 junge wachsende Fettzelle. Gl. submandibularis, Mensch; Vergr. 1.555-fach. (Aus [R252]) b: Weiße Fettzellen in einer rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme. Die kugeligen Fettzellen (∗) werden von zarten retikulären Fasern umsponnen. Gruppen von Fettzellen werden durch kapselartiges Bindegewebe zusammengefasst. Haut, Ratte; Vergr. 55-fach.

Weiße Fettzellen ()Fettzelle:weiße\"\i im Bindegewebe. Immunhistochemischer Nachweis (Braunfärbung) des Laminin:Fettzelle\"\iLaminins an der Oberfläche der Fettzellen. Laminin ist eine wesentliche Komponente der Basallamina:Laminin\"\iBasallamina. Mamma, Mensch; Vergr. 250-fach.

Weiße Fettzelle:weiße\"\iFettzellen in einer Sudan-III-Sudan-III-Färbung\"\iFärbung. In den Fettzellen sind die großen Fetttropfen:Fettzelle\"\iFetttropfen erhalten und mit dem Fettfarbstoff Sudan III orange-rot angefärbt: Sie füllen jeweils die ganze Zelle aus. Mesenterium, Mensch; Häutchenpräparat; Kernfärbung: Hämalaun; Vergr. 100-fach.

Primärbündel\"\iPrimärbündel mit Endomysium\"\iEndomysium und Kapillarisierung der Skelettmuskulatur. a: Skelettmuskulatur, quer geschnitten, mit Darstellung der retikulären Fasern (schwarz, Endomysium), die jede Skelettmuskelfaser (∗) umhüllen und die Zellen in einem Primärbündel miteinander verbinden. Mensch; Färbung: Silberimprägnation nach Gomori, Vergr. 250-fach. b: Skelettmuskulatur, quer geschnitten, mit Darstellung der Blutkapillaren. Diese wurden mit roter Gelatine gefüllt und so sichtbar gemacht. Jede Muskelzelle (∗) grenzt an mehrere Kapillaren. Zunge, Katze; Vergr. 150-fach.

Querstreifung der Skelettmuskulatur:Querstreifung\"\iSkelettmuskulatur im Längsschnitt. a: Skelettmuskulatur im H. E.-gefärbten Längsschnitt; A-Bande (rot) und I-Bande (hell) sind gut zu unterscheiden; in der I-Bande ist vielfach eine feine Linie, der Z-Streifen, erkennbar, der Abschnitt zwischen 2 Z-Streifen wird Sarkomer genannt. Mensch; Paraffinschnitt, Färbung H. E., Vergr. 1.000-fach. b: Die Querstreifung von Skelettmuskelfasern tritt durch die Eisenhämatoxylinfärbung:Skelettmuskel\"\iEisenhämatoxylinfärbung besonders deutlich hervor. Schon bei niedriger Auflösung lassen sich dunkle A- und helle I-Banden klar unterscheiden. Skelettmuskel, Mensch; Färbung: Eisenhämatoxylin; Vergr. 140-fach.

Myofibrillen und Zellorganellen in 3 längs geschnittenen Skelettmuskelfasern (1, 2, 3) bei niedriger elektronenmikroskopischer Vergrößerung. Die Myofibrillen sind dicht gepackt und ihre Sarkomere liegen alle auf annähernd gleicher Höhe. 4 Zellkern einer Muskelzelle; 5 Mitochondrienansammlungen; 6 Blutkapillare mit Erythrozyten. Ratte; Vergr. 2.800-fach.

Skelettmuskulatur\"\iSkelettmuskulatur. a: Skelettmuskulatur im Längsschnitt. ▶ Zellkern:Skelettmuskelfaser\"\iZellkerne. Mensch; H. E.-H.E.-Färbung:Skelettmuskel\"\iFärbung; Vergr. 400-fach. b: Skelettmuskulatur im Querschnitt. Skelettmuskelfasern enthalten viele Kerne (▶), die alle am Rand der Zellen liegen. Das eosinophile Zytoplasma besteht v. a. aus Myofibrillen und Mitochondrien. Myofibrillen sind im Querschnitt z. T. als kleine Punkte zu erkennen. Mensch; Plastikschnitt; H. E.-Färbung; Vergr. 320-fach.

Skelettmuskelfaser:Strukturproteine\"\iStrukturproteine der Skelettmuskelfaser, die die Lage der Myofibrillen stabilisieren.

Kontraktiler Apparat und Membranstrukturen der Skelettmuskelfaser\"\iSkelettmuskelfaser (Schema) mit Außenansicht einer Myofibrille (links) und 2 längs geschnittenen Myofibrillen (rechts). Der Abschnitt zwischen 2 Z-Linien heißt Sarkomer\"\iSarkomer. Die Myosinfilamente treten über die Myosinköpfe mit den Aktinfilament:Skelettmuskelfaser\"\iAktinfilamenten in Kontakt. Die sehr dünnen Titinfilamente (Connektinfilamente) reichen von dem M-Streifen bis zur Z-Linie. In der A-Bande sind sie mit den Myosinfilamenten verbunden, in der I-Bande ist das Titin dehnbar und verhält sich wie eine elastische Feder.

(Nach [R252])

Sarkomere in Myofibrille\"\iElektronenmikroskopie:Myofibrillen\"\iMyofibrillen in einer EM-Aufnahme. Die 3 längs geschnittenen Myofibrillen sind weitgehend erschlafft. 1 Sarkomer\"\iSarkomer zwischen 2 Z-Linien; 2 I-Streifen; 3 A-Streifen; 4 H-Streifen; 5 M-Linie; 6 Z-Linie; ➔ Triade; ∗ Glykogen. M. gastrocnemius, Ratte; Vergr. 36.600-fach.

Längsschnitt durch den peripheren Bereich einer Muskelfibrille\"\iMuskelfibrille eines Skelettmuskels. 1 große Mitochondrien; ∗ glattes ER; ➔ T-System. Zwischen T-System und Terminalzisterne des sarkoplasmatischen Retikulums sind als feine dunkle Punkte junktionale Füßchen zu erkennen. Am unteren Bildrand ist eine Muskelfibrille angeschnitten mit gut erkennbaren Z-Linien (2), die eine räumliche Korrelation der T-Tubuli mit den Regionen eines Sarkomers ermöglichen; es kommen 2 T-Tubuli pro Sarkomer vor; die Sarkomere sind relativ stark kontrahiert. 3 Lipidtropfen. M. rectus abdominis; Ratte; Vergr. 43.440-fach.

(Aus [R252])

Molekularer Kontraktionszyklus in einer Skelettmuskelfaser:Kontraktion\"\iSkelettmuskelfaser (Schema).

(Aus [S130–4])

Typen von Skelettmuskelfasern. Glykogennachweis. Aufgrund ihres unterschiedlichen Glykogengehalts erscheinen die sehr glykogenarmen „roten" Fasern hier fast ungefärbt (1), die glykogenreichen „weißen" Fasern rot-violett (2). Eine weitere Differenzierung ist mit anderen histochemischen Methoden möglich. M. tibialis anterior, Ratte. Färbung: PAS; Vergr. 120-fach.

(Aus [R252])

Satellitenzelle\"\iSatellitenzelle (1) an einer Skelettmuskelfaser (2). 3 Zellkern:Skelettmuskelfaser\"\iZellkern der Skelettmuskelfaser mit Nukleolus. ➔ Basallamina:Skelettmuskelfaser\"\iBasallamina der Muskelzelle. Ratte; Vergr. 20.700-fach.

Herzmuskulatur:Längsschnitt\"\iHerzmuskulatur im Längsschnitt. a: Histologisches Präparat ➔ Glanzstreifen\"\iGlanzstreifen; ▶ Zellkern:Herzmuskelfaser\"\iZellkern. H. E.-H.E.-Färbung:Herzmuskulatur\"\iFärbung; Vergr. 300-fach. b: Immunhistochemischer Nachweis des Connexins 43 in den Glanzstreifen (➔). Mensch; Gegenfärbung mit Hämalaun, Vergr. 450-fach.

Herzmuskulatur im Herzmuskulatur:Querschnitt\"\iQuerschnitt. ▶ Zellkern, die Myofibrillen sind als Punkte oder kurze Striche zu erkennen. Mensch; H. E.-H.E.-Färbung:Herzmuskulatur\"\iFärbung; Vergr. 300-fach.

Muskelzelle:Herzmuskulatur\"\iHerzmuskelzelle:Längsschnitt\"\iElektronenmikroskopie:Herzmuskelzelle\"\iHerzmuskelzelle im Längsschnitt in einer EM-Aufnahme. 1 euchromatinreicher Zellkern mit 2 Nukleoli; 2 Myofibrillen; 3 Mitochondrien; 4 Blutkapillaren. Wand des linken Ventrikels, Meerschweinchen; Vergr. 6.740-fach.

Kontraktiler Apparat und Membranstrukturen der Herzmuskelzelle mit Außenansicht einer Fibrille (links) und längs geschnittenen Fibrillen und Teil eines Glanzstreifens (rechts). Die Gliederung der Myofibrillen entspricht im Wesentlichen der der Skelettmuskelfasern. Das sarkoplasmatische Retikulum ist einfacher gebaut als in den Skelettmuskelfasern, die T-Tubuli sind relativ weit.

(Aus [R252])

Struktur der Herzmuskelzelle:Struktur\"\iHerzmuskelzelle (Schema). Dort, wo 2 Herzmuskelzellen aneinandergrenzen, bilden sich die stufenförmigen Glanzstreifen aus. In deren transversalen Anteilen befinden sich Fasciae adhaerentes, die jeweils halben Z-Linien entsprechen. Hier sind die terminalen Aktinfilament:Herzmuskelzelle\"\iAktinfilamente verankert. Außerdem kommen hier Desmosomen vor. In den longitudinalen Anteilen der Glanzstreifen liegen die Nexus, die der elektrischen Kopplung dienen. RYR2 = Ryanodinrezeptor 2; DHPR = Dihydropyridinrezeptor.

Glanzstreifen\"\iGlanzstreifen in der Elektronenmikroskopie:Herzmuskulatur\"\iHerzmuskulatur in einer EM-Aufnahme. 1 Fascia Fascia:adhaerens\"\iadhaerens; 2 Desmosom:Herzmuskelzelle\"\iDesmosom; ➔ Nexus:Herzmuskelzelle\"\iNexus; 3 Mitochondrium; 4 Myofibrille; ∗ Basallamina:Herzmuskelzelle\"\iBasallamina der Muskelzelle. Ratte; Vergr. 50.000-fach.

Herzmuskelzelle\"\iHerzmuskelzelle mit zahlreichen dichten Granula () aus dem rechten Vorhof (Mensch). In diesen Sekretionsgranula ist das atriale natriuretische Peptid (ANP) gespeichert (endokrine Funktion der Herzmuskelzelle). 1 Zellkern; ▶ Basallamina:Herzmuskelzelle\"\iBasallamina. Vergr. 15.286-fach.

(Aus [R252])

Glatte Muskulatur:glatte\"\iMuskulatur, Übersicht. Viele der schlanken, spindelförmigen glatten Muskelzellen sind quer getroffen (∗). In der Bildmitte verläuft schräg von links oben nach rechts unten ein längs getroffenes Bündel glatter Muskelzellen (1). Je nach Anschnitt sind die Kerne rundlich oder länglich. Das Zytoplasma ist homogen eosinophil. Uterus, Mensch; H. E.-H.E.-Färbung:glatte Muskulatur\"\iFärbung; Vergr. 230-fach.

Glatte Muskelzelle:glatte\"\iMuskelzelle in einer EM-Aufnahme. Mitochondrien, Ribosomen und raues ER (1) sind vor allem an den Enden der lang gestreckten Zellkerne (2) konzentriert, im übrigen Zytoplasma überwiegen kontraktile Filamente. Diese sind in Zytoplasmaverdichtungen (Verdichtungszonen, entsprechen Z-Streifen der quergestreiften Muskelzelle, ➔) oder in Verdichtungen an der Zellmembran (Anheftungsplaques, ∗) verankert. ▶ Basallamina:glatte Muskulatur\"\iBasallamina. Bronchus, Mensch; Vergr. 20.700-fach.

(Aus [R252])

Kontraktiler Apparat der glatten Muskelzelle in einer EM-Aufnahme, unten annähernd längs, oben schräg angeschnitten. Im Zytoplasma sind zahlreiche dünne Aktinfilamente (feine Punkte oder Linien) zu erkennen. Die unscharf begrenzten größeren Verdichtungen im Zytoplasma (V) und an der Innenseite der Zellmembran dienen der Anheftung der Aktinfilamente. Die gleichmäßig über die Schnittfläche verteilten länglichen, dickeren filamentären Strukturen entsprechen Myosinfilamenten (▶). Die Zellmembran bildet Kaveolen (➔), über die Basallamina (∗) ist die Zelle im Bindegewebe verankert. Harnleiter, Mensch; Vergr. 50.000-fach.

(Aus [R252])

Kontraktiler Apparat einer glatten MuskelzelleMuskelzelle:glatte, hypothetische Darstellung. Die Verdichtungszonen entsprechen den Z-Linien der quergestreiften Muskulatur, möglicherweise markieren sie funktionelle Einheiten; in ihnen und in den bandförmigen Anheftungsplaques der Zellmembran sind die Aktinfilament:glatte Muskulatur\"\iAktinfilamente verankert. Die Myosinköpfe sind seitenpolar angeordnet. Intermediärfilamente sind wesentliche stützende Strukturen.

(Nach [R252])

Gap Junctions (➔) zwischen benachbarten glatten Muskelzellen (1, 2). Zitze, Kuh; Vergr. 50.000-fach.

Perikarya (Zellleiber) multipolarer Nervenzelle:multipolare\"\iNervenzellen () im Routine-H. E.-Präparat. Der Kern (➔) ist groß und rundlich und hat einen dichten punktförmigen Nukleolus:Nervenzelle\"\iNukleolus. Die nach ihrem Entdecker als Nissl-Nissl-Substanz\"\iSubstanz bezeichneten, stark basophil färbbaren, scholligen Flecken im Zytoplasma sind das lichtmikroskopische Äquivalent eines gut entwickelten RER. In der unteren großen Nervenzelle ist der Zellkern nicht angeschnitten. 1 Blutgefäß; 2 Neuropil der grauen Substanz; 3 quer geschnittene myelinisierte Nervenfasern der weißen Substanz. Vorderhorn des Rückenmarks, Makak; H. E.-Färbung; Vergr. 380-fach.

Pyramidenzelle\"\iPyramidenzelle. a: Die abgebildete Pyramidenzelle enthält ein Gen zur Herstellung eines fluoreszierenden Proteins (grün fluoreszierendes Protein, GFP). Dieses verteilt sich im Zytoplasma der Zelle, wodurch die Nervenzelle mit allen ihren Fortsätzen (Dendriten und Axonen) im konfokalen Mikroskop sichtbar wird. b: Die Bildstapel können zur dreidimensionalen Rekonstruktion der Nervenzelle genutzt werden. Vom pyramidenförmigen Perikaryon gehen mehrere Dendriten ab. Die an der Basis des Perikaryons gelegenen Dendriten werden als Basaldendriten bezeichnet, der an der Spitze des Perikaryons entspringende Dendrit heißt Apikaldendrit. Das Axon ist dünner als die Dendriten und entspringt i. d. R. vom Perikaryon. c, d: Die Dendrit\"\iDendriten sind mit einer Vielzahl von kleinen Fortsätzen besetzt, den Dornen. Hippocampus, CA1-Region, Maus; Abbildungsmaßstab: 50 μm in a, b; 5 μm in c, d (Rekonstruktionen und Bilder von Prof. Dr. Mario Vukši´c, Zagreb, Kroatien).

Perikarya von Neuronen der Schicht V der motorischen Endhirnrinde. Dargestellt sind vor allem große und kleine Pyramidenzelle\"\iPyramidenzellen. Ratte; Färbung: modifiziert nach Golgi; Vergr. 250-fach.

Dendrit:Verzweigungen\"\iDendritenverzweigungen. a: Purkinje-Purkinje-Zelle\"\iZellen mit kandelaber- bzw. spalierobstartigen dichten Verzweigungen der rindenwärts ziehenden Dendriten (1). Das Axon der Purkinje-Zellen entspringt an der unteren Zirkumferenz des flaschenkürbisförmigen Zellleibes (➔). Golgi-Golgi-Zelle\"\iZelle (▶). Schmaler Bindegewebsraum (Sulkus) zwischen 2 Falten (Folien) der Kleinhirnoberfläche (∗). Kleinhirn, Hund; Färbung: Silberimprägnation nach Golgi; Vergr. 240-fach. b: Die Dendritenverzweigungen sind reich mit Dorn, dendritischer\"\iDornen (➔) besetzt. 1 Perikaryon einer Purkinje-Zelle. Kleinhirn, Hund; Färbung: Silberimprägnation nach Golgi. Die Golgi-Technik imprägniert zufällig einzelne Zellen (Neurone und Glia), aber nie alle Zellen in einem Gewebe. Sie eignet sich daher hervorragend zur Untersuchung der Einzelzellmorphologie. Vergr. 460-fach.

Neuron (Schema) mit verschiedenen Synapsenformen und seinen Verbindungen mit Gliazellen. 1 Axodendritische Synapse:axodendritische\"\iSynapsen (Dornsynapse\"\iDornsynapsen), 2 axodendritische Synapse:axodendritische\"\iSynapse (Schaftsynapse\"\iSchaftsynapse), 3 axoaxonale Synapse:axoaxonale\"\iSynapsen, 4 axosomatische Synapse:axosomatische\"\iSynapsen. Astrozyten umhüllen und isolieren die Synapsen voneinander. Sie regeln das extrazelluläre ionale Milieu und können die synaptische Übertragung beeinflussen (dreiteilige Synapse). Die Blut-Hirn-Blut-Hirn-Schranke\"\iSchranke wird vor allem vom Kapillarendothel (mit kontinuierlichen Zonulae occludentes), aber auch von Astrozytenfortsätzen aufgebaut, welche die Membrana perivascularis gliae bilden. Oligodendrogliazellen umhüllen mit ihren Fortsätzen die Axone und bilden die Markscheiden.

(Nach [R252])

Korbzelle\"\iKorbzellen. Die Korbzellen (∗) sind in der Immunfluoreszenzfärbung mit einem Antikörper gegen das Kalzium bindende Protein Parvalbumin rot dargestellt (flächige Projektion eines Bildstapels konfokaler Einzelbilder). Sie umgeben mit hemmenden axosomatischen Synapsen (▶) die Perikarya erregender Neurone (grün, Pyramidenzelle, GFP-markiert). Korbzellen können daher die Aktivität der erregenden Nervenzellen sehr effizient kontrollieren. Kortex, Maus; Abbildungsmaßstab: 20 μm.

Verschiedene Neurone in einer EM-Aufnahme. Körnerzelle\"\iKörnerzellen (1) sind erregende Nervenzellen und haben runde Kerne. Im Perikaryon einer großen, hemmenden Purkinje-Purkinje-Zelle\"\iZelle (in der Bildmitte) ist der Zellkern (2) gelappt und weist einen großen Nukleolus (➔) auf. Im Zytoplasma liegen zahlreiche Organellen (RER, Golgi-Apparate, Mitochondrien, Lysosomen); ∗ Hauptdendrit; 3 Neuropil\"\iNeuropil mit einzelnen myelinisierten Fasern (▶). Kleinhirnrinde, Ratte; Vergr. 4430-fach.

(Aus [R252])

Melaninhaltige Perikaryon:melaninhaltiges\"\iPerikarya () von Nervenzelle:Substantia nigra\"\iNeuronen in der Substantia nigra. Tegmentum des Mittelhirns, Mensch; Färbung nach Nissl; Vergr. 130-fach.

Axon:Initialsegment\"\iAxoninitialsegment mit axoaxonaler Synapse:axoaxonale\"\iSynapse. Abgang des Axons aus dem Axonhügel (∗) einer Körnerzelle. Das Axoninitialsegment ist nicht myelinisiert. Es weist eine dünne Schicht aus elektronendichtem Material unmittelbar unter dem Axolemm auf (▶). Im Zytoplasma lassen sich Mikrotubuli, Ribosomen und Mitochondrien erkennen. Regelmäßig (aber nicht immer) finden sich an der Oberfläche des Axoninitialsegments axoaxonale Synapsen (➔). Diese können die Entstehung von Aktionspotenzialen unterdrücken. A Axonendigung\"\iAxonendigung. Hippocampus, Maus; Abbildungsmaßstab: 0,5 μm.

Neurofilament:Perikaryon\"\iNeurofilamente und Neurotubulus\"\iNeurotubuli. a: Feines Netzwerk von Neurofilamenten (dunkelbraun gefärbt) in Perikarya (➔) und Fortsätzen (▶) von Neuronen. Versilberungstechnik nach Bielschowski-Färbung:Neurofilamente\"\iBielschowski. Vergr. 450-fach. b: Ultrastruktur der Neurofilamente (➔) und Neurotubuli (▶) in einem kleinen Nerv, Trachea, Maus.

Nervenzelle:Typen\"\iNeuronentypen. Multipolares Nervenzelle:multipolare\"\iNeuron (1), Nervenzelle:bipolare\"\ibipolares Neuron (2), Nervenzelle:pseudounipolare\"\ipseudounipolares Neuron (3). Axone sind grün markiert, die somatodendritischen Abschnitte sind braun. Hervorgehoben sind der Axonhügel (dunkelbraun, Teil des Perikaryons) sowie das Axon:Initialsegment\"\iAxoninitialsegment (dunkelgrün; erster Abschnitt des Axons), in dem das Aktionspotenzial entsteht. Da das Axon meist über lange Distanzen reicht, sind nur der Anfang und das Ende des Axons abgebildet.

(Nach [S010-1-16])

Prinzipien neuronaler Verbindungen.

Verschiedene Gliazelle\"\iGliazellen im ZNS (Schema).

Astrozyt\"\iAstrozyten. Mit Antikörpern gegen das saure Gliafaserprotein (GFAP) gefärbte Astrozyten liegen regelmäßig verteilt im Neuropil und erreichen mit ihren Fortsätzen sowohl die Oberfläche des ZNS und der Gefäße (Gliagrenzmembranen) als auch die Nervenzellen. Hippocampus, Maus; Abbildungsmaßstab: 20 μm.

Protoplasmatische Astrozyt:protoplasmatischer\"\iAstrozyten besitzen einen relativ großen Zellleib und kurze, aber reich verzweigte Fortsätze. Am oberen Bildrand erkennt man einen der sehr viel kleineren und auch weniger verzweigten Oligodendrozyt\"\iOligodendrozyten (➔). Großhirnrinde, Mensch; Färbung: Silberimprägnierung nach Bielschowsky; Vergr. 380-fach.

(Aus [R252])

Fibrilläre Astrozyt:fibrillärer\"\iAstrozyten (➔). (▶) Blutgefäße. Mark des Kleinhirns, Hund; Färbung: nach Golgi; Vergr. 240-fach.

Oligodendrozyt\"\iOligodendrozyten sind kleine Zellen, von deren Soma einige Stammfortsätze (▶) abgehen. Diese verzweigen sich mehrfach und können 10 bis 50 internodale Abschnitte von Axonen umhüllen. Färbung: nach Golgi; Abbildungsmaßstab: 25 μm.

Ependymzelle\"\iEpendymzellen. a: Ependymzellen (➔) kleiden den Zentralkanal (1) des Rückenmarks aus. Apikal tragen die Ependymzellen Kinozilien. Mensch; H. E.-Färbung, Vergr. 250-fach. b: Ependym des Aquaeductus mesencephali in einer EM-Aufnahme. 1 Lumen des Aquädukts, 2 Ependymzellen, 3 subependymales Neuropil. Ratte; Vergr. 3.000-fach.

Mikrogliazelle\"\iMikroglia\"\iMikrogliazellen. Dargestellt sind ramifizierte, d. h. stark verzweigte (▶), nicht aktivierte Mikrogliazellen, die nach ihrem Entdecker noch gelegentlich als Hortega-Hortega-Zelle\"\iZellen bezeichnet werden. Endhirnrinde, Maus; Färbung: Antikörper gegen das Membranmolekül Iba1; Abbildungsmaßstab: 20 μm.

Perivaskuläre Gliagrenzmembran:perivaskuläre\"\iGliagrenzmembran. Mit einem Antikörper gegen das saure Gliafaserprotein (GFAP) gefärbte Astrozyten umschließen mit ihren Fortsätzen ein intrazerebrales Gefäß (∗), das hier nicht angefärbt wurde. Sie bilden auf diese Weise eine perivaskuläre Gliagrenzmembran (= Gliascheide) um die Gefäße. Abbildungsmaßstab: 25 μm.

Funktion der Zellen des Plexus Plexus:choroideus\"\ichoroideus. Der hydrostatische Druck in den fenestrierten KapillarenKapillare:fenestrierteEndothel:fenestriertes ist verantwortlich für den transendothelialen Fluss von Wasser, gelösten Stoffen und Proteinen in das lockere Bindegewebe. Die apikalen Zonulae occludentes sind die Barriere für die Diffusion von Stoffen aus dem Blut in den Liquor cerebrospinalis. Die Na+-K+-ATPase in der luminalen Membran ist Motor für die meisten Transportprozesse in das Ventrikellumen. Das Plexusepithel enthält auch Multiple-Drug-Resistance-Transporter, die u. a. Pharmaka aus dem Liquor ins Blut transportieren.

Detail aus dem Plexus Plexus:choroideus\"\ichoroideus des dritten Ventrikels. 1 gefäßreiches Bindegewebe; ➔ Plexusepithel\"\iPlexusepithel; 2 Ventrikellumen. Pferd; Azan-Färbung; Vergr. 450-fach.

Entwicklung von Nervenfaserscheiden (Schema). Links oben Entstehung einer Markscheide, die sich um ein Axon herumwickelt; links unten Entstehung einer Axonscheide ohne Markscheide (marklose bzw. markarme Nervenfasern); rechts adulte Schwann-Zelle, die von ihrem Axon abgewickelt wurde.

(Teilweise nach [G073]).

Myelinscheide\"\iMarkscheide\"\iMyelinscheide. a: Längsschnitt eines Nervs, dessen Markscheiden durch die Behandlung mit Osmiumsäure fixiert und gleichzeitig geschwärzt wurden. Ranvier-Ranvier-Schnürring\"\iSchnürringe (➔) sind deutlich zu erkennen, an einigen Neuriten sind auch Schmidt-Lantermann-Schmidt-Lantermann-Einkerbung\"\iEinkerbungen nachzuweisen (▶). N. ischiadicus, Mensch; Färbung: Fixierung mit OsO2; Vergr. 240-fach. (Aus [R252]) b: Ausschnitt aus einem längs geschnittenen peripheren Nerv mit myelinisierten Axonen. Die einzelnen Axone sind außen durch ein sehr zartes Endoneurium (blau) begrenzt. Die Myelinscheiden sind z. T. vakuolig zerfallen (Neurokeratingerüst). Das Axon ist ein dünnes, violett gefärbtes fädiges Gebilde. ➔ Ranvier-Ranvier-Schnürring\"\iSchnürringe, hier ist das Axon meist gut zu erkennen. Die längsovalen Kerne (vor allem links unten) gehören zu den Schwann-Zellen. Mensch; Azan-Färbung; Vergr. 520-fach.

Ultrastruktur einer myelinisierten Nervenfaser (Schema). a: Übersicht einer myelinisierten Nervenfaser. In den myelinisierten Abschnitten des Internodiums sind mehrere Myelininzisuren (Schmidt-Lantermann-Schmidt-Lantermann-Einkerbung\"\iEinkerbungen) zu erkennen. Zum Ranvier-Schnürring ist die Myelinscheibe leicht aufgetrieben, bevor sie sich zu den Ranvier-Schnürringen einsenkt. (Aus [E787]) b: Schmidt-Lantermann-Schmidt-Lantermann-Einkerbung:Schema\"\iEinkerbung (Schema). Nexus verbinden die Lamellen der Schwann-Zelle miteinander, wodurch es zu einem raschen Austausch zwischen kleinen Molekülen der äußeren und inneren Schwann-Zell-Lamelle kommen kann („Kurzschlusssystem" zur Umgehung des langen Wegs über die Wicklungen der Schwann-Zellmembran). (Aus [S010-1-16]) c: Ranvier-Ranvier-Schnürring:Schema\"\iSchnürring (Schema). Man unterscheidet eine paranodale Zone, in der die Myelinscheidenwicklungen nach und nach enden, von der eigentlichen nodalen Zone, in der das Axon nicht mehr durch die Myelinscheiden isoliert ist und mit der Extrazellulärflüssigkeit des Endoneuralraums in Verbindung steht. Das Axon verringert im Bereich der Ranvier-Schnürringe seinen Durchmesser; in der nodalen Zone bildet es dann wieder eine Varikosität:Nervenfaser\"\iVarikosität (Anschwellung) aus.

(Nach [S010-1-16])

Myelinisierte Nervenfasern im peripheren Nerv im Querschnitt bei verschiedenen histologischen Techniken. Auf allen Bildern ist zu erkennen, dass es unterschiedlich dicke Nervenfasern und unterschiedlich dicke Myelinscheiden gibt. a: Azan-Azan-Färbung:Myelinscheide\"\iFärbung: Die rötliche Markscheide der Nervenfasern ist zerfallen, im Inneren der Markscheide ist der Nervenzellfortsatz oft als hell-bläulicher Punkt zu erkennen. Die Nervenfasern sind in ein hier kräftig blau gefärbtes Endoneurium eingebettet. Am Rande des Nervenfaserbündels ist das Perineurium zu erkennen. Vergr. 450-fach. (Aus [R252]) b: Sudan-Schwarz-Sudan-Schwarz-Färbung:Myelinscheide\"\iFärbung (Fettfärbung): Nur die Markscheiden sind (dunkelbraun) gefärbt. Vergr. 450-fach. c: Axone in einem gemischten Nerv. Die Axone sind schwarz gefärbt, die Markscheiden sind ungefärbt. Große myelinisierte Axone (▶) und kleine marklose Axone (➔) sind nebeneinander erkennbar. Versilberung nach Bielschowski-Färbung:Myelinscheide\"\iBielschowski. Vergr. 450-fach.

Typischer Schichtenbau der Myelinscheide:Schichtenbau\"\iMarkscheide:Schichtenbau\"\iMarkscheide (M) eines myelinisierten Axons (AX) in einer EM-Aufnahme. A außen gelegene Zytoplasmaschicht der Schwann-Zelle, B schmale innen gelegene Zytoplasmaschicht der Schwann-Zelle. Ratte; Vergr. 80.000-fach.

Nichtmyelinisierter Nerv:nicht myelinisierter\"\iNerv. 1 Kern der Schwann-Zelle, in deren Zytoplasma zahlreiche vegetative Axone (∗) eingesenkt sind. 2 Perineuralscheide, die hier offen ist; 3 Kollagen:Fibrillen\"\iKollagenfibrillen; 4 elastische Fasern. Submukosa des Magens, Mensch; Vergr. 15.200-fach.

Kleiner Nerv im Querschnitt mit myelinisierten (1) und nichtmyelinisierten (2) Nervenfasern (EM-Aufnahme). 3 Schwann-Zelle der nichtmyelinisierten Nervenfasern; 4 Fibroblast; 5 Kollagenfibrillen des Endoneuriums; 6 Perineuralscheide. Dermis, Ratte; Vergr. 8900-fach.

Marklose Nervenfaser:marklose\"\iNervenfaser im Längsschnitt (EM-Aufnahme) mit deutlichen Neurofilament:Nervenfaser\"\iNeurofilamenten (1) und Neurotubulus:Nervenfaser\"\iNeurotubuli (Mikrotubuli, 2). Unterhalb des Axolemms ist die für Axone typische elektronendichte Zone zu erkennen (3). Vegetativer Nerv aus der Gl. submandibularis, Katze; Vergr. 54.000-fach.

(Aus [R252])

Kleine, vegetative Nerv:vegetativer\"\iNerven (1) mit infolge ihres gewellten Verlaufs in verschiedenen Richtungen angeschnittenen Nervenfasern. Die Zellkern:Schwann-Zelle\"\iZellkerne in den Nerven gehören ganz überwiegend zu Schwann-Zellen. Ein schmaler Schrumpfraum (∗) zwischen dem dichten kollagenfaserreichen Bindegewebe und der Perineuralscheide der Nerven erleichtert das Erkennen der Nerven. Kapsel der Nebenniere, Mensch; H. E.-Färbung; Vergr. 450-fach.

Großer peripherer Nerv:peripherer\"\iNerv im Querschnitt. Die Axone liegen in Bündeln unterschiedlicher Größenordnungen. Das einzelne Axon und die Schwann-Zellen werden von einem zarten Kollagenfasergerüst (Endoneurium\"\iEndoneurium) umgeben. Bündel von Nervenfasern, deren Zahl bis in die Hunderte gehen kann, werden vom Perineurium\"\iPerineurium umhüllt, das nicht nur aus dicht gepackten Kollagenfasern, sondern auch aus elastischen Fasern besteht. Das Epineurium\"\iEpineurium schließlich verbindet die vom Perineurium umschlossenen Bündel, umhüllt sie insgesamt und verbindet den Nerv mit seiner Umgebung. Färbung: van Gieson; Vergr. 15-fach.

(Aus [R252])

Einzelne Nervenfaser:Bündel\"\iNervenfaserbündel in stärkerer Vergrößerung. Die Axone sind deutlich als unterschiedlich dicke, rundliche Schnittprofile zu erkennen, in denen sich der stärker gefärbte, zentral gelegene Achsenzylinder gegen die ihn umgebende hellere Markscheide abhebt. Das Perineurium\"\iPerineurium besteht innen aus flachen Perineuralepithelzellen, die über Zonulae occludentes verbunden sind. Das Perineurium umhüllt Faserbündel; von ihm können sich Septen abspalten, die das Bündel weiter unterteilen. Färbung: van Gieson; Vergr. 50-fach.

(Aus [R252])

Zweischichtiges Perineuralepithel:zweischichtiges\"\iElektronenmikroskopie:Perineuralepithel\"\iPerineuralepithel (1) in einer EM-Aufnahme. Das Perineuralepithel ist beidseitig von Basallamina:Perineuralepithel\"\iBasallamina bedeckt (➔). 2 Schwann-Schwann-Zelle\"\iZelle mit zahlreichen nichtmyelinisierten Axonen (3). 4 Kern eines Fibroblasten; 5 Kollagenfibrillen. Kleiner peripherer Nerv, Dermis, Ratte; Vergr. 20.700-fach.

Schädigung, Degeneration:Axon\"\iDegeneration und Regeneration:Axon\"\iRegeneration eines Axons im PNS. a: Ausgangssituation: Ein motorisches Neuron im ZNS innerviert eine Muskelfaser. Es erhält selbst afferente Synapsen von einer vorgeschalteten Nervenzelle. Die Myelinscheide seines Axons wird im PNS von Schwann-Zellen gebildet. Auf eine Darstellung der ZNS-Myelinscheiden (Oligodendroglia) wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. b: Läsion und Degeneration. Nach einer Läsion kommt es, bezogen auf die Läsionsstelle, zu anterograden und retrograden Veränderungen. Gehen die Veränderungen auch auf das vorgeschaltete Neuron über, spricht man von retrograder transneuronaler Degeneration. Die Veränderungen im Einzelnen: anterograd: (1) Degeneration des Axons und Zerfall der Myelinscheiden in den Schwann-Zellen, (2) Verlust der Innervation der Muskelfaser. Diese verbreitert ihre motorische Endplattenregion. Retrograd: (3) Teilweise kommt es zum retrograden Zerfall des Axons und der begleitenden Myelinscheiden („dying dying back\"\iback"), (4) Zerfall der Nissl-Substanz und Anschwellung der verletzten Nervenzelle. Retrograde transneuronale Veränderung: (5) Verlust von Axonterminalen des vorgeschalteten Neurons. c: Regeneration. Ist die Kontinuität des Nervs erhalten, kann es zur Regeneration kommen. Der proximale Axonstumpf bildet Axonsprossen aus, von denen sich einer verlängert und bis in die Zielregion wächst. Dabei dienen ihm die von den Schwann-Zellen gebildeten „Büngner Büngner-Bänder\"\iBänder" als Leitschiene.

(Nach [S010-1-16])

Synapse:Typen\"\iSynapsentypen (Schema). a: Exzitatorische Synapse:exzitatorische\"\iSynapse, Typ Gray I (breite postsynaptische Verdichtung, asymmetrisch). b: Inhibitorische Synapse:inhibitorische\"\iSynapse, Typ Gray II (schmale postsynaptische Verdichtung, symmetrisch). c: Peptiderge Synapse:peptiderge\"\iSynapse. d: Neuromuskuläre Synapse:myoneurale\"\iSynapse (motorische Endplatte). e: Synapse eines vegetativen aminergen Neurons in der Nähe einer glatten Muskelzelle; diese Synapse entspricht einer Auftreibung (Varikosität) der Nervenfaser (Synapse en Synapse:en passant\"\ipassant). (1) unterschiedlich geformte Transmitterbläschen mit unterschiedlichen Transmittersubstanzen; (2) kolbenförmig erweiterte präsynaptische Nervenfaserendigungen; (3) präsynaptische Membran mit Verdichtungen; (4) synaptischer Spalt; (5) postsynaptische Membran mit Verdichtungen; (6) peptidhaltige Granula; (7) Basallamina; (8) Skelettmuskelzelle; (9) glatte Muskelzelle; (10) Mitochondrium; (11) Mikrotubuli („Neurotubuli"). Die Nervenfaserendigungen sind in der Peripherie (d, e) bis auf die synaptische Region von Ausläufern der Schwann-Zellen bedeckt (12), die ihrerseits eine Basallamina besitzen.

(Aus [R252])

Elektronenmikroskopie:Dornsynapse\"\iDornsynapse\"\iDornsynapse in einer EM-Aufnahme. Aus einem Dendriten (D) tritt ein pilzförmiger Fortsatz (Dorn, engl. „spine", S) heraus. Am Kopf des Dorns befindet sich eine asymmetrische Synapse (➔). Erkennbar sind auf der präsynaptischen Seite, der Seite des axonalen Boutons (A), zahlreiche präsynaptische Vesikel. Auf der postsynaptischen Seite, d. h. der Seite des dendritischen Dorns, befindet sich eine charakteristische postsynaptische Membranverdichtung. Im Innern des Dorns liegt ein Dornapparat (∗). Im umgebenden Neuropil lassen sich darüber hinaus weitere Synapsen erkennen. Die Pfeilspitze (▶) zeigt auf eine symmetrische Synapse. Gyrus dentatus, Maus; Abbildungsmaßstab: 0,5 μm.

Schaftsynapse\"\iElektronenmikroskopie:Schaftsynapse\"\iSchaftsynapse in einer EM-Aufnahme. Eine Axonendigung\"\iAxonendigung (A) bildet eine symmetrische (also i. d. R. inhibitorische) Synapse (➔) mit einem Dendritenschaft (D). Die Membranverdichtungen auf der prä- und postsynaptischen Seite sind in etwa gleich stark. Auf der präsynaptischen Seite erkennt man die charakteristische Ansammlung von präsynaptischen Vesikeln. Eine asymmetrische Synapse ist zum Vergleich markiert (▶). Hippocampus, Maus; Abbildungsmaßstab 0,5 μm.

Neuromuskuläre Synapse:neuromuskuläre\"\iSynapse (Ausschnitt) in einer EM-Aufnahme. 1 Nervenendigung mit Mitochondrien (M), Zytoskelett und synaptischen Vesikeln (➔), 2 Muskelzelle mit Zellkern (K) und schmalen Einfaltungen (▶) der Zellmembran. Zwischen Axonendigung:synaptischer Spalt\"\iAxonendigung und Muskelzelle ist der synaptische Spalt (∗, mit Basallamina:synaptischer Spalt\"\iBasallamina) zu erkennen. Ratte; Vergr. 24.000-fach.

Neuromuskuläre Synapse:neuromuskuläre\"\iSynapse (schematische Darstellung). a: In der Nähe der Muskelfaser verliert das motorische Axon seine Myelinscheide und bildet mehrere Axonendigung:neuromuskuläre Synapse\"\iAxonendigungen aus. Diese senken sich in die Muskelfaser ein und werden in diesem Bereich von nichtmyelinisierenden Schwann-Zellen umhüllt. Der spezialisierte Bereich der Muskelzelle, der mit dem Axon in Kontakt tritt, ist die motorische Endplatte. (Nach [E787]) b: Kontaktstelle eines Axonterminals mit einer Muskelfaser (schematische Darstellung). Das Axonterminal senkt sich in die Muskelfaser ein. Zwischen Axon und der postsynaptischen Membran befindet sich ein 50–100 nm weiter synaptischer Spalt. Die Membran der postsynaptischen Seite ist stark gefaltet (subneurales Faltenfeld). c: Aktive Zonen (schematische Darstellung). Die präsynaptischen Vesikel gruppieren sich um Verdichtungszonen herum, die den Spalten des subneuralen Feldes gegenüberliegen. Der synaptische Spalt enthält Basallamina:synaptischer Spalt\"\iBasallamina, in der die Azetylcholinesterase, neuromuskuläre Synapse\"\iAzetylcholinesterase, das Azetylcholin abbauende Enzym, verankert ist. Die postsynaptische Seite weist im Bereich der Kämme der Falten Verdichtungszonen auf, in denen Azetylcholinrezeptoren angereichert sind. Die Spalten stehen mit dem T-Tubuli-System der Muskelzelle in Verbindung.

(Nach [G078])

Innervation einer muskulären Arterie (1). Vegetative Nervenfasern und Varikositäten (➔) finden sich in großer Zahl am Außenrand der Media. 2 kleiner vegetativer Nerv in der Submukosa. Dünndarm, Schwein; immunhistochemischer Nachweis (S-100-Protein); Vergr. 250-fach.

Periphere vegetative Nervenfaser:vegetative\"\iNervenfasern (1) und Varikosität (2) in Nähe der glattmuskulären Wand einer Vene. Die Varikosität enthält zahlreiche synaptische Vesikel (∗) und kleine Mitochondrien (➔). 3 Zytoplasmalamelle der Schwann-Zelle. Diese fehlt im Bereich des funktionellen Kontakts (▶) zwischen Varikosität und Muskelzelle (4). 5 Endothel der Vene. Nahe der Schilddrüse, Ratte; Vergr. 50.000-fach.

Strukturelle Plastizität:strukturelle\"\iPlastizität von Dorn, dendritischer:strukturelle Plastizität\"\iDornen. Dendritensegment einer lebenden Körnerzelle in einer Zellkultur. Durch das Einschleusen eines Gens für das grün fluoreszierende Protein (GFP) lassen sich die Dornen des Segments (▶) mit einem konfokalen Mikroskop über 30 Minuten beobachten. In dieser Zeit verändern sich die Dornen (Plastizität). Dornen können innerhalb dieses Zeitraums neu entstehen (1), abgebaut werden (2) oder überwiegend konstant bleiben (3). Abbildungsmaßstab: 1 μm.

Periphere Innervation im somatischen und vegetativen Nervensystem. Somatomotorisches Neuron:somatomotorisches\"\iNeuron (1), viszeromotorisches Neuron:viszeromotorisches\"\iNeuron des Sympathikus (2), viszeromotorisches Neuron des Parasympathikus (3).

Nervengewebe:Dünndarm\"\iNervengewebe in der Muskularis des Dünndarms. 1 Längsmuskulatur; 2 Ringmuskulatur. Neben zahlreichen kleinen einzelnen Nervenfaserbündeln (➔) kommt es im Bereich zweier Ganglien (3) des Auerbach-Plexus zu starker Konzentration von Nervengewebe. Schwein; immunhistochemischer Nachweis (S-100-Protein); Vergr. 250-fach.

Hirnhaut\"\iHirnhäute. a: Leptomeninx und perivaskuläre Räume. Die Leptomeninx umkleidet die Gefäße im Subarachnoidalraum. Der Spalt zwischen den Gefäßen und der Leptomeninx wird als perivaskulärer Raum (Virchow-Robin-Virchow-Robin-Raum\"\iRaum) bezeichnet. Eine Schicht aus Pia begleitet die Arterien bis tief ins Nervengewebe hinein. Die Venen besitzen keine derartige Umhüllung. Der perivaskuläre Raum steht nicht unmittelbar mit dem Subarachnoidalraum in Verbindung, da die Pia bis zu den Gefäßwänden reicht und sich von dort in die Tiefe absenkt. (Aus [E787]) b: Mikroskopische Anatomie der Hirnhäute. Leptomeninx\"\iLeptomeninx (Pia Pia mater\"\imater und Arachnoidea\"\iArachnoidea), matt-gelblich; Subarachnoidalraum (SAR, Cavitas subarachnoidea), hell, mit Makrophagen; Dura mater und Neurothel, grau. Am linken Bildrand ist die Beziehung der Hirnhäute zu den Nervenscheiden zu erkennen. Grün: Basallamina. Das Neurothel besteht aus einem ein- oder mehrschichtigen Verband dicht gepackter abgeflachter fibroblastenähnlicher Zellen, die über Desmosomen, Nexus und auch Tight Junctions verbunden sind. Die braun gezeichneten Zellen in Arachnoidea und Pia werden auch Meningealzellen genannt; sie kleiden den liquorhaltigen Subarachnoidalraum aus; von vielen Autoren wird das gesamte Neurothel der Arachnoidea zugezählt. Das Neurothel steht in Zusammenhang mit dem Perineurium.

(Aus [S010-2-16])

Wirbelkanal mit Rückenmark () und Rückenmarkshaut\"\iRückenmarkshäuten. 1 Pia Pia mater:Rückenmark\"\imater; 2 Arachnoidea:Rückenmark\"\iArachnoidea; 3 Dura Dura mater:Rückenmark\"\imater; 4 Epiduralraum:Rückenmark\"\iEpiduralraum; 5 Periost am Wirbelkörper (6); 7 hinteres Längsband; 8 ventrale Spinalnervenwurzel. Im Bereich des Rückenmarks und der Rückenmarkshäute sind präparativ bedingt einzelne Artefakte (v. a. Risslinien) aufgetreten. Pavian; Masson-Trichrom-Masson-Trichrom-Färbung:Wirbelkanal\"\iFärbung; Vergr. 5-fach.

Rückenmarkshaut\"\iRückenmarkshäute. 1 Nervengewebe des Rückenmarks (weiße Substanz); 2 Pia Pia mater:Rückenmark\"\imater; 3 Arterie in der Pia mater; 4 Arachnoidea:Rückenmark\"\iArachnoidea mit Subarachnoidalraum (5) und feinen Bindegewebstrabekeln (▶), die von flachen Meningealzellen (zarter roter Saum der blau gefärbten Trabekel) bedeckt werden. ➔ Neurothel:Rückenmarkshäute\"\iNeurothel; ∗ artifizieller Subduralraum; 6 Dura Dura mater:Rückenmark\"\imater; 7 Epiduralraum:Rückenmark\"\iEpiduralraum. Pavian; Masson-Trichrom-Masson-Trichrom-Färbung:Rückenmarkshäute\"\iFärbung, Vergr. 250-fach.

Pacchioni-Pacchioni-Granulation\"\iGranulation (1) in der Wand des Sinus sagittalis superior (2). 3 Arachnoidea; 4 Dura. Mensch; Färbung: van Gieson; Vergr. 130-fach.

Oberflächenepithel:TypenOberflächenepithelienEpithel:Oberfläche mit Klassifikation und Vorkommen der verschiedenen Formen.ÜbergangsepithelPlattenepithel:TypenEpithel:prismatischesEpithel:kubisches

(Aus [R252])

Tab. 3.1.1
Platt einschichtig vor allem Meso- und Endothelien, hinteres Korneaepithel u. a.
mehrschichtig
  • verhornt, Epidermis

  • unverhornt, z. B. in Mundhöhle, Vagina, Kornea, Ösophagus

Kubisch (= isoprismatisch) einschichtig Epithel vieler kleiner Drüsengänge, Peritonealepithel des Ovars, Follikelepithel der Schilddrüse, viele Tubulusepithelzellen der Niere, Amnionepithel u. a.
Prismatisch einschichtig
  • mit Kinozilien: Tube, Uterus

  • ohne Kinozilien: gesamter Magen-Darm-Kanal, Gallenblase

mehrschichtig selten: Fornix conjunctivae, Teile der männlichen Urethra
mehrreihig
  • ohne Zilien: bestimmte Abschnitte von Drüsenausführungsgängen (selten)

  • mit Kinozilien: Respirationstrakt

  • mit Stereozilien: Ductus epididymidis, Ductus deferens

Übergangsepithel je nach Dehnungszustand unterschiedlich hoch, aber stets mehrschichtig, die apikale
Zellschicht besteht aus großen polyploiden, z. T. zweikernigen Deckzellen: Nierenbecken, Harnleiter, Harnblase

Körperregionen mit unterschiedlichen Epithelien an der Oberfläche.Uvula, EpithelOhrmuschel:EpithelNasenflügel:EpithelLippe:EpithelEpithel:UvulaEpithel:OhrmuschelEpithel:NasenflügelEpithel:LippeEpithel:EpiglottisEpithel:AugenlidEpiglottis:EpithelAugenlid:Epithel

(Aus [R252])

Tab. 3.1.2
Region Epithelwechsel Bestandteile des zentralen Gewebesockels
Lippe mehrschichtiges verhorntes Plattenepithel (Epidermis) mit Anhangsgebilden → mehrschichtiges unverhorntes Plattenepithel Skelettmuskulatur (M. orbicularis oris)
Uvula mehrschichtiges unverhorntes Plattenepithel → respiratorisches Epithel Skelettmuskulatur (M. uvulae)
Epiglottis mehrschichtiges unverhorntes Plattenepithel → respiratorisches Epithel elastischer Knorpel
Augenlid mehrschichtiges verhorntes Plattenepithel (ohne Haare) → mehrschichtiges unverhorntes Plattenepithel Skelettmuskulatur (M. orbicularis oculi), Tarsus, Meibom-Talgdrüsen
Nasenflügel mehrschichtiges verhorntes Plattenepithel mit „freien" Talgdrüsen → mehrschichtiges verhorntes Plattenepithel mit Haaren (Vibrissae) und Drüsen → respiratorisches Epithel hyaliner Knorpel
Ohrmuschel kein Epithelwechsel; beide Oberflächen zeigen gleiches Epithel (verhorntes mehrschichtiges Plattenepithel mit Anhangsgebilden) elastischer Knorpel
Portio vaginalis uteri mehrschichtiges unverhorntes Plattenepithel (außen) → einschichtiges prismatisches Epithel (im Zervikalkanal) glatte Muskulatur

Gliederungsprinzipien exokriner Drüsen.Tränendrüse:DrüsentypenTalgdrüse:DrüsentypenSpeicheldrüse:DrüsentypenSchweißdrüse:DrüsentypenPankreas:DrüsentypenBrunner-Drüse:DrüsentypenBecherzelle:DrüsentypenGlandula:parotisGlandula:submandibularis

(Aus [R252])

Tab. 3.1.3
Morphologisches Kriterium Klassifizierung Beispiele
Zahl der Drüsenzellen in einem Organ einzeln auftretende Drüsenzellen, einzellige Drüsen Becherzellen
alle Endstücke bestehen aus Drüsenzellen Speicheldrüsen
Lage der sezernierenden Zellen in Beziehung zum Oberflächenepithel endoepitheliale Drüsen im Epithel der Nasenschleimhaut
exoepitheliale Drüsen alle großen exokrinen Drüsen
Sekretionsmechanismus merokrin (= per Exozytose) die meisten exokrinen Drüsen
ekkrin typische Schweißdrüsen
apokrin Duftdrüsen, Milchdrüse (auch merokrin)
holokrin Talgdrüsen
Art des Sekrets und Morphologie der sezernierenden Zellen seröse Drüsen Gl. parotis, Pankreas, Tränendrüse
muköse Drüsen Ösophagusdrüsen, Brunner-Drüsen
Mischformen: seromuköse Drüsen viele Speicheldrüsen, Atemwegsdrüsen
Gestalt der sezernierenden Endstücke tubulöse Drüsen Kolonkrypten, Uterusdrüsen
azinöse Drüsen Gl. parotis, Pankreas
alveoläre Drüsen Milchdrüse
Mischform tubuloazinös Gl. submandibularis
Mischform tubuloalveolär z. T. laktierende Mamma
Vorkommen und Wuchsform (verzweigt oder nicht) des ausführenden Gangsystems Einzeldrüsen (jedes Endstück mündet mit einem Gang selbstständig auf einer epithelialen Oberfläche) Schweißdrüsen
verzweigte oder verästelte Drüsen (mehrere Endstücke münden in einen unverzweigten Ausführungsgang) Brunner-Drüsen
zusammengesetzte Drüsen (die sezernierenden Endstücke münden in ein reich verzweigtes Gangsystem) alle großen Speicheldrüsen

Unterschiede zwischen serösen und mukösen Drüsenzellen.Zellkern:DrüsenzelleDrüsenzelle:seröseDrüsenzelle:muköseZytoplasma:Drüsenzelle

Tab. 3.1.4
Kriterium Seröse Drüsenzellen Muköse Drüsenzellen
Zellform prismatisch, breit pyramidenförmig auffallend hochprismatisch, schlank pyramidenförmig
Kern rundlich, hell; basale
Zellhälfte
abgeflacht und relativ dunkel; Zellbasis
Zytoplasma im H. E.-Präparat untere Zellhälfte basophil (blau), obere
Zellhälfte eosinophil (rot)
Zellbasis basophil, oberhalb des Kerns hell
Funktion Proteinbildung, dünnflüssiges wasserreiches Sekret Schleimbildung (PAS- und/oder Alcianblau-positiv), zähflüssiges Sekret

Bestandteile der Matrix:BindegewebeMatrixBindegewebe:Matrix ausgewählter Binde- und Stützgewebe.Sialoproteine, BindegewebeProteoglykane:BindegewebeProteoglykane:BindegewebeOsteonektin:BindegewebeOsteokalzin:BindegewebeKnorpel:MatrixbestandteileKnochen:MatrixbestandteileHyaluronsäure:BindegewebeHyaluronan:BindegewebeFibronektin:BindegewebeFibrillin:BindegewebeElastin:BindegewebeBindegewebe:KollagenBindegewebe:MatrixKollagen:Typ IKollagen:Typ IIIKollagen:Typ IVKollagen:Typ VKollagen:Typ VIKollagen:Typ VIIKollagen:Typ IKollagen:Typ IIKollagen:Typ IXKollagen:Typ XKollagen:Typ XI

Tab. 3.2.1
Bindegewebstyp Bestandteile Ungefährer Anteil (in % Trockengewicht) Kennzeichen und Funktionen
lockeres und straffes Bindegewebe, z. B. Organstroma, Dermis, Ligamente, Sehnen Typ-I-Kollagen 80 50–90 nm dicke Fibrillen,
Gerüstfunktion
Typ-III-Kollagen 5–15 20–40 nm dicke Fibrillen,
Gerüstfunktion
Typ-IV-Kollagen, Laminin, Nidogen < 5 in Basallamina unter Epithelien und Gefäßendothelien
Typ-V-, Typ-VI- und Typ-VII-Kollagen < 5
  • Typ V: oft Komponente von Typ-I- und Typ-III-Fibrillen

  • Typ VI: bildet eigene Mikrofibrillen

  • Typ VII bildet Ankerfibrillen unter mehrschichtigen Plattenepithelien

Elastin < 5 vernetzte Fasern, Elastizität
Fibrillin 1 Teil der elastischen Fasern oder allein vorkommend
Fibronektin < 5 vielseitige Funktionen, einerseits mit Kollagenfibrillen und anderen Matrixkomponenten, andererseits mit Zelloberflächen verbunden
Proteoglykane und Hyaluronan 0,5 binden Wasser, schaffen Diffusionsräume, fangen Druck auf u. a. m.
Knochen
(entmineralisiert)
Typ-I-Kollagen 90 komplexe Fibrillensysteme, bilden beim Erwachsenen Lamellen
Proteoglykane 1 verbinden z. T. Kollagenfibrillen, Funktion z. T. noch unklar
Osteonektin, Osteokalzin, Osteopontin, α2-Glykoprotein, Sialoproteine 1–5 funktionelle Rolle oft nur unvollständig bekannt, möglicherweise Funktion bei Einleitung der Mineralisierung und Regulierung der Mineralisierung
Knorpel Typ-II-Kollagen 40–50 Arkaden und andere Formationen meist dünner Fibrillen
Typ-IX-Kollagen 5–10 verbindet Typ-II-Kollagenfibrillen
Typ-X-Kollagen 5–10 in der Umgebung hypertropher Knorpelzellen
Typ-XI-Kollagen < 10 in Typ-II-Fibrillen
Proteoglykane und Hyaluronan 15–50 binden Wasser, schaffen
Diffusionsräume, fangen
Druck auf u. a. m.

ImmunglobulinsubtypenImmunglobuline.IgMIgGIgEIgDIgA

Tab. 3.2.2
IgG (verschiedene Subtypen) IgA IgM IgD IgE
molekulare Form Monomer Monomer, Dimer Pentamer Monomer Monomer
durchschnittlicher Gehalt im
Blut (Erwachsene, g/l)
8–15 0,9–3,2 0,45–1,5 0–0,08 > 0,00–025
Bindung über Fc an folgende Zellen Makrophagen, Neutrophile, natürliche
Killerzellen, dendritische Zellen, B-Lymphozyten, Eosinophile
Makrophagen,
B-Lymphozyten
Makrophagen,
B-Lymphozyten
keine Mastzellen, Basophile,
Eosinophile
biologische Eigenschaften sekundärer Antikörper gegen die meisten Krankheitserreger; plazentagängig sekretorische Antikörper primäre Antikörperantwort markiert reife
B-Lymphozyten
Allergien, antiparasitäre
Reaktionen
aktivieren Komplement ++ (+) ++++

Bindegewebsfasern mit verschiedenen morphologischen, biologischen und färberischen Eigenschaften.Transmissionselektronenmikroskopie:BindegewebsfasernKollagen:BindegewebeFaser:retikuläreFaser:elastischeBindegewebe:KollagenfasernBindegewebe:FaserBindegewebe:FaserKollagen:Typ IIIKollagen:Typ I

(Nach [R252])

Tab. 3.2.3
Typische Kollagenfasern (sind aus Typ-I-Kollagen aufgebaut) Elastische Fasern Retikuläre Fasern (sind Kollagenfasern aus Typ-III-Kollagen)
Anordnungsweise Geflechte unterschiedlicher Webformen oder parallele Bündel (Sehnen) oder helikale Formationen (Osteone) echte Netze oder gefensterte Lamellen (z. B. Membrana elastica interna der Arterien) feine Netze (oft an der Grenze zwischen Bindegewebe und den Epithelzellen eines Organs); typisch für lymphatische Gewebe, Schleimhäute
Struktur im Transmissionselektronenmikroskop Fibrillen (Durchmesser 50–90, selten bis 200 nm) mit Querstreifung
(67-nm-Periodik)
  • amorphe Komponente (Elastin)

  • Mikrofibrillen (Durchmesser 10 nm)

Fibrillen (Durchmesser 20–40 nm) mit Querstreifung (67-nm-Periodik)
makromolekularer Aufbau Polymerisationsprodukt von Typ-I-Kollagen Aggregat aus polymeren Elastinmolekülen und Mikrofibrillen aus Fibrillin Polymerisationsprodukt von Typ-III-Kollagen, oft mit Anteil von Typ-I-Kollagen
mechanisches Verhalten zugfest, nur um ca. 5 % dehnbar um 150 % reversibel dehnbar ähnlich dem der Kollagenfasern aus Typ-I-Kollagen

Wichtige Unterscheidungsmerkmale der verschiedenen Muskelgewebe:FormenMuskelgewebe.SkelettmuskulaturSkelettmuskelfaser:MembransystemeMuskulatur:SkelettsystemMuskulatur:HerzMuskulatur:glatteHerzmuskulaturHerzmuskelzelle:MembransystemeMuskelzelle:glatte

(Aus [R252])

Tab. 3.3.1
Gewebeart Bauelement Kernzahl je Bauelement Lage und Gestalt der Kerne Fibrillen Größe des Bauelements
Länge Durchmesser
Skelettmuskulatur vielkernige, sehr große, lange Zelle (Synzytium) viele Hunderte bis Tausende randständig; länglich, abgeflacht quergestreift wenige mm bis 10 cm 40–100 μm
Herzmuskulatur einkernige, verzweigte Zelle einer zentral in fibrillenfreiem Hof; plump, hell, rund-oval quergestreift 50–120 μm 15–20 μm
glatte Muskulatur einkernige, meist schlank-spindelförmige oder verzweigte Zelle einer zentral; länglich-zigarrenförmig komplizierte, noch nicht völlig verstandene Anordnung der Myofilamente; keine Querstreifung 20–200 μm (im graviden Uterus bis 800 μm) 3–10 μm
Membransysteme der verschiedenen Muskelzellen
Skelettmuskelfaser Von Basallamina umgeben. Zellmembran bildet lange enge T-Tubuli (verlaufen an der Grenze zwischen A- und I-Bande); Triaden: Je 2 terminale glatte ER-Zisternen (Ca2+-Speicher) grenzen an den T-Tubulus. Einzelzellen nur durch Bindegewebe verbunden.
Herzmuskelzelle Von Basallamina umgeben. Basallamina kleidet auch die relativ weiten T-Tubuli (verlaufen in Höhe der Z-Scheibe) aus; Dyaden: Eine terminale glatte ER-Zisterne (Ca2+-Speicher) grenzt an den T-Tubulus. Einzelzellen über Glanzstreifen mechanisch verbunden (Desmosomen, Fasciae adhaerentes) und elektrisch gekoppelt (Nexus).
glatte Muskelzellen Von Basallamina umgeben, Zellmembran bildet rundlich-ovale Kaveolen, deren Membran Ca2+-Pumpen enthält und die locker mit kurzen glatten ER-Zisternen (Ca2+-Speicher) verbunden sind. Einzelzellen oft durch Nexus verbunden.

Funktion der Zellen des Nervengewebes.NervenzelleGliazelle

Tab. 3.4.1
Nervenzellen
  • Übertragung von Informationen

  • Verarbeitung von Informationen

  • Speicherung von Informationen

  • Anpassungsfähigkeit (Plastizität)

Gliazellen
  • Ernährung und Schutz von Nervenzellen

  • Aufrechterhaltung des extrazellulären chemischen Milieus (Homöostase)

  • elektrische Isolation der Nervenzellen gegeneinander

  • Beeinflussung der Informationsübertragung

  • Verbesserung der Informationsweiterleitung

  • Abwehrfunktion

  • Reparaturfunktion

  • Abgrenzung des Nervengewebes

  • Stützfunktion

Axonaler Transport:axonalerTransport.Motorprotein:axonaler Transport

Tab. 3.4.2
Transport Richtung mm/d Objekte Motorproteine
schnell anterograd bis zu 400 Vesikel, Mitochondrien Kinesin
retrograd 100–200 Vesikel Dynein
langsam anterograd bis zu 6 Proteine, Aktin Kinesine; teilweise nicht bekannt

Klassifikation der Nervenzelle:KlassifikationNervenzellen nach der Zahl der Fortsätze.

Tab. 3.4.3
Nervenzelltyp Beschreibung Beispiele
Multipolare
Neurone
viele Dendriten und ein Axon; häufigster Nervenzelltyp im menschlichen Nervensystem Vorderhornzelle im
Rückenmark; vegetative Ganglienzelle
Bipolare
Neurone
2 Fortsätze, die von den gegenüberliegenden Enden eines spindelförmigen Perikaryons abgehen Ganglion spirale
(Cochlea); Retina
Pseudounipolare
Nervenzelle
ursprünglich bipolare Zellen, bei denen die Anfangsabschnitte der beiden Fortsätze verschmelzen sensorische Ganglienzellen
unipolare Neurone 1 Fortsatz mit dendritischer und axonaler Funktion; beim Säugetier selten
Anaxonische
Neurone
kein Axon; sehr selten amakrine Zellen der
Retina

Gliazellen und ihre Funktionen.Schwann-Zelle:FunktionSatellitenzelle:FunktionOligodendrozyt:FunktionMikroglia:FunktionMantelzelle:FunktionEpendymzelle:FunktionAstrozyt:Funktion

Tab. 3.4.4
Gliazelltyp Entwicklung Funktion
ZNS
Astrozyten Ektoderm (Neuralrohr) Blut-Hirn-Schranke, Stützfunktion, Erhaltung des extrazellulären ionalen Milieus, chemische Homöostase, Ernährung, elektrische Isolation, Synapsenfunktion, Narbenbildung nach einer Schädigung des ZNS
Oligodendrozyten Ektoderm (Neuralrohr) zentrale Hüllglia (Verbesserung der Leitungsgeschwindigkeit)
Ependymzellen Ektoderm (Neuralrohr) Epithel der Ventrikel; eine spezialisierte Form ist das Epithel des Plexus choroideus
Mikroglia Mesoderm (Knochenmark) Abwehrfunktion, Neuroprotektion
PNS
Schwann-Zellen Ektoderm (Neuralleiste) Hüllglia der Nerven (Verbesserung der Leitungsgeschwindigkeit), Erhaltung des extrazellulären ionalen Milieus, Ernährung, axonale Regeneration
Mantelzellen (Satellitenzellen) Ektoderm (Neuralleiste) Ernährung und Isolierung von sensorischen und vegetativen Ganglienzellen

Hüll-HüllgliaGliazellen des Nervensystems.Schwann-Zelle:KennzeichenOligodendroglia:Kennzeichen

Tab. 3.4.5
Zelltyp Oligodendroglia Schwann-Zelle
Nervensystem ZNS PNS
Zahl der umhüllten Axone ca. 10–50 1 (myelinisierend); ca. 5–25 (nichtmyelinisierend)
Art der Gliascheide myelinisierend myelinisierend (markhaltig) und nichtmyelinisierend (marklos)
morphologische Besonderheiten keine Basallamina, Astrozytenfüße im Bereich der Schnürringe, keine Schmidt-Lantermann-Einkerbungen Basallamina; Schmidt-Lantermann-Einkerbungen; paranodale Fortsätze im Bereich der Schnürringe
axonale Regeneration hemmt Regeneration fördert Regeneration
molekulare Marker Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein (MOG); Proteolipidprotein (PLP) Protein Null (P0); S100; peripheres Myelinprotein 22 (PMP22)

Bindegewebshüllen peripherer NervenNerv:peripherer.PerineuriumEpineuriumEndoneurium

Tab. 3.4.6
Bindegewebshülle Hierarchie Gewebe Verhältnis zu Hirnhäuten
Endoneurium umhüllt einzelne Axone retikuläres Bindegewebe Interzellulärraum (Endoneuralraum) verbunden mit Subarachnoidalraum
Perineurium bündelt Axone Pars fibrosa (kollagenes und elastisches Bindegewebe) und Pars epithelialis kontinuierliche Verbindung zur Arachnoidea und zum Neurothel
Epineurium fasst mehrere Bündel zusammen; äußere Hülle straffes kollagenes Bindegewebe, elastische Fasern kontinuierlich Verbindung zur Dura mater

Synapsen.Synapse:viszeromotorischeSynapse:neuromuskuläreSynapse:interneuronaleSynapse:FormenSynapse:elektrischeSynapse:chemischeNeurotransmitter:SynapsenAzetylcholin:Synapsen

Tab. 3.4.7
Synapsenformen Ultrastruktur Abstand zwischen prä- und postsynaptischer Seite Informationsübertragung Richtung der Übertragung
Elektrische Synapse
Gap Junctions 3–5 nm Ionenströme bidirektional
Chemische Synapse
  • präsynaptische Verdichtung mit aktiver Zone

  • Vesikel (30–60 nm, z. T. mehr)

  • synaptischer Spalt

  • postsynaptische Dichte

  • Astrozytenfortsatz

20–30 nm Neurotransmitter
(Tab. 3.4.8)
unidirektional
  • neuromuskuläre Synapse (neuromuskuläre Junktion;

    Abb. 3.4.46d)

  • mehrere Endfüße mit präsynaptischen Boutons

  • Vesikel (40–60 nm)

  • Spalt mit Basallamina und Azetylcholinesterase

  • subneurales Faltennetz

  • Schwann-Zellen-Fortsatz (nichtmyelinisiert)

30–100 nm Neurotransmitter Azetylcholin, nAChR unidirektional
  • keine typischen Verdichtungen

  • Varikositäten mit Vesikeln

  • Schwann-Zellen (nichtmyelinisiert)

bis 2 μm Neurotransmitter Azetylcholin, Katecholamine, Peptide (z. B. VIP), Purine (z. B. ATP) unidirektional
  • neurosensorische Synapse

Sonderformen (s. Kapitel Sinnesorgane) variabel Neurotransmitter variabel unidirektional

Basiswissen Neurotransmitter:BasiswissenNeurotransmitter/Neuromodulatoren.Substanz P:Neurotransmitter\bSerotonin:NeurotransmitterNoradrenalin:Neurotransmitter\bGlyzin:Neurotransmitter\bGlutamat:Neurotransmitter\bGABA:NeurotransmitterDopamin:NeurotransmitterAzetylcholin:Neurotransmitter\b

Tab. 3.4.8
Neurotransmitter Wichtigste Lokalisationen der Neurone Rezeptoren (ohne Subtypen) Wirkung auf das postsynaptische Neuron
Azetylcholin postganglionäre parasympathische Axone im vegetativen Nervensystem muskarinische Rezeptoren Erregung/Hemmung
vegetative Ganglien nikotische Rezeptoren Erregung
Motoneurone nikotische Rezeptoren (motorische Endplatte) Erregung
Glutamat ZNS (z. B. Pyramidenzellen) und PNS (ein Teil der Afferenzen). Häufigster erregender Neurotransmitter des ZNS. ionotrope Rezeptoren (AMPA; NMDA) Erregung
metabotrope Rezeptoren diverse biologische Funktionen (Signaltransduktion)
GABA ZNS (z. B. Interneurone) iontotrope GABA-A-Rezeptoren
metabotrope GABA-B-Rezeptoren
Hemmung; wichtigster hemmender Neurotransmitter des ZNS
Glyzin Rückenmark, Hirnstamm (z. B. Interneurone) Glyzinrezeptoren Hemmung; wichtigster hemmender Neurotransmitter des Rückenmarks
Substanz P Schmerzfasern im Rückenmark, ZNS Neurokinin-1-Rezeptoren erregend
Serotonin ZNS (Raphekerne) 5-Hydroxytryptamin-Rezeptoren erregend/hemmend
Dopamin ZNS (Substantia nigra) Dopaminrezeptoren erregend/hemmend
Noradrenalin ZNS und PNS; postganglionärer Transmitter des Sympathikus α-Rezeptoren
β-Rezeptoren
erregend/hemmend

Gewebe

  • 3.1

    Epithelgewebe81

    • 3.1.1

      Allgemeine Kennzeichen82

    • 3.1.2

      Oberflächenepithelien84

    • 3.1.3

      Drüsenepithelien92

    • 3.1.4

      Sinnesepithelien101

  • 3.2

    Bindegewebe102

    • 3.2.1

      Bindegewebsentwicklung, Mesenchym102

    • 3.2.2

      Grundzüge des Bindegewebsaufbaus103

    • 3.2.3

      Bindegewebszellen104

    • 3.2.4

      Extrazelluläre Matrix111

    • 3.2.5

      Lockeres Bindegewebe117

    • 3.2.6

      Straffes Bindegewebe117

    • 3.2.7

      Retikuläres Bindegewebe117

    • 3.2.8

      Gallertiges Bindegewebe118

    • 3.2.9

      Spinozelluläres Bindegewebe118

    • 3.2.10

      Sonderformen des Bindegewebes119

    • 3.2.11

      Stützgewebe119

    • 3.2.12

      Fettgewebe135

  • 3.3

    Muskelgewebe140

    • 3.3.1

      Skelettmuskulatur140

    • 3.3.2

      Herzmuskulatur150

    • 3.3.3

      Glatte Muskulatur153

  • 3.4

    Nervengewebe158

    • 3.4.1

      Übersicht158

    • 3.4.2

      Zelltypen im Nervengewebe160

    • 3.4.3

      Gliascheiden der Nervenzellfortsätze, Axonscheiden178

    • 3.4.4

      Periphere Nerven185

    • 3.4.5

      Synapsen190

    • 3.4.6

      Vegetatives Nervensystem200

    • 3.4.7

      Hirn- und Rückenmarkshäute201

Die Gewebe sind das Baumaterial des Körpers. Nach der Definition von Wolfgang Bargmann (1906–1976) sind Gewebe „Verbände gleichartig oder ähnlich differenzierter Zellen samt deren Abkömmlingen, den Extrazellularsubstanzen“. Struktur und Funktion dieser Zellverbände erforscht die Histologie (Gewebelehre im strengen Sinn). Seit gut 100 Jahren unterscheidet man nach Albert v. Koelliker (1817–1905) 4 Grundgewebe, die sämtliche Organe des Körpers in jeweils spezifischer Ausformung aufbauen:

  • Epithelgewebe (Kap. 3.1)

  • Bindegewebe, einschließlich Stütz- (= Knorpel und Knochen) und Fettgewebe (Kap. 3.2)

  • Muskelgewebe (Kap. 3.3)

  • Nervengewebe (Kap. 3.4)

Mittlerweile entspricht diese Einteilung nicht mehr in jeder Hinsicht dem Stand der Forschung. So gibt es manche Übereinstimmungen zwischen Binde- und Muskelgewebe; außerdem hat sich gezeigt, dass das Nervengewebe in den Grundzügen seines Aufbaus mit dem Epithelgewebe übereinstimmt und dass bei vielen Tieren Muskelzellen Epithelzellen sind. Da sich aber die traditionelle Einteilung in 4 Grundgewebe bis heute als praktisch gut brauchbar erwiesen und als didaktisches Konzept bewährt hat, dient sie auch in diesem Buch als Grundlage.

Epithelgewebe

U. Welsch

Zur Orientierung

Gewebe:EpithelgewebeEpithelgewebeEpithelgewebe besteht aus Verbänden dicht gelagerter Zellen, die Schichten aufbauen. Häufig bedecken Epithelien äußere und innere Oberflächen oder sie kleiden Hohlorgane aus und werden dann Oberflächen- oder Deckepithelien genannt. Die Epithelzellen sind über verschiedene Zellkontakte verknüpft, unter denen Desmosomen und Zonulae adhaerentes dem mechanischen Zusammenhalt dienen und Zonulae occludentes für die Barrierefunktion der Epithelien verantwortlich sind. Die Intermediärfilamente der Epithelien bestehen aus Keratinen. Epithelzellen sind polar strukturiert, mit einem Apex, der an die Oberfläche grenzt, und einer Basis, die an das Bindegewebe grenzt. Die lateralen Zellbereiche ähneln weitgehend der basalen Zellregion (zusammen: „basolaterale Domäne"). Unmittelbar unter einem Epithel befindet sich eine extrazelluläre Basallamina, die aus Kollagen vom Typ IV, Laminin und Proteoglykanen aufgebaut ist und die Epithel und Bindegewebe verbindet.

In den Drüsenepithelien steht die Sekretion von Produkten durch Epithelzellen im Vordergrund. Exokrine Drüsen und endokrine Organe bestehen aus Drüsenepithelzellen. Der typische Sekretionsmodus dieser Epithelien ist die Exozytose. Speziell bei den Hautdrüsen werden die Begriffe ekkrine, apokrine und holokrine Sekretion verwendet.

Sinnesepithelien, z. B. im Innenohr, beherbergen spezifische Sinneszellen.

Die spezifischen Leistungen der verschiedenen Organe werden zumeist von Epithelien erbracht, sie bilden das sog. Organparenchym.

Allgemeine Kennzeichen

Epithel und Epithelzellen
Epithelien (Abb. 3.1.1, Abb. 3.1.2) sind geschlossene Zellverbände, deren Einzelzellen die Epithelzellen sind. Epithelgewebe:KennzeichenEpithelien
  • bedecken die Oberfläche des Körpers

  • Epithelkleiden innere Hohlorgane, z. B. die Harnblase oder den Magen, aus

  • bilden in Organen schlauch- oder bläschenförmige Baueinheiten mit einem Lumen, z. B. die Nierentubuli

  • bauen in bestimmten Organen (z. B. in der Adenohypophyse) Zellknäuel oder Zellplatten auf

Sie lagern auf einer Basallamina, die die Grenze zum subepithelialen Basallamina:EpithelzelleBindegewebe bildet. Der Interzellulärraum zwischen den Epithelzellen ist auf ganz schmale, ca. 20 nm weite spaltenförmige Räume, die im Lichtmikroskop i. A. nicht zu erkennen sind, beschränkt. Epithelien bilden im Organismus wichtige funktionelle Barrieren oder Schranken, die verschiedene Kompartimente gegeneinander abgrenzen, an der Körperoberfläche bilden sie eine effektive und flexible Schutzschicht.
Polarer AufbauDie einzelnen benachbarten Epithelzellen sind durch Epithel:Aufbauunterschiedliche, klar definierte Zellkontakte verbunden (Kap. 2.1.4). Die Filament, intermediäres:EpithelzelleIntermediärfilamente in den Epithelzellen bestehen Intermediärfilament:Epithelzelleaus Zytokeratinen. Die einzelne Epithelzelle ist ebenso wie der epitheliale Gesamtverband, das Epithel, primär polar gebaut, d. h., die Zelle bildet eine apikobasale und in einigen Epithelien auch eine horizontale Polarität.
Apikobasale PolaritätEpithel:PolaritätDer apikale (obere) Pol grenzt an die Polarität, EpithelOberfläche, z. B. an die Lichtung eines Gang- oder Hohlraumsystems, während der basale (untere) Pol an das Bindegewebe grenzt, das unter dem Epithel liegt. Alle Strukturen und Funktionen des apikalen Pols werden auch unter dem Begriff „apikale Domäne“ zusammengefasst. Dieser apikalen Domäne wird die „basolaterale Domäne“ gegenübergestellt, da die Eigenschaften der lateralen (seitlichen) Zellmembran weitgehend mit denen der basalen Zellmembran übereinstimmen. Die Grenze zwischen apikaler und basolateraler Domäne ist die Region der Zonula occludens, die für die Aufrechterhaltung der polaren Zellstruktur wesentlich ist. Apikale und basolaterale Domäne haben unterschiedliche funktionelle Eigenschaften und dementsprechend unterschiedliche Membranproteine, z. B. jeweils eigene Ionentransporter, Ionenkanäle und Rezeptorproteine.
Horizontale PolaritätFür die „horizontale“ (planare) Polarität sind die Sinneszellen im Sinnesepithel des Innenohrs ein Beispiel; ihre apikalen Sinneshärchen sind auf der Zelloberfläche nicht beliebig, sondern in ganz bestimmter Weise ausgerichtet, was für ihre Erregung entscheidend ist. Die Flimmerzellen der Atemwege sind so strukturiert, dass ihre apikalen Kinozilien nur in eine Richtung schlagen.
KapillarenBlutgefäße dringen nicht in Epithelien ein. Sie können Epithel:Kapillarensich zwar von unten her mehr oder weniger tief in die Epithelien vorwölben, durchbrechen dabei aber nicht die Basallamina – außer in der Stria vascularis des Ductus cochlearis und im Corpus luteum, wo sich intraepitheliale Kapillaren finden.
ZellumsatzEpithelien sind sowohl phylogenetisch (im Laufe der Epithel:ZellumsatzEvolution der Organismen) als auch ontogenetisch (im Laufe der Individualentwicklung) die ersten sich bildenden Gewebe. In Epithelien sterben ständig Zellen ab (i. A. mittels Apoptose, Kap. 2.9.2), und parallel dazu bilden sich andere Zellen ständig neu. Neubildung und Absterben stehen normalerweise im Gleichgewicht. Die Neubildung geht von Stammzellen im Epithel aus, die in sog. labilen Stammzelle:EpithelEpithelien kontinuierlich neue Zellen bilden, z. B. im Epithel des Magen-Darm-Trakts (Abb. 3.1.1), der Atemwege und in der Epidermis. In stabilen Epithelien, z. B. den Nieren- und Leberepithelien, werden die Zellen normalerweise langsam, bei Verletzungen aber schneller ersetzt.
Parenchym und StromaIn den meisten Organen sind Epithelzellen die spezifischen Träger der jeweiligen Organfunktion, z. B. in Lunge, Leber, Pankreas und Niere. Diese Epithelien werden das Parenchym dieser Organe genannt, während das gefäß- und nervenführende Bindegewebe in den entsprechenden Organen das Stroma bildet.

MERKE

Epithelien: geschlossene Zellverbände an äußeren und inneren Oberflächen, polarer Aufbau der Epithelzellen.

Klinik

Basallamina:KarzinomzellenBasallamina:epithelial-mesenchymale Transition

Karzinomzellen sind immer Epithelzellen. In metastasenbildenden Karzinomen verlieren die Zellen ihre Polarität, verändern u. a. viele ihrer Oberflächenproteine, lösen sich aus dem Epithelverband, durchbrechen die Basallamina und beginnen, im Bindegewebe zu wandern. Diese Veränderungen werden auch mit dem Begriff „epithelial-mesenchymale Transition“ bezeichnet (mesenchymal heißt hier bindegewebsähnlich). Bei der Entstehung von Metastasen spielt der Transkriptionsfaktor Myk eine wichtige Rolle. Blutgefäße dringen in Karzinome ein und sind für das Überleben dieser bösartigen Epithelstrukturen wesentlich.

Basallamina – Basalmembran
AufbauAn der Basis des Epithels wird eine 50–150 nm dünne (extrazelluläre) Basallamina ausgebildet (Abb. 3.1.2), über die die Epithelzellen mit dem subepithelialen Bindegewebe verbunden sind. Im Wesentlichen bildet das Epithel die Basallamina selbst. Bausteine der Basallamina sind:Transition, epithelial-mesenchymale
  • Basallamina\b Epithel:BasallaminaBasalmembranTyp-IV-Kollagen: Epithel:BasalmembranDies ist ein nichtKollagen:Typ IVfibrilläres Kollagen, das ein flexibles, flaches molekulares Netzwerk bildet. Es besteht aus 3 α-Ketten mit einem terminalen Peptid, das ihre Zusammenlagerung zu einer quergestreiften Fibrille verhindert, und es existiert in verschiedenen gewebespezifischen Isoformen und ist v. a. mit Laminin verknüpft.

  • Laminin: Laminin ist in der Entwicklung das Laminin:Basallaminaerste entscheidende und lange Zeit dominante Molekül der Basallamina. Dieses große Glykoprotein besteht aus 3 Polypeptidketten. Das Gesamtmolekül hat asymmetrisch kreuzförmige Gestalt. Es gibt mehrere Isoformen des Laminins, das typische Laminin der Basallamina ist Laminin-1. Es hat mehrere funktionelle Domänen. Es bindet an Perlecan, an Nidogen und an 2 oder mehr Lamininrezeptorproteine in der Zellmembran, die der Integrinfamilie angehören. Ein weiterer Membranrezeptor des Laminins in der Skelettmuskelzelle ist das Dystroglykan. Die Lamininmoleküle sind auch untereinander verbunden und bilden ein lockeres flächiges Netzwerk.

  • Nidogen und Perlecan: Nidogen (= Entaktin) ist ein Glykoprotein, Perlecan einNidogen:Basallamina Proteoglykan. Sie sind nicht nur mit Laminin, sondern auch mit Typ-IV-Kollagen verbunden, sodass insgesamt ein komplexer molekularer Filz entsteht. Perlecan enthält Heparansulfat, trägt also negative Perlecan:Basallaminaelektrische Ladungen.

Im transmissionselektronenmikroskopischen Präparat sind die Lamina rara (Lamina lucida) und die Lamina densa zu unterscheiden:
  • Lamina densa: Sie enthält Typ-IV-Kollagen, Lamina:densaLaminin, Nidogen und Perlecan. Das Kollagen:Typ IVKollagen vom Typ IV bildet die mechanisch wichtige Komponente dieses Molekülteppichs.

  • Lamina rara: Sie besteht v. a. aus Teilen des Lamina:raraLamininmoleküls, Integrinen und Kollagen Typ XVII.

FunktionenDie Kollagen:Typ XVIIHauptfunktion einer Basallamina ist wohl, das Epithel zu stützen, sie ist dehnungsresistent und flexibel. Eine Basallamina ist außerdem eine sowohl verbindende als auch trennende Grenzstruktur zwischen Epithel und Bindegewebe, sie verhindert z. B. Kontakt zwischen Fibroblasten und Epithelzellen, behindert aber nicht das Eindringen von Makrophagen und Lymphozyten in Epithelien. Im Glomerulus der Niere ist die Basallamina eine wichtige Filterstruktur. Sie spielt eine wichtige Rolle bei Wundheilung, Wanderung von Epithelzellen und Aufrechterhaltung der epithelialen Polarität. Basallaminae umgeben außerdem Fett-, Muskel- und Schwann-Zellen. An der Oberfläche des ZNS bilden Astrozyten eine Basallamina.
Lamina fibroreticularisDas Bindegewebe unmittelbar unter der Lamina:fibroreticularisBasallamina enthält spezielle Komponenten, z. B. KollagenKollagen:Typ III vom Typ III, Typ VII undKollagen:Typ VII, seltener, Typ I sowie Mikrofibrillen aus Fibrillin oder Kollagen Typ VI und wird als Lamina fibroreticularis abgegrenzt. Diese Schicht übernimmt speziell die mechanische Verbindung zwischen dem tieferen Bindegewebe und dem Epithel und seiner Basallamina.
BasalmembranBasallamina und Lamina fibroreticularis sind im Basalmembran:EpithelLichtmikroskop nicht zu trennen, sondern bilden eine gemeinsame Linie, die Basalmembran genannt wird. Basalmembran ist also ein Begriff der Lichtmikroskopie. Die Basalmembran kann mithilfe der PAS-Reaktion (Perjodsäure-Schiff-Reaktion, Abb. 1.6) sichtbar gemacht werden. Eine besonders dicke Basalmembran, z. B. unter dem Epithel der Atemwege, wird oft „Glashaut“ genannt.

MERKE

  • Basallamina: vom Epithel gebildete, im Elektronenmikroskop erkennbare Schicht, besteht aus Lamina rara und Lamina densa

  • Basalmembran: lichtmikroskopische „Zusammenfassung“ von Basallamina und bereits zum Bindegewebe gehöriger Lamina fibroreticularis

Es lassen sich 3 große GlashautGruppen von Epithelien unterscheiden:
  • Oberflächenepithelien

  • Drüsenepithelien

  • Sinnesepithelien

Oberflächenepithelien

Oberflächenepithelien (Deckepithelien)Epithel:OberflächeEpithelgewebe:OberflächenepithelienOberflächenepithel grenzen an äußere und innere Oberflächen, d. h., sie Deckepithelbedecken den Körper außen und kleiden innere Hohlorgane, z. B. Darm, Atemwege und Harnblase, aus. Ihre Basis liegt dem Bindegewebe auf. Oberflächenepithelien werden nach verschiedenen Kriterien klassifiziert; nach der Gestalt der Zellen (platt, kubisch, prismatisch), nach der Zahl der Schichten und nach speziellen weiteren Kriterien (Abb. 3.1.3, Tab. 3.1.1).

Klinik

Epithel:MetaplasieMetaplasie:EpithelEntzündung:Epithelmetaplasie

Normalerweise besitzen Organe in konstanter Ausbildung jeweils charakteristische Epithelien. Unter pathologischen Bedingungen kann sich jedoch ein Epithel in ein anderes umwandeln; wenn dies geschieht, spricht man von Metaplasie. Bei chronischer Entzündung kann sich z. B. das Flimmerepithel der Atemwege in ein mehrschichtiges Plattenepithel umwandeln.

Plattenepithel:mehrschichtiges

MERKE

Alle mehrschichtigen Epithelien werden nach der obersten Zellschicht definiert: Besteht diese z. B. aus platten Zellen, handelt es sich um ein mehrschichtiges Plattenepithel, auch wenn die tiefer liegenden Epithelzellen kubisch, polygonal oder sogar prismatisch sind.

Plattenepithelien
Kennzeichnend für Plattenepithelien sind flache Epithelzellen, die breiter sind als hoch. Plattenepithelien können ein- oder mehrschichtig sein (Tab. 3.1.1).
Einschichtige Plattenepithelien
Einschichtige Plattenepithelien bestehen aus nur einer dünnen Schicht flacher Epithelzellen, von denen im histologischen Präparat oft nur der flache Kern erkennbar ist (Abb. 3.1.4, Abb. 3.1.5). Funktionell wichtigster Zellkontakt ist eine oft eher zarte Zonula occludens mit 2Plattenepithel:einschichtiges–3 versiegelnden Leisten.

Vorkommen

Zonula:occludensPlattenepithel:einschichtiges

Einschichtiges Plattenepithel kommt in der innersten Schicht des Herzens sowie der Blut- und Lymphgefäße, als inneres Epithel der Hornhaut, als Innenauskleidung der natürlichen Körperhöhlen und als Auskleidung der Lungenalveolen vor. Das Plattenepithel des Herz-Kreislauf-Systems wird Endothel genannt, das der Körperhöhlen Mesothel oder je nach Körperhöhle Peritoneal-, Perikard- und Pleuraepithel.

Plattenepithel:Mesothel Plattenepithel:Endothel Endothel
Mehrschichtige Plattenepithelien
Plattenepithelien können auch mehrschichtig sein, in ihnen ist nur die oberste Zellschicht aus Plattenepithelzellen aufgebaut, die tieferen Zellen sind kubisch, niedrig prismatisch oder polygonal. Man unterscheidet mehrschichtige unverhornte und mehrschichtige verhornte Plattenepithelien.Mesothel
Mehrschichtiges unverhorntes Plattenepithel
ZellschichtenEs besteht aus 5–6 (äußeres Epithel der Hornhaut) bis zu ca. 20 Zellschichten. Die Zellen sind basal kubisch oder prismatisch, apikal abgeflacht. Die basale Schicht wird Stratum basale, die mittleren Schichten werden Stratum intermedium, die obersten Schichten Stratum superficiale genannt. Mitosen finden sich im Stratum basale und intermedium.Plattenepithel:mehrschichtiges
Mitose:PlattenepithelCharakteristikaDer Zellkern verändert sich parallel zu den Veränderungen der Zellgestalt. Basal ist er rundlich oder oval und euchromatinreich. In den obersten Zellschichten flacht er ab und ist heterochromatinreich, er kann gelegentlich sogar zerfallen, bleibt aber bis in die oberste Schicht erkennbar (Abb. 3.1.6).
Die Zellen sind durch zahlreiche Desmosomen (Kap. 2.1.4) verknüpft und reich an Desmosom:PlattenepithelKeratinfilamenten; die mittleren und oberen Zellschichten enthalten viel Glykogen, das generell wahrscheinlich der Ernährung der Zellen dient und von dem sich nach Abschilferung der obersten Zellen in der Vagina und in der Fossa navicularis (Penis) spezielle Milchsäure produzierende Bakterien (Lactobacillus acidophilus) ernähren (Kap. 13.3.5). Ihre Zellmembranen verlaufen häufig gewellt. Der Interzellulärraum der oberen Zellschichten wird durch Lipide versiegelt, sodass hier eine Diffusionsbarriere entsteht.

Vorkommen

Außenseite der Hornhaut, Mundhöhle, Ösophagus, Vagina, stellenweise im Analkanal.

Plattenepithel:mehrschichtiges
Mehrschichtiges verhorntes Plattenepithel (s. a. Kap. 16)
ZellschichtenIm mehrschichtigen verhornten Plattenepithel sind die obersten Zellschichten aus toten, flachen, kernlosen, verhornten Zellen aufgebaut, was mechanischen Schutz verleiht und Schutz vor Austrocknung bietet. Die oberflächliche Schicht heißt Stratum corneum. Das mehrschichtige verhornte Plattenepithel ist das Plattenepithel:Hauttypische Epithel der Haut (die Epidermis, Kap. 16.1). Haut:PlattenepithelDie Schichten im verhornten mehrschichtigen Plattenepithel heißen von basal nach apikal (Abb. 3.1.7, Abb. 3.1.8):
  • Stratum basale

  • Stratum spinosum

  • Stratum granulosum

  • Stratum lucidum (nur in der Leistenhaut)

  • Stratum corneum

Vorkommen

Die gesamte Epidermis ist ein mehrschichtiges verhorntes Plattenepithel.

Plattenepithel:mehrschichtiges
Stratum basaleDie basale Zellschicht (Stratum basale) lagert der Basallamina aufStratum:basale und besteht aus länglichen oder annähernd kubischen Basallamina:PlattenepithelZellen. Diese bilden feine, basalwärts gerichtete Zellfortsätze („Wurzelfüßchen“) aus, die Hemidesmosomen besitzen und der mechanischen Befestigung an Basallamina und Bindegewebe dienen. Oberhalb der Dermispapillen befinden sich im Stratum basale Stammzellen, von denen die Erneuerung dieses Epithels ausgeht. Kennzeichnende Komponente aller Epithelzellen der Epidermis sind zahlreiche Bündel aus Keratinfilamenten, die in kräftigen Desmosomen verankert sind.
Stratum spinosumDas Stratum basale geht kontinuierlich in das Stratum spinosum über. Dessen Stratum:spinosumZellen sind polygonal und bilden viele Mikrofalten und Mikrovilli, die in den Interzellulärraum hineinragen (Abb. 16.4b). Dieser Raum ist ein wichtiger Verkehrsraum. Er erscheint in histologischen Kurspräparaten oft weiter, als er in vivo ist, da die Zellen des Stratum spinosum etwas schrumpfen. Die Zellen besitzen in großen Mengen Keratinfilamente und sind durch zahlreiche Desmosomen verknüpft, die meistens auf kurzen, plumpen Zellfortsätzen ausgebildet sind („Stachelzellen“) (Abb. 2.22, Abb. 2.24). Die Interzellulärräume sind etwas Stachelzelleerweitert und reich an Hyaluronsäure und Wasser.
Stratum basale und Stratum spinosum werden gemeinsam auch Stratum germinativum genannt, da in beiden Mitosefiguren auftreten Stratum:germinativumkönnen.
Stratum granulosumAuf das StratumMitosefigur:Stratum germinativum spinosum folgt eine Schicht aus nochStratum:granulosum kernhaltigen, flach spindelförmigen Zellen, die mit basophilen Einschlüssen (Abb. 3.1.8), den sog. Keratohyalingranula, angefüllt sind. Diese sind das erste morphologische Anzeichen für Keratohyalingranuladie Verhornung (Kap. 16.1). Die Zellschicht besitzt außerdem lipidhaltige Lamellenkörper. Diese für das mehrschichtige verhornte Plattenepithel besonders typische Schicht heißt wegen der Keratohyalingranula Stratum granulosum; sie fehlt im mehrschichtigen unverhornten Plattenepithel. Hier sind Zonulae occludentes ausgebildet.
Stratum lucidumDas Stratum lucidum ist eine eosinophile, bei verstelltem Kondensor hell Stratum:lucidumlichtbrechende (Name) Übergangsschicht zwischen Stratum granulosum und Stratum corneum. Der Übergang von den noch lebenden Zellen des Stratum granulosum zu den toten Zellen des Stratum corneum erfolgt sehr rasch, ohne dass der abgebaute Kern und die ebenfalls aufgelösten Organellen Spuren hinterlassen. Nur bei sorgfältigem Mikroskopieren kann man in dieser Schicht vereinzelt Reste von Kernen erkennen. Am Untergang von Kern und Organellen sind Apoptosemechanismen beteiligt. Diese Schicht ist nur in der Leistenhaut zu erkennen.
Stratum corneumDas folgende Stratum corneum besteht aus toten Zellen ohne Kerne und Organellen Stratum:corneum(Korneozyten). Sie sind noch über Desmosomen verknüpft und enthalten nur KorneozytKeratinfilamente und eine Proteinmatrix. Die Interzellulärräume des Stratum corneum sind mit spezifischen, Wasser abweisenden Lipiden ausgefüllt, die den Lamellenkörpern im Stratum granulosum entstammen.
Kubische Epithelien
Die kubischen Epithelien sind im Körper des Menschen meistens einschichtig (Tab. 3.1.1). Längs- und Breitendurchmesser der einzelnen Epithelzellen sind annähernd gleich. Die Zellen sind über verschiedene Zellkontakte (Zonula occludens, Zonula adhaerens, Nexus und Desmosomen) verknüpft. Der Zellkern ist im Anschnitt rundlich (Abb. 3.1.9).

Vorkommen

Viele kleinere Ausführungsgänge von exokrinen Drüsen, Schilddrüse von Erwachsenen, Nierenkanälchen, kleinere Sammelrohre der Niere, Plexus choroideus, Pigmentepithel der Retina, vorderes Linsenepithel, Amnionepithel.

Prismatische Epithelien
Kennzeichen
Epithel:kubisches\bEpithel:kubischesDie prismatischen Epithelien sind meistens einschichtig und bestehen aus schlanken, hohen Zellen – sie sind also länger als breit (Abb. 3.1.10, Abb. 3.1.11). Sie heißen auch Zylinderepithelien und sind meistens Epithel:prismatischeseinschichtig (Tab. 3.1.1). Der ZylinderepithelZellkern der prismatischen Epithelzellen ist längsoval. Die Zellen sind über verschiedene Zellkontakte verknüpft (Zonula occludens, Zonula adhaerens, Nexus und Desmosomen). Sie besitzen oft kennzeichnende apikale Differenzierungen wie Bürstensäume oder Kinozilien (Abb. 2.12, Abb. 2.14). In prismatischen Epithelien kommen oft verschiedene Zelltypen vor.

Vorkommen

  • einschichtige prismatische EpithelienEpithel:prismatisches: Schleimhaut von Magen, Dünndarm, Dickdarm, Gallenblase, Tuba uterina und Uterus, einige größere Drüsenausführungsgänge, periphere Atemwege, große Sammelrohre, oft Ependym

  • mehrschichtige prismatische Epithelien (selten): mittlere Abschnitte der Harnröhre (Urethra, Abb. 3.1.12), im Fornix der Konjunktiva

Sonderformen
Mehrreihige EpithelienIn mehrreihigen Epithelien treten unterschiedlich große Zellen auf, die alle der Epithel:mehrreihigesBasallamina aufsitzen, aber nur z. T. die Epitheloberfläche erreichen (Abb. 3.1.3d). Es entsteht der Eindruck, dass im Epithel mindestens 2, meistens (respiratorisches Epithel der Atemwege) aber mehr Reihen von Zellkernen übereinanderliegen. Die oberste Kernreihe gehört zu prismatischen ausgereiften Zellen, die von der Epithelbasis bis an die Oberfläche des Epithels reichen. Die mittleren Kernreihen gehören zu nachwachsenden, noch nicht ausdifferenzierten Zellen. Die Kernreihe an der Basis des Epithels gehört zu kleinen Basalzellen, die vor allem der Regeneration dienen.
Das wichtigste Beispiel für ein mehrreihiges Epithel ist das respiratorische Epithel (Abb. 3.1.14), das in Kap. 8 ausführlich dargestellt wird.

Vorkommen

  • Zweireihiges EpithelEpithel:mehrreihiges des Nebenhodengang:EpithelNebenhodengangs (Abb. 3.1.13): Basal befinden sich kleine rundliche bis ovale Ersatzzellen, die Masse der Zellen ist prismatisch und erstreckt sich von der Basallamina bis zur Lichtung des Gangs.

  • Mehrreihiges Epithel der Atemwege (respiratorisches Epithel, Abb. 3.1.14): In diesem Epithel sind die hohen ausgereiften Zellen Flimmerepithel- und Becherzellen.

Übergangsepithel (Urothel)Dieses mehrschichtige (bei einigen kleinen UrothelSäugetieren [Labornager] wohl mehrreihige) Epithel Übergangsepithel(mit 6–8 Schichten) kommt in den ableitenden Harnwegen vor (Tab. 3.1.1). Diese Organe können unterschiedliches Volumen besitzen, ihre Wand ist dehnungsfähig. Mitunter werden im Urothel Basal-, Intermediär- und Oberflächenschicht unterschieden. Das Urothel kann sich den unterschiedlichen Füllungszuständen anpassen und ist im ungedehnten Zustand deutlich höher (Abb. 3.1.15a, Abb. 3.1.16a) als im gedehnten (Abb. 3.1.16b). Dieser Dehnungsfähigkeit entsprechen spezielle Anpassungen (intensive Verzahnung der Zellen, die bei Dehnung verstreichen, Vesikel mit Membranreserven). Typisch ist die apikale Zellschicht aus sehr großen organellreichen, z. T. 2- oder sogar mehrkernigen Deckzellen (Abb. 3.1.16). Die besonders widerstandsfähige apikale Membran dieser Zellen ist relativ dick (Deckzelleca. 10 nm, normalerweise 5–8 nm) und enthält zahlreiche, relativ feste molekulare Plaques (Platten) aus Transmembranproteinen der Gruppe der Uroplakine. Zwischen den Plaques befindet sich die normale flexible Membran. Die Uroplakine sind zusammen mit den Zonulae occludentes die wichtigsten Komponenten der Permeabilitätsbarriere Uroplakinedieses Epithels. Unter der Apikalmembran lagert eine recht dichte Schicht aus Aktinfilamenten, die mit der Membran und den Reservevesikeln in Verbindung stehen.
Im ungedehnten Zustand sind die meisten Zellen des Übergangsepithels prismatisch, z. T. sogar die Deckzellen. Im gedehnten Zustand flachen alle Zellen ganz erheblich ab. Im apikalen Zytoplasma (nur) der Deckzellen finden sich viele abgeflachte („diskoide“) Vesikel (Abb. 3.1.15b), deren Membran auch Plaques enthält. Diese Vesikel bilden eine Membranreserve für die apikale Zellmembran: Bei Dehnung wandern sie an die apikale Oberfläche und werden in die Apikalmembran eingefügt; bei nachlassender Dehnung werden apikale Membranareale mittels eines speziellen Endozytoseprozesses ins Zytoplasma zurückverlagert. Eine auffällige Erscheinung ist, dass die basalen Zellen diploid, die mittleren tetraploid und die apikalen Deckzellen oktoploid sind. Apikal sind die Tetraploidie, UrothelDeckzellen durch Zonulae occludentes, Zonula adhaerentes und DesmosomenOktoploidie:Urothel verbunden. Die tiefen Zellen sind über Desmosomen verknüpft, Nexus kommen vereinzelt vor.

Vorkommen

Ableitende Harnwege: Nierenkelche, Nierenbecken, Ureter, Harnblase, Anfang der Urethra.

In Tab. 3.1.1 sindÜbergangsepithel:Vorkommen Kennzeichen der Urothel:VorkommenOberflächenepithelien aufgeführt, und in Tab. 3.1.2 sind Organe aufgelistet, deren Oberfläche verschiedene Epithelien trägt.

Drüsenepithelien

Einzelne Drüsenepithelzellen finden sich in vielen Epithelien. Epithelien, die ausschließlich oder weitgehend aus Drüsenzellen bestehen, heißen Drüsenepithelien.
Drüsenzellen und Drüsen
Drüsenzellen
Drüsenzellen bilden ein spezielles ProduktEpithelgewebe:DrüsenepithelienDrüsenepithel, das Sekret, und geben es nach außen ab Epithel:Drüsen(Abb. 3.1.17). Die DrüsenzelleSekrete – z. B. Verdauungsenzyme, SekretSchleime, Hormone und Milch – erfüllen ihre Funktionen dann außerhalb der Drüsenzelle. Nicht nur Drüsenzellen, auch viele andere Zellen bilden Sekrete und geben sie ab, aber nur bei Drüsenzellen stehen diese Prozesse auffallend im Vordergrund. Drüsensekrete werden zumeist in Granula (Sekretionsgranula) verpackt, die an die Zelloberfläche wandern, hier mit der Zellmembran verschmelzen, sich öffnen und ihren Inhalt ausschleusen (Exozytose).
Myoepithelzellen
Myoepithelzellen sind spezielle, schlanke oder verzweigte Exozytose:Drüsenepithelkontraktile Epithelzellen basal im Drüsenepithel, die morphologisch und funktionell in vielen Punkten stark glatten Muskelzellen ähneln und dem Auspressen des Sekrets dienen. Sie differenzieren sich im Epithel und sind untereinander durch Desmosomen und Gap Junctions verbunden. Mit den sekretorischen Zellen stehen sie über Desmosomen in Verbindung, mit der Basallamina über Hemidesmosomen. Sie sind Myoepithelzelle\bvegetativ innerviert (außer in der Milchdrüse, in der sie Basallamina:Myoepithelzelleauf Oxytozin reagieren).

Vorkommen

In Schweiß- und Duftdrüsen der Haut, in der Milchdrüse, den Mundspeicheldrüsen und den Drüsen der Atemwege.

Drüsentypen
Ist ein ganzes Organ aus Drüsenzellen aufgebaut, spricht man von einer Drüse. Man unterscheidet nach dem Weg der Sekretabgabe exokrine und endokrine Drüsen. Drüsen, die ihr Sekret über einen Gang oder unmittelbar an eine innere oder äußere Oberfläche abgeben, werden exokrine Drüsen genannt. Drüsen, die ihr Sekret in den Blutstrom abgeben, werden endokrine Drüsen genannt (Kap. 11).

Vorkommen

  • Drüse:Vorkommenexokrine Drüsen: z. B. Bauchspeicheldrüse, Bronchialdrüsen, Milchdrüse

  • endokrine Drüsen: z. B. Hypophysenvorderlappen, Schilddrüse (Kap. 11)

Exokrine Drüsen
Exokrine Drüsen geben ihr Sekret an Drüse:Typeninnere (z. B. in den Darm) oder äußere Oberflächen ab. Sie können unter verschiedenen Gesichtspunkten klassifiziert werden (Tab. 3.1.3), wobei aber nicht alle Klassifikationskriterien auf jede Drüse angewendet werden können.
Klassifikation nach Zahl und Lage der sezernierenden Zellen
Exo- und endoepitheliale DrüsenMeist liegenDrüse:exokrine die zahlreichen Drüsenzellen einer DrüseDrüse:exoepitheliale unter dem Oberflächenepithel und haben einen Drüse:endoepithelialeAusführungsgang. Diese exoepithelialen Drüsen werden meist – etwas vereinfachend – exokrine Drüsen genannt. Ausführungsgang:DrüsenzelleDrüsenzellen in kleinen Gruppen im Verband des Oberflächenepithels nennt man endoepitheliale Drüsen. Sie sind selten und finden sich v. a. in der Nasenschleimhaut (Abb. 3.1.18).
BecherzellenEinzelne exokrine Drüsenzellen im Epithel von Dünn- und Dickdarm sowie der Atemwege nennt man Becherzellen. SieBecherzelle:exokrine Drüsen besitzen die Gestalt eines Kelchs oder Glases mit schmalem Fuß und produzieren vor allem Muzine (Abb. 3.1.19). In der schmaleren Basis der Zellen liegen der relativ dunkle Zellkern, das raue endoplasmatische Retikulum und der recht große Golgi-Apparat (Abb. 2.49b). Der bauchige mittlere Zellkern:Becherzelleund obere Teil der Zelle ist von membranbegrenzten Muzingranula ausgefüllt, die sich mit der PAS-Reaktion rotviolett anfärben lassen (Abb. 3.1.20), im H. E.-Präparat aber relativ blass bleiben oder zart graublaue Färbung annehmen. Das Sekret wird meistens kontinuierlich über Exozytose abgegeben, kann aber auf verschiedene Weise stimuliert werden. Im Darm werden diese Zellen nur 4–5 Tage alt. Zerrissene apikale Zellmembranen und große intrazelluläre Muzinmassen sind ebenso präparationsbedingte Artefakte wie die bauchige Gestalt der oberen Zellanteile, die nach der Gewebeentnahme durch Wassereinstrom anschwellen, Artefakt:Becherzellenweil Membranpumpen ausgefallen sind.

Vorkommen

Becherzellen in Dünn- und Dickdarm sowie Atemwegen; mehrzellige endoepitheliale Drüsen: Nasenschleimhaut.

Klassifikation nach der Gestalt der Drüsenendstücke
Becherzelle:VorkommenDie sekretbildenden Anteile vielzelliger Drüsen bilden unterschiedliche Formationen, die Drüsenendstücke (Endkammern) heißen und in unterschiedlich ausgestaltete Drüsengänge übergehen, nur in wenigen Drüsen, z. B. den Magendrüsen, fehlen differenzierte Gangabschnitte. Die Endstücke bilden das Sekret, die Gänge leiten das Sekret ab und können es noch modifizieren (z. B. Elektrolyte entziehen). In geringem Maße können die Gänge auch sekretorisch tätig sein (s. a. Kap. 10, Kap. 15).
Folgende Formen der Endstücke werden unterschieden (Abb. 3.1.21Drüse:Endstücke):
Mitunter kommen Mischformen vor, z. B. tubuloalveoläre Endstücke. Die Endstücke bestehen ganz überwiegend aus einem einschichtigen Drüsenepithel (monoptyche Endstücke). Selten, wie in den Talgdrüsen des Menschen, kann das Drüsenepithel vielschichtig sein (polyptyche Endstücke). Verbreitet treten basal im Epithel der Endstücke glatte Myoepithelzellen auf, die oft vielfältig verzweigt sind (Korbzellen).
Klassifikation nach der Struktur der Drüsengänge
Drüsen, deren Endstücke die Oberfläche unmittelbar (also ohne Gang, z. B. Kolonkrypten) oder mit einem unverzweigten Gang (z. B. Schweißdrüsen) erreichen, nennt man einfache Drüsen (= exoepitheliale Einzeldrüsen). Solche einfachen Drüsen sind beim Menschen meistens tubulöse Drüsen, d. h., ihr Endstück ist tubulös (Abb. 3.1.21d, Abb. 3.1.24). Wenn mehrere Drüsenendstücke in einen einfachen Ausführungsgang münden, spricht man von verästelten bzw. verzweigten DrüsenDrüse:Gänge. Hierzu zählen z. B. die Brunner-Drüsen in der Ausführungsgang:Drüsenzelle\bSubmukosa des Zwölffingerdarms (Abb. 3.1.33); man rechnet ihnen aber oft auch die Magendrüsen (Abb. 3.1.25) und die Endometriumsdrüsen zu, obwohl diese keinen eigenen Gang besitzen. Eine zusammengesetzte Drüse besitzt ein mehrfach aufgeteiltes Gangsystem (Abb. 3.1.21h).
Klassifikation nach dem Sekretionsmodus
Nach dem Mechanismus der Sekretabgabe (Abb. 3.1.26) werden Drüsen bzw. Drüsenzellen unterschieden in:
  • merokrine Drüsen(zellen)

  • ekkrine Drüsen(Drüse:Sekretionsmoduszellen)

  • apokrine Drüsen(zellen)

  • Sekretion:Drüseholokrine Drüsen(zellen)

Merokrine DrüsenzellenIn merokrinen Drüsenzellen wird das Sekret im Golgi-Apparat in membranbegrenzte Granula (Sekretionsgranula) verpackt (Drüsenzelle:merokrine Abb. 3.1.27) und mittels Exozytose nach außen abgegeben. Bei der Exozytose verschmelzen die Membran des Granulums und die Zellmembran. Dabei öffnet sich das Granulum und der Inhalt tritt in das Drüsenlumen über. Die Signalsequenz des sekretorischen Peptids führt zu seiner Verpackung in Granula, Kalziumanstieg führt zu „Andocken“ und Verschmelzung der Membranen des Granulums und der Zelle. Als Folge der Fusion öffnet sich das Granulum. Man unterscheidet eine konstitutive (= kontinuierliche) Sekretion, bei der ein Sekret kontinuierlich und ohne auslösendes Signal per Exozytose abgegeben wird, von einer regulierten Sekretion:konstitutiveSekretion, bei der das Sekret erst auf ein Exozytosesignal freigesetzt wird.

MERKE

Merokrin = per Exozytose. Merokrine Sekretion mittels Exozytose ist die häufigste Form der Sekretabgabe in exokrinen und endokrinen Drüsenzellen.

Ekkrine SekretionDer Begriff „ekkrin“Sekretion:regulierte bleibt oft etwas diffus. Meistens wird er nur in Zusammenhang mit den typischen Schweißdrüsen gebraucht, Sekretion:ekkrinederen Epithelzellen NaCl und Wasser durch die apikale Membran transportieren. Vergleichbare (nicht exozytotische) sekretorische Prozesse finden sich in vielen Epithelzellen.
Apokrine DrüsenzellenDie vor allem in funktioneller Hinsicht noch manche Rätsel aufgebenden apokrinen Drüsenzellen durchlaufen zyklische Drüsenzelle:apokrineVeränderungen der Zellgestalt. In einer Phase, die als sekretorisch besonders aktiv angesehen wird, bilden sie eine apikale (organellfreie) Vorwölbung (Abb. 3.1.28), in der sich bestimmte Stoffe, darunter Lipide und Proteine, ansammeln (Abb. 3.1.26). Diese Vorwölbung schnürt sich dann mithilfe kontraktiler Proteine ab und zerfällt im Drüsenlumen. Der abgeschnürte Zellapex wird auch Aposom genannt. Die derart abgegebenen Proteine besitzen keine Signalsequenz und werden nicht in Granula verpackt. Die Höhe der Aposom\bEpithelzellen wechselt je nach Phase des Sekretionsprozesses ganz erheblich. Eine Sonderform der apokrinen Sekretion bietet die Sekretion von Fettkugeln. Im Falle der Milchdrüse bleibt die Zellmembran um die apokrin abgeschnürte Milchfettkugel lange Zeit erhalten und wird erst im Dünndarm des Säuglings abgebaut (s. a. Kap. 15). Apokrine Drüsenzellen bilden immer eine Reihe verschiedener Sekrete, von denen ein erheblicher Teil exozytotisch abgegeben wird. Ihre Funktion steht in vielen Fällen unter dem Einfluss von Geschlechtshormonen. Die Beziehung von biologischen Duft- und Signalstoffen zu den apokrinen Drüsen ist noch unklar.

Vorkommen

Typische apokrine Drüsen sind die Duftdrüsen der Haut (z. B. in Achselhöhle, Gehörgang, Augenlidern, Brustwarzen, großen Schamlippen, Mons pubis und Analkanal). Sie stehen in Beziehung zu Haaren. In der Milchdrüse wird das Fett, oft zusammen mit geringen Zytoplasmaanteilen, apokrin abgegeben. Apokrine Sekretion zeigen auch die Drüsen des männlichen Genitaltrakts (Prostata und Samenblase).

ExosomenInDrüse:apokrine einzelnen Zellen wurde die Abgabe kleiner Vesikel (Durchmesser 50–60 nm), sog. Exosomen, beschrieben. Diese kleinen Vesikel Exosom\bentstehen in großen Vesikeln, die den multivesikulären Körpern (Kap. 2.4.6) ähneln. Möglicherweise repräsentieren Exosomen eine eigene Form der Sekretion.
Holokrine DrüsenzellenDie großen, oft birnenförmigen und in Gruppen vorkommenden Endstücke der holokrinen Drüsen (beim Menschen nur die Talgdrüsen) Drüsenzelle:holokrinebesitzen kein freies Lumen, sondern sind völlig mit unterschiedlich differenzierten Drüsenzellen ausgefüllt. Apikal werden ganze, mit Sekret gefüllte Zellen aus dem Verband des Drüsenepithels ausgestoßen und gehen danach zugrunde. Das Sekret besteht im Wesentlichen aus komplexen Lipiden, die intrazellulär in Tröpfchenform abgelagert werden. Teilungsbereite Zellen findet man nicht nur basal (hier alle Zellen), sondern weitverbreitet auch in den mittleren Schichten des Drüsenepithels. Von der Epithelbasis bis zum Zentrum der Drüse lassen sich 2 deutliche Veränderungen erkennen:
  • stetige Zunahme der Lipidtropfen

  • typische Veränderungen des Kerns: Basal ist der Kern oval mit grobem Chromatinmuster. In der nächsthöheren Schicht ist er kugelig und hell und in den oberen (apikalen) Zellschichten wird er zunehmend dichter, schrumpft und zerfällt in Einzelstücke. Der Vorgang der Schrumpfung und Verdichtung des Kerns wird als Pyknose (eine Form der Apoptose) bezeichnet und kennzeichnet absterbende Zellen (Abb. 2.91).

Vorkommen

Holokrine Drüsen sind die vielgestaltigen Talgdrüsen der Haut. Sie stehen zumeist mit Haaren in Beziehung (Haarbalgdrüsen, Abb. 3.1.29), können aber auch ohne Beziehung zu einem Haar vorkommen (z. B. Augenlid, Schleimhautseite der Lippen, Nasenflügel, kleine Schamlippen, Anus, z. T. Vorhaut des Penis).

Klassifikation nach der chemischen Beschaffenheit des Sekrets
Diese PyknoseDrüse:holokrineKlassifikation zielt auf die chemische Beschaffenheit des Sekrets (Tab. 3.1.4) und beschränkt sich auf die Unterteilung:
  • serös

  • mukös

Seröse DrüsenzellenIn serösen Drüsenzellen werden Proteine, oft Drüse:SekretbeschaffenheitEnzyme, gebildet, das Sekret ist wasserreich. Die Zellen besitzen einen rundenDrüsenzelle:seröse\b, euchromatinreichen Kern, der meist im unteren Drittel der Zelle liegt. Des Weiteren zeichnen die serösen Drüsenzellen ein basophiles, RER-reiches, basales Zytoplasma (Abb. 3.1.30a), ein großer supranukleärer Golgi-Apparat und membranbegrenzte Granula im apikalen Zellpol (Abb. 3.1.30b) aus. In einem Endstück aus serösen Drüsenzellen wird parazellulär (im Interzellulärraum zwischen den Zellen) oft auch Natrium in das Lumen des Endstücks transportiert; dem Natrium folgt dann osmotisch Wasser. Seröse Drüsenendstücke besitzen oft basal Myoepithelzellen (fehlen im exokrinen Pankreas). Sekretkapillaren sind feine Kanälchenbildungen der serösen Drüsenzellen. Es sind im Prinzip zarte, z. T. verästelte Einstülpungen der Zellmembran, die dem Abstrom des Sekrets dienen.

Vorkommen

Seröse Drüsen sind Pankreas und Parotis, Spüldrüsen der Zunge und des olfaktorischen Epithels, auch die Tränendrüse wird hierzu gezählt.

Muköse DrüsenzellenIn mukösen Drüsenzellen werden vor allem Muzine gebildet, die wichtigsten Komponenten von Schleimen. Schleime sind zähflüssige, meistens Drüsenzelle:muköse\bklebrige, unterschiedlich dicke Auflagerungen auf Schleimhäuten, die verschiedene chemische Komponenten (SchleimSchleimstoffe) enthalten, an deren Bildung unterschiedliche Zellen beteiligt sind und die verschiedene Funktionen haben. Sie erhöhen z. B. die Gleitfähigkeit der Nahrung beim Schlucken, unterstützen die Abwehr und schützen auf unterschiedliche Weise Epitheloberflächen. Hauptbestandteile sind die molekular unterschiedlichen Muzine, von denen manche gelbildend sind, sich vernetzen, viel Wasser binden und aufquellen. Muzine sind Glykoproteine: Das zentrale, fädige ProteinMuzine trägt bis zu 200 Zuckerketten, in denen Sialinsäuremoleküle und oft auch sulfatierte Zucker vorkommen, sodass das Gesamtmolekül viele negative elektrische Ladungen trägt. Es wurden über 10 verschiedene spezifische Muzine (Abkürzung MUC) beschrieben. Im Magenschleim kommen z. B. MUC 5AC und MUC 6 vor. Manche Muzine sind membranständig und somit Teil der Glykokalyx. Die einzelnen Drüsenzellen besitzen einen basalen, relativ dunklen, oft abgeflachten Kern und basales RER sowie einen supranukleären Golgi-Apparat. Der größte Teil des Zytoplasmas ist mit dicht gelagerten Schleimgranula ausgefüllt. Die Schleime sind im H. E.-Präparat blassblau oder ungefärbt (Abb. 3.1.19, Abb. 3.1.31). Mit der PAS-Reaktion färben sie sich violettrot an (Abb. 3.1.20). Die Anfärbbarkeit der Muzine mit kationischen Farbstoffen (z. B. Alzianblau) beruht auf endständigen Sialinsäuremolekülen oder Sulfatresten. Auch in mukösen Endstücken kommen Myoepithelzellen vor.
Gemischte DrüsenIn gemischten Drüsen kommen sowohl muköse als auch seröse Drüsenzellen vor. Die mukösen Anteile sind tubulös. Die serösen Anteile sitzen den Drüse:gemischtemukösen Tubuli außen kappen- bzw. halbmondartig an (v.-Ebner- bzw. Gianuzzi-Halbmonde) oder liegen in Form von typischen serösen Azini vor Von-Ebner-Halbmond\b(Abb. 3.1.32). In seromukösen Drüsen überwiegen die Gianuzzi-Halbmond\bserösen Anteile (z. B. Gl. mandibularis und Bronchialdrüsen), in mukoserösen Drüsen überwiegen die mukösen Anteile (z. B. Gl. sublingualis).

Vorkommen

Muköse Drüsen sind die kleinen tubulösen Zungendrüsen und die oralen Gaumendrüsen. Ihnen werden u. a. auch die Brunner-Drüsen (Abb. 3.1.33), die Ösophagusdrüsen, die Drüsen von Kardia und Pylorus des Magens und die Bulbourethraldrüsen zugezählt. Die meisten Drüsen der Mundhöhle und alle Drüsen der Atemwege sind gemischt.

Sinnesepithelien

In Epithelien können Sinneszellen vorkommen. Sind in Drüse:muköseeinem Epithel Sinneszellen das bestimmende Zellelement, spricht man von Sinnesepithelien. Aber auch andere Epithelien, wie das respiratorische Epithel der Atemwege oder das Darmepithel, enthalten einzelne Zellen mit spezifischer Sinnesfunktion.

Vorkommen

Riechschleimhaut (Kap. 17.4.1), Retina (Kap. 17.2.3), Corti-Organ des Innenohrs (Kap. 17.1.3) oder Geschmacksepithelien der Zunge (Kap. 17.3.1).

Bindegewebe

U. Welsch

Zur Orientierung

BindegewebeIm Bindegewebe bilden die Zellen keine Gewebe:Bindegewebegeschlossenen Verbände wie im Epithel, sondern sind durch die extrazelluläre Substanz mehr oder weniger weit voneinander getrennt. Die extrazelluläre Substanz wird auch Matrix (Bindegewebsmatrix) genannt. Sie füllt den Raum zwischen den Zellen, kann unterschiedlich zusammengesetzt sein und bestimmt die Funktion und Eigenschaften der Bindegewebe. Die Matrix wird von den ortsständigen Bindegewebszellen, v. a. den Fibroblasten und verwandten Zellen, produziert. Die wichtigsten extrazellulären Substanzen sind verschiedene Fasertypen, v. a. Kollagen- und elastische Fasern, die eine Gerüstfunktion haben, und Proteoglykane, die Wasser binden und somit Diffusionsräume schaffen. Bindegewebe, bei denen die Stütz- und Skelettfunktion ganz im Vordergrund steht, sind Knorpel- und Knochengewebe. Im Knochengewebe verkalkt die Extrazellulärsubstanz.

Sog. mobile (freie) Zellen des Bindegewebes besiedeln in wechselnder Zahl das Bindegewebe und haben verschiedene Funktionen, insbesondere bei der Abwehr von Krankheitserregern. Zu ihnen zählen z. B. Mastzellen, Makrophagen und Lymphozyten. Im Bindegewebe spielt sich die Entzündungsreaktion ab. Bindegewebe bildet das Stroma der Organe.

Die vielfältigen Erscheinungsformen der Epithelgewebe:SinnesepithelienGewebetypen, die heute insgesamt als Bindegewebe zusammengefasst werden, und eine unterschiedlich gehandhabte Nomenklatur erschweren das Verständnis für Struktur und Funktion des Bindegewebes. Es besteht auch keine einheitliche Auffassung darüber, welche Gewebeformen dem Bindegewebe zuzurechnen sind (Abb. 3.2.1). Manche Autoren z. B. zählen aus entwicklungsgeschichtlichen und zellbiologischen Gründen die gesamte Muskulatur hinzu, manche nur die glatte Muskulatur. Zum Teil werden Fettgewebe und Blut als eigene Grundgewebe geführt. Es hat sich in der Medizin als praktikabel erwiesen, folgende Gewebetypen zum Bindegewebe zu zählen:

Bindegewebsentwicklung, Mesenchym

Die verschiedenen Bindegewebsformen und auch die Muskulatur entwickeln sich aus dem sog. Mesenchym, das oft auch embryonales Bindegewebe genannt wird. Bindegewebe:EntwicklungDieses zarte, zell- und Mesenchymmatrixreiche Mesenchym:BindegewebsentwicklungGewebe (Abb. 3.2.2) ist ein morphologisch kaum differenziertes embryonales Bindegewebe:embryonalesGewebe, das überwiegend mesodermalen Ursprungs ist, aber zu beträchtlichem Anteil auch aus der Neuralleiste stammt. Interessant ist, dass die ganz frühen mesodermalen Strukturen, aus denen das Mesenchym hervorgeht, primär epithelial organisiert sind, das trifft z. B. weitgehend für die Somiten (Ursegmente der Embryonalentwicklung) zu.
MesenchymzellenDie Zellen des Mesenchyms sind fortsatzreiche, bewegliche und teilungsfreudige ursprüngliche Fibroblasten. Sie sind über Nexus und kleine, der Mesenchym:Zellenmechanischen Verbindung dienende Zellkontakte verbunden und liegen mehr oder weniger dicht zusammen. Besonders dichte Ansammlungen von Mesenchymzellen heißen Blasteme.
ExtrazellulärsubstanzDie umfangreiche Extrazellulärsubstanz ist viskös und hyaluronsäurereich. Sie enthält wenige dünne BlastemKollagenfibrillen.
DifferenzierungDie mesenchymalen Zellen sind im Wesentlichen multipotente Stammzellen und Vorläuferzellen. Aus ihnen entwickeln sich die typischen Fibroblasten, Stammzelle:multipotenteChondrozyten, Osteoblasten, Stromazellen des Knochenmarks, Fibroblasten der lymphatischen Gewebe, Fettzellen, glatte-, Skelett- und Herzmuskelzellen. Die mesenchymalen Stammzellen werden von verschiedenen Signalproteinen, z. B. TGFβ, beeinflusst, die sie in eine bestimmte Differenzierungsrichtung dirigieren. Aus denStammzelle:mesenchymale Blastemen entwickeln sich Organe oder Organteile.

MERKE

Mesenchym ist nicht oder kaum ausdifferenziertes embryonales Gewebe und besteht aus mehr oder weniger dicht gelagerten fortsatzreichen Fibroblasten, die in eine umfangreiche visköse und hyaluronsäurereiche Extrazellulärsubstanz mit wenigen dünnen Kollagenfibrillen eingebettet sind.

Grundzüge des Bindegewebsaufbaus

Bindegewebe ist dadurch gekennzeichnet, dass seine mehr oder weniger locker verteilten Zellen (Kap. 3.2.3) in eine umfangreiche extrazelluläre Matrix (extrazelluläre Substanz oder Interzellulärsubstanz,Bindegewebe:Aufbau Kap. 3.2.4) Matrix:BindegewebeBindegewebe:Matrixeingebettet sind. Die Matrix ist aus spezifischen Makromolekülen zusammengesetzt (Tab. 3.2.1), und es ist diese extrazelluläre Matrix, die Struktur und Funktion der jeweiligen Bindegewebstypen spezifisch charakterisiert. In der klinischen Literatur kann die extrazelluläre Substanz mit dem Begriff „Bindegewebe“ gleichgesetzt werden. Bindegewebe umhüllt epitheliale Organstrukturen und bildet Septen und Kapseln. Zusammen mit Blut- und Lymphgefäßen sowie Nerven baut es das Stroma der Organe auf. Es bildet formgebende Stützstrukturen und schafft aufgrund seines Bindegewebe:StromaWassergehalts Diffusionsräume vor allem für Sauerstoff, Nährstoffe, StromaCO2 und auch Endprodukte des Stoffwechsels. In ihm spielen sich viele Krankheitsprozesse ab, z. B. die Entzündungsreaktion.

Bindegewebszellen

Die Bindegewebszellen werden unterschieden in:
  • ortsständige (fixe) Zellen

  • mobile (freie) Zellen

Ortsständige Zellen
Zu den Bindegewebe:Zellenortsständigen Zellen Bindegewebszellegehören:
  • Fibroblasten und verwandte Zellen wie Chondroblasten und Osteoblasten Bindegewebe:Zellensowie

  • Fettzellen

Fibroblasten
FibroblastenDie Fibroblasten sind langlebige Zellen, die die extrazelluläre Substanz (Matrix) bilden und deren Menge und Zusammensetzung kontrollieren. Mitunter werden nur besonders aktive Zellen Fibroblasten genannt und eher ruhende Zellen als Fibrozyten bezeichnet. Auch im Bindegewebe des Erwachsenen kommen neben typischen Fibroblasten noch Mesenchymzellen mitFibroblast Stammzellcharakter vor, die sich aber Fibrozytmorphologisch nicht sicher von den „reifen“ Fibroblasten unterscheiden lassen.
CharakteristikaDie Gestalt der Fibroblasten variiert und hängt z. T. von der Architektur der Matrix ab. Oft liegen sie parallel zu Kollagenfasern und sind spindelförmige Zellen mit langen, schlanken, meist verzweigten Fortsätzen (Abb. 3.2.3), über die sie vermutlich zumindest funktionell in Beziehung stehen können. Ihre unterschiedliche Gestalt in verschiedenen Organen geht vermutlich auf spezielle organspezifische Aufgaben zurück: In Sehnen und im Stroma der Kornea sind sie meistens stark abgeflacht, im lockeren Bindegewebe in allen Richtungen des Raums ziemlich stark verzweigt (Abb. 3.2.4). Diese Verzweigungen sind veränderlich. Der Zellkern der Fibroblasten ist meistens länglich (Abb. 3.2.5) und relativ Zellkern:Fibroblastheterochromatinreich (dunkel). Zellorganellen sind in aktiven Zellen reich Fibroblasten:Zellkernentwickelt (z. B. viel RER in Zellen, die viel Kollagen, Elastin, Fibrillin oder Proteoglykane bilden), in eher ruhenden Zellen dagegen nur mäßig. Vom Golgi-Apparat wandern Vesikel zur Zelloberfläche (Sekretion der Matrixkomponenten). Das Zytoskelett ist hoch differenziert. Aktin und Zytoskelett:Fibroblastassoziierte Proteine sind in der Zellperipherie konzentriert, Myosin II ist ebenfalls nachgewiesen. Diese Proteine Aktin:Fibroblastermöglichen den Fibroblasten, sich mit einer Geschwindigkeit von 1 μm/min fortzubewegen. Sie sind Myosin:Fibroblastüber ihre membranständigen Integrine mit Matrixkomponenten wie dem Fibronektin verbunden. Diese Verbindung ist relativ schwach; sie entsteht leicht und kann sich auch wieder leicht lösen. Die Fibroblasten können mithilfe ihrer Zytoskelettelemente, speziell des Aktins, die Ausrichtung von Matrixkomponenten, z. B. der Kollagenfibrillen oder fibrillärer Fibronektinaggregate, beeinflussen.

Klinik

Pathologische Überaktivität von Fibroblasten, z. B. im Rahmen chronischer entzündlicher Prozesse, führt zu Kollagenvermehrung (Fibrose, Sklerose) und damit zu Funktionseinbußen von Geweben und Organen.

Fettzellen
Fettzellen sind auf Synthese und Speicherung von Fetten spezialisierte Zellen. Sie sind mit Fibroblasten verwandt und besitzen einen eigenen (reversiblen) Differenzierungsweg (Kap. 3.2.12).
Mobile (freie) Zellen
Zu den mobilen Zellen gehören:
  • Makrophagen

  • eosinophile Granulozyten

  • FettzelleLymphozyten

  • Plasmazellen

  • Mastzellen

  • Melanozyten

Die Menge anZelle:mobile freien Bindegewebszellen wechselt von Organ zu Organ und auch innerhalb eines Organs erheblich. Während verschiedener Funktionsphasen eines Organs können sich Menge und prozentuale Zusammensetzung der freien Zellen erheblich voneinander unterscheiden. Neben den typischen mobilen Zellen können bei Krankheiten oder lokalen Prozessen zusätzliche mobile Zellen auftreten.
Makrophagen
PhagozytoseDer Name Makrophagen bezieht sich auf eine besonders auffällige Eigenschaft dieser Zellen, Makrophagen:Bindegewebenämlich ihre Fähigkeit, phagozytieren zu können, womit vor allemPhagozytose:Makrophagen die Fähigkeit beschrieben wird, größere Partikel, antikörperbedeckte Bakterien und auch Zellen oder Zellfragmente aufnehmen zu können. Sie sind also „große Fresszellen“ oder „Zellen, die große Partikel fressen können“. Die Phagozytoseleistung kann enorm sein: Milzmakrophagen und die Kupffer-Zellen der Leber phagozytieren täglich 1011 gealtertete Erythrozyten. Sie kommen auch im gesunden Körper überall vor. Sie Kupffer-Zellesind recht groß und messen bei variabler Gestalt oft ca. 20 μm im Durchmesser, sie sind Erythrozyt:Makrophagenwanderfreudig, was ihnen mithilfe beweglicher Zellfortsätze (Filopodien und Pseudopodien) möglich wird.
Der Phagozytoseprozess erfolgt unter Beteiligung beweglicher, z. T. langer Zellfortsätze oder lamellenartiger undulierender Membranen (Lamellipodien), die die Partikel umfließen und an der Bildung einer intrazellulären Vakuole (Phagosom, Kap. 2.1.3) beteiligt sind. Diese Vakuole verschmilzt mit Endo- oder Lysosomen zu einem Phagolysosom, in dem die aufgenommenen Partikel oder z. B. abgestorbene Zellreste abgebaut werden, wie sie bei der Apoptose anfallen.
FunktionenMakrophagen gehören zu denPhagolysosom vielseitigsten Zellen des Körpers und erfüllen zahlreiche verschiedene Funktionen, z. B. bei:
  • Entwicklung, z. B. Aufbau oder Umbau derMakrophagen:Funktionen Gewebearchitektur („tissue patterning“ und „tissue branching“): Beispielsweise werden in der Mamma beim Wachstum der Gänge Makrophagen rekrutiert, die die extrazelluläre Matrix ummodellieren können. Außerdem regulieren sie die Angiogenese und die Homöostase der Hämatopoiese.

  • Aufrechterhaltung des normalen physiologischen Gleichgewichts in den Organen des Körpers (Gewebehomöostase): Makrophagen agieren wie Wachposten („sentinels“) an strategisch wichtigen Stellen und reagieren auf Veränderungen im Gewebe, z. B. auf Apoptoseprozesse.

  • Wundheilung.

  • Mitarbeit im Immunsystem beim extrem komplexen Zusammenspiel der Zellen (Kap. 6.1).

  • Stoffwechselhomöostase: Im Stoffwechsel des weißen Fettgewebes unterstützen sie die Funktionen der Fettzellen. Chronisch vermehrte Nahrungsaufnahme setzt Stoffwechsel:Makrophagendie Fettzellen unter metabolischen Stress. Entzündungsmonozyten wandern ein und differenzieren sich zu Makrophagen, die abgestorbene Fettzellen phagozytieren, wobei sie sich mit Fetttröpfchen beladen. Diese Makrophagen bewirken Insulinresistenz in den lebenden Fettzellen. Im braunen Fett unterstützen sie die Thermogenese, indem sie Noradrenalin freisetzen.

SubtypenMakrophagen sind also durch große funktionelle Vielfalt gekennzeichnet, die auch zur Gliederung in verschiedene Subtypen (z. B. Entzündungsmakrophagen, Makrophagen:SubtypenMikrogliazellen, Kupffer-Zellen, Osteoklasten und Alveolarmakrophagen) geführt hat (s. u.). Welche Mechanismen und welche Differenzierungswege zur Entstehung dieser Subtypen führen, ist jedoch bisher noch wenig bekannt. Beim Menschen wird meistens vermutet, dass alle Makrophagen letztlich auf Blutmonozyten zurückgehen, aber bei der Maus hat sich gezeigt, dass das nicht in allen Fällen zutrifft, weil sie dort wahrscheinlich z. T. aus anderen embryonalen Geweben hervorgehen, vor allem aus Dottersack und fetaler Leber. Ein Teil der menschlichen Makrophagen, z. B. die Mikrogliazellen, sind wahrscheinlich in der Lage, sich selbst zu teilen und zu vermehren, und können so ihren Bestand selbst regulieren.
CharakteristikaMakrophagen sind relativ blasse, leicht eosinophile Zellen, die im H. E.-Routinepräparat nicht leicht zu erkennen sind, man weist sie daher heute mithilfe Makrophagen:Morphologieimmunhistochemischer Marker nach, z. B. mit CD68 bei Alveolarmakrophagen (Abb. 3.2.6) oder mit antikörperbindenden Fc-Rezeptoren oder Rezeptoren für die C3-Komponente des Komplements. Ihr Kern ist recht groß, hell und oft unregelmäßig gestaltet, der Nukleolus ist gut zu erkennen. Sie sind lysosomenreich, was mit ihrer Phagozytosetätigkeit korreliert ist, nicht selten sind auch im Lichtmikroskop Einschlüsse, Nukleolus:MakrophagenKohlestaubpartikel (Abb. 3.2.6), phagozytierte Zellkerne oder Kernreste, Erythrozytenreste u. Ä. zu erkennen. Im Elektronenmikroskop zeigt sich, dass ihr Organellenbestand generell gut entwickelt ist, auch Endozytosevesikel verschiedener Art sind zahlreich (Abb. 3.2.7).
Sie produzieren eine große Zahl an unterschiedlichen Proteinen, Zytokinen, reaktiven Stick- und Sauerstoffmetaboliten u. v. a. Wichtig ist auch die Fähigkeit zumindest einer Reihe von Makrophagen, Antigene prozessieren und präsentieren zu können, was sie auch zu antigenpräsentierenden Zellen macht.

Klinik

Makrophagen spielen eine wichtige Rolle im Rahmen jeder Entzündung. Bei bestimmten Krankheiten können Makrophagen dicht gelagerte Verbände bilden („Epitheloidzellen“). Um einen Fremdkörper können mehrere Makrophagen zu mehrkernigen Synzytien verschmelzen („Fremdkörperriesenzellen“). Bei einigen chronisch entzündlichen Krankheiten, z. B. bei Fibrosen (s. o.), Atherosklerose oder Fettsucht tragen sie ursächlich zum Krankheitsbild bei.

Mononukleäres Phagozytensystem (MPS)Die Entzündung:MakrophagenGesamtheit Epitheloidzelle, Makrophagenaller Makrophagen wird oft zu einem SystemFremdkörperriesenzelle phagozytierenderPhagozytensystem, mononukleäres Zellen zusammengefasst, das sich von Monozyten und deren Vorstufen MPS (mononukleäres Phagozytensystem)herleitet und in vielen Organen – oft an spezifischen Stellen – wichtige Funktionen im Rahmen von Abräumvorgängen und Abwehr erfüllt; dabei ist jedoch zu bedenken, dass viele Makrophagen eine wichtige Rolle bei der Gewebehömostase spielen und nicht nur als die ZellenAbwehr:mononukleäres Phagozytensystem zu sehen sind, die Pathogene phagozytieren und abgestorbenes Gewebe abräumen. Dieses Zellsystem wird als mononukleäres Phagozytensystem bezeichnet (früher: Makrophagensystem). Für die vielkernigen lysosomenreichen Chondro- und Osteoklasten, die in Knorpel und Knochen abbauende Funktionen wahrnehmen, ist eine relativ eigenständige Herkunft aus dem Knochenmark nachgewiesen, sie beteiligen sich auch nicht an der Phagozytose von Fremdstoffen bzw. Bakterien und Zelltrümmern. Folgende Zellen gehören dem MPS an:
  • Monozyten und ihre Vorstufen

  • ruhende und aktive Bindegewebsmakrophagen

  • Kupffer-Zellen der Lebersinusoide (v.-Kupffer-Sternzellen)

  • Alveolarmakrophagen der Lunge (Abb. 3.2.6, Abb. 3.2.7)

  • Makrophagen in Thymus, weißer Pulpa der Milz, Lymphknoten, Tonsillen und Knochenmark (Abb. 3.2.8)

  • Makrophagen in Schleimhäuten von Darm und Bronchien

  • Makrophagen der roten Pulpa der Milz (Abb. 2.68)

  • Makrophagen seröser Höhlen (Pleura- und Abdominalhöhle)

  • Makrophagen des ZNS (Mikroglia)

  • Makrophagen der Haut

  • Typ-A-Zellen (= M-Zellen) der Gelenkkapseln

  • im etwas weiteren Sinne auch Mikrogliazellen, Osteoklasten und Chondroklasten, die spezifische Abbauvorgänge körpereigenen Skelettmaterials ausführen; außerdem werden mitunter auch die dendritischen Zellen zum Kreis der Makrophagenverwandten gezählt

Eosinophile Granulozyten
Eosinophile Granulozyten (Kap. 4.2.1) sind normale Bestandteile des Bindegewebes. Sie sind relativ langlebig, und ihre Effektivität wird durch verschiedene chemotaktische Faktoren erhöht. Solche Faktoren werden u. a. von Endothelzellen, Makrophagen, Mastzellen, T-Lymphozyten und Thrombozyten gebildet. Biologisch scheint ihre Hauptfunktion primär in der Abwehr von Würmern (Schistosomen, Askariden, Trichinen u. Ä.) zu liegen. Zahlreiche weitere Funktionen sind bekannt (Kap. 4.2).

Vorkommen

Besonders häufig in der Schleimhaut der Atemwege und des Verdauungstrakts.

Lymphozyten
Die Lymphozyten sind regelmäßig und ubiquitär im Bindegewebe und speziell in den Granulozyt:eosinophiler\bSchleimhäuten der Atemwege und des Darmtrakts zu finden. Sie stehen im Dienst des Immunsystems und sind in Kap. 4.2.2 und Kap. 6Kap. 4.2.2Kap. 6 ausführlich dargestellt.
Plasmazellen
CharakteristikaPlasmazellen sind ovale Zellen mit exzentrisch gelagertem Kern, der ein typisches Chromatinmuster („Radspeichenkern“) besitzt, das Lymphozytdurch randständige, große Heterochromatinschollen und einen zentralen Nukleolus mit Plasmazelle\bassoziiertem Chromatin gekennzeichnet ist (Abb. 3.2.9). Der Radspeichenkerngroße Golgi-Apparat liegt neben dem Kern und ist im Lichtmikroskop als Aufhellung zu erkennen. Das umfangreiche basophile Zytoplasma ist mit dicht gelagerten RER-Zisternen ausgefüllt (Abb. 3.2.10).
FunktionPlasmazellen sind ausdifferenzierte B-Lymphozyten, die Immunglobuline (Ig, Antikörper, Tab. 3.2.2) produzieren. Die Immunglobuline repräsentieren den humoralen Plasmazelle:FunktionArm der Immunreaktionen (Kap. 6.1) und gehören verschiedenen Klassen an. Sie sind glykosylierte Proteine, die aus 2 leichten und 2 schweren Ketten bestehen (Kap. 6.2.1). Reife Plasmazellen sezernieren bis zu 2.000 Antikörper pro Sekunde. Die Lebensdauer der Plasmazellen ist unterschiedlich lang. Manche sterben nach mehreren Tagen, manche überleben im Knochenmark Monate oder Jahre, wobei sie ständig Antikörper abgeben.

Vorkommen

Darmschleimhaut, lymphatische Organe, Schleimhaut der Atemwege, auch im Stroma der laktierenden Milchdrüse, der Speicheldrüsen und der Tränendrüse.

Mastzellen
Mastzellen entstehen im Knochenmark und haben wohl mit den Granulozyten eine gemeinsame Vorläuferzelle. Es gibt einige zellbiologische und funktionelle Übereinstimmungen mit den basophilen Granulozyten. Sie finden sich als ausgereifte Zellen verbreitet in Haut und Schleimhäuten (Atemwege, Darm) und im tieferen Bindegewebe oft in der Nähe von Blutgefäßen. Ihr Weg aus dem Knochenmark über das Blut ins Gewebe und ihre Ausdifferenzierung bieten noch offene Fragen.
CharakteristikaMastzellen sind groß, oft oval oder abgerundet (Abb. 3.2.11), können aber auch lang gestreckt sein. MastzelleDer rundliche Kern besitzt ein feines Heterochromatinmuster. Im Mastzelle:MorphologieZytoplasma kommen die kennzeichnenden basophilen Granula vor (Abb. 3.2.12). Aufgrund ihres Gehalts anZytoplasma:Mastzelle Polyanionen wie Heparin lassen sie sich mit Alzianblau spezifisch anfärben. Mit Farbstoffen wie dem tiefblauen Toluidinblau färben sie sich metachromatisch, d. h. in diesem Fall purpurviolett.
Phänotypen und FunktionVermutlich gibt es beim Menschen verschiedene Phänotypen der Mastzellen. In der Schleimhaut (Mukosa) der Lunge, des Darms und der ableitenden Harnwege existieren Mastzellen („mukosale“ Mastzellen), die Tryptase bilden. Tryptase ist eine Protease mit verschiedenartigen Funktionen, z. B. ist sie auch am Umbau der Bindegewebsmatrix beteiligt. Dagegen produzieren die Mastzelle:mukosaleMastzellen in der Submukosa des Darms und der Atemwege, der Haut, der Lymphknoten und der Brustdrüse („Bindegewebs“-Mastzellen) nicht nur Tryptase, sondern vor allem die Proteasen Chymase und Carboxypeptidase A.
Die nur Tryptase bildenden Mastzellen besitzen in ihren Granula kennzeichnende kristalline Strukturen, die an aufgewickelte Schriftrollen („scrolls“) erinnern (Abb. 3.2.12b). Die Granula der Mastzellen mit mehreren Proteasen haben dagegen einen überwiegend feingranulären Inhalt und besitzen nur selten die Schriftrollenfiguren. Diesen Unterschieden entsprechen auch funktionelle Verschiedenheiten. Mastzellen enthalten viele weitere aktive Komponenten, z. B. das vasoaktive Histamin, Heparin, saure Hydrolasen, Lipidmediatoren wie Prostaglandine sowie Leukotriene und zahlreiche Zytokine. Viele dieser Substanzen sind Entzündungsmediatoren, die sehr schnell freigesetzt werden können und die bei der Immunantwort und bei Allergien vom Soforttyp von großer Bedeutung sind. Mastzellen sind die Effektorzellen bei allergischen Erkrankungen. Die vielen Mastzellmediatoren beeinflussen Leukozyten, Fibroblasten, Matrixproteine und die Mikrozirkulation. Unter normalen physiologischen Bedingungen sind Mastzellen u. a. an der Regulierung der Gefäßdurchlässigkeit und des Tonus der glatten Muskulatur des Bronchialbaums beteiligt. Heparin ist ein wichtiges Thromboseschutzmolekül.

Vorkommen

Knochenmark, Haut, Schleimhäute und Bindegewebe in der Nähe von Venolen.

Klinik

Mastzellen und IgE sind an allergischen Überempfindlichkeitsreaktionen beteiligt. Die IgE-Bildung (durch Plasmazellen) wird durch ein Antigen, das Allergen genannt wird, ausgelöst. Mastzellen haben an ihrer Oberfläche hochaffine IgE-Rezeptoren. Der erste Kontakt von IgE, das bei Allergikern oft deutlich erhöhte Werte aufweist, mit diesen Rezeptoren wird Sensibilisierung genannt. Diese Sensibilisierung bereitet die Zellen auf antigenspezifische Aktivierung vor. Die α-Kette des Rezeptors bindet das IgE, die Signaltransduktion übernehmen die β- und γ-Ketten des IgE-Rezeptors. Bei der Aktivierung – beim zweiten Kontakt mit dem Antigen – werden die gebundenen IgE vernetzt. Manche Substanzen aktivieren Mastzellen auch direkt. Die Aktivierung führt dazu, dass Kalziumionen einströmen und dann verschiedene Substanzen – Mediatoren – freigesetzt werden (teils durch Exozytose, teils durch andere Mechanismen). Die Freisetzung von Histamin und der verschiedenen Lipidmediatoren erhöht die Durchlässigkeit der Venolenwände, was u. a. zum Einstrom von Flüssigkeit und Plasmaproteinen ins Bindegewebe führt (Quaddeln); andere Faktoren führen zur Einwanderung von Leukozyten. Zysteinyl-Leukotriene, aber auch Histamin bewirken die Kontraktion der glatten Muskulatur der Atemwege (Asthma). Typische Symptome, die auf Mastzellen zurückzuführen sind, sind Hautjucken, Hautschwellung (Quaddeln), Hautrötung, Schwellung der Nasenschleimhaut und Abgabe wässrigen Nasensekrets, Spasmen und vermehrte Schleimsekretion der Atemwege.

Melanozyten
An einzelnen Stellen des Körpers, vor allem in Mastzelle:VorkommenderAntigen:Mastzellen Iris und Allergenin der Aderhaut des Auges, kommen im BindegewebeSensibilisierung Melanozyten vor. Es sind verzweigte Zellen, die in eigenen Organellen, den Melanosomen, das braune Pigment Melanin bilden (Kap. 2.4.10).

Extrazelluläre Matrix

Die extrazelluläre Matrix des Bindegewebes lässt sich in 2 funktionell eng verbundene Komponenten gliedern:
  • Grundsubstanz

  • Bindegewebsfasern

Grundsubstanz
Die Grundsubstanz ist ein in hohem MaßeMelanozytBindegewebe:Matrix hydratisiertes Gel, das vor allem einen Raum für den Matrix:Bindegewebe\bTransport von Gasen, Metaboliten, Nährstoffen und Abbauprodukten schafft. Aufgrund ihres hohen Wassergehalts erscheint sie in den lichtmikroskopischen Routinepräparaten hell und unstrukturiert („amorph“). Auf biochemischer Ebene besitzt die Grundsubstanz eine komplexe molekulare Struktur. Wichtige makromolekulare Komponenten sind Hyaluronan (Hyaluronsäure), Proteoglykane (Abb. 5.6d) und verschiedene Glykoproteine.
Hyaluronan (Hyaluronsäure)
Dies ist ein sehr großes, freies Glukosaminoglykanmolekül, das aus bis zuGrundsubstanz, Bindegewebe 25.000 identischen Disaccharideinheiten besteht, elektrisch Bindegewebe:Grundsubstanznegative Ladungen trägt, nicht sulfatiert ist und kein Core-Protein (Kern-Protein) besitzt. Nach Synthese wird es mithilfe spezieller Transportproteine durch die Zellmembran hindurchgefädelt und ist dann in variabler Menge Bestandteil der Matrix aller Gewebe und der Gelenkflüssigkeit. Hyaluronan kann im Knorpel mit Aggrecan riesige Komplexe bilden.
Proteoglykane
Die Proteoglykane werden wie das Hyaluronan von den Hyaluronan:Bindegewebe\bFibroblasten Bindegewebe:Hyaluronansynthetisiert und sezerniert. Sie bestehen aus einem Core-Protein und Hyaluronsäure:Bindegewebe\bvielen langen, mit diesem Protein verbundenen Seitenketten aus Glukosaminoglykanen (GAGs).
Glukosaminoglykane sind im Wesentlichen unverzweigte lange Ketten aus Disacchariden. Der Proteoglykane:Bindegewebe\beine ZuckerBindegewebe:Proteoglykane der Disaccharide ist ein Aminozucker, der meist sulfatiert ist. Der zweite Zucker ist Glukosaminoglykane:Proteoglykanemeist eine Uronsäure. Weil sie Sulfat- und Carboxylgruppen an ihren Zuckern tragen, sind sie in starkem Maße elektrisch negativ geladen, sie sind also Polyanionen, die große Mengen Wasser binden können. Typische Glukosaminoglykane der Proteoglykane sind: Chondroitinsulfat, Dermatansulfat (= Dermochondransulfat), Heparansulfat und Keratansulfat. In gut fixierten Präparaten sind diese molekularen Anteile mit Alzianblau nachweisbar. Weitverbreitete Proteoglykane sind Aggrecan, Decoran, Biglykan, Fibromodulin, Syndecan:
AggrecanAggrecan ist das Hauptproteoglykan des Knorpels. Die Seitenketten des Core-Proteins sind die stark negativ geladenen Glukosaminoglykane Knorpel:AggrecanChondroitinsulfat (ca. 100) und Keratansulfat (ca. 30Aggrecan). Aggrecan hat weit über 100 dieser Seitenketten. Glukosaminoglykane:AggrecanNach Sekretion durch die Chondroitinsulfat:KnorpelKnorpelzellen bindet ein Aggrecan-Monomer an 2 Verbindungsproteine („linker proteins“). Etwa 100 Keratansulfat, Knorpelsolcher Komplexe verbinden sich dann nichtkovalent mit einem langen Hyaluronanmolekül. Dieses Aggregat bindet Wasser und kleine Ionen und schafft damit einen Quelldruck und Elastizität im Knorpel.
Decoran, Biglykan, FibromodulinDecoran, Biglykan und Fibromodulin sind kleinere Proteoglykane. Sie verbinden sich mit BiglykanKollagenfibrillen (Typ I, II oder III) und spielen Decoranwahrscheinlich eine Rolle bei der räumlichen Ausrichtung derFibromodulin Kollagenfibrillen. Decoran verbindet benachbarte Kollagenfibrillen, indem es alle 60 bis 65 nm Brückenstrukturen zwischen den Fibrillen bildet, die nicht nur mechanischen Zug- und Druckbelastungen standhalten, sondern auf molekularer Ebene auch elastische Eigenschaften haben. Biglykan kommt auch perizellulär vor und kann Wachstumssignale übertragen.
SyndecanSyndecan ist Komponente der Zellmembranen, bindet u. a. Wachstumsfaktoren und hat eine Funktion bei der Signaltransduktion und der Wanderung von SyndecanZellen entlang den Kollagenfibrillen. Es beeinflusst auch die Zelldifferenzierung.
PerlecanPerlecan ist Teil Wachstumsfaktor:Syndecanvon Basallaminae.
VersicanVersican ist weitverbreitet in der Matrix verschiedener Bindegewebe. Es bindet an Kollagenfibrillen und PerlecanHyaluronan.
Glykoproteine
Wichtige Glykoproteine der Grundsubstanz sind z. B. NidogenVersican, Laminin und Fibronektin und im Knochen besonders Osteonektin, Osteokalzin, Osteopontin u. a. Die Verbindung solcher Proteine zur Zelle stellen oft Integrine her, die Membranproteine mit Rezeptorfunktion sind.
FibronektinFibronektin ist ein dimeres Protein, dessen 2 identische Einzelkomponenten durch Glykoprotein:BindegewebeBindegewebe:GlykoproteineDisulfidbrücken verbunden sind. Fibronektin:Bindegewebe\bFibronektin kommt in 2 Formen vor:
  • Plasmafibronektin wird in der Bindegewebe:FibronektinLeber gebildet und findet sich im Blut gelöst. Es ist u. a. an Blutgerinnung und Wundheilung beteiligt.

  • Fibrilläres Fibronektin wird von Fibroblasten gebildet. Mehrere PlasmafibronektinMoleküle sind an Zelloberflächen oder in der Matrix zu feinen fibrillären Strukturen verbunden. Es hat spezielle Bindungsorte für vieleFibronektin:fibrilläres Matrixkomponenten (z. B. Kollagen, Fibrin, Proteoglykane und Heparin) sowie für die Integrine der Zellmembran. Fibronektin spielt eine wichtige Rolle bei der Führung von wandernden Zellen in der Embryonalzeit.

Nidogen, LamininNidogen und Laminin sind typische Glykoproteine der Basallamina.
Glykoproteine des KnochensOsteonektin, Osteokalzin und Osteopontin sindNidogen Komponenten der nicht Lamininkollagenen Knochen:GlykoproteinKnochenmatrix, Glykoprotein:Knochendie Osteonektin:Knochengrundsubstanzvermutlich z. T. Osteokalzin:Knochengrundsubstanzeine Rolle bei der Mineralisierung und bei der Bindung der mineralischen Phase an die MatrixOsteopontin:Knochengrundsubstanz spielen. Osteonektin ähnelt Fibronektin und ist über Integrine mit den Knochenzellen verbunden.
Bindegewebsfasern
Die Bindegewebsfasern sind die strukturgebenden Elemente des Bindegewebes (Tab. 3.2.3). Die 2 wesentlichen Fasertypen des Bindegewebes sind:
  • Kollagenfasern inkl. retikulärer Fasern

  • elastische Fasern

Kollagenfasern
Kollagenfasern sind flexibel, zugfest und kaum dehnbar, sodass sie ein Bindegewebe:Fasernideales Material für Bänder, Faszien, Sehnen, Organkapseln, Sklera, Lederhaut (Dermis) und das Stroma der Organe sind. Sie sind außerdem wichtige Bestandteile von Knochen, Dentin und Knorpel.
Mikroskopisches Bild
LichtmikroskopieIm lichtmikroskopischen Präparat sind Kollagenfasern 1–Kollagen:Bindegewebe10 μm (selten bis caBindegewebe:Kollagenfasern. 20 μm) dick und verlaufen leicht gewellt (Abb. 3.2.13, Abb. 3.2.14). Die Faseranordnung ist Lichtmikroskopie:Kollagenfasernder Form und Funktion der jeweiligen Organe oder Strukturen, in denen sie vorkommen, angepasst. In Sehnen verlaufen sie z. B. leicht gewellt und parallel, in der Sklera und Kornea bilden sie Schichten, in denen ihre Ausrichtung um ca. 90° wechselt, in Faszien bilden sie Scherengitter. Die Kollagenfasern färben sich je nach Färbemethode unterschiedlich an (s. a. Tab. 1.3): rot mit H. E., blau mit Azan, blau mit Masson-Trichrom, türkisgrün mit Goldner und rot mit van Gieson.
ElektronenmikroskopieIm Elektronenmikroskop zeigt sich, dass die Kollagenfasern aus zahlreichen, meistens 50–90 nm (Typ-I-Fasern) oder 20–40 nm (Typ-III-Fasern) dicken, quergestreiften Elektronenmikroskopie:KollagenfasernKollagenfibrillen bestehen. Das Muster der Querstreifung wiederholt sich alle 67 nm (D-Periode, Abb. 3.2.14) und beruht auf der Art der Zusammenlagerung der Kollagenmoleküle. Die Fibrillen bestehen aus modularen repetitiven Baueinheiten. Das Gleiche trifft für das Decoran zu, das die Fibrillen in regelmäßigem Muster verbindet. Gemeinsam bilden diese repetitiven Baueinheiten Form-Module (engl. „shape modules“).
Kollagen Kollagenfibrille
Kollagenfibrillen bestehen aus Kollagenmolekülen, die von Fibroblasten produziert werden und sich im extrazellulären Raum in einem Polymerisationsprozess („self-assembly process“) zu Fibrillen (Abb. 3.2.14) oder, wie im Falle des Kollagens Typ IV, zu einem zweidimensionalen feinfilamentösen Netz zusammenlagern.
KollagenKollagen ist das quantitativ wichtigste Protein des Körpers (ca. 25 % der Gesamtproteinmasse). Beim Kochen bildet es Kollagen:Fibrilleneine klebrige Masse, die als Leim verwendet werden kann (gr. kolla, der Leim).Kollagen:Aufbau Kollagen bildet eine Familie nah verwandter, aber genetisch eigenständiger Proteine. Alle Kollagene bestehen aus Kollagenmolekülen, die sich aus 3 jeweils helikalen α-Polypeptid-Ketten aufbauen. Eine α-Kette besteht aus jeweils ca. 1.000 Aminosäuren, von denen jede dritte Glyzin ist und in denen Prolin und Hydroxyprolin oft vorkommen. Die 3 α-Ketten bilden – durch Wasserstoffbindungen zusammengehalten – eine Super-Tripelhelix.

Klinik

Die Hydroxylierung von Prolin erfordert Askorbinsäure (Vitamin C). Bei Vitamin-C-Mangel (z. B. Skorbut) ist daher die Hydroxylierung von Prolin gestört und die Kollagensynthese eingeschränkt. In der Folge heilen Wunden schlecht, es kommt zu Blutungen der Mundschleimhaut, Schwellung des Zahnfleischs, Lockerung der Zähne und zahlreichen anderen Symptomen der Haut und inneren Organe.

KollagentypenDie α-Ketten des Kollagens unterscheiden sich in ihrer Vitamin-C-MangelProlin:Vitamin-C-MangelAminosäurenzusammensetzung und -sequenz. So sind derzeit ca. 25 verschiedene Typen bekannt. Manche sind selten und erfüllen offenbar Kollagen:Typenhochspezialisierte Funktionen, einige sind Begleitmoleküle anderer Kollagene und wieder andere sind Transmembranproteine. Wichtige Kollagentypen sind.
  • Typ I: Dieser häufigste Kollagentyp besteht aus 2 identischen α1(I)-Ketten und einer α2(I)-Kette (Abb. 3.2.14b). Der Fibrillendurchmesser beträgt 50–90 nm.

  • Typ II: Dieses Kollagen:Typ IKollagen des Knorpels besteht aus 3 identischen α1(II)-Ketten. Die resultierenden Fibrillen sind meist relativ dünn (Abb. 7.4). Im Gelenkknorpel variiert der Kollagen:Typ IIFibrillendurchmesser zwischen ca. 10 und 200 nm.

  • Typ III: In geringen Mengen ist dieser Typ neben Typ I in vielen Organen zu finden, besteht aus 3 identischen α1(III)-Ketten und bildet Netze aus relativ dünnen Fasern. Fasern aus Typ-III-Kollagen:Typ IIIKollagen lassen sich mit Silbersalzen zu tiefschwarzen Fasern imprägnieren und bilden die sog. retikulären Fasern (Abb. 3.2.17). Fibrillen aus Typ-III-Kollagen enthalten i. A. auch Typ-I-Kollagen und messen 20–40 nm im Durchmesser.

  • Typ IV: Dieses nicht fibrilläre Kollagen enthält tripelhelikale und globuläre Domänen im Molekül. Es baut in der Basallamina ein komplexes zweidimensionales Netzwerk auf (Abb. 3.1.2), dasKollagen:Typ IV Epithel- und Muskelzellen mit der extrazellulären Matrix verbindet und im Nierenglomerulus eine funktionell sehr wichtige Filterstruktur bildet.

  • Typ V: Typ V ist ein fibrilläres Kollagen und oft Bestandteil von Typ-I-Fibrillen.

  • Typ VI: bildet eigene Mikrofibrillen.

  • Typ VII: bildet Ankerfibrillen.

  • TypKollagen:Typ V VIII: in der Descemet-Membran.

  • Typ X:Kollagen:Typ VI in der Matrix des hypertrophen Kollagen:Typ VIIKnorpels.

  • Typ XI: in Typ-II-Fibrillen.Kollagen:Typ VIII

Vorkommen

  • Typ I: Kollagen:VorkommenHaut, Ligamente, Sehnen, Knochen, Dentin, Kornea, Sklera, Faszien, Anulus fibrosus der Zwischenwirbelscheibe, Organkapseln, Organstroma der meisten Organe, Dura mater

  • Typ II: Knorpel, Nucleus pulposus der Zwischenwirbelscheibe, Glaskörper

  • Typ III: lymphatische Organe, in der Wand von Gefäßen, in der Darmschleimhaut, im Disse-Raum, an der Oberfläche von Fettzellen und Muskelzellen, in der Lamina fibroreticularis (kommt oft gemeinsam mit Typ-I-Kollagen vor, z. T. sogar in einer Fibrille)

  • Typ IV: Basallamina

KollagenfibrillenDie wichtigsten SchritteKollagen:Typ X der Kollagensynthese und der Fibrillenbildung sind in Kollagen:Typ XIAbb. 3.2.15 gezeigt. Der Umsatz (Neubildung, Wachstum und Abbau) von Kollagenfibrillen (Abb. 3.2.14) ist Kollagen:Fibrillenbei Erwachsenen langsam – außer im Knochen, in dem Kollagenfibrillen beim ständigen Umbau auch mit ab- und neu aufgebaut werden –, bei Kindern und Jugendlichen während des Wachstums höher. Bei der Neubildung können verschiedene fibrilläre Kollagene in einer Fibrille polymerisieren. Regelmäßig finden sich an der Oberfläche der Fibrillen Proteoglykane, v. a. Decoran (s. o.). Außerdem lagern sich den fibrillären Kollagentypen einige der nichtfibrillären Kollagene an (z. B. Typ IX am fibrillären Typ II oder Typ XII am fibrillären Typ I), beeinflussen ihr Dickenwachstum und verhindern, dass sie miteinander verschmelzen. Abgebaut werden die Fibrillen v. a. durch Kollagenasen von Leukozyten, Fibroblasten, synovialen B-Zellen und verwandten Zellen.

Klinik

Kollagen:Typ I

Kollagene können verstärkt abgebaut und zu wenig oder zu viel synthetisiert werden:

  • vermehrter Abbau: während Hungerperioden, Immobilisation, rheumatoider Arthritis oder bei langen Aufenthalten in der Schwerelosigkeit

  • gehemmte Synthese: bei Therapie mit hohen Kortisongaben über einen längeren Zeitraum

  • vermehrte Synthese: bei Wundheilung (Typ-I-Kollagen, Narbenbildung), bei Leberzirrhose, Lungenfibrose, Atherosklerose und Nephrosklerose (die Begriffe Sklerose und Fibrose beziehen sich generell auf das vermehrte Typ-I-Kollagen)

Auch die falsche Zusammensetzung von Kollagenen ist möglich. Bei der Osteogenesis imperfecta (reduzierte Knochenmasse, brüchige Knochen u. a.) ist eins der 2 Gene, die für Typ-I-Prokollagen codieren, mutiert. Beim Ehlers-Danlos-Syndrom (hyperelastische Haut, überdehnbare Gelenke) gibt es Subtypen mit Mutationen in dem Gen, das die α1(V)-Kette des Typ-V-Kollagens codiert. Andere Subtypen haben Defekte in anderen Kollagenen. Bei der Chondrodysplasie (Zwergwuchs, abnorme Körperproportionen) liegen vererbliche Defekte des Typ-II-Kollagens und anderer Knorpelkomponenten vor.

Kollagen:Typ II
Retikuläre Fasern
Retikuläre Fasern (Kollagen:Typ VRetikulumfasern, Gitterfasern) Osteogenesis imperfectaEhlers-Danlos-SyndromChondrodysplasiesind netzartig verbundene, sich verzweigende Fasern, die überwiegend aus Typ-III- und auch zuFaser:retikuläre\b einem kleinen Teil aus Typ-I-Kollagen zusammengesetzt sind (RetikulumfaserAbb. 3.2.16, Abb. 3.2.17). Die relativ dünnen Fasern sind an Gitterfaserihrer Oberfläche mit Glykoproteinen bedeckt, v. a. mit Fibronektin, was ihnen ihre z. T. besonderen Färbeeigenschaften verleiht. Sie bestehen aus Fibrillenbündeln und sind weitverbreitet. Nur in lymphatischen Organen sind sie von scheidenartig ausgebildeten dünnen Zytoplasmafortsätzen der fibroblastischen Retikulumzellen umhüllt (Abb. 6.29b). Die Kollagenfibrillen der retikulären Fasern sind dünner als die der Typ-I-Fibrillen und messen ca. 20–40 nm im Durchmesser.
Elastische Fasern
Elastische Fasern sind reversibel dehnbar und haben somit Eigenschaften von Gummi. Sie bilden meist unregelmäßige, netzartige Strukturen (Abb. 3.2.18a) oder perforierte lamellenartige Gebilde. Elastische Bänder sind beim Menschen selten und kommen nur an der Wirbelsäule vor (Lig. nuchae, Ligg. flava zwischen den Wirbelbögen, Abb. 3.2.19). In speziellen Hautarealen wie in der Brustwarze bilden elastische Fasern kleine sehnenartige Strukturen für komplex angeordnete glatte Muskelzellen (myoelastisches System). Elastische Fasern sind immer mit den nichtelastischen Kollagenfasern verknüpft, die ihre Dehnbarkeit begrenzen.
Elastika-Färbungen
Elastische Fasern lassen sich mit speziellen Färbungen, sog. Elastika-Färbungen (Bindegewebe:FaserResorcinfuchsin, Aldehydfuchsin,Faser:elastische\b Orcein, Verhoeff-Färbung) selektiv darstellen (Abb. 3.2.18), in der H. E.-Färbung sind sie rot, treten aber nur bei erheblicher Dicke der elastischen Elemente deutlich hervor (z. B. Elastica interna der Arterien, Abb. 1.5).
Molekulare Komponenten
Elastische Fasern enthalten 2 molekulare Komponenten, Fibrillin und Elastin.
FibrillinIm Elektronenmikroskop sind elastische Fasern homogen (Abb. 3.2.20), besitzen aber oftElastika-Färbung am Rand einen gut erkennbaren unregelmäßigen Saum aus 10 nmFibrillin dicken sog. Mikrofibrillen, die aus Fibrillin Elektronenmikroskopie:elastische Fasernund den mikrofibrillenassoziierten Glykoproteinen (MAGPs) bestehen. Diese Mikrofibrillen werden von Fibroblasten und glatten Muskelzellen synthetisiert und bilden ein nichtelastisches Gerüst, in das hinein das kennzeichnende Protein der elastischen Fasern, das Elastin, abgelagert wird. Das Verhalten der Mikrofibrillen während der Dehnung der elastischen Fasern bietet noch offene Fragen. Während des Wachstums der elastischen Fasern werden die Mikrofibrillen nach außen verlagert. In der Entwicklung erscheinen die Mikrofibrillen vor dem Elastin. Mikrofibrillen können auch für sich allein vorkommen, z. B. an der Oberfläche glatter Muskelzellen, in den Linsenfasern und in der Lamina fibroreticularis der Basalmembran. Reine Mikrofibrillenbündel werden auch Oxytalanfasern genannt. Sie lassen sich mit Aldehydfuchsin anfärben.
ElastinElastin ist ein polymeres, sehr hydrophobes, nicht glykosyliertes Protein, dessen Einzelmoleküle sich aus je einer einzelnen Polypeptidkette aufbauen, in denen wie im Kollagen viele Glyzin- und Prolinreste, aber auch die kennzeichnenden Elastinseltenen Aminosäuren Desmosin und Isodesmosin vorkommen. Lösliches Tropoelastin ist die Vorstufe des Elastins, die von Glyzin:ElastinFibroblasten oder glatten Muskelzellen in den Interzellulärraum Prolin:Elastinsezerniert wird. Die Tropoelastinmoleküle werden intensiv miteinander verknüpft, sodass ausgedehnte molekulare Netzwerke entstehen, die die elastischen Fasern und Lamellen (in Gefäßwänden) aufbauen. Das fertige Elastinmolekül besteht aus 2 funktionellen Komponenten:
  • hydrophoben Anteilen, die für die elastischen Eigenschaften verantwortlich sind

  • α-helikalen Anteilen, die Querverbindungen zwischen den Molekülen bilden (Abb. 3.2.21)

Klinik

Beim Marfan-Syndrom liegen verschiedenartige genetische Defekte des Fibrillins vor. Die Patienten haben lange, dünne Extremitäten mit Arachnodaktylie (arachne gr.: Spinne, Finger sind lang und dünn, was an die Beine einer Spinne erinnert), Sehstörungen sowie Herz- und Gefäßerkrankungen, z. B. Mitralklappenprolaps und Aortenaneurysma. Die Sehstörungen treten durch die Dislokation der Linse auf, da die Linsenfasern aus Fibrillin bestehen. Möglicherweise litten Niccolo Paganini (1782–1840) und Abraham Lincoln (1809–1865) an einer Form des Marfan-Syndroms.

Vorkommen

Elastische Fasern sind weitverbreitet. Besonders reich entwickelt sind sie in der Lunge, in Arterien vom elastischen Typ und in den Ligg. flava der Wirbelsäule (Abb. 3.2.19).

Lockeres Bindegewebe

Im lockeren Bindegewebe liegen locker verteilte FibroblastenMarfan-Syndrom\b vor, die in Fibrillin:Marfan-Syndrom\beine locker strukturierte Matrix aus Kollagenfasern (Abb. 3.2.22), einzelnen zarten elastischen Fasern und proteoglykanreicher Grundsubstanz eingebettet sind. In diesem Bindegewebe liegen Blut- und Lymphgefäße, Nerven sowie fixe und freie Zellen. Das lockere Bindegewebe bildet typischerweise das Stroma der Organe.

Vorkommen

Stroma der meisten Organe, Mukosa (relativ feine Fasern) und Submukosa (hier etwas vermehrte, scherengitterförmig angeordnete Fasern) im Magen-Darm-Trakt (Abb. 3.2.22).

Straffes Bindegewebe

Im straffen Bindegewebe gibt es mehr Kollagenfasern als Grundsubstanz. Zellen sind vergleichsweise selten. Man unterscheidet zwischen Bindegewebe:lockeresgeflechtartigem und parallelfaserigem Typ.
Straffes geflechtartiges BindegewebeIm straffen geflechtartigen Bindegewebe bilden Kollagenfasern Bündel, die dicht gepackt sind und in verschiedener Richtung verlaufen. Von den Fibroblasten sind meist nur relativ dunkle, Bindegewebe:straffesabgeflachte Kerne zu sehen. Im Elektronenmikroskop wird aber sichtbar, dass sie hier sehr lange und flache Fortsätze bilden können.

Vorkommen

Lederhaut, Sklera des Augenbulbus (Abb. 3.2.23), Kornea, Dura mater, viele Organkapseln.

Straffes parallelfaseriges BindegewebeIm straffen parallelfaserigen Bindegewebe verlaufen die Kollagenfasern dicht gelagert und sind parallel ausgerichtet (Abb. 3.2.24).

Vorkommen

Sehnen, Bänder.

Retikuläres Bindegewebe

Retikuläre Fasern sind weitverbreitet, aber als retikuläres Bindegewebe wird heute nur das Bindegewebe der sekundären lymphatischen Organe (Lymphknoten, Milz, Tonsillen, Peyer-Plaques) und des Knochenmarks bezeichnet. Die oft sternförmigen Fibroblasten dieses Gewebes werden auch fibroblastische Retikulumzellen oder einfach Retikulumzellen genannt (Abb. 3.2.16). Sie bilden einen dreidimensionalen netzartigen Verband und produzieren Kollagenfasern ganz überwiegend aus Bindegewebe:retikuläres\bTyp-III-Kollagen (retikuläre Fasern). Die retikulären Fasern werdenRetikulumzelle:fibroblastische von scheidenartigen Fortsätzen der fibroblastischen Retikulumzellen umhüllt, wobei Fibronektin die Verbindung vermittelt. Die Kerne der Retikulumzellen sind relativ groß, oval und weisen einen deutlichen Nukleolus auf. In den Lücken zwischen den Retikulumzellen sind vorwiegend Lymphozyten, aber auch andere Zellen, wie z. B. Makrophagen und antigenpräsentierende Zellen, angesiedelt. Hier existiert eine spezielle Mikroökologie für die Differenzierung und Vermehrung der Lymphozyten. Fibroblastische Retikulumzellen können auffallend viel Aktin enthalten, z. B. in der Milz.

Vorkommen

Lymphknoten (Abb. 3.2.17), Milz, Tonsillen, Peyer-Plaques, Knochenmark.

Gallertiges Bindegewebe

Das gallertige Bindegewebe kennzeichnet die Nabelschnur und enthält verzweigte Fibroblasten, die noch an Mesenchymzellen (s. a. Kap. 3.2.1) erinnern. Sie scheiden die umfangreiche hyaluronsäure- und wasserreiche Grundsubstanz und einzelne Kollagenfasern ab (Wharton-Sulze, Abb. 3.2.25). Auch die Zahnpulpa enthält ein Bindegewebe, das dem gallertigen Bindegewebe ähnelt, aber zellreicher ist.

Vorkommen

Nabelschnur, Pulpa der Zähne, Hahnenkamm und auffallende Sexualhaut mancher Tierprimaten.

Spinozelluläres Bindegewebe

Das Bindegewebe:gallertigesspinozelluläre Bindegewebe ist das typische Bindegewebe des Wharton-SulzeOvars. Dies enthält in seiner Rinde dicht gelagerte Fibroblasten mit hellen Kernen, die „fischzugähnliche“ Formationen bilden (Abb. 3.2.26) und z. T. noch an Mesenchymzellen erinnern. Die extrazelluläre Substanz ist auf relativ schmale Räume zwischen den Fibroblasten beschränkt und enthält nur wenig Kollagenfasern vom Typ III (Abb. 3.2.27). Zum Teil wird auch das Bindegewebe der Uterusschleimhaut, das Endometrium, hierzu gezählt.

Vorkommen

Ovar (Kortex) und Uterusschleimhaut (Endometrium). Die zahlreichen Besonderheiten des Endometriums (z. B. zyklische Veränderungen, Deziduabildung in der Schwangerschaft) führen nicht selten dazu, dass es als eigener Bindegewebstyp geführt wird.

Sonderformen des Bindegewebes

Sehr faserarme Bindegewebe sind die Gewebe des Glaskörpers und des Nucleus pulposus (in der Zwischenwirbelscheibe). Als zell- und faserfreies Bindegewebe:spinozelluläresBindegewebe lässt sich die Gelenkflüssigkeit ansehen. Auch das Blut wird manchmal als flüssiges Bindegewebe bezeichnet.

Stützgewebe

Knorpel- und Knochengewebe werden als Stützgewebe zusammengefasst.
Knorpelgewebe
Das Knorpelgewebe ist ein spezielles Bindegewebe mit Stützfunktion, dessen Eigenschaften von den Komponenten der Matrix bestimmt werden. Knorpel ist fest, druckelastisch verformbar Stützgewebeund schneidbar. Während der Entstehung und des Bindegewebe:StützgewebeWachstums des Skeletts spielt der Knorpel eine wichtige Rolle, denn in der Embryonalentwicklung werden die meisten Skelettelemente zunächst knorpelig angelegt. Knorpelgewebe entsteht aus dem Mesenchym. Ausgereifter Knorpel enthält meist keine Blutgefäße (Ausnahme z. B. Kehlkopfknorpel) und nie Nerven. Sein zu erheblichem Teil anaerober Stoffwechsel weist Besonderheiten auf, seine Zellen werden mittels Diffusion versorgt.

Vorkommen

Beim Erwachsenen Atemwege, Ohrmuschel, Rippenknorpel, Gelenkknorpel.

Knorpelzellen und Matrix
KnorpelzellenDie spezifischen Knorpelzellen werden Chondrozyten (teilen sich nicht mehr) Knorpelgewebeoder Chondroblasten (Bindegewebe:Knorpelteilen sich noch) genannt. Ihr raues ER ist gut Knorpel:Vorkommenentwickelt, der Golgi-Apparat relativ groß, und dieRetikulum, endoplasmatisches:raues vielen KnorpelzelleVesikel sind ZeichenKnorpel:Matrix ihrer sekretorischen ChondrozytTätigkeit (Abb. 3.2.28). ChondroblastIntermediäre Filamente, die aus Vimentin (Abb. 2.78) aufgebaut sind, sind reich entwickelt. Häufig enthalten die Zellen Glykogen und Golgi-Apparat:Knorpelzelleöfter auch, z. T. große, Lipidtropfen.
MatrixDie Filament, intermediäres:KnorpelzellenKnorpelzellen produzieren die weiträumige Matrix, die sich zusammensetzt aus:
  • Wasser Intermediärfilament:Knorpelzellen(ca. 80 %)

  • Kollagen vom Typ II (bildet kennzeichnende dünne Fibrillen)Knorpel:Matrix

  • Kollagen vom Typ IXKollagen:Typ II (verbindet Typ-II-Matrix:KnorpelFibrillen)

  • Knorpelzelle:MatrixKollagen vom Typ X (umgibt Kollagen:Typ IXhypertrophe Zellen)

  • Kollagen vom Typ XI (Teil der Typ-II-Kollagen:Typ XFibrillen)

  • Hyaluronan und mit ihm verbunden das Proteoglykan Aggrecan (Kap. 3.2.4)

  • verschiedeneKollagen:Typ XI Glykoproteine

Insbesondere die Keratan- und Chondroitinsulfatketten des Aggrecans binden Wasser, eine wesentliche Voraussetzung für die kennzeichnende elastische Festigkeit des Knorpels. Hyaluronan (auch Hyaluronsäure genannt) und zahlreiche mit ihr verbundene Aggrecanmoleküle Chondroitinsulfat:Knorpelbilden einen riesigen Aggrecan:KnorpelMolekülkomplex, der 3–4 mm groß sein kann. Diese Aggregate machen den größten Anteil der nicht wässrigen Hyaluronan:KnorpelMatrixanteile des Knorpels aus und geben ihm seine typische Konsistenz. Auf sie Hyaluronsäure:Knorpelgeht auch die Formstabilität des Knorpels zurück. Dieses einzigartige Material kann in Form des Gelenkknorpels das ganze Körpergewicht tragen. Ein wichtiges Bindeglied zwischen Matrix und Knorpelzellen ist das Chondronektin in der Membran der Knorpelzellen, ein fibronektinähnliches Protein. Zusätzlich enthält die Knorpelmatrix verschiedene Matrix-Metalloproteinasen, die Matrix abbauen können und deren Aktivität streng reguliert ist.
Knorpelstruktur
ChondroneTypisch ist, dass die Chondronektin, KnorpelKnorpelzellen in kleinen Gruppen beieinanderliegen, die durch eine oder 2 mitotische Teilungen aus einer Mutterzelle entstanden sind (isogene Knorpel:StrukturZellgruppe). Die Matrix in der unmittelbaren Umgebung der ChondroneKnorpelzellen enthält intensiv sulfatierte Glukosaminoglykane und wird Knorpelzelle:ChondroneKnorpelhof genannt. Dieser Hof färbt sich im H. E.-Präparat intensiv blauviolett an (Abb. 3.2.29). Knorpelzellgruppe und Hof bilden ein Chondron = Knorpelterritorium (Definition nach Helmut Glukosaminoglykane:ChondroneLeonhardt, 1999). Die Matrix zwischen den Territorien wird KnorpelhofInterterritorium genannt. Sie enthält keine Zellen und ist blass gefärbt.
LakunenDie Knorpelzellen liegen in einer Lakune (Knorpelzellhöhle) der Matrix, deren Wand, also die unmittelbare Umgebung der Knorpelzelle,Interterritorium auch Knorpelkapsel genannt wird. Der kapsuläre Bereich besitzt unmittelbar an der Zelle eine Lakuneperizelluläre Schicht, der vermutlich eine besondere Knorpelzelle:LakuneSchutzfunktion der Knorpelzellen gegen Druck und Zug zukommt. Im histologischen Präparat sind die Knorpelzellen in ihrer Lakune oft artifiziell geschrumpft.

MERKE

  • Chondrone = Territorien = Knorpelzellgruppen + Knorpelhof

  • Lakunen = Knorpelzellhöhlen, die im Leben vollständig von der Knorpelzelle ausgefüllt werden

PerichondriumEin Knorpelstück wird von unscharf begrenztem Bindegewebe, dem Perichondrium, umgeben (s. a. Abb. 3.2.31). Dies ist am Rande des Knorpels zellreicher (Stratum cellulare) als weiter entfernt (Stratum fibrosum). In der Zone, die an das Perichondrium grenzt, ist der Knorpel Perichondriumnoch nicht in Chondrone gegliedert. Vom Perichondrium kann in beschränktem Umfang Knorpelregeneration ausgehen. Insgesamt ist die Regenerationskraft des Knorpels beim Erwachsenen schlecht.
Knorpelwachstum
Zu unterscheiden sind:
  • interstitielles oder intussuszeptionelles Wachstum

  • appositionelles Wachstum

Wenn Chondroblasten im Innern der Matrix Komponenten und Grundsubstanz der Matrix bilden, spricht man von interstitiellem Wachstum. Wenn der Knorpel vom RandKnorpel:Wachstum her neu gebildet wird, wächst er appositionell.
Knorpeltypen
Es lassen sich 4 Knorpelformen unterscheiden:
  • fetaler Knorpel

  • hyaliner Knorpel

  • elastischer Knorpel

  • Faserknorpel

Fetaler Knorpel
Die zahlreichen spindelförmigen, rundlichen oder auch sternförmigen Knorpelzellen sind gleichmäßig in der Knorpel:FormenMatrix verteilt. Chondrone sind noch keine nachzuweisen (Abb. 3.2.30). Fetaler Knorpel kann Blutgefäße enthalten.
Hyaliner Knorpel
Der hyaline Knorpel ist der verbreitetste Knorpeltyp beim Erwachsenen. Er ist glasig, in dünnen Scheiben durchscheinend (gr. hyalos = Glas) und von weiß-bläulicher Färbung. Im mikroskopischen Präparat zeigt er die typische Gliederung in Knorpel:fetaler\bTerritorien und Interterritorien (Abb. 3.2.31). Die Territorien bestehen je nach Anschnitt aus 2–6 Knorpelzellen, die in eine stark basophile, territoriale Matrix eingebettet sind. Die Kollagenfibrillen sind im Lichtmikroskop nicht sichtbar, da sie einen ähnlichen Brechungsindex wie die Grundsubstanz besitzen (sie sind „Knorpel:hyalinermaskiert“). Im Elektronenmikroskop sind sie jedoch als Knorpelzelle:Territorieneinzelne 15–45 nm dicke Typ-II-Kollagenfibrillen gut zu erkennen. Im Gelenkknorpel verlaufen solche Fibrillen parallel zur Oberfläche und bilden arkadenförmige, in die Tiefe ziehende Strukturen (s. a. Kap. 7). Die größeren Knorpelstücke der Atemwege bestehen im Inneren aus hyalinem Knorpel und in ihren Randpartien aus elastischem Knorpel.

Vorkommen

Atemwege, Teile des Nasenskeletts, Ansatz der Rippen, am Brustbein und auf den Gelenkflächen.

Klinik

Im Alter zeigt hyaliner Knorpel oft degenerative Veränderungen: Der Wassergehalt nimmt ab, Proteoglykane verändern sich, Kollagenfibrillen werden demaskiert („Asbestfaserung“), Verkalkungen entstehen und Zellen gehen unter. Osteoarthritis ist die häufigste Erkrankung des Gelenkknorpels (Kap. 7.1), sie kann schmerzhaft sein und in zahlreichen verschiedenen Formen auftreten.

Elastischer Knorpel
Der elastische Knorpel kommt in der Ohrmuschel, der Tuba auditiva, der Epiglottis, lokal im Kehlkopf Proteoglykane:Knorpeldegenerationund in kleinen Bronchialknorpeln vor. Er Knorpel:Asbestfaserunghat leicht gelbliche Farbe und ist elastisch. Grundsätzlich Asbestfaserungist er wie hyaliner Knorpel aufgebaut, besitzt aber zusätzlich elastische Fasernetze, die Chondrone umspinnen, durch die interterritoriale Matrix verlaufen (Abb. 3.2.32) und mit elastischen Fasern im Perichondrium in Verbindung stehen. Die Chondrone sind oft kleiner als im hyalinen Knorpel, und die Knorpelzellen sind oft in einer Reihe angeordnet.

Vorkommen

Ohrmuschel, Tuba auditiva, Epiglottis, lokal im Kehlkopf (Cartilago corniculata und Cartilago cuneiformis, Proc. vocalis des Stellknorpels [Cartilago arytenoidea]) und kleine Bronchialknorpel.

Faserknorpel
Faserknorpel ähnelt straffem Bindegewebe durch seinen Reichtum an nicht maskierten Bündeln von Kollagenfasern (Typ I). In Lücken zwischen diesen Fasern liegen kleine Chondrone oder einzelne Knorpelzellen in Knorpel:elastischereiner Knorpelmatrix mit Kollagen vom Typ II (Abb. 3.2.33, Abb. 3.2.34). Kollagen:Typ IIn den Zwischenwirbelscheiben geht der Faserknorpel Faserknorpelinnen ohne Grenze in das hyaluronan- und wasserreiche, gelatinöse, zellarme Gewebe des Nucleus pulposus über, in dem wieder Typ-II-Kollagen vorkommt.

Vorkommen

Innere Anteile des Anulus fibrosus der Zwischenwirbelscheiben, Symphysis pubis, Menisci und Disci von Gelenken, Gelenkknorpel einzelner Gelenke (z. B. Kiefergelenk) sowie der Bereich der Sehnenansätze am Knochen.

Knochengewebe
Knochengewebe ist ein in Hinsicht auf Stütz- und Skelettfunktion spezialisiertes festes und hartes Bindegewebe, dessen besondere Eigenschaften auf der Zusammensetzung seiner Matrix beruhen, in die Kalziumsalze eingelagert werden („Verkalkung“).
Knochengewebe ist wesentlicher Teil des Bewegungsapparats. Es schützt und umschließt im Kopf Sinnesorgane und das Gehirn. Das Knochengewebe hat auch eine zentrale metabolische Funktion, u. aKnochengewebe. als Kalziumspeicher. Von den 1–2 kg Kalzium (je Knochennach Körpergröße), die normalerweise im Körper Bindegewebe:Knochenvorhanden sind, befinden sich 99 % im Knochen. Kalzium ist wesentliches Ion bei vielen Körperfunktionen (Muskelkontraktion, Sekretion, Blutgerinnung u. v. a.). Im Knochen werden außerdem Magnesium-, Phosphat-, Natrium- und andere Ionen gespeichert.
Knochenmatrix
Die spezifischen Merkmale und Eigenschaften eines Knochens beruhen auf den Eigenschaften der Knochenmatrix. Da sie verkalkt ist, verleiht sie dem Knochen hohe Druck- und Zugfestigkeit und erlaubt auch erhebliche Torsions- und Biegebeanspruchung. Die Knochenmatrix besteht zu gut 30 % aus organischem Material, vor allem Kollagenfasern, Knochenproteinen und Proteoglykanen, zu 45 % aus anorganischen Salzen, also mineralischem Material, und zu ca. 25 % aus Wasser.
Organische Bestandteile
KollagenDas Kollagen macht ca. 90 % des organischen Knochenmaterials aus. Es gehört dem Typ I an, weist aber einige molekulare Unterschiede zum Typ Knochen:MatrixI des lockeren Bindegewebes auf. In einer Lamelle (s. uMatrix:Knochen.) sind die Kollagenfasern parallel zueinander angeordnet, ihre Menge und vor allem ihre Ausrichtung Kollagen:Knochenwechseln aber in benachbarten Lamellen, was polarisationsmikroskopisch gut analysiert werden kann. In den Lamellen eines Osteons laufen die Kollagenfasern helikal um die Gefäßachse des Osteons. Der Steigungswinkel dieser helikalen Fasern wechselt von Lamelle zu Lamelle.
Andere ProteineWeitere Knochenproteine sind das Osteokalzin, Osteopontin (ein Phosphorprotein), Osteonektin (fibronektinähnlich), Knochensialoprotein, Thrombospondin, alkalische Phosphatase u. a. Die Synthese der Knochenproteine wird in Osteoblasten durch Osteokalzinviele OsteopontinWachstumsfaktoren, Somatomedine,Osteonektin z. T. Vitamin D3 u. a. stimuliert. Die Funktion dieser Matrixproteine ist erst teilweise Knochensialoproteinbekannt, einige spielen wahrscheinlich bei der Mineralisierung eine Rolle.
Anorganische Bestandteile
Hydroxylapatit, MineralisierungDas anorganische Material besteht aus einer kristallinen Form des Kalziumphosphats, dem Hydroxylapatit (Ca10[PO4]6[OH]2). Die nadelförmigen Apatitkristalle sind caThrombospondinHydroxylapatit:Knochen. 40 nm lang und 1,5–3 nm dick. Die Mineralisierung beginnt Mineralisierung, Knochenwahrscheinlich in kleinen Vesikeln (Matrixvesikeln), die Knochen:Mineralisierungsich von Osteoblastenfortsätzen abschnüren und die dann frei in der Matrix liegen. In ihnen entstehen Apatitkristalle, die wachsen und dabei wohl die Vesikelmembran aufreißen. In der Matrix lagern sie sich dann Kollagenfibrillen an und wachsen hier weiter. Es wird vermutet, dass auch die Oberfläche der Kollagenfibrillen selbst Kristallisationszentren (-keime) bildet. Der alkalischen Knochenphosphatase kommt eine essenzielle Rolle bei der Mineralisierung zu.
Andere IonenDie Hydroxylgruppe des Apatits ist öfter durch ein Fluoridion ersetzt.

MERKE

Die Knochenmatrix enthält organische Komponenten, vor allem Kollagenfibrillen, und anorganische Komponenten, vor allem Kalzium und Phosphat in Form des Hydroxylapatits.

Knochenzellen
Bei den Knochenzellen (Abb. 3.2.35) werden unterschieden:
  • Osteoprogenitorzellen

  • Osteoblasten

  • Osteozyten

  • Osteoklasten

Osteoprogenitorzellen, Osteoblasten und Osteozyten sind dabei verschiedene funktionelle Phasen eines Zelltyps.
Osteoprogenitorzellen, Vorläuferzellen der Osteoblasten
Zelle:KnochenKnochenzelleOsteoprogenitorzellen sind Vorläuferzellen der Osteoblasten. Sie differenzieren sich ständig aus mesenchymalen Stammzellen und entwickeln sich schrittweise zu ausgereiften Osteoblasten. Verschiedene Faktoren, z. B. knochenmorphogenetische Proteine, Parathormon und Vitamin D, steuern diese Entwicklungsreihe. Osteoblastenvorläuferzellen finden sich auch noch bei Erwachsenen und sind als schmale, hellkernige Zellen im Endost und Periost lokalisiert. Bei Frakturen können sie aktiviert werden und sich teilen.
Osteoblasten
CharakteristikaOsteoblasten (Abb. 3.2.35, Abb. 3.2.36, Abb. 3.2.37, Abb. 3.2.38) sind die basophilen knochenbildenden Zellen wachsender und ausgereifter Knochen. Bei aktivem OsteoprogenitorzelleWachstum liegen sie in epithelähnlicher Osteoblast:VorläuferzelleAnordnung auf der Matrixoberfläche und besitzen kubische oder sogar prismatische Form. Es sind aktiv sezernierende Zellen mit großem, hellem Kern, reich entwickeltem RER, vielen freien Ribosomen und großem Golgi-Apparat. Osteoblasten sind über Nexus verbunden. Ihre Membran ist reich an alkalischer Phosphatase, die eine wichtige Rolle bei der Mineralisierung spielt. Neben der Sekretion von Kollagen, Proteoglykanen, Osteokalzin, Osteopontin, Osteonektin, Osteoprotegerin und anderen Proteinen sowie dem Zytokin RANKL (RANK: „Receptor Activator for Nuclear Factor OsteoblastkappaProteoglykane:Osteoblast“, ursprünglich bei der Osteokalzin:OsteoblastExpression der κ-Kette von Immunglobulinen in B-Osteopontin:OsteoblastZellen entdeckt; RANKL: RANK + L, L = Ligand) produzierenOsteonektin:Osteoblast sie para- und autokrin auch Wachstumsfaktoren und besitzen Rezeptoren für eine Reihe von Hormonen, Zytokinen und RANKLKalzitriol.
FunktionOsteoblasten bilden die Knochenmatrix (Abb. 3.2.37). Die initial von ihnen abgeschiedene Matrix ist dabei noch nicht verkalkt und wird Osteoid genannt (Abb. 3.2.37). Beim wachsenden Knochen kommt Osteoid praktisch überall an der Oberfläche von Knochengewebe vor. Beim Osteoblast:FunktionErwachsenen sind wahrscheinlich nur 10–15 % der Knochenoberfläche von Osteoid bedeckt. Osteoblasten spielen auch eine Rolle beim Knochenabbau, denn sie besitzen als einzigeOsteoid Knochenzellen Rezeptoren für Parathormon (Abb. 3.2.38), das die Knochenresorption einleitet. Nach Parathormonbindung bilden die Osteoblasten Zytokine und andere Faktoren, die die Osteoklasten stimulieren. Sie aktivieren also die Osteoklasten und machen so den Weg zum Abbau der verkalkten Matrix frei. Parathormon:OsteoblastenParathormon fördert aber auch die rasche Bildung des Kalzitriols und ist somit indirekt am Knochenaufbau beteiligt. Kalzitriol, die aktive Form des Vitamins D3, ist an Knochenauf- und -abbau beteiligt. Es ist im Dünndarm wesentlich für die Resorption von Ca2+ und PO43–, was für die Mineralisierung des Knochens entscheidend ist. In der Niere fördert es zusätzlich die Rückresorption von Kalzium. Kalzitriol, OsteoblastenKalzitriol trägt aber auch zur Mobilisierung der genannten Ionen aus der Knochenmatrix bei, es fördert in den Osteoblasten die Bildung des Faktors M-CSF („macrophage colony-stimulating factor“), der die Entstehung reifer Osteoklasten aus Vorläuferzellen stimuliert. Außerdem stimuliert das Kalzitriol in den Osteoblasten die Bildung des Zytokins RANKL, das an seinen Rezeptor RANK auf der Oberfläche von Osteoklasten bindet und hier die Knochenresorption aktiviert.M-CSF (macrophage colony stimulating factor) Das Zuammenspiel von RANK, RANKL und Osteoprotegerin (OPG) ist für den Knochenstoffwechsel besonders wichtig. Das von Osteoblasten sezernierte Osteoprotegerin kann die Bindung von RANKL an RANK antagonisieren.
LebensdauerOsteoblasten entwickeln sich zu Osteozyten, treten in einen Ruhezustand ein (endostale Saumzellen = Knochendeckzellen = „bone-lining cells“) oder gehen per Apoptose zugrunde. Sie werden nach dem 20. Lebensjahr deutlich seltener, ab einem Alter von 45 Jahren liegt ihre Zahl Saumzelle:endostalemeistens unter 3–5 % der Zellen, die die Knochenoberfläche bedecken.
Osteozyten
KnochendeckzelleCharakteristikaOsteozyten (Abb. 3.2.35, Abb. 3.2.39) sind in die bone-lining cellKnochenmatrix eingemauerte, morphologisch veränderte, terminal ausdifferenzierte Osteoblasten. Sie sind stark verzweigt. Ihr Zellkörper liegt in kleinen Lakunen der Knochenmatrix, die Fortsätze liegen in feinen Kanälen (Canaliculi), an ihrer Oberfläche befindet sich ein schmaler Saum unverkalkter Matrix (perizellulärer Raum). Über die Fortsätze stehen benachbarte Osteozyten miteinander in Verbindung; an Kontaktstellen bilden die Fortsätze Gap Junctions aus. Zellorganellen (RER, Golgi-Apparat, Mitochondrien und Ribosomen) sind in den Osteozyten umso geringer entwickelt, je weiter sie von den Osteoblasten der Oberfläche entfernt sind. Öfter enthalten sie Glykogenpartikel.
FunktionDie Funktionsfähigkeit der verkalkten Matrix hängt von den Osteozyten ab. Sie werden als Mechanosensoren angesehen, deren Membran mechanosensitive Kanäle (Piezo-Kanäle) enthält. Diese mechanosensitive Funktion ist wahrscheinlich von entscheidender Bedeutung für den normalen OsteozytKnochenhaushalt und registriert die regelmäßige Beanspruchung (Knochenschwund bei Inaktivität).
LebensdauerOsteozyten sind auf Nährstoffe aus den Gefäßen im Havers-Kanal angewiesen. Bei Piezo-Kanäleintakter Gefäßversorgung leben sie jahrelang. Der Stofftransport in den Canaliculi erfolgt durch passive Diffusion, er findet zum großen Teil im perizellulären Raum, aber auch via Gap Junctions durch die Zellen hindurch statt.
Osteoklasten
CharakteristikaOsteoklasten (Abb. 3.2.36, Abb. 3.2.40, Abb. 3.2.41) sind im HE-Präparat rötlich-violette, Stofftransport:Osteozytenbis ca. 150 μm große mehr- bis vielkernige Zellen. Ihre bis zu 50 Kerne liegen (wie die der Osteoblasten) auf der der Matrix abgewandten Seite der Zellen. Das umfangreiche Zytoplasma enthält reich entwickelte Organellen, darunter mehrere Golgi-Apparate, viele Mitochondrien (Azidophilie) und Lysosomen sowie gut entwickeltes RER. Im spongiösen Zytoplasma:OsteoklastenKnochen liegen die Osteoklasten in flachen (von ihnen selbst geschaffenen) OsteoklastHöhlungen der Knochenoberfläche, den Howship-Lakunen (Abb. 3.2.36, Abb. 3.2.42). An den Rändern der Howship-Lakunen liegen die Osteoklasten der Knochenmatrix besonders dicht an, es entsteht hier eine gürtelförmige Versiegelungszone, in der besonders das αvβ3-Integrin der Zellmembran mit den Matrixkomponenten, insbesondere demHowship-Lakune\b Osteopontin, fest verbunden ist. In diesem Bereich finden sich auch viele Aktinfilamente. In den Lakunen selbst bildet die Zellmembran reifer und aktiver Osteoklasten zahlreiche dicht aneinanderliegende schmale Falten (Faltensaum, „ruffled border“, Abb. 3.2.40, Abb. 3.2.42). Diese Falten verändern im Gegensatz zu einem Bürstensaum ständig ihre Gestalt und führen aktive Bewegungen aus. In Nähe dieses Faltensaums befinden sich viele Mitochondrien und Lysosomen.
FunktionIm lebenslangen Prozess des Umbaus und Neuaufbaus von Knochenmatrix übernehmen die Osteoklasten die Resorption der verkalkten Matrix. Durch die Versiegelungszone am Rande der Howship-Lakunen ist der Faltensaum der Osteoklasten funktionell abgrenzt, es entsteht ein subosteoklastisches Kompartiment, in dem die Matrixresorption stattfindet (Abb. 3.2.41, Abb. 3.2.42). Dies erfolgt mithilfe von Säure und lysosomalen sowie nicht lysosomalen Enzymen. Karboanhydratase produziert H+-Ionen, die mittels einer H+-ATPase in das subosteoklastische Kompartiment sezerniert werden können. Die Protonen lösen dort einerseits Kalziumsalze auf und schaffen andererseits das saure Milieu, in dem die sauren Hydrolasen, die die organische Matrix (v. a. Kollagen) abbauen, ihre maximale Aktivität entfalten. Kalzitonin, ein Polypeptid aus der Kompartiment:subosteoklastischesSchilddrüse, unterdrückt die Osteoklastenaktivität, während sie durch Zytokine der Osteoblasten aktiviert wird (Kap. 11.6.2). Zahlreiche weitere Faktoren (Interleukin-1, Tumor-Nekrose-Faktor, Interferon-γ, koloniestimulierende Faktoren u. a.) kontrollieren den Aktivitätszustand der Osteoklasten.
LebenszyklusOsteoklasten sind mit Makrophagen verwandt und entstehen aus Stammzellen im Knochenmark. Diese differenzieren sich zu noch einkernigen Osteoklastenvorläuferzellen, die an der Knochenoberfläche zu mehrkernigen Synzytien, den ausgereiften Osteoklasten, verschmelzen. Die Differenzierung der Osteoklast:LebenszyklusVorläuferzellen in Richtung Osteoklasten wird u. a. von Kalzitriol, dem Rezeptorprotein RANK auf der Oberfläche der Osteoklasten sowie Interleukin 1 und 6 beeinflusst. Osteoklasten sind Zellen, die unterschiedliche Aktivitätsphasen aufweisen können. In der Zellkultur können sich aktive und inaktive Phasen mehrfach abwechseln. Über das Lebensende der Osteoklasten ist noch nicht viel bekannt. Vermutlich gehen sie wie Makrophagen durch Apoptose zugrunde.

Klinik

Die Osteopetrose (Marmorknochenkrankheit) ist eine Erkrankung des Knochens, die in verschiedenen Formen auftritt und verschiedene genetische Ursachen hat. Wesentlich ist die Insuffizienz der Osteoklasten.

Knochenstruktur
Makroskopische Struktur
Mit bloßem Auge lassen sich 2 Erscheinungsformen des Knochengewebes unterscheiden, die fließend ineinander übergehen:
  • kompakterOsteopetrose Knochen

  • spongiöser Knochen

Kompakter KnochenMarmorknochenkrankheitKompakter Knochen (Substantia corticalis oder compacta) erscheint als solide, feste Masse und ist in der Peripherie der einzelnen Knochen des Skeletts zu findenKnochen:Struktur, z. B. außen in den Röhrenknochen der Extremitäten. Er ist reich mit Blutgefäßen versehenKnochen:kompakter.
Spongiöser KnochenSpongiöser Knochen (Substantia spongiosa = trabekulärer Substantia:corticalisKnochen) findet sich als dreidimensionales System feiner, sich verzweigender Knochenbälkchen (Trabekel) im Innern eines Skelettknochens. Zwischen den Bälkchen finden sich weite Räume für Knochen:spongiöserblutbildendes Gewebe oder Fettgewebe,Substantia:spongiosa die Trabekel selbst enthalten keine Blutgefäße (Abb. 3.2.43,Knochenbälkchen Abb. 3.2.44). Die Trabekel richten sich parallel zur Knochen:Trabekelgrößten Druck- (Wirbelkörper) oder Biegebeanspruchung (Trabekel:Knochenproximales Femurende) aus, wobei große mechanische Robustheit mit sparsamem Materialgebrauch und geringem Gewicht kombiniert wird.

MERKE

Knochen ist sehr zug- und druckfest, verträgt Biege- und Torsionsbeanspruchung und hat eine effiziente Leichtbauweise. Sein Stoffumsatz ist bemerkenswert, er ist reich durchblutet und wird ständig umgebaut. Verletzungen heilen (gut behandelt) leicht.

Klinik

Als Osteopenie wird ganz allgemein die Verringerung der Knochenmasse bezeichnet. Sie kann den organischen wie anorganischen Anteil des Knochens gleichermaßen betreffen oder einen der beiden Anteile bevorzugen. Ab etwa dem 40. Lebensjahr geht die Knochenmasse (anorganisch und organisch gleichermaßen) langsam zurück. Frauen verlieren bis zu 60 % des spongiösen und bis zu 40 % des kortikalen Knochens, Männer bis zu 40 % des spongiösen und bis zu 25 % des kortikalen Knochens. Geht der Knochenschwund noch über die dem Alter, der Größe und dem Geschlecht entsprechenden Werte hinaus, spricht man von Osteoporose. Sie ist bei Frauen nach der Menopause besonders häufig und kann zu Wirbel- und Extremitätenfrakturen führen. Dagegen ist bei einer Osteomalazie (Knochenerweichung, bei Kindern: Rachitis) der anorganische Anteil auf Werte bis zu 35 % vermindert; Gründe können Vitamin-D-Mangel oder ein Mangel an Kalzium und Phosphat in der Nahrung sein.

Histologische Struktur
Ausgereiftes Knochengewebe ist in Kompakta und Spongiosa gegliedert, die in histologischer Hinsicht gleichartig strukturiert Osteopeniesind: sie bestehen beide aus LamellenknochenOsteoporose.
PräparationstechnikenLamellenknochen kann in Schliff- Osteomalazieund Schnittpräparaten untersucht werden:
  • Schliffpräparate sind dünn geschliffene Knochenscheiben und werden von gereinigtem, mazeriertem Knochen hergestellt und zeigen vor allem die Verteilung und Anordnung des kalziumreichen anorganischen Materials und, indirekt, die Gestalt der Osteozyten.

  • Schnittpräparate sind entkalkte histologische Schnittpräparate, die das organische Material, z. B. Kollagen und Zellen und Gefäße, zeigen.

LamellenknochenBaueinheiten sind 3–7 μm dicke Knochenlamellen (Abb. 3.2.45). Diese Lamellen sind miteinander verbunden und bestehen aus verkalkter Matrix, in der linsenförmige Lakunen ausgespart sind, die die Osteozyten beherbergen (s. o.). Im Schliffpräparat ist dabei gut zu erkennen, dass von diesen Lakunen Lamellenknochenzahlreiche feine Kanälchen (Canaliculi) ausgehen, über die die Lakunen miteinander verbunden sind. Die Lamellen verlaufen in der Spongiosa unregelmäßig, aber annähernd parallel zur Oberfläche, in der Kompakta sind dagegen Spezial-, Schalt- und Generallamellen zu unterscheiden.
Spezial-, Schalt- und GenerallamellenDie meisten Lamellen sind in der Kompakta konzentrisch um längs verlaufende Gefäße angeordnet (= Speziallamellen) und bilden zylindrische Baueinheiten, die Osteone oder Havers-Systeme (Abb. 3.2.45). Osteone sind im Querschnitt rund, oval oder auch unregelmäßig gestaltet; sie sind mitunter verzweigt und können miteinander anastomosieren (Abb. 3.2.46, Abb. 3.2.47). Ihr Durchmesser variiert zwischen 100 und 400 μm, sie können einige Havers-SystemZentimeter lang werden. Ein Osteon wird durch 4–20 OsteonSpeziallamellen aufgebaut. In ihnen verlaufen in unterschiedlicher helikaler Anordnung Kollagenfibrillen (Abb. 3.2.45). Zwischen den Osteonen liegen Reste alter, abgebauter Osteone (Schaltlamellen, interstitielle Systeme), die den Raum zwischen den intakten Osteonen wie mit „Schotter“ ausfüllen („Brekzienbau“). Schaltlamellen sind Ausdruck des ständigen Umbaus des Knochengewebes („bone remodeling“, s. u.). Die Grenzen der Osteone und SchaltlamelleSchaltlamellen sind scharf durch sog. Zementlinien (= Kittlinien, enthalten viele Proteoglykane) markiert. Generallamellen verlaufen an der äußeren und inneren Oberfläche Breccienbaudes kompakten Knochens, umgeben also das ganze Knochenelement bzw. kleiden die Knochen:ZementlinienMarkhöhle aus (Abb. 3.2.45). Auf einem Querschnitt durch Zementliniendie Mitte des Femurs des Menschen wurden ca. 5.000 Osteone gezählt.
Havers-KanalIm Innern der meist längs Generallamelleverlaufenden Osteone befindet sich der Havers-Kanal (Durchmesser 20–30 μm), dessen Hauptbestandteil 1–2 Kapillaren, postkapilläre Venolen oder gelegentlich auch Arteriolen sind. Oft finden sich 1–2, seltener 3 Blutgefäße in einem Havers-Kanal (Abb. 3.2.49). Sie sind in lockeres Havers-KanalBindegewebe eingelagert. Die Gefäße (und die Osteone) können sich verzweigen. Sie können auch den Havers-Kanal verlassen und Querverbindungen zwischen den längs verlaufenden Gefäßen in den Havers-Kanälen aufbauen. Solche Gefäße verlaufen dann in Kanälen, die man Volkmann-Kanäle nennt und deren Wand keine konzentrischen Knochenlamellen besitzt.
EndostDie Grenzfläche vom Havers-Kanal zur verkalkten Knochenmatrix wird vom bindegewebigen Endost gebildet (s. u.), dessen innerste Schicht aus flachen endostalen Saumzellen (= Volkmann-KanalKnochendeckzellen = ruhende Osteoblasten) besteht (Abb. 3.2.49). Ein vergleichbares Endost kleidet den ganzen inneren Markraum aus und bedeckt die EndostSpongiosabälkchen.
Gefäße des KnochensArteriae nutriciae dringen ohne Verzweigungen durch die Substantia compacta in den Markraum vor und versorgen Knochenmark und Substantia spongiosa. Einige Gefäße

Havers-Havers-Kanal\"\iKanal (∗, Längsschnitt) im ungefärbten Knochenschliff. Durch Doppelbrechung erscheinen die Lakunen (Knochenhöhlchen) und die von ihnen ausgehenden, radiär zum Havers-Kanal verlaufenden Knochenkanälchen schwarz. Fingerphalanx, Mensch; Vergr. 100-fach.

laufen vom Markraum zurück in die Kortikalis und speisen die kleinen Gefäße der Osteone (Havers-Gefäße). Diese Gefäße verlaufen vorzugsweise longitudinal, können aber auch schräg oder spiralig verlaufen. Sie können sich verzweigen, wobei kurze, quer verlaufende Verbindungen entstehen, die Volkmann-Kanäle. Diese sind also Teil des sich aufzweigenden Gefäßbaums. Venöses Blut fließt aus der Substantia compacta in die Sinus des Knochenmarks, aus denen größere Venen entstehen, die zusammen mit oder getrennt von den Aa. nutriciae durch die Kortikalis ziehen. Die Gefäße der Substantia compacta stehen auch in Verbindung zu Gefäßnetzen des Periosts.
Knochenbildung (Ossifikation, Osteogenese)
Knochengewebe entsteht:
  • durch desmale Ossifikation (direkte Knochenbildung), indem sich Mesenchymzellen zu Osteoblasten differenzieren

  • durch chondrale Ossifikation (indirekte Knochenbildung = Ersatzknochenbildung), Knochen:Bildungindem sich Mesenchymzellen zuerst zu ChondroblastenOssifikation differenzieren, Knorpel bilden und dieser Osteogenesedann abgebaut und durch Knochengewebe ersetzt wird

Desmale Ossifikation (= desmale Osteogenese)
Die flachen Schädelknochen und die Klavikula entstehen durch desmale Ossifikation. Knochengewebe entsteht dabei unmittelbar aus Mesenchymzellen, die sich an gefäßreichen sog. Ossifikationspunkten konzentrieren und kontinuierlich zu Osteoblasten differenzieren. Die Osteoblasten bilden flächige Verbände und sezernieren zunächst Osteoid, also noch unverkalkte Matrix, die v. a. Proteoglykane, Glykoproteine und Kollagen vom Typ I enthält. Anschließend kommt es zur Verkalkung, also zur Ausfällung von Kalziumphosphat in Form des Hydroxylapatits. An der Oberfläche jedes Knochengewebes bleibt stets ein schmaler Osteoidsaum erhalten. Es entsteht so ein Netzwerk feiner Knochenbälkchen (Trabekel), die parallel zum Gefäßnetz angeordnet sind (Abb. 3.2.50).
Geflechtknochen
Das bei beiden Arten der Ossifikation zuerst entstehende Knochengewebe wird Geflechtknochen genannt. Es ist ein dreidimensionales Netz aus Knochenbälkchen, in dem Kollagen ungeordnet verteilt vorliegt. Im Ossifikation:desmalehistologischen Schnitt ist dieses Gewebe als Geflecht Osteogenese:desmaleanastomosierender Knochenbälkchen zu erkennen (Abb. 3.2.51). Das gefäßführende Bindegewebe zwischen den Knochenbälkchen wird primäres Knochenmark genannt. Im Geflechtknochen finden rege Wachstums- sowie Um- und Abbauprozesse statt. In Regionen des Zuwachses sind daher aktive Osteoblasten in epithelähnlichen Verbänden aufgereiht, in Regionen des Abbaus sind viele Osteoklasten vorhanden, in Geflechtknochenweniger aktiven Bereichen sind die Osteoblasten abgeflacht. Knochenmark:primäresSobald die Knochenbälkchen eine gewisse Dicke erreichen, werden in ihnen Osteoblasten eingemauert, die dann Osteozyten genannt werden. Die Osteozyten sind gleichmäßig verteilt, aber nicht einheitlich ausgerichtet und bleiben über ihre feinen Fortsätze mit der Oberfläche in Beziehung. Neue Osteoblasten werden aus Osteoprogenitorzellen der Umgebung des Knochenbälkchens rekrutiert. Jeder Geflechtknochen differenziert sich später in Lamellenknochen um und aus dem primären Knochenmark wird sekundäres, blutzellbildendes Knochenmark.
Chondrale Ossifikation (= chondrale Osteogenese)
Das Besondere der chondralen Knochenbildung ist, dass das zukünftige Skelettelement zuerst knorpelig angelegt wird. Dieses Knorpelstück wird dann in einem komplexen Prozess abgebaut und durch Knochengewebe ersetzt (indirekte Knochenbildung). Durch diesen Mechanismus entstehen die meisten Knochen des Körpers, z. B. die Extremitätenknochen und die Wirbel. Nach Anlage eines knorpeligen Skelettstücks findet die chondrale Ossifikation in 2 Schritten statt:
  • perichondrale Ossifikation

  • enchondrale Ossifikation

MERKE

Bei desmaler und bei chondraler Ossifikation entsteht zuerst Geflechtknochen, der später durch Lamellenknochen ersetzt wird.

Perichondrale Ossifikation
KnochenmanschetteUm die Mitte des knorpeligen Schafts (Diaphyse) des Skelettstücks bildet sich eine Knochenmanschette (Abb. 3.2.52). Diese Manschette entsteht streng genommen außerhalb des Knorpelstücks und ist daher eine desmale bzw. direkte Form der Verknöcherung. Sie wächst in die Länge und stützt das abzubauende Knorpelstück von außen. Im histologischen Aufbau ähnelt die Knochenmanschette dem Geflechtknochen.
BlasenknorpelDas von der Knochenmanschette umgebene Knorpelgewebe verändert sich, indem die Zellen groß und mitochondrienreich („hypertroph“) werden. Es entsteht der sog. Blasenknorpel. Die Blasenknorpelzellen stoßen die Verkalkung der Matrix Ossifikation:perichondralein ihrer Umgebung an, und in der Folge gehen die Blasenknorpelzellen zugrunde. Es Blasenknorpel\bdringen dann Blutgefäße in den verkalkten Blasenknorpel vor, womit der Prozess der enchondralen Ossifikation eingeleitet wird.
Enchondrale Ossifikation
DiaphyseMit den Gefäßen wandern einerseits Zellen in den zugrunde gehenden Blasenknorpel ein, die zu mehrkernigen Chondroklasten (ähneln Osteoklasten) verschmelzen, verkalkte Matrix abbauen und Hohlräume schaffen, die dann von Gefäßen und Mesenchym Ossifikation:enchondralebesiedelt werden Diaphyse:Ossifikation(Abb. 3.2.53). Andererseits wandern auch Osteoprogenitorzellen in den Blasenknorpel, die sich zu Osteoblasten differenzieren. Diese bilden in der freigelegten ChondroklastKnorpelhöhle und z. T. auch auf Bälkchen oder Lamellen des verkalkten Knorpels eine Tapete und scheiden Osteoid ab, das dann verkalkt. Die Höhlen werden so mit Geflechtknochen ausgefüllt, in dem dann auch bald Osteozyten zu erkennen sind. Die Knochenbälkchen können zuerst noch Reste des verkalkten Knorpels enthalten und verwachsen mit der perichondralen Knochenmanschette. Von der Mitte des Schafts her breiten sich die Knorpel-Knochen-Grenzen in Richtung der beiden Enden des Skelettstücks aus.
Knorpel-Knochen-GrenzeIm verknöchernden Skelettstück lässt die Knorpel-Knochen-Grenze zwischen den noch knorpeligen Enden zum knöchernen Schaft hin einen regelhaften Aufbau (Abb. 3.2.53, Abb. 3.2.54, Abb. 3.2.55) erkennen:
  • Fetaler Knorpel: Das zukünftige knöcherne Skelettelement wird ja zuerst knorpelig angelegt. Dieser Knorpel-Knochen-GrenzeKnorpel-Knochen-Grenzefetale Knorpel bleibt an den Epiphysen, den Endabschnitten des Skelettstücks, am längsten erhalten.

  • Säulenknorpel: In Richtung auf die Verknöcherungszone folgt dann der Säulenknorpel, in dem die Knorpelzellen Knorpel:fetalerproliferieren und sich in Reihen (Säulen) anordnen; diese Knorpelzellen sind oft etwas abgeflacht.

  • Blasenknorpel: Er folgt dem Säulenknorpel und enthält große mitochondrienreiche („hypertrophe“) Zellen, in Säulenknorpelderen Umgebung die Knorpelmatrix verkalkt.

  • Eröffnungszone: Sie ist die Front zur Zone der Knochenbildung. Hier gehen Knorpelzellen zugrunde und werden durch Chondroklasten abgebaut, während BlasenknorpelOsteoblasten die Knorpelhöhlen und die spießartig dazwischen liegende verkalkte Knorpelmatrix besiedeln und mit der Abscheidung von Knochenmatrix beginnen.

  • Zone mit Knochenbälkchen: Diese Zone ist sehr gefäßreich, die Knochenbälkchen enthalten oft noch Reste verkalkter Knorpelmatrix, aber auch schon die ersten Osteoklasten als Zeichen für die sofort beginnenden Umbauvorgänge.

EpiphysenDie freien Enden des Skelettstücks, die Epiphysen, bleiben noch knorpelig, während die Ossifikation der Diaphyse langsam voranschreitet. Schon in dieser Zeit werden die Epiphysen allerdings durch eigene Gefäße versorgt. Später – je nach Knochen bis zu Jahre nach der Geburt – beginnt auch die Verknöcherung der Epiphyse (Knochen)Epiphysen. In ihrer Mitte entsteht ein Ossifikationszentrum (Knochenkern), das sich nach dem gleichen Muster wie in der Diaphyse ausdehnt. Zum zukünftigen Gelenk hin bleibt stets ein schmaler Knorpelsaum erhalten, der Gelenkknorpel.
Wachstumsfuge (Epiphysenfuge)In der Übergangszone zwischen Epi- und Diaphyse, der Metaphyse, bleibt Knorpel erhalten und bildet die Wachstumsfuge. Während der Knochen vom Periost aus „in die Breite“ wächst (appositionelles Dickenwachstum), ist das Längenwachstum im sonst bereits knöchernen EpiphysenfugeSkelettstück nur hier möglich. Vom Prinzip her Wachstumsfugeproliferieren hier auf der epiphysären Seite Knorpelzellen, die auf der diaphysären Seite durch Umwandlung in Knochen verloren gehen. Wenn diese Knorpelfuge verknöchert, was an den einzelnen Knochen zu unterschiedlichen Zeiten geschieht, ist kein Wachstum mehr möglich. Die Wachstumsfugen bestehen (ähnlich wie an der Knorpel-Knochen-Grenze zu Beginn der enchondralen Ossifikation) aus 4 Zonen, die von der Epiphyse zur Diaphyse aufeinander folgen und ohne scharfe Grenze ineinander übergehen (Abb. 3.2.56):
  • 1. Zone, ruhender Knorpel: Sie liegt an der Grenze zum Knochengewebe der Epiphyse. Hier findet kein Wachstum statt, vielmehr dient der Knorpel dieser Zone vor allem dazu, das gesamte Knorpelgewebe der Epiphysenfuge an der knöchernen Epiphyse zu verankern. Zwischen dem Knochengewebe und dem ruhenden Knorpelgewebe finden sich sehr viele Blutgefäße, die die gesamte Wachstumsfuge versorgen.

  • 2. Zone, proliferierende Chondrozyten: Die Chondrozyten dieser Zone ersetzen die Knorpelzellen, die an der diaphysären Seite der Wachstumsfuge verloren gehen. Die Chondrozyten bilden im Schnittpräparat oft charakteristische Reihen (Säulen; Abb. 3.2.56).

  • 3. Zone, ausdifferenzierte (hypertrophe) Knorpelzellen: Die Chondrozyten dieser Zone sind groß und abgerundet und enthalten u. a. raues ER, Mitochondrien, Glykogen und Lipideinschlüsse sowie einen hellen, kugeligen Kern. Dieser Knorpelzelltyp bildet in großen Mengen alkalische Phosphatase, ein Enzym, das die Verkalkung der Matrix fördert.

  • 4. Zone, verkalkter Knorpel: Die Knorpelzellen sind hier zunächst noch intakt, gehen aber an der unmittelbaren Grenze zur knöchernen Diaphyse zugrunde. In die Lakunen, die durch die absterbenden Chondrozyten entstehen, wachsen zahlreiche, relativ weite Blutkapillaren ein. Die Verknöcherung erfolgt nur auf verkalktem Knorpel, der oft schlanke Knorpelzelle:WachstumsfugeSepten bildet, auf denen sich Osteoblasten ansiedeln. An den freien Enden der entstehenden Knochenbälkchen finden sich neben Osteoblasten auch oft schon Osteoklasten. In den Randregionen der diaphysären Seite der Wachstumsfuge geht das neu entstehende Knochengewebe in die Kompakta des Diaphysenschafts über, die aus Osteonen aufgebaut ist.

MERKE

  • Diaphyse: Mitte des Skelettstücks

  • Epiphyse: freies Ende des Skelettstücks

  • Metaphyse: Übergangszone zwischen Epi- und Diaphyse

Klinik

Prinzipiell ist der Knochen insbesondere an der Wachstumsfuge frakturgefährdet, weil die Zone des proliferierenden Knorpels mechanisch relativ schwach ist. Die Epiphyse kann sich hier von der Diaphyse lösen und dabei z. B. abkippen, oder es läuft eine Fraktur durch die Wachstumsfuge und z. B. in den Knochen der Dia- oder Epiphyse weiter. Das Schicksal der Epiphyse hängt weitgehend davon ab, ob die kleinen Blutgefäße, die seitlich in die Epiphyse eintreten und die auch die Wachstumsfuge versorgen, erhalten oder zerrissen sind. Eine Wachstumsfugenfraktur muss daher erkannt und versorgt werden, damit keine Wachstumsstörungen eintreten.

Periost und Endost
Außen werden Knochen vom Periost (Knochenhaut) umgeben, einem besonderen Bindegewebe, das osteogene Potenz besitzt, das also in der Lage ist, neues Knochengewebe zu bilden; sein Erhalt ist daher bei Knochenbrüchen besonders wichtig.
Die Binnenräume eines Knochens und der Havers-Kanäle werden von einer dünnen, ebenfalls osteogenen Gewebeschicht, dem Endost, ausgekleidet.
PeriostPeriost unterscheidet sich in seinem Aufbau bei wachsenden und ausgereiften Knochen. Beim wachsenden Knochen lassen sich im Periost 3 Schichten unterscheiden:
  • Adventitia: Sie liegt außen, ist gefäßreich und locker gebaut. Die Gefäße der Adventitia versorgen das Knochengewebe.

  • Fibroelastika (Stratum fibrosum): Sie Periostist die mittlere, straff gebaute Schicht, deren Kollagenfasern und elastische Fasern vorwiegend längs ausgerichtet sind. Ein Teil der Kollagenfasern strahlt in die Kompakta des Knochens ein (Sharpey-Fasern), die eine feste Verbindung zwischen Periost und Knochen schaffen. Die Sharpey-Fasern verkalken oft.

  • Stratum:fibrosumKambiumschicht (Stratum osteogenicum). In dieser inneren, relativ zellreichen Schicht kommen insbesondere mesenchymale Knochenstammzellen und Osteoblastenvorläuferzellen vor. Letztere wandeln sich in reife Osteoblasten um, die für das appositionelle Dickenwachstum verantwortlich sind.

Beim ausgereiften Knochen des Erwachsenen ist das Periost Stratum:osteogenicumschmaler und zellärmer, die Kambiumschicht ist oft nur schwer abzugrenzen und enthält nur noch wenige Osteoblastenvorläuferzellen. Aber auch das ausdifferenzierte Periost ist blut- und lymphgefäßreich und enthält viele Nervenfasern. Es ist bekanntlich sehr schmerzempfindlich.
EndostEndost besteht aus flachen Knochendeckzellen (endostale Saumzellen, ruhende Osteoblasten). Diese Zellen liegen dem Knochengewebe an und können mitunter 2 oder 3 Schichten bilden. Im Bindegewebe unter diesen flachen Zellen befinden sich mesenchymale Stammzellen, Endost\bOsteoblastenvorläuferzellen und wohl auch Vorstufen von Osteoklasten. Im Endost können Lücken auftreten, die Platz für Osteoklasten Osteoblast:Endostschaffen. Nur ca. 5 % des Endosts bestehen aus aktiven Osteoblasten und Osteoklasten. Endost kleidet auch die Havers-Kanäle aus und kann, z. B. bei Frakturen, schnell aktiviert werden.
Knochenumbau („bone remodeling“)
Knochen wird das ganze Leben lang ständig umgebaut. Pro Jahr werden ca. 18 % des gesamten Skelettkalziums umgesetzt. Auslöser des Umbaus sind (auch geringfügige) Änderungen der Belastung, die von den Osteozyten wahrgenommen werden.
BMUDer Umbau wird von einer gut organisierten Gruppe von Osteoblasten und Osteoklasten ausgeführt, der „basic multicellular unit“ (BMU). Im kompakten Knochen bohren die Osteoklasten der BMU, ohne dass existierende Osteone ausgespart werden, einen Tunnel ins Knochen:Umbaubone remodelingKnochengewebe. Sie bilden eine Art Bohrkopf und können an einem Tag ca. 50 μm voranschreiten. Im spongiösen = trabekulären Knochen dringen die Osteoklasten nicht in den BMU (basic multicellular unit)Knochen ein, sondern bleiben an der Oberfläche und bewegen sich hier langsam vorwärts.
OsteoneBeim Aufbau eines neuen Osteons schreitet die Osteoklastengruppe voraus (Abb. 3.2.57). Die freigelegte und exkavierte Oberfläche wird von matrixbildenden Osteoblasten besiedelt, erst einer Schicht, dann der nächsten usw. Zwischen den Lamellen befindet sich dann eine Lage von Osteozyten. So entstehen Osteon:Knochenumbaumehrere neue Lamellen, die den Tunnel auskleiden und im Laufe mehrerer Monate ein neues Osteon aufbauen. In den neuen Havers-Kanal wandern sofort Blutgefäße und Bindegewebe ein. Erodierte Osteone sterben meist ab und bleiben als Schaltlamellen erkennbar. Insgesamt ergibt sich so das Bild des typischen histologischen Präparats mit intakten Osteonen und dazwischen liegenden Schaltlamellen.
TrabekelAuch auf den Trabekeln der Spongiosa wird die freigelegte und zu einer Grube vertiefte Oberfläche (Howship-Lakune) mit einer oder mehreren von Osteoblasten gebildeten Lamellen bedeckt. Zuerst wird immer Osteoid gebildet. Wenn das ausmineralisiert ist,Knochen:Trabekel\b flachen dieTrabekel:Knochen\b Osteoblasten an der Oberfläche des Trabekels ab und werden zu den ruhenden Knochendeckzellen des Endosts.
Frakturheilung
Knochen bietet als dynamisches, ständig im Umbau Howship-Lakunebegriffenes und reich durchblutetes Gewebe gute Voraussetzungen für die Heilung von Knochenbrüchen (Frakturen). Die Art dieser Heilung hängt von der Stellung der Frakturenden und von der mechanischen Stabilität des gebrochenen Knochens ab.
Primäre FrakturheilungSind die Frakturenden direkt und unter Druck aneinandergelagert (was das Ziel der operativen Osteosynthese ist), wachsen aus Havers-Kanälen, die aufgrund der Fraktur Frakturheilungzerrissen waren, Kapillaren und Osteoklasten in die Knochen:Frakturheilunggegenüberliegende Bruchfläche und bilden größere Resorptionskanäle. Die Resorptionskanäle werden Frakturheilung:primäredann von Osteoblasten mit Knochengewebe ausgefüllt, das eine feste Brücke zwischen den Bruchenden aufbaut. Makrophagen sind an der Abräumung eventuell anfallender kleiner abgestorbener Bezirke beteiligt.
Sekundäre FrakturheilungLiegt ein breiterer Frakturspalt vor, der von einer Blutung (Frakturhämatom) ausgefüllt ist, wird dieser Bluterguss in 1–2 Wochen durch ein zell- und kapillarreiches Reparationsgewebe (Granulationsgewebe) mit vielen Makrophagen und Fibroblasten ersetzt (Bindegewebskallus). Bei stabilen Verhältnissen Frakturheilung:sekundäreentsteht daraus desmaler Knochen, der dann später in Lamellenknochen umgebaut wird. Bei instabilen Verhältnissen entsteht zwischen den Bruchenden faserreiches Binde- und Knorpelgewebe, oft sterben auch größere Bezirke des Frakturendes ab. Nach 4–6 Wochen wird ein solcher KnorpelkallusKallusbildung dann aber oft knöchern umgewandelt. Die Bruchzone bleibt jedoch infolge der intensiven Umbauten längere Zeit mechanisch geschwächt. Bei starker Instabilität kann die knöcherne Überbrückung unterbleiben, und die Frakturenden werden nur durch straffes Bindegewebe verbunden (Pseudarthrose).

Fettgewebe

Fettgewebe ist eine besondere Form des Bindegewebes, das darauf spezialisiert ist, energiereiche Triazylglyzerine (Triglyzeride) zu speichern. Es tritt in 2 Formen, weißem und braunem Fettgewebe, auf.
Funktion und Regulierung
Die folgenden allgemeinen Hinweise zur Bedeutung des Fettgewebes beziehen sich fast Fettgewebeausschließlich auf das ubiquitäre weiße Fettgewebe.
Bindegewebe:FettgewebeEnergiespeicherungBei fast allen Tieren variiert in Triglyzeride:Fettgewebeunberechenbarer Weise die zur Verfügung stehende Nahrungsmenge. Dies gilt primär auch für den Menschen. Es ist daher sinnvoll, dass es im Körper Zellen gibt, die überschüssige energiereiche Verbindungen, wenn sie denn einmal anfallen, für Zeiten speichern können, in denen wenig oder keine Nahrung zur Verfügung steht. Diese Aufgabe übernehmen die weißen Fettzellen. Sie speichern Energie – die hauptsächlich aus Glukose und Fettsäuren verschiedener Quellen stammt (Abb. 3.2.58) – in Form von Triazylglyzerinen. Sie entlassen die gespeicherte Energie in Form von freien Fettsäuren.
RegulierungDie Menge an weißem Fettgewebe und seine anatomische Verteilung werden auf sehr komplexe Weise reguliert. Das Volumen einer Fettzelle kann sich um den Faktor 1.000 ändern. Bei der Zu- und Abnahme des Fettgewebsvolumens ist es wahrscheinlich so, dass sich Fettzellen innerhalb eines normalen Schwankungsrahmens nicht vermehren, sondern dass lediglich ihr Gehalt an Triazylglyzerinen (u. U. wiederholt) zu- und abnimmt. Im Fall ausgeprägter Fettsucht nimmt jedoch die Zahl der Fettzellen zu, wobei v. a. Wachstumshormon und IGF-1 (insulinähnlicher Wachstumsfaktor 1) eine Rolle spielen. Zahlreiche endokrine und neuronale Faktoren wirken auf die Fettzellen ein, und auch die Fettzellen selbst geben verschiedene Wachstumsfaktor:insulinähnlicherregulatorische Faktoren ab (Abb. 3.2.59). Alle diese IGF-1:FettgewebeFaktoren sind an der Regulation des Körpergewichts beteiligt, dazu kommen genetische und kulturelle Faktoren. Ein besonders wichtiger Regulator der Aufnahme und Abgabe energiereicher Verbindungen im Fettgewebe ist das Leptin, das von den Fettzellen selbst gebildet wird. Es wirkt v. a. im Hypothalamus und beeinflusst den Appetit. In Form einer negativen Rückkopplung fördert es die Nahrungsaufnahme bei Hunger oder hemmt sie bei reichem Nahrungsangebot. Unter physiologischen Bedingungen besteht eine Korrelation zwischen der Größe der LeptinFettzellen und der Menge an sezerniertem Leptin: Je größer die Fettzellen sind, desto mehr Leptin bilden sie, was zu verminderter Nahrungsaufnahme führt. Bei experimenteller Ausschaltung des Leptingens oder des Leptinrezeptors fehlt ein Signal zur Hemmung der Nahrungsaufnahme und entsprechende Mäuse werden extrem fett. Sehr selten gibt es auch beim Menschen Mutationen des Leptingens, was ähnliche Folgen hat.
Entstehung der Fettzellen
Fettzellen entstehen unter normalen Bedingungen aus fibroblastischen Vorläuferzellen (Abb. 3.2.60). Vermutlich gibt es auch beim Erwachsenen unter den Fibroblasten überall einzelne besondere Zellen, die sich zu Fettzellen entwickeln können. Sobald erkennbar ist, dass sich eine fibroblastische Zelle auf dem Differenzierungsweg zur Fettzelle (= Adipozyt) befindet, wird sie auch Präadipozyt genannt. Frühe Stadien auf dem Weg der Fettzellentwicklung können sich mitotisch teilen, ausdifferenzierte Fettzellen dagegen nicht. Bei der Differenzierung zur Fettzelle spielen genregulatorische Proteine eine essenzielle Rolle, z. B. Angehörige der PPAR-Familie Fettzelle:Entstehung(PPAR = „peroxisome proliferator-activated receptorPräadipozyt"). Fettzellen entwickeln eine eigene Enzymausstattung für den Import energiereicher Verbindungen und für den Abbau der gespeicherten Triazylglyzerine (für letzteres eigene Lipasen). Das gespeicherte Fett ist einem kontinuierlichen Umsatz unterworfen, es hat eine PPAR (peroxisome proliferator activated receptor)Halbwertszeit von 8 Tagen.
Formen des Fettgewebes
Es gibt 2 Formen des Fettgewebes:
  • braunes Fettgewebe (plurivakuoläres Fettgewebe)

  • weißes Fettgewebe (univakuoläres Fettgewebe)

Braunes Fettgewebe
GewebeBraunes Fettgewebe bildet läppchenförmige Strukturen und wird auch plurivakuoläres Fettgewebe genannt, da seine Zellen auch in ausdifferenzierter Form stets mehrere Fetteinschlüsse enthalten, die bei der Präparation der üblichen histologischen Schnitte herausgelöst werden, was dann das Bild von leeren Vakuolen ergibt (Abb. 3.2.61). Die Fettgewebe:braunesbräunliche Farbe ist mit bloßem Auge zu erkennen Fettgewebe:plurivakuoläresund beruht auf einem besonders hohen Gehalt an Zytochromen in ihren zahlreichen Mitochondrien.
ZellenBraune Fettzellen (Abb. 3.2.62) entstehen aus mesenchymalen Fibroblasten über eigene zytoplasmareiche Vorstufen. Wahrscheinlich kann aber auch weißes Fett bei Bedarf in braunes umgewandelt werden. Braune Fettzellen werden von einer Basallamina umgeben und sind kleiner als die weißen Fettzellen, ihr Durchmesser Fettzelle:braunebeträgt ungefähr 30 μm. Ihr rundlicher Kern liegt oft in der Mitte oder auch exzentrisch, aber nicht am Rande der Zellen. Das voluminöse Zytoplasma besitzt, neben den unterschiedlich großen Fetteinschlüssen, dicht gepackt rundliche Basallamina:FettzelleMitochondrien. Andere Zellorganellen sind deutlich seltener, vor allem ist kaum raues ER zu finden. Die Aktivität dieser Zellen wird durch Kältereiz und das sympathische Nervensystem stimuliert.
FunktionDie besondere Aufgabe des braunen Fettgewebes ist, Wärme zu bilden. Wärme entsteht bei der Fettsäureoxidation in den zahlreichen Mitochondrien (Abb. 3.2.62). Die innere Mitochondrienmembran besitzt das Protein Thermogenin, einen Protonentransporter, der die Funktion eines Entkopplers der oxidativen Phosphorylierung hat. Es bewirkt, dass die Energie der protonenmotorischen Kraft in Wärme umgewandelt wird. Braunes Fettgewebe ist reich sympathisch innerviert. Das aus den sympathischen Endigungen freigesetzte Noradrenalin stößt den enzymatischen Abbau der Triglyzeride an, und als Folge entsteht Wärme. Diese Art der Wärmebildung erfolgt ohne Muskelzittern.

Vorkommen

Braunes Fettgewebe kommt beim Menschen insbesondere beim Neugeborenen (Hals, Schultergürtel, Achselhöhle, Nierenhilum u. v. a.) vor. Auch Erwachsene können noch ganz erhebliche Mengen an braunem Fett besitzen, vor allem im Hals und zwischen den Schulterblättern. Im Hals kann es kleine Pakete bilden oder auch inselartig im weißen Fett liegen, wobei dann die beiden Fettgewebstypen durch ein Übergangsgewebe verbunden sein können. Winterschläfer akkumulieren es vor der Winterruhe. Das Wachstum des braunen Fettgewebes wird bei abnehmender Tageslänge durch das Hormon Melatonin stimuliert.

Weißes Fettgewebe
GewebeWeißes Fettgewebe (Abb. 3.2.63) wird auch als univakuoläres Fettgewebe bezeichnet. Es ist weißlich oder bei karotinoidreicher Nahrung (Karotten) auch gelblich. Die Fettzellen liegen dicht aneinander, was im Schnittpräparat oft zu hexagonaler Konfiguration der Einzelzellen führen kann. Eine Gruppe von Fettzellen wird jeweils durchFettgewebe:weißes Bindegewebsfasern zusammengehalten („KissenpolsterungFettgewebe:univakuoläres“), was ihre Funktion als Polsterungselemente verbessert (Abb. 3.2.64b). Die Architektur dieses Bindegewebsgerüstes ist bei Männern und Frauen verschieden (bei Frauen sind die „Kissen“ größer, daher kann bei ihnen leichter die sog. „Orangenhaut“ entstehen). Fettgewebe ist gut mit kleinen Blutgefäßen versorgt,Kissenpolsterung wobei jede Fettzelle mit mindestens einer Blutkapillare in Verbindung steht. Im Endothel der Kapillaren findet sich lumenseitig die im Fettgewebe gebildete Lipoproteinlipase, die die Triazylglyzerine der Chylomikronen zu freien Fettsäuren abbaut. Diese werdenOrangenhaut\b von den Fettzellen aufgenommen und hier als Fett gespeichert.
ZellenEine ausgereifte weiße Fettzelle besitzt einen riesigen Fetteinschluss, der das Zytoplasma und den Zellkern an den Rand der Zelle drängt (Abb. 3.2.64a). Weiße Fettzellen sind daher große Zellen und erreichen Durchmesser bis zu 120 μm. Der Fetteinschluss entsteht wahrscheinlich zwischen den Membranhälften der RER-Zisternen und schnürt sich dann in Fettzelle:weißeRichtung Zytoplasma ab. Er wird daher nur von einer einfachen Phospholipidschicht umhüllt, der sich zusätzlich eine Schicht des Proteins Perilipin anlagert. Außerdem wird er vor allem in noch unreifen Zellen von Vimentinfilamenten umhüllt. In der Zellperipherie finden sich Mitochondrien und Kaveolen sowie kleine Vesikel, die wahrscheinlich sowohl bei der Aufnahme als auch bei der Abgabe von Triazylglyzerinbausteinen eine Rolle spielen. Außen liegt der Zelle eine besondere Basallamina an, die wiederum von retikulären Kollagenfasern umgeben wird (Abb. 3.2.64b). Die zarte Basallamina enthält Typ-IV-Kollagen und Laminin (Abb. 3.2.65). Im üblichen histologischen Schnitt ist der Fetteinschluss herausgelöst, sodass nur der sehr schmale periphere Zytoplasmasaum mit dem flachen dunklen Kern zu erkennen ist (Abb. 3.2.63, Abb. 3.2.64a). Mithilfe von speziellen Techniken, z. B. Gefrierschnitten, bleibt aber das Fett erhalten und kann mit verschiedenen Färbungen (z. B. Ölrot, Sudanrot und Sudanschwarz) sichtbar gemacht werden (Abb. 3.2.66).
Differenzierung und FunktionWährend der Differenzierung treten zunächst einzelne, dann mehrere Fetteinschlüsse im Zytoplasma auf, die schließlich zu einer großen Fettkugel verschmelzen (Abb. 3.2.60). Beim Hungern verläuft dieser Prozess in umgekehrter Richtung und nach einer Hungerperiode füllen sich die Fettzellen wieder auf. Erst bei ausgeprägter Adipositas entstehen neue Fettzellen. Neben dieser Energiespeicherfunktion und der Sekretion von regulatorischen Faktoren (Abb. 3.2.59) besitzt weißes Fettgewebe an manchen Stellen mechanische, strukturelle Funktionen (Orbita, große Gelenke, Hand- und Fußsohlen u. a.).

Vorkommen

Baufett, z. B. Orbita, große Gelenke, Hand- und Fußsohlen u. a.; Speicherfett, z. B. Bauch- und Flankenhaut, retroperitoneales Bindegewebe, Mesenterien, Gesäß, Kinn, Hals.

Klinik

Von großer Bedeutung für Gesundheit und Volkswirtschaft ist Übergewichtigkeit in den Wohlstandsgesellschaften. Übergewichtigkeit (Adipositas) ist durch übermäßige Vermehrung des Fettgewebes gekennzeichnet und ist ein Risikofaktor für Bluthochdruck, Typ-2-Diabetes und Wirbelsäulen- sowie Gelenkschädigungen. Ursache für Fettsucht sind vor allem kulturelle Einflüsse, soziale und psychische Bedingungen, genetische Disposition und manchmal auch Nebenwirkungen von Medikamenten, z. B. einigen Antidepressiva. Bei seltenen Lipodystrophien kommt es zu partiellem oder allgemeinem Schwund des Fettgewebes. Nicht ganz selten treten gutartige Tumoren ausgereifter Fettzellen auf, die von Bindegewebe begrenzt und Lipome genannt werden.

Muskelgewebe

W. Kummer, U. Welsch

Zur Orientierung

Fast alle Zellen besitzen die Eigenschaft der Kontraktilität, aber in Muskelzellen (MuskelgewebeMyozyten) steht diese Eigenschaft im Vordergrund Gewebe:Muskelgewebealler Zellleistungen, und die gesamte Struktur der Muskelzellen ist auf diese Funktion hin ausgerichtet. In Muskelzellen wird chemische Energie in mechanische Arbeit umgewandelt, was Grundlage für Herzschlag, Darmperistaltik, die Bewegung der Extremitäten und viele andere Vorgänge ist. Die gesamte Muskulatur macht bis zu 40 % des Körpergewichts aus. Es lassen sich verschiedene Formen des Muskelgewebes unterscheiden (Tab. 3.3.1):

  • Skelettmuskulatur

  • Herzmuskulatur

  • glatte Muskulatur

Diese Einteilung gibt nicht wieder, dass es funktionelle und morphologische Übereinstimmungen zwischen glatter und Herzmuskulatur einerseits und viele ganz eigenständige Merkmale der Herzmuskulatur andererseits gibt.

Der kontraktile Apparat baut sich in allen Muskelzellen aus filamentärem Aktin und Myosin II sowie weiteren Proteinen auf. In quergestreiften Muskelzellen bilden diese Proteine in hochgeordneter Weise Myofibrillen, die aus vielen gleichartig aufgebauten Sarkomeren bestehen, was die Ursache des Phänomens der Querstreifung ist. In glatten Muskelzellen bilden die kontraktilen Filamente weniger regelmäßig aufgebaute Strukturen, denen die Querstreifung fehlt und deren Ordnungsprinzip noch nicht voll verstanden ist. Das Zusammenspiel von Aktin und dem Motorprotein Myosin II führt zur reversiblen Verkürzung (Kontraktion) aller Muskelzellen.

Skelettmuskulatur

Die Skelettmuskulatur bildet die aktive Komponente des Bewegungsapparats. Sie ist fast immer willkürlich innerviert und in Adipositasder Lage, schnell für kurze Zeit große Kraft zu entwickeln; ermüdet jedoch vergleichsweise schnell. Baueinheiten sind lange, vielkernige, quergestreifte Muskelzellen (Muskelfasern). Die Skelettmuskulatur baut aber auch Zunge, Gaumen, oberen Ösophagus, mimische Muskulatur, Zwerchfell, äußere Augenmuskeln u. a. auf.
Hierarchischer Aufbau der Skelettmuskulatur
PrimärbündelDie Muskelzellen bilden zusammen mit dem kollagenfaserigen Bindegewebe in einem definierten Muskel komplexe und hierarchisch angeordnete Systeme. Eine Muskulatur:Skelettsystem\bReihe von parallel verlaufenden Muskelfasern (oft ca. 100Skelettmuskulatur) bildet die Funktionseinheiten des Muskels, das Primärbündel. Die Einzelzellen des Primärbündels werden von feinen Bindegewebsfasern Primärbündelumsponnen, die auch benachbarte Muskelfasern verbinden und insgesamt das Endomysium, das zarte retikuläre Bindegewebe innerhalb eines Primärbündels, aufbauen (Abb. 3.3.1a). Das Primärbündel wird von einer feinen Bindegewebsschicht umhüllt, dem Perimysium internum, das die Verschieblichkeit der Primärbündel gegeneinander ermöglicht.
SekundärbündelGruppen von Primärbündeln bilden sog. Sekundärbündel (EndomysiumFleischfasern), die vom Perimysium externum umhüllt werden. Dieses kann schmale oder breite Septen bilden, in denen Blutgefäße Perimysium:internumund Nerven ins Innere des Muskels vordringen.
GesamtmuskelDie Sekundärbündel bilden den Gesamtmuskel, der Sekundärbündelvom sog. Epimysium umgeben wird, dem sich nach außen hin noch die derbe Faszie anschließt, die den Muskel verschieblich in die Perimysium:externumUmgebung einbaut und teilweise Funktion als Ursprungsregion des Muskels haben kann.
KapillarisierungDie Nerven und Blutgefäße dringen an bestimmten Stellen (Areae nervovasculosae) in einen Muskel ein, verzweigen sich und dringen überEpimysium das Perimysium externum in die Tiefe. Im Endomysium liegt ein reich entwickeltes Kapillarnetz um die einzelnen Muskelfasern vor (Abb. 3.3.1b). Die Kapillaren bilden Schlingen, die Anpassungen an die unterschiedlichen Längenzustände des Muskels erlauben.

MERKE

Das Primärbündel wird vom Perimysium internum umhüllt und enthält innen das Endomysium; das Sekundärbündel wird vom Perimysium externum umgeben, der Gesamtmuskel wird vom Epimysium umhüllt, das mit der Muskelfaszie verbunden ist.

Skelettmuskelfaser
Die Baueinheiten der Skelettmuskulatur sind die vielkernigen, z. T. zentimeterlangen und ca. 40–100 (seltener bis 500) μm dicken Muskelfasern. Sie erstrecken sich meist von einer Sehne des Muskels bis zur anderen, bei besonders langen (> 50 mm) Muskeln, wie in den platten Bauchmuskeln, reihen sich jedoch 2 oder mehr aneinander.
Genese
Skelettmuskelfasern sind vielkernige Synzytien: Sie entstehen aus früh determinierten Myoblasten, einkernigen Zellen, die proliferieren und sich zu differenzieren beginnen. SkelettmuskelfaserDie Myoblasten verlieren mit zunehmender Expression Muskelzelle:Skelettmuskelfasermuskelspezifischer Proteine die Fähigkeit, sich zu teilen. Synzytium:SkelettmuskelfasernAb einem bestimmten Differenzierungsstadium fusionieren sie und bilden zunächst längliche Zellen, in denen die Kerne hintereinanderliegen und die MyoblastMyotuben genannt werden. Die Myotuben wachsen durch Aufnahme weiterer Myoblasten langsam zu großen, ausdifferenzierten Skelettmuskelfasern heran. Die Kerne verlagern sich in die Peripherie, und im Zentrum differenziert sich der kontraktile Apparat aus Myofibrillen. Das Wachstum der Muskelzellen wird v. a. durch ein Signalprotein, das Myostatin, begrenztMyotuben, das die Zellen selbst sezernieren. Mutationen des Myostatin-Gens können zu enormem Muskelwachstum führen, was experimentell bei Mäusen und aus der Tierzucht von Rindern bekannt ist.
Zytoplasma und Filamente: Querstreifung
QuerstreifungDas auffallendste Merkmal einer Skelettmuskelfaser ist die Querstreifung (Abb. 3.3.2). Träger dieser Querstreifung sind Hunderte dicht aneinandergelagerte, 0,5–1 μm dicke Myofibrillen, deren Querstreifung auf gleicher Höhe liegt, sodass die ganze Muskelfaser quergestreift erscheint (Abb. 3.3.2, Abb. 3.3.3). Im Querschnitt durch eine Skelettmuskelfaser sind die Fibrillen auf einem lichtmikroskopischen Präparat oft als feine Punkte zu erkennen (Abb. 3.3.4). Diese Punkte können Gruppen bilden und sind durch fibrillenfreie netzförmige Bahnen getrennt (Cohnheim-Felderung, in gewissem Maße ein präparationsbedingtes Artefakt, weil durch eine nicht optimale Fixierung die Abstände zwischen den Myofibrillen künstlich erweitert sind).

MERKE

Muskelfibrille = Myofibrille = längs verlaufendes kontraktiles Element der Muskelzelle (aufgebaut aus Aktin und Myosin II mit ihren assoziierten Proteinen).

ZytoplasmaDas Zytoplasma wird in den Skelettmuskelfasern auch Sarkoplasma (griech. sarkos = Fleisch) genannt. Es färbt sich in der H. E.-Zytoplasma:SkelettmuskelfaserFärbung eosinophil an und enthält v. a. Myofibrillen und Mitochondrien. InSkelettmuskelfaser:Querstreifung ihm liegt auch das Sauerstoff bindende Protein Myoglobin gelöst vor. Es ist weitgehend für die bräunliche Färbung der SarkoplasmaSkelettmuskulatur verantwortlich. Als Sauerstoffspeicher ist es bei tauchenden Vögeln und H.E.-Färbung:SarkoplasmaSäugern in besonders reichem Maße vorhanden.
Zellkerne
In der Zellperipherie liegen Hunderte von länglichen Zellkernen (ca. 40 pro mm Zelllänge). Sie sind relativ klein (Längsdurchmesser ca. 8–Myoglobin10 μm), oval und etwas abgeflacht (Abb. 3.3.4). Sie besitzen ein feines Chromatinmuster und enthalten einen deutlichen Nukleolus.
Zellorganellen, Zelleinschlüsse
In der Nähe des Zellkerns finden sich i. A. viele Zellorganellen. Mitochondrien mit dicht gestellten Cristae lagern sich in Reihen parallel zu den Myofibrillen und können in der Nähe der Zellmembran große Ansammlungen bilden (Abb. 3.3.3). Kleine Golgi-Apparate treten in VielzahlZellkern:Skelettmuskelfaser in Kernnähe auf. Ribosomen sind zahlreich. Hoch entwickelt ist das glatte ER, während das RER eher gering entwickelt ist. Lysosomen sind in unterschiedlicher Zahl anzutreffen (Abb. 2.52a). Glykogen kommt im gesamten Zytoplasma vor. Fetttropfen können in Kernnähe und zwischen den Myofibrillen auftreten.
Basallamina und Zellmembran
ZellmembranDie Zellmembran (Sarkolemm) wird durch verschiedene besondere Proteinkomplexe stabilisiert, sodass der mechanische Stress, der vom ständigen Wechsel zwischen Kontraktion und Entspannung ausgeht, ohne Schädigung der Membran auf das Endomysium und letztlich die Sehnen übertragen werden kann. Zellmembran:SkelettmuskelfaserSolche proteinreiche Abschnitte der Zellmembran (Abb. 3.3.5) laufen in Höhe der SarkolemmZ-Scheiben ringförmig um die ganze Zelle und werden Costamere genannt. An diesen Costameren kommen u. a. Desminfilamente und αβ-Kristalline (aber auch z. B. Integrine) vor (s. u.). Vor allem an den Costameren wird die Zellmembran innen durch Aktin (das hier zum Zytoskelett gehört), Dystrophin und Spektrin stabilisiert. Dystrophin verbindet Aktin mit der Zellmembran und ist in speziellen CostamereMembranproteinkomplexen (mit Dystroglykanen und Sarkoglykanen) Aktin:Skelettmuskelfaserverankert (Abb. 3.3.5). Dystroglykane sind über ein besonderes Laminin in der Dystrophin:SkelettmuskelfaserLamina densa der Basallamina verankert, in der wiederum Mikrofibrillen und Kollagenfibrillen Spektrin:Skelettmuskelfaserdes Endomysiums befestigt sind.
Die Zellmembran bildet auch tief ins Zytoplasma eingesenkte fingerförmige Einstülpungen, die Transversal(T)-Tubuli.
BasallaminaWie alle anderen Muskelzellen sind auch die Skelettmuskelfasern von einer Basallamina umgeben, die den Einbau dieser Zellen ins Bindegewebe vermittelt.

Klinik

Es gibt mehrere angeborene Defekte der Membranproteine der Skelettmuskelfasern. So fehlt z. B. bei der erblichen Duchenne-Muskeldystrophie das Dystrophin. Diese Muskelschwäche führt dazu, dass betroffene Kinder bereits im Alter von 10–12 Jahren nicht mehr gehen können. Muskelgewebe wird durch Fett- und Bindegewebe ersetzt. Diese Krankheit führt zum Tod.

Kontraktiler Apparat der Skelettmuskelfaser
Myofibrillen in Licht- und Elektronenmikroskopie
Banden, Streifen und LinienDie Myofibrillen Basallamina:Skelettmuskelfaserzeigen eine regelmäßige Querstreifung von hellen und dunklen Streifen (Banden) (Abb. 3.3.2, Abb. 3.3.3). Die imDuchenne-Muskeldystrophie lichtmikroskopischen Präparat dunklen Streifen verhalten sich im Polarisationsmikroskop doppelbrechend, also anisotrop, und leuchten hell auf; sie werden daher A-Bande (A-Streifen) genannt (Abb. 3.3.6). Die hellen Streifen sind isotrop (einfachlichtbrechend). Man bezeichnet sie als I-Bande (I-Streifen). Die I-Banden verkürzen sich bei der Kontraktion, während die A-Banden konstant bleiben. In der Mitte jeder I-Bande verläuft eine dunkle, Myofibrilleschmale Z-A-BandeLinie (Zwischenstreifen, Z-Streifen, Z-Scheibe). Der Teil einer Fibrille, der von den Z-Linien begrenzt wird, wird Sarkomer genannt, es ist die funktionelle I-Bandekontraktile Einheit der Fibrille. In der Mitte jeder A-Bande ist noch eine helle H-Zone (Hensen-Streifen, H-Streifen, H-Bande)H-Bande zu erkennen, in dessen Z-LinieMitte wiederum eine schmale, dunkle M-Streifen (Mittelstreifen = M-Linie) verläuft. Die M-Linie besteht ausSarkomer Proteinen (M-Linien-Proteine, Myomesin, Kreatinkinase), die die Myosinfilamente in der Mitte des Sarkomers verbinden.
SarkomereIm ElektronenmikroskopHensen-Streifen ist der Aufbau der Sarkomere, also der Abschnitt zwischen 2 Z-Linien, besser erkennbar als im Lichtmikroskop (Abb. 3.3.7). Ein M-LinieSarkomer ist im Ruhezustand ca. 2,2 μm lang und wird im Wesentlichen aus regelmäßig angeordneten dünnen und dicken Filamenten aufgebaut (Abb. 3.3.6). Die dünnen Filamente (ca. 2.000/SarkomerSarkomer) sind ca. 6 nm dick und ca. 1 μm lang und bestehen aus filamentärem Aktin, Tropomyosin und Troponin. Die dicken Filamente (ca. 1.000/Sarkomer) sind aus Myosin II aufgebaut, ca. 15 nm dick und 1,5 μm lang. Die Z-Linie (dreidimensional: Z-Scheibe) ist ein komplexes Fasergitter, in dem die Plus-Enden der Aktinfilamente (s. u.) verankert sind. An dieser Verankerung ist eine Reihe von Proteinen beteiligt, darunter das α-Aktinin, das Aktin quer Myosin:Skelettmuskelfaservernetzt und zu dickeren Bündeln verbinden kann. Ein weiteres Z-Linien-Protein ist das Cap-Z-Protein. Es ist ein Capping-Z-LinieProtein, das die Depolymerisierung der Aktinfilamente am Plus-Ende verhindert und sie wahrscheinlich mit anderen Proteinen der Z-Linie verknüpft.

MERKE

Das Segment einer Fibrille zwischen 2 Z-Streifen ist das Sarkomer. Das Sarkomer ist die funktionelle Einheit der Fibrillen, die aus Hunderten oder Tausenden solcher Sarkomere aufgebaut sind.

Aktin und Myosin im SarkomerIn der A-Bande befinden sich sowohl Myosin- als auch Aktinfilamente, die sich hier überlappen. Myosinfilamente kommen nur in der A-Bande vor und verlaufen im Abstand von ca. 45 nm parallel zueinander; in der Mitte der A-Bande (in der M-Linie) werden sie über Myosin:SkelettmuskelfaserVerbindungsproteine in Position gehalten. Aktinfilamente sind im Z-Aktin:SkelettmuskelfaserStreifen verankert, machen den wesentlichen Teil des I-Bandes aus und dringen zwischen den Myosinfilamenten in die A-Streifen ein bis an den Rand des H-Streifens. Der H-Streifen enthält keine Aktinfilamente, sondern ausschließlich Myosinfilamente. In der A-Bande sind jeweils 6 Aktinfilamente um ein Myosinfilament angeordnet, wobei ein bestimmtes Aktinfilament nicht nur einem, sondern 2 benachbarten Myosinfilamenten zugeordnet ist, und auf Längsschnitten ist zu erkennen, dass von den Myosinfilamenten kurze dornförmige Projektionen ausgehen, die eine Verbindung bzw. eine Brücke zu den Aktinfilamenten bilden können. Bei einer Kontraktion der Skelettmuskelfasern verkürzen sich die Sarkomere dadurch, dass die Aktinfilamente auf beiden Seiten tiefer in die A-Bande hineingleiten. Dadurch wird die I-Bande kürzer (auch der H-Streifen wird kürzer), wohingegen die A-Bande ihre Breite nicht verändert. Bei starker passiver Dehnung werden I-Bande und H-Streifen breiter als im Ruhezustand.
Filamentäre Moleküle der Fibrille
MyosinDie Myosinfilamente sind jeweils polar strukturiert und aus ca. 300–350 Myosin-II-Molekülen aufgebaut (ein Einzelmolekül ist ca. 300 nm lang und 2–3 nm dick). Ein Myosinmolekül besteht aus 2 schweren und 4 leichten Polypeptidketten. Die beiden schweren Ketten besitzen je einen langen Schwanzteil (beide Schwanzteile sind umeinander gewunden), je einen biegsamen Halsteil und je ein globuläres Ende, den sog. Kopf. Dem Halsteil sind je 2 leichte Polypeptidketten (eine regulatorische und eine essenzielle) assoziiert. Die Köpfe stehen seitlich von der Längsachse der Schwanzteile ab und entsprechen den seitlichen Projektionen im Elektronenmikroskop. Der Kopfteil ist Ort der ATPase-Aktivität und kann die Brücken zwischen Myosin und Aktin bilden. Er besitzt je eine hochaffine und eine niederaffine Aktinbindungsstelle und eine Nukleotidtasche, die ATP oder ADP und Pi (anorganisches Phosphat) bindet. Der Hals zwischen Kopf und Schwanz ist flexibel, sodass Konfigurationsveränderungen möglich sind (molekulare „Gelenkregion“).

MERKE

Das Myosinfilament besteht aus den zusammengelagerten Schwanzteilen von ca. 300–350 Myosin-II-Molekülen. Die Köpfe schauen seitlich aus dem Filament hervor.

Die polar gebauten Myosinmoleküle sind im dicken Filament so angeordnet, dass der Schwanzteil zur Mitte des Filaments zeigt, der Kopfteil liegt dagegen an den Enden des Filaments. Die Packung der Myosinmoleküle ist dann so, dass die Köpfe spiralförmig von den beiden Enden des dicken Filaments abstehen, während seine Mitte keine Köpfe besitzt (H-Streifen). Die Köpfe sind an den 2 Enden des Filaments entgegengesetzt angeordnet.
AktinDie gut 6 nm dicken Aktinfilamente bestehen aus 2 Ketten von filamentärem Aktin (F-Aktin), die helikal umeinander gewunden sind. Das Plusende ist im Z-Streifen verankert, das Minusende ragt zur Sarkomermitte. Dem Aktinfilament ist der Regulatorproteinkomplex Tropomyosin/Troponin zugeordnet. Das Tropomyosin verläuft in derAktinfilament:Fibrille Furche zwischen den 2 Aktinfilamenten. Dem Tropomyosin ist in regelmäßigen, 40 nm messenden Abständen ein F-Aktin\bKomplex aus 3 Troponinpeptiden angelagert, die in der glatten Muskulatur fehlen:
  • Troponin T bindet den Komplex an Tropomyosin.

  • Troponin C kann Kalzium binden.

  • Troponin I Tropomyosinhemmt im Ruhezustand die Bindung der Myosinköpfe an das Aktin und somit das Filamentgleiten.

TitinDas myofibrilläre Protein Titin (= Connectin) ist die längste TroponinPolypeptidkette des menschlichen Körpers und hat elastische Eigenschaften. Es ist in der A-Bande über Proteine mit den Myosinfilamenten assoziiert und erstreckt sich von der M-Linie bis zur Z-Linie (Abb. 3.3.6). Titin verbindet die Myosinfilamente Titinmit dem Z-Streifen und verläuft in der A-Bande in einer Zahl von 6 Molekülen im ConnektinMyosinfilament. Es stabilisiert die dicken Myosinfilamente und hält sie in Position. Außerdem verleiht es den Myofibrillen die Elastizität. Diese beruht darauf, dass das Molekül in der I-Bande (vom Ende des Myosinmoleküls bis zum Z-Streifen) eine frei verlaufende Domäne besitzt, die wie eine spiralige Feder aufgebaut ist. Eine ruhende Muskelzelle kann so weit gedehnt werden, dass sich Aktin- und Myosinfilamente nicht mehr überlappen. Wenn nicht mehr gedehnt wird, stellt sich mithilfe des Titins wieder das normale Überlappungsmuster her.
NebulinNebulin liegt dem Aktinfilament an, hält es in Position und bestimmt seine Länge. Capping-Proteine stabilisieren die Enden der Aktinfilamente und verhindern, dass während der Kontraktion Aktinuntereinheiten dissoziieren. Tropomodulin stabilisiert das Minusende des Aktinfilaments im Zentrum des NebulinSarkomers, das Cap-Z-Protein stabilisiert das Plusende im Z-Streifen.
Zytoskelett
Das Zytoskelett ist hoch entwickelt: An der Zellmembran finden sich:Aktinfilament:Nebulin
  • filamentäres Aktin: Stabilisierung der Membran

  • Spektrin: direkt mit der Membran Zytoskelett:Skelettmuskelfaserverbunden

  • Dystrophin: verbindet Aktin mit der Zellmembran (s. o.)

  • Vinculin: Verankerungsprotein, in das auch intermediäre Filamente einstrahlen

Die Intermediärfilamente des Zytoskeletts (s. a. Kap. 2.6.3) bestehen Spektrin:Skelettmuskelfaseraus Desmin.
Desmin verbindet benachbarte Dystrophin:Skelettmuskelfaser\bMyofibrillen und hilft, sie im richtigen Abstand zu positionieren. Es umspinnt die einzelnen Myofibrillen in Höhe der Z-Vinculin:SkelettmuskelfaserScheiben und ist hier auch befestigt (Abb. 3.3.3). Desmin überträgt mechanischen Stress von der Myofibrille auf die Basallamina und das Bindegewebe und hält die Lage der Myofibrillen stabil. Desmin:SkelettmuskelfaserBenachbarte Desminfilamente sind durch das Protein Plektin verbunden. αβ-Kristalline sind Hitzeschockproteine, die Z-Scheiben bzw. die Desminfilamente vor mechanischem Stress schützen.
Glattes endoplasmatisches Retikulum
L-SystemDas glatte endoplasmatische Retikulum (sarkoplasmatische Retikulum, SR, L-System) ist ungewöhnlich hoch Retikulum, endoplasmatisches:glattesdifferenziert und tritt in funktionelle und Plektinräumliche Beziehung mit schlanken schlauchförmigen Einstülpungen der Zellmembran, den Transversaltubuli. Die Schläuche des SR sind überwiegend längs bzw. longitudinal, d. h. parallel zur Längsachse der L-SystemZellen, angeordnet (daher auch L-System). Sie sind netzförmig miteinander verbunden und umspannen die Myofibrillen (Abb. 3.3.6, Abb. 3.3.8). Es lassen sich verschiedene Zonen des SR unterscheiden:
  • Im Bereich des H-Streifens bildet sich ein besonders dichtes Netzwerk aus.

  • Am Übergang von der A- zur I-Bande finden sich 2 zirkulär um die Myofibrillen verlaufende sog. Terminalzisternen (junktionales Retikulum), in die die längs verlaufenden Schläuche (longitudinale Sarkotubuli) des SR einmünden (Abb. 3.3.6, Abb. 3.3.8).

TriadeZwischen den 2 Terminalzisternen befindet sich ein enger Schlauch, der Transversal(T)-Tubulus, der eine Einstülpung der Zellmembran ist. Die 2 TerminalzisternenTerminalzisterne und der T-Tubulus sind über junktionale Füßchen (Abb. 3.3.7, Abb. 3.3.8) verbunden und bilden einen Membranenkomplex, der Triade (Triade Abb. 3.3.7) genannt wird. Die junktionalen Füßchen (Brückenproteine, junktionale Kanalkomplexe) bestehen aus einem T-TubulusProteinkomplex, der aus einem spannungssensiblen Rezeptor in der Zellmembran, dem Dihydropyridinrezeptor, und einem mit ihm verbundenen Rezeptor in der Membran der Terminalzisterne, dem Ryanodinrezeptor, einem speziellen Kalziumkanal, aufgebaut ist.
FunktionDas SR speichert (sequestriert) in Ruhephasen Kalzium, das zu einem erheblichen Teil an 2 lösliche Proteine gebunden ist; freie Kalziumionen liegen hier nur in relativ geringer Konzentration vor. Ändert sich das Membranpotenzial durch einen Nervenimpuls, ändert sich die Konformation des Dihydropyridin- und dann die des Ryanodinrezeptors, wodurch Ca2+-Ionen aus dem SR ins Zytosol gelangen.
Kontraktion
Elektromechanische KopplungVon der motorischen Endplatte breitet sich ein Aktionspotenzial über die Membran der Muskelzellen aus, das über die T-Tubuli in die Tiefe der Muskelzellen vordringt. Die junktionalen Füßchen zwischen T-Tubuli und KontraktionTerminalzisternen werden aktiviert, Kalzium wird Skelettmuskulatur:Kontraktionaus dem SR freigesetzt, strömt ins Zytosol und setzt den Kopplung, elektromechanischeKontraktionsprozess in Gang.
Mechanismus des KontraktionszyklusIm Ruhezustand (wenig Ca2+ im Zytosol der Muskelzelle) ist das Myosinköpfchen nur schwach mit dem Aktin verbunden (Abb. 3.3.9). Jedes Köpfchen hat ein ATP gebunden und steht in einem Winkel vonKalzium:Skelettmuskulatur 45° zum Myosinfilament und grob senkrecht zum Aktinfilament. Strömt Kalzium ins Sarkoplasma ein und bindet an Troponin C, aktiviert Aktin die ATPase-Funktion des Myosinköpfchens und das an das Myosinköpfchen gebundene ATP wird in ADP und Pi (anorganisches Phosphat) gespalten. Diese Spaltung hat zur Folge, dass sich das Myosinköpfchen aufrichtet und fest mit der nun freigelegten Bindungsstelle am Aktin verbindet. Das anorganische Phosphat löst sich vom Köpfchen ab, woraufhin das Köpfchen eine Kippbewegung von ca. 40° ausführt. Dieser Vorgang bewirkt, dass Myosin- und Aktinfilament ein kleines Stück aneinander vorbeigleiten. Dann löst sich auch das ADP vom Köpfchen und die Kippbewegung geht ein Stückchen weiter, bis die Myosinköpfchen ihre Endstellung erreichen. Erst wenn erneut ATP an das Myosinköpfchen gebunden wird, löst das Myosinköpfchen seine Bindung ans Aktin und geht in die Ausgangsstellung zurück. Bei der Regeneration von ATP ist die Kreatinkinase in der M-Linie beteiligt.
Solange genügend Kalzium in der Myofibrille vorhanden ist, folgt ein Zyklus dem anderen. Während jedes Zyklus gleiten die Filamente um ca. 4 nm aneinander vorbei, insgesamt verkürzen sich die Sarkomere um 20–30 %. Aufgrund ihrer Anordnung am Myosinfilament sind während einer Kontraktion viele Myosinköpfchen in der Phase der Kippung (des „Ruderschlags“), während sich andere abgelöst haben.
Relaxation
Die Membran des SR ist reich an Ca2+-Mg2+-ATPase, die nach der Erregung das zuvor freigesetzte Kalzium in das Lumen dieses Schlauchsystems zurückpumpt. Die Kontraktionszyklen werden beendet, wenn nicht mehr genügend Kalzium in der Fibrille vorliegt. Im lebenden Muskel ist dann das Myosinköpfchen in Ruhestellung, d. h., es hat ATP gebunden und ist nicht oder nur schwach mit dem Aktinfilament verknüpft.

Klinik

Bei der Totenstarre (Rigor mortis) ist ATP vollständig abgebaut, sodass sich die Aktin-Myosin-Komplexe nicht mehr lösen können.

Muskelfasern
Fasertypen
Muskelfasern im Gesamtorganismus und in einem einzelnen Muskel sind nicht gleichartig, z. B. hinsichtlich ihrer Dicke, ihres Organellenbesatzes und ihrer physiologischen Merkmale.
Skelettmuskulatur:RelaxationZuckungsfasernDie allermeisten Fasern sind Zuckungsfasern, die auf Relaxationeinen Impuls des Axons hin, das sie innerviert, mit einer Zuckung reagieren. Beim Menschen werden unterschieden:
  • Typ-I-Fasern (langsame = rote Zuckungsfasern) = Typ-S-Fasern (s = slow)

  • Typ-II-Fasern (Skelettmuskulatur:Fasertypenschnelle = weiße Zuckungsfasern) = Typ-F-Fasern (f = fast)

Diese Typen sind Zuckungsfasergrundsätzlich ineinander umwandelbar. Typ-I-Fasern enthalten viele Mitochondrien und viele oxidative Enzyme. Ihnen reicht der normale aerobe Stoffwechsel. Außerdem enthalten sie viel Myoglobin (Sauerstoffspeicher, rote Farbe, Abb. 3.3.10) und öfter Lipidtropfen (Energiespeicher). Sie ermüden nur langsam und erfüllen Funktionen bei der Aufrechterhaltung der Körperhaltung und bei Bewegungen, die keine große Kraft entwickeln. Typ-II-Fasern sind reich an Glykogen und glykolytischen Enzymen. Mitochondrien und Myoglobin sind vergleichsweise weniger vorhanden (weiße Farbe, Abb. 3.3.10). Sie können rasch große Kraft entwickeln und haben einen hohen Energiebedarf, den der normale aerobe Stoffwechsel nicht lange decken kann. Sie sind nur kurze Zeit maximal aktiv und ermüden rasch. Mit besonderen Techniken lassen sich bei den Typ-II-Fasern 2 Untertypen erkennen.
Das Verhältnis an verschiedenen Fasertypen in einem bestimmten Muskel ist ziemlich konstant, aber nicht unveränderlich. Rote Fasern können sich in weiße umwandeln, was offenbar vor allem von ihrer Innervation bestimmt wird. Experimentell kann der Austausch der Nerven zu einem langsamen morphologischen und funktionellen Umbau der Muskelfasern führen.
TonusfasernAußer den Zuckungsfasern gibt es noch viel seltener sog. Tonusfasern. Diese sind sehr dünn und kommen in Muskelspindeln und in geringer Zahl in den Augenbewegungsmuskeln vor. Sie bilden mehrere Synapsen aus. Tonusfasern kontrahieren sich entsprechend dem Ausmaß der Depolarisation. Ihre Membran kann keine Aktionspotenziale fortleiten.
Motorische Einheiten
TonusfaserMuskelfasern kontrahieren sich nicht einzeln, sondern in Gruppen, die von den Verzweigungen eines Axons innerviert und motorische Einheiten („motor units“) genannt werden. Kleine motorische Einheiten, z. B. in den kleinen Handmuskeln, bestehen aus 100–300 Muskelfasern und erlauben besonders fein abgestimmte Bewegungen. Größere, z. B. in Arm- oder Beinmuskeln, bestehen aus 600–1.700 Fasern. Die einzelnen Fasern einer Einheit können relativ locker verteilt sein und im gleichen Gebiet wie Fasern mehrerer anderer Einheiten vorkommen.
Satellitenzellen
Skelettmuskulatur regeneriert generell schlecht, stark geschädigtes Muskelgewebe stirbt meist ab und wird durch bindegewebiges Narbengewebe ersetzt. Dies bringt zwangsläufig Funktionsverlust mit sich, auch nach operativer Durchtrennung von Muskeln. Leicht oder mäßig geschädigte Muskelzellen können Einheit:motorische\bregenerieren, wenn Zellmembran und Basallamina intakt sind und die Blut- und Nervenversorgung nicht unterbrochen ist. Diese Regeneration oder Reparatur geht von den geschädigten Muskelzellen selbst und/oder von Satellitenzellen (Abb. 3.3.11) aus. Satellitenzellen sind kleine Zellen, die der Oberfläche der Muskelzelle direkt anliegen. Sie befinden sich innerhalb der Basallamina der Muskelzelle. Die Satellitenzellen sind während der Entwicklung nicht aufgebrauchte ruhende Myoblasten und haben Stammzellcharakter. Als Reaktion auf Muskelbeanspruchung (Training) und Trauma können sie aktiviert werden und sich teilen. Sie fusionieren dann mit vorhandenen Muskelfasern oder bilden neue Fasern. Die Forschung an den Stammzellen der Skelettmuskulatur steht im Dienste neuer Therapien der Muskeldystrophien.

Herzmuskulatur

Die quergestreifte Herzmuskulatur ist aus großen, 50–120 μm langen und 15–20 μm dicken, meist einkernigen Herzmuskelzellen (Kardiomyozyten) aufgebaut (Abb. 3.3.12, Abb. 3.3.13).
Kennzeichnend sind:
  • Kontaktstrukturen, über die Satellitenzelledie Herzmuskelzellen an ihren Enden Skelettmuskulatur:Satellitenzellenmechanisch und elektrisch miteinander verknüpft sind und die Glanzstreifen genannt werden

  • dreidimensionale Verzweigungen der Herzmuskelzellen, wodurch insgesamt eine komplexe, räumliche Muskulatur:Herz\bStruktur der Herzmuskulatur aufgebaut wird

  • der in derHerzmuskulatur\b Mitte der Zellen gelegene große Zellkern

  • Erregung durch das Erregungsleitungssystem, das aus speziellen Herzmuskelzellen besteht (myogene Erregung)

Herzmuskelzelle
Zytoplasma und FilamenteDer quergestreifte kontraktile Apparat mit Aktin- und Myosinfilamenten ist im Prinzip wie bei Skelettmuskelfasern aufgebaut. Die Myofilamente sind aber nicht durchgehend in einheitlichen schlanken Myofibrillen angeordnet, sondern bilden z. T. größere Gebilde mit unregelmäßigem Umriss im Querschnitt. Sarkomere sind bis ca. 2,5 μm lang und gleichen denen der Skelettmuskulatur (Abb. 3.3.14, Abb. 3.3.15).
ZellkernDer plump kissenförmige Zellkern liegt im Zentrum der Zelle. Selten sind 2 Kerne vorhanden. Während des Wachstums und bei Hypertrophie der Herzmuskulatur ist der Kern oft polyploid. Der Kern ist Herzmuskelzelleeuchromatinreich und hat einen oder 2 Nukleoli (Abb. 3.3.14).Muskelzelle:Herzmuskulatur An den beiden Enden der Kerne finden sich myofilamentfreie Zytoplasmafelder, die Zellkern:HerzmuskelzelleOrganellen, zahlreiche Glykogengranula, Lipidtropfen und mit zunehmendem Alter immer mehr Lipofuszingranula (braunes Abnutzungspigment) enthalten.
ZellorganellenZwischen den fibrillären Strukturen liegen Reihen sehr großer, cristareicher Mitochondrien, außerdem sind hier viele Glykogenpartikel und Lipidtropfen eingelagert (Abb. 3.3.14). Die Mitochondrien sind oft lang wie ein Sarkomer, können aber sogar ca. 3-mal so lang sein und 8 μm Länge erreichen. Glykogen und Triglyzeride sind wichtige Energiequellen dieser Zellen.
T-Tubuli und sarkoplasmatisches RetikulumDie von der Zellmembran ausgehenden T-Tubuli sind relativ weit und die Basallamina zieht in sie hinein. Sie finden sich in Höhe der Z-Streifen, es gibt also nur einen T-Tubulus pro Sarkomer. Die T-Tubuli können auch längs verlaufende Zweige ausbilden (transversales axiales tubuläres System, TATS). In den Vorhöfen des Herzens sind die T-Tubulus:HerzmuskelzelleHerzmuskelzellen schlank und haben kaum T-Tubuli. Abb. 3.3.16 weist auf funktionell besonders wichtige Komponenten (Rezeptoren, Pumpen, Ionenkanäle) hin. Das longitudinale sarkoplasmatische Retikulum (SR) ist in geringerem Ausmaß vorhanden und einfacher strukturiert als in den Skelettmuskelfasern (Abb. 3.3.15). Es bildet unter der Zellmembran der T-Tubuli sowie an der Oberfläche der Fibrillen flache Schläuche und Zisternen und im Bereich des A-Streifens ein relativ dichtes Netz. Typische Terminalzisternen und Triaden fehlen. Stattdessen treten einzelne, z. T. erweiterte Zisternen an die T-Tubuli, und es entstehen Dyaden. Beide Membransysteme sind wie in der Skelettmuskulatur über Proteinrezeptormoleküle funktionell verbunden.
KontraktionDie Dihydropyridinrezeptoren der Muskelzellmembran sind in der Herzmuskelzelle eng mit einem spannungsgesteuerten Kalziumkanal verbunden, durch den bei DyadeErregung infolge eines Aktionspotenzials Kalzium in die Zelle einströmt. Dieses Kalzium öffnet die RyanodinrezeptorenKontraktion:Herzmuskelzelle der Membran des SR.
GlanzstreifenDie Glanzstreifen (Disci Herzmuskelzelle:Kontraktionintercalares) sind im Längsschnitt durch die Herzmuskulatur treppenförmig strukturiert. An den transversal verlaufenden Partien der Glanzstreifen enden die halben I-Streifen der letzten Sarkomere. Ihre Aktinfilamente sind hier in Fasciae adhaerentes verankert, die praktisch einem Z-Streifen entsprechen (Abb. 3.3.17). Verbunden Glanzstreifensind die Zellen hier über Cadherine (ein spezieller Adhärenskontakt). In den transversalen Abschnitten der Glanzstreifen liegen auch Desmosomen (Abb. 3.3.16, Abb. 3.3.17), die zusätzlich der festen mechanischen Verbindung der Herzmuskelzellen dienen. In den Desmosomen sind Desminfilamente verankert. Im Verlauf der longitudinalen Anteile der Glanzstreifen sind größere Nexus (Gap Junctions) ausgebildet (Abb. 3.3.16, Abb. 3.3.17), über die die Herzmuskelzellen Desmosom:Herzmuskelzelleelektrisch gekoppelt sind, sodass sich die elektrische Erregung verzögerungsfrei in der Herzmuskulatur ausbreiten kann. Connexin 43 ist die wesentliche Komponente der Gap Nexus:HerzmuskelzelleJunctions im Herzen (Abb. 3.3.12).
ANP und BNPIn den Herzmuskelzellen Gap Junction:Herzmuskelzellebeider Herzvorhöfe (Atrien), vor allem im rechten und linken Herzohr (Auricula cordis), bilden die Herzmuskelzellen kleine, elektronendichte Sekretionsgranula (Abb. 3.3.18), die das atriale natriuretische Peptid (ANP, Atriopeptin) enthalten. Dieses Hormon spielt eine Rolle bei der Volumenregulation und wird sezerniert, wenn der Vorhof gedehnt wird, was ein erhöhtes Blutvolumen anzeigt. Es fördert die renale ANP (atriales natriuretisches Peptid)Natriumausscheidung durch Erhöhung der Filtrationsfraktion und Hemmung der NaCl-Peptid, natriuretisches:atrialesResorption in den Sammelrohren. Die Kammermuskulatur bildet das B-Typ-Atriopeptinnatriuretische Peptid (BNP), das dem ANP eng verwandt ist. Sein Blutspiegel ist der Richtwert für das Ausmaß einer Herzinsuffizienz.

Klinik

Bei andauernder vermehrter Belastung, z. B. bei Bluthochdruck, vergrößern sich die Herzmuskelzellen, was insgesamt zu Herzvergrößerung führt. Das Phänomen der Zellvergrößerung wird Hypertrophie genannt (s. a. Kap. 5).

Glatte Muskulatur

Glatte Muskulatur bildet die kontraktile Komponente in der Wand vieler Hohlorgane, wie z. B. des Magen-Darm-Trakts, der Peptid, natriuretisches:B-Typableitenden BNP (B-Typ-natriuretisches Peptid)Harnwege, der Geschlechtsorgane, der Blutgefäße und der Atemwege. Glatte Muskulatur wird vom vegetativen (autonomen) Nervensystem innerviert, reagiert aber auch auf viele andere Einflüsse. Sie vermittelt relativ langsame Bewegungen, ermüdet aber nicht rasch und kann über längere Zeit hin große Kraft entwickeln, wie z. B. die Uterusmuskulatur im Verlauf der Wehen. Myoepithelzellen gleichen in ihrem Aufbau weitgehend glatten Muskelzellen, liegen aber in Epithelien, v. a. Drüsenepithelien, und entstehen aus dem Ektoderm.
Glatte Muskelzelle
Die glatte Muskulatur besteht aus Schichten oder Bündeln unterschiedlich angeordneter glatter Muskelzellen, die oft eine schlanke, Muskulatur:glatte\bspindelförmige Gestalt besitzen (Abb. 3.3.19). MyoepithelzelleSeltener treten auch drei- oder mehrstrahlige glatte Muskelzellen auf, öfter bilden sie 2 oder 3 kurze Endausläufer, z. B. in der Media der Arterien vom elastischen Typ. Die Zellen sind meist zwischen ca. 20 und 200 μm lang und 3–10 μm dick. Sie sind von einer Basallamina umgeben.
Zytoplasma und FilamenteDie Masse des Zytoplasmas ist von längs verlaufenden kontraktilen Filamenten (Aktin und MyosinZytoplasma:glatte Muskulatur II, Aktin überwiegt stark) ausgefüllt, die kein auffallendes Anordnungsprinzip und insbesondere keine Querstreifung erkennen lassen, was Ursache Muskelzelle:glattefür die Bezeichnung „glatte“ Muskelzelle ist. Das Zytoplasma erscheint im H. E.-Präparat einheitlich („glatt“) rot gefärbt. Erst Aktin:glatte Muskulaturim Elektronenmikroskop sind die sehr dicht gelagerten kontraktilen Myosin:glatte MuskulaturFilamente mit einem gewissen Ordnungsprinzip zueinander klar erkennbar.
ZellkernIn der Mitte der Zellen befindet sich der zigarrenförmige Zellkern. Er ist relativ hell und besitzt einen deutlich erkennbaren Nukleolus und randständige, kleinere Heterochromatinschollen. In kontrahierten Zellen ist der Kern korkenzieherartig verformt.
ZellorganellenAn den beiden Polen des Kerns sind die wichtigsten Zellorganellen (Golgi-Apparat, Zellkern:glatte MuskulaturMitochondrien, RER, Lysosomen) lokalisiert (Abb. 3.3.20). Hier – und oft auch zwischen den Filamenten – kommt Glykogen vor. Am Rande der Zellen befinden sich in unterschiedlicher Menge glatte ER-Zisternen, die Kalzium speichern.
Zellmembran und BasallaminaDie Zellmembran bildet lokal Gruppen von Ω-förmigen Einsenkungen, die Kaveolen genannt werden (Abb. 3.3.21) und die funktionell einem einfachen T-System der anderen Muskelzellen entsprechen. Die Kaveolen sind in den glatten Muskelzellen weitgehend konstante Strukturen der Zellmembran. Sie enthalten Ca2+-Pumpen und spielen vermutlich eine Rolle bei der Kopplung von stimulierendem Signal und Kontraktion. Kaveole, glatte MuskulaturÜber die Basallamina (Abb. 3.3.21) sind die Zellen im Bindegewebe verankert. Wichtig ist die Verknüpfung der glatten Muskelzellen mit den retikulären Kollagenfasern und Mikrofibrillen elastischer Fasern, mit denen sie in funktionellem Zusammenspiel stehen. In manchen Regionen (Mamille, Haarbalgmuskeln) sind die glatten Muskelzellen mit kleinen elastischen Sehnen verbunden. Auch untereinander sind glatte Muskelzellen in mechanischer Hinsicht primär durch die extrazelluläre Matrix – einschließlich der Basallamina – verbunden. In Gefäßwänden sind sie mit den elastischen Lamellen verknüpft. Funktionell können sie durch Gap Junctions elektrisch gekoppelt sein.
Kontraktiler Apparat der glatten Muskelzelle
Aktin und MyosinElektronenmikroskopisch lassen sich im kontraktilen Muskelzelle:glatteApparat der glatten Muskulatur (Abb. 3.3.22) 4–8 nm dicke und Basallamina:glatte Muskulaturrelativ lange Aktinfilamente und 15 nm dicke Myosinfilamente (aus Typ-II-Myosin) unterscheiden. Diese Filamente bilden einen Kontraktionsapparat, dessen Aktin:glatte MuskulaturOrdnungsprinzip noch nicht voll verstanden ist. Glatte Muskelzellen enthalten mehr Myosin:glatte MuskulaturAktin als quergestreifte Muskelzellen. Das Aktin besitzt in der glatten Muskulatur kein Troponin; ein besonders aktinassoziiertes Protein ist das Caldesmon. Die Myosinfilamente sind anders aufgebaut als in der Skelettmuskulatur. Sie besitzen entlang dem ganzen Filament 2 Reihen von Myosinköpfen, die auf einer Seite des Filaments alle in einer Richtung angeordnet sind. Auf der anderen Seite weisen sie in entgegengesetzte Richtung (seitenpolare Konfiguration). Es gibt also keine mittlere Region des CaldesmonMyosinfilaments, dem Myosinköpfe fehlen. 13–14 Aktinfilamente sind einem Myosinfilament zugeordnet. Diese bilden gemeinsam ein kleines Bündel, das längs oder schräg in der Zelle angeordnet und das durch Zytoplasmaverdichtungen begrenzt ist. Viele solcher Bündel liegen ohne klare Begrenzung in der Zelle neben- und hintereinander, sie sind relativ lang und so organisiert, dass starke Kontraktionen möglich sind. Die besondere Art der Anordnung der kontraktilen Filamente erlaubt eine stärkere Verkürzung bei der Kontraktion als in quergestreiften Muskelzellen.
VerankerungDie Aktinfilamente enden in einer kleinen länglichen Zytoplasmaverdichtung (Verdichtungszone, „dense body“), die einer Z-Linie in der quergestreiften Myofibrille entspricht und die α-Aktinin enthält. In der Zellperipherie sind die Aktinfilamente in langen Verdichtungen an der Membran (Anheftungsplaques), Aktinfilament:glatte Muskulaturdie aus α-Aktinin, Vinculin und Talin aufgebaut sind, verankert. Diese Proteine sind mit Integrinen der Zellmembran verbunden. Im Zytoplasma kommt des Weiterendense body ein dreidimensionales Netzwerk aus 10 nm dicken Intermediärfilamenten aus Desmin vor (in Gefäßmuskulatur auch aus Vimentin), die auch in die Dense Bodies und Anheftungsplaques einstrahlen und robuste Stützstrukturen für Zelle und kontraktilen Apparat aufbauen.
KontraktionAlle Muskelzellen kontrahieren sich, indem die Myofilamente aneinander vorbeigleiten. Die Kontraktion der glatten Muskelzellen wird durch Ca2+ Desmin:glatte Muskulaturausgelöst, wobei verschiedene Signale (Muskulatur:glatteNeurotransmitter, Hormone, Dehnung) den Kalziumanstieg im Zytosol bewirken. Das Kalzium Kontraktion:glatte Muskulaturströmt mithilfe von Ca2+-Pumpen in der Membran der Kaveolen vor allem aus dem Extrazellulärraum, aber auch aus den glatten ER-Schläuchen, in das Zytosol – deutlich langsamer als in den Skelettmuskelfasern. Das eingeströmte Kalzium bildet mit Kalmodulin (CaM), einem ubiquitären zytosolischen Protein, einen Komplex. Der Ca2+-CaM-Komplex führt über 2 Mechanismen zur Kontraktion:
  • Er bindet an Caldesmon und bewirkt dadurch, dass sich Caldesmon vom Aktin löst. Dadurch werden die Stellen am Aktin frei, an die die Myosinköpfe binden können.

  • Er aktiviert die Myosin-leichte-Ketten-Kinase (MLCK), die Kalmodulindie regulatorischen leichten Ketten der Myosinköpfe phosphoryliert. Dadurch können die Myosinköpfe mit Aktin interagieren.

RelaxationDie glatte Muskulatur erschlafft wieder, wenn die intrazelluläre Ca2+-Konzentration abnimmt und die leichten Ketten der Myosinköpfe durch eine spezifische Myosin-leichte-Ketten-KinasePhosphatase (MLCP) Muskulatur:glattedephosphoryliert werden.
Innervation, Gap Junctions, Single-Unit-Typ, Multi-Unit-Typ
Die glatte Relaxation:glatte MuskulaturMuskulatur steht mehr oder weniger ausgeprägt unter dem Einfluss des vegetativen Nervensystems und lokaler Faktoren, sie kann aber auch durch Dehnung beeinflusst werden. Viele Neurotransmitter, Hormone und Gewebefaktoren koordinieren die Tätigkeit dieser Muskelzellen, z. B. Noradrenalin, Azetylcholin, Stickstoffmonoxid, Östrogen, Oxytozin, Histamin und Serotonin. Je nach Rezeptorbesatz werden die glatten Muskelzellen von den Neurotransmittern des vegetativen Nervensystems aktiviert oder gehemmt. Die vegetativen Axone bilden in ihrem Verlauf mehrere Anschwellungen (Varikositäten), die entweder direkt die Oberfläche der glatten Muskelzellen erreichen, wobei die Basalmembranen verschmelzen („autonomic neuroeffector junction“) oder 0,5–2 μm von der Muskelzelle entfernt bleiben („En-passant-Synapsen“).
Single-Unit-TypIn der glatten Muskulatur mancher Organe, z. B. des Uterus, der ableitenden Harnwege, des Magen-Darm-Trakts und vieler größerer Blutgefäße, sind größere Gruppen glatter Muskelzellen über Gap Junctions verbunden (Abb. 3.3.23) und damit elektrisch gekoppelt und synchronisiert. Dies ist die sog. glatte Muskulatur vom Single-Unit-Typ. In dieser FormSingle-Unit-Typ der glatten Muskulatur gibt es Zentren mit spontaner Erregungsbildung durch Schrittmacherpotenziale. Die Aktivität solcher Zentren wird durch Dehnung verstärkt. Diese Gap Junction:glatte Muskulaturglatte Muskulatur ist relativ autonom und wird von der Innervation nur moduliert. Im Magen-Darm-Trakt spielen jedoch autonome Mechanismen und Nerven gleichermaßen eine wichtige Rolle.
Multi-Unit-TypIn anderen Organen, z. B. im Ziliarkörper und im Ductus deferens, sind die einzelnen glatten Muskelzellen eigenständig und nicht elektrisch gekoppelt und werden einzeln innerviert. Dies ist der Multi-Unit-Typ der glatten Muskulatur.
Matrixproduktion durch glatte Muskelzellen, Myofibroblasten
MatrixproduktionGlatte Muskelzellen sind auch in der Lage, Kollagen, Multi-Unit-TypLaminin, Fibrillin, Elastin und Proteoglykane zu bilden. Glatte Muskelzellen können aufgrund dieser Eigenschaft auch den stationären Muskelzelle:glatteBindegewebszellen zugeordnet werden. Typische glatte Muskelzellen (kontraktile [K] Muskelzellen) haben auch die Fähigkeit, ihren ganzen Stoffwechsel und ihre Organisation auf Matrixproduktion (metabolische [M] Muskelzellen) umzustellen.
MyofibroblastenZellen, die intermediäre Eigenschaften von glatten Muskelzellen und Fibroblasten besitzen, werden als Myofibroblasten bezeichnet. Transforming-Growth-Factor β1 (TGF-β1) stimuliert ihre Differenzierung aus glatten Muskelzellen, aber auch aus anderen Zellen, z. B. den Perizyten der Kapillaren. Sie finden sich an vielen Stellen im menschlichen Körper, z. B. unter Myofibroblastdem Keimepithel der Hodenkanälchen, im Bandapparat des Uterus, im Alveolarseptum der Lunge, im Bindegewebe hinter dem Augenbulbus und im Narbengewebe.

Klinik

Eine übermäßige Bildung von Myofibroblasten und der von ihnen gebildeten extrazellulären Matrix ist die Ursache von Fibrosen, die zum Funktionsverlust verschiedener Organe (z. B. Lunge, Niere, Leber) führen können.

Nervengewebe

T. Deller, U. Welsch

Zur Orientierung

Das Nervengewebe ist das spezifische Gewebe, aus dem das Nervensystem aufgebaut ist. Die zentralen NervengewebeAufgaben sind die rasche Übertragung, Verarbeitung Gewebe:Nervengewebeund Speicherung von Informationen und die Fähigkeit zur Anpassung an Änderungen in der Umwelt. Das Nervengewebe besteht aus 2 Gruppen von Zellen:

  • Neurone: Nervenzellen vermitteln elektrische Signale (Aktionspotenziale) über große Distanzen an Zielstrukturen (z. B. andere Nervenzellen, Muskeln, Drüsen). Sie bestehen aus Dendriten, Zellleib (Soma/Perikaryon) und Axon. Dendrit und Soma nehmen Informationen auf, das Axon leitet sie an die Zielstrukturen weiter.

  • Gliazellen: Sie sind z. B. Teil der Blut-Hirn-Schranke, ernähren die Nervenzellen, gewährleisten ihre Erregbarkeit und beteiligen sich an der synaptischen Übertragung. Aber auch für die Bildung von Markscheiden, als Abwehrzellen oder bei der Auskleidung des Ventrikelsystems sind sie von Bedeutung.

Nerven sind von Bindegewebe umhüllte Bündel von Axonen und Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem. Axone sind von Gliazellen umgeben, die sie isolieren und ernähren (ZNS: Oligodendroglia; PNS: Schwann-Zellen). Fortsätze der Gliazellen umwickeln kurze Strecken des Axons und bilden Lamellen aus Myelin. Zwischen 2 Myelin-Segmenten liegen kurze Unterbrechungen (Ranvier-Schnürringe). Durch die Myelin-(= Mark-)Scheide wird eine besonders rasche Erregungsleitung (saltatorische Erregungsleitung) ermöglicht. Axone und Hüllzellen sind von Endoneurium umgeben, mehrere solche Fasern schließen sich zu Faszikeln zusammen (umgeben von Perineurium) und diese wiederum zum Nerv (umgeben von Epineurium).

Die Informationsübertragung zwischen Nervenzellen und ihren Zielzellen findet über Synapsen statt. Elektrische Synapsen koppeln 2 Zellen über Gap Junctions. Chemische Synapsen nutzen chemische Botenstoffe (Neurotransmitter) zur Informationsweiterleitung. Sie können ihre Übertragungseigenschaften ändern, d. h. in Abhängigkeit von ihrer Aktivität verstärkt oder abgeschwächt werden (synaptische Plastizität).

Übersicht

Das wichtigste Kontroll- und Koordinationssystem des menschlichen Körpers ist das Nervensystem. Das Gewebe, aus dem es besteht, bezeichnet man als Nervengewebe. Es vermittelt sensorische Wahrnehmungen (z. B. Tast- und Berührungsgefühl), kontrolliert motorische Bewegungen (z. B. beim Klavierspiel) und bildet das biologische Substrat für die höheren geistigen Leistungen des Menschen (z. B. Sprache).
Aufgaben des Nervengewebes
InformationsverarbeitungDie zentrale Eigenschaft von Nervengewebe ist es, Informationen in Form chemischer oder physikalischer Signale aufzunehmen, diese in elektrische Erregungen umzuwandeln, weiterzuleiten, zu verarbeiten, zu speichern und auf andere Zellen, die z. T. weit entfernt sind, zu übertragen. Auch wenn grundsätzlich jede Zelle zur Veränderung ihres Membranpotenzials in der Lage ist und elektrische Signale nutzt, sind nur Nervenzellen zur schnellen Informationsübertragung über weite Strecken und zur komplexen Integration einer Vielzahl von Signalen in der Lage.
AnpassungsfähigkeitDiese Fähigkeiten reichen aber für einen komplexen Organismus nicht aus, um in einer sich ständig verändernden Umwelt zu überleben. Hinzu kommen muss die Fähigkeit der Anpassung, d. h. die Möglichkeit, Informationsübertragung und -verarbeitung bedarfsgerecht zu verändern. Erst diese Eigenschaft erlaubt es dem Nervengewebe, neue Nervengewebe:AufgabenInformationen zu erkennen, abzuspeichern und bei Bedarf aus dem Gedächtnis abzurufen. Die Fähigkeit von Nervenzellen, sich in Abhängigkeit von ihrer Aktivität in ihren Eigenschaften zu verändern, bezeichnet man als neuronale Plastizität. Sie wird als entscheidende zelluläre Grundlage von Lern- und Gedächtnisvorgängen angesehen.
Während sowohl Nervengewebe als auch Computer über die Fähigkeit zur Informationsverarbeitung verfügen, ist die Eigenschaft der Plastizität eine Besonderheit des „biologischen Informationsverabeitungsgewebes“, des Nervengewebes.
Gliederung des Nervensystems
Das Nervensystem kann auf verschiedene Art und Weise untergliedert werden. Gebräuchliche und praktikable Einteilungen sind:
  • zentrales und peripheres Nervensystem (ZNS/PNS; Gliederung nach der Anatomie und Topografie)

  • somatisches und vegetatives Nervensystem (Gliederung nach der Funktion)

Das ZNS umfasst Gehirn und Rückenmark, zum PNS gehören alle nervösen Strukturen außerhalb des ZNS, d.Nervensystem:Gliederung h. alle peripheren Nerven und Ganglien. Das somatische (animale) Nervensystem besteht aus den Teilen des NervensystemsNervensystem:somatisches, welche die Beziehung des Organismus zu seiner Umwelt steuern und koordinieren. Das vegetative (Nervensystem:vegetativesautonome) Nervensystem steuert die Tätigkeit der Eingeweide. Die beiden Untergliederungen des Nervensystems überlappen sich: So haben sowohl das somatische als auch das vegetative Nervensystem Nervenzellen im ZNS und im PNS bzw. sowohl das ZNS als auch das PNS bestehen aus somatischen und vegetativen Nervenzellen (s. a. Abb. 3.4.44).
Zellen des Nervengewebes und ihre Anordnung
Neurone und GliazellenNervengewebe kann – vereinfachend – in Nervenzellen (Neurone) und Gliazellen (Stützzellen) eingeteilt werden. Beide werden für die normale Funktion des Nervengewebes benötigt. Sie haben unterschiedliche Eigenschaften (Tab. 3.4.1).
ZNS – graue und weiße SubstanzIm ZNS bilden Neurone Regionen mit mehr oder weniger dichten Ansammlungen von Perikarya (Somata/Zellleibern, Kap. 3.4.2). Diese Regionen sind bei Betrachtung mit bloßem Auge relativ dunkel und werden daher als graue Substanz (Substantia grisea) bezeichnet. Regionen im ZNS, die überwiegend aus den Axonen derNervengewebe:Zellen Nervenzellen und dem fettreichen Myelin der Gliazellen bestehen, erscheinen mit bloßem Auge relativ hell und werden weiße Substanz (Substantia alba) genannt. Das komplexe Geflecht von Axonen und Dendriten in der Nähe von Substanz:grauePerikarya in der grauen Substanz (oder auch in Ganglien des Substantia:griseaPNS) ist das Neuropil.
Ist die graue Substanz an der Hirnoberfläche ausgebreitet und überdeckt die weiße Substanz, spricht man von einer Rinde (Kortex). Ist die Substanz:weißegraue Substanz Substantia:albaumschrieben und in die weiße Substanz eingelagert, spricht man von einem Kerngebiet (Nucleus).
Die Axone verlaufen in der weißen NeuropilSubstanz gebündelt als Bahnen (Traktus). Ursprung und Ziel der Bahnen werden im Namen angegeben (z. B. Tractus corticospinalis).
PNS – Rinde:GehirnGanglien und NervenAuch im PNS finden sich regionale Ansammlungen Kortex:Gehirnvon Perikarya mit Neuropil. Sie werden als Ganglien bezeichnet. Die Ganglien des PNS können entweder dem vegetativen Nervensystem (vegetative Ganglien) oder dem somatischen Nervensystem zugeordnet werden (sensorische Ganglien; hierzu zählen z. B. die Spinalganglien). Die vegetativen und sensorischen Ganglien sind streng zu unterscheiden, da ihre GanglienVerschaltungen und Funktionen sehr unterschiedlich sind (s. a. Kap. 18.2; Tab. 18.2Ganglion:vegetatives).
Die Axone der Nervenzellen bilden im PNS anders als im ZNS keine geschlossene weiße Substanz, sondern lange Stränge, die Nerven. In denGanglion:sensorisches Nerven können Axone zum ZNS verlaufen (sensorische Axone) oder vom ZNS zur Peripherie (motorische Axone). Die meisten Nerven enthalten nicht nur einen Fasertyp, sondern sensorische und motorische Axone. Man spricht dann von gemischten Nerven.
Informationsübermittlung
PrinzipienZur Informationsübertragung und -verarbeitung nutzen Nervenzellen einen gerichteten Informationsfluss über ihre Fortsätze, die Dendriten und Axone. Über die Dendriten erreichen Informationen die Nervenzelle (Eingang), über Axone und die Endstrukturen der Axone werden Informationen an andere Nervenzellen oder Zielorgane weitergegeben (Ausgang). Die Kontaktstelle zwischen einer Nervenzellen und ihrer Zielzelle (z. B. eine andere Nervenzelle oderDendrit:Informationsvermittlung eine nicht neuronale Zielzelle) bezeichnet man als Synapse. An den meisten Synapsen werden die elektrischen in chemische Signale Axon:Informationsvermittlungumgewandelt, indem chemische Botenstoffe freigesetzt werden, welche die Informationen vom Axon der einen Zelle zum Dendriten der anderen Zelle übertragen. Diese Botenstoffe werden Neurotransmitter genannt. Sie binden an Rezeptoren der Zielzelle und lösen dort wieder ein elektrisches Signal aus.
SynapseBegriffeUm Richtung und Inhalt der vom Nervengewebe übertragenen Informationen genauer zu beschreiben, werden üblicherweise folgende Begriffe verwendet:
  • Afferenzen nehmen Reize auf und leiten sie zum ZNS, man nennt sie sensorisch (im Zusammenhang mit der Tast- und Berührungssensibilität sensibel).

  • Efferenzen leiten Erregungen vom ZNS zu Zielzellen (Effektorzellen), z. B. Muskelzellen; man bezeichnet sie als motorisch.

Die begriffliche Unterteilung der Afferenzen in Afferenzsensorisch und sensibel ist historisch bedingt und findet sich nur in der deutschsprachigen Literatur. Sensorisch wird für Informationen aus den „höheren“ Sinnesorganen (Retina, Innenohr, EfferenzRiechschleimhaut, Geschmacksknospen) verwendet, sensibel für Erregungen aus den „einfachen“ Sinnesstrukturen der Haut und der Eingeweide. Im internationalen Sprachgebrauch ist nur der Begriff „sensorisch“ gebräuchlich, da die zugrunde liegenden physiologischen Prozesse gleich sind und eine „Hierarchie der Sinne“ einer wissenschaftlichen Grundlage entbehrt. In diesem Buch wird daher die international übliche Bezeichnung „somatosensorisch“ für die „sensiblen“ Afferenzen aus der Haut und dem Bewegungsapparat verwendet.
Afferenzen und Efferenzen werden in Abhängigkeit von ihrer Zugehörigkeit zum somatischen und vegetativen Nervensystem weiter untergliedert:
  • viszerosensorische Afferenzen: vegetatives Nervensystem; leiten Erregungen aus den Eingeweiden

  • somatosensorische Afferenzen: somatisches Nervensystem; leiten Erregungen aus Haut und Bewegungsapparat; Afferenzen aus den großen Sinnesorganen (z. B. Auge und Innenohr) werden speziell Afferenz:viszerosensorischebenannt, z. B. optisch, akustisch oder olfaktorisch

  • viszeromotorische Efferenzen: vegetatives Nervensystem; leiten Erregungen zu den Eingeweiden, vorwiegend zu glatter Muskulatur undAfferenz:somatosensorische Drüsenzellen

  • somatomotorische Efferenzen: somatisches Nervensystem; leiten Erregungen zur Skelettmuskulatur; Willkürmotorik

MERKE

  • afferent: zu einem Bezugspunkt hin (z. B. zum ZNS oder zu einer Nervenzelle)

  • efferent: von einem Bezugspunkt weg (z. B. vom ZNS oder von einer Nervenzelle)

Zelltypen im Nervengewebe

EntwicklungDas Nervensystem stammt von Efferenz:viszeromotorischeeinem embryonalen Epithel ab, dem Ektoderm. Teile des Ektoderms senken sich in das darunter liegende Gewebe ab und bilden ein Rohr, Efferenz:somatomotorischedas Neuralrohr. Aus dem Neuralrohr entsteht das ZNS: aus seinem vorderenNervengewebe:Zelltypen Abschnitt das Gehirn, aus seinem hinteren Teil das Nervensystem:EntwicklungRückenmark. Bei der Bildung des Neuralrohrs Nervengewebe:Entwicklungentstehen aus dem Ektoderm dorsolateral vom Neuralrohr auf beiden Seiten Zellhaufen, die Neuralleisten. Aus den Neuralleisten bilden sich die Ganglien und große Anteile des PNS sowie weitere nichtneuronale NeuralrohrStrukturen. Das Neuroepithel des Neuralrohrs und die Neuralleistenzellen werden zusammen als Neuroektoderm bezeichnet.
Das Neuroektoderm ist das Vorläufergewebe des Nervengewebes. Aus ihm entstehen sowohl die Nervenzellen als auch die meisten Gliazellen Neuralleisten(Ausnahme: Mikroglia; dieser Gliazelltyp entstammt dem Knochenmark). Die Vielzahl der zellulären Formen im Nervengewebe, z. B. die Vielzahl unterschiedlich gebauter Nervenzellen, lässt sich somit auf ein einziges NeuroektodermVorläufergewebe zurückführen.
Histologische FärbungenDie Standardfärbungen (H. E.- und Azan-Färbung) stellen im Nervengewebe nur Teile der Zellen dar. Mit der H. E.-Färbung (Abb. 3.4.1) lassen sich z. B. nur die Perikarya der Nervenzellen und die Zellkerne der Gliazellen erkennen, die Dendriten und Axone sind kaum erkennbare rötliche Linien oder Geflechte. Es wurden daher histologische Färbetechniken entwickelt, welche die jeweils interessierenden Teilaspekte des Nervengewebes sichtbar machen (s. a. TabH.E.-Färbung:Nervengewebe. 18.1). So gibt es Färbungen, die den Zellkörper (Nissl- und Pigmentfärbungen), die Faserverläufe (Markscheidenfärbungen) oder die Einzelzellen (Golgi-Silberimprägnationstechniken; intrazelluläre Injektionstechniken) darstellen. Um ein Bild eines Nervengewebes zu erhalten, muss man die Ergebnisse dieser verschiedenen Färbungen zusammenführen.
Nervenzellen (Neurone)
Allgemeines
Neuronales NetzNervenzellen nehmen Nissl-Färbung:Nervengewebechemische oder physikalische Signale auf, wandeln sie in elektrische Erregungen um, verarbeiten sie und leiten das Ergebnis an Zielzellen weiter. Die Gesamtzahl der Neurone im Nervensystem des Menschen ist ungeheuer groß und wird auf ca. 1011–1012 Nervenzelle\bgeschätzt. Unter diesen Zellen sind nur relativ wenige, die Neuronunmittelbar Kontakt mit der Körperperipherie Netz:neuronaleshaben und von ihr sensorische Informationen erhalten bzw. motorisch Körperfunktionen steuern. Die meisten Nervenzellen treten mit anderen Nervenzellen in Kontakt und dienen somit der Verarbeitung von Informationen. Je nach Nervenzelltyp und Funktion kann eine Nervenzelle mit wenigen oder mit Tausenden von Nervenzellen verbunden sein.

MERKE

Die gemeinsame Eigenschaft aller Nervenzellen ist die Fähigkeit zur Aufnahme und Weiterleitung von Signalen.

Morphologie und FunktionNeurone sind sehr variabel in Größe und Form (s. a. Abb. 3.4.12). Ihre Perikarya können klein (ca. 10 μm, z. B. Körnerzellen im Hippocampus) oder groß (100 μm, z. B. Betz-Riesenpyramidenzellen der Schicht V der Großhirnrinde; Abb. 3.4.2, Abb. 3.4.3) sein, viele dendritische Fortsätze (z. B. Purkinje-Zellen des Kleinhirns; Abb. 3.4.4) oder nur einen einzigen (z. B. pseudounipolare Ganglienzellen; Abb. 3.4.11) haben. Die einfachste Erklärung für diese Formenvielfalt ist, dass die Morphologie für die jeweilige Funktion optimiert ist.
Dendriten und AxonAn einer vollständig gefärbten einzelnen Nervenzelle (Abb. 3.4.2; Abb. 3.4.5) erkennt man einen Zellleib (Perikaryon, Soma) und 2 Typen von Fortsätzen: i. d. R. mehrere Dendriten und ein Axon. Zellleib und Dendriten bilden eine funktionelle Einheit (somatodendritisches Kompartiment) und sind vom Axon (axonales Kompartiment) sowohl funktionell als auch strukturell verschieden: Dendriten und das Perikaryon nehmen von anderen Nerven- und Sinneszellen Erregungen auf (elektrophysiologisch Dendritmessbar als „postsynaptische Potenziale“), die im Zellleib summiert Axonwerden und, falls sie eine bestimmte Schwelle überschreiten („überschwellig werden“), ein Aktionspotenzial im Abgangsbereich des Axons (Axoninitialsegment) auslösen. Von dort gelangen die Erregungen weiter bis zur Axonendigung.

MERKE

  • somatodendritisches Kompartiment:somatodendritischesKompartiment (Perikaryon, Dendriten; dendritische Dornen); Eingang von Signalen

  • axonales Kompartiment:axonalesKompartiment (Axon); Ausgang von Signalen

Die 2 Kompartimente der Nervenzelle verdeutlichen, dass Neurone in Bezug auf Struktur und Funktion polar organisiert sind. Viele Eigenschaften des somatodendritischen Kompartiments der Nevenzellen finden sich auch in anderen Zellen des Körpers. So besitzen z. B. Epithelzellen ebenfalls eine hohe Polarität (apikal versus basal), und Podozyten der Niere oder dendritische Zellen des Immunsystems können komplexe Verzweigungen von kurzen Fortsätzen bilden. Das axonale Kompartiment hingegen findet sich nur bei Nervenzellen. Es unterscheidet sie von allen anderen Körperzellen.
NeuritZur Bezeichnung der Nervenzellfortsätze findet sich auch der Begriff Neurit. Dieser wird jedoch nicht eindeutig verwendet: für das Axon, als Oberbegriff für Axon und Dendrit und für die speziellen langen Fortsätze der Spinalganglienzellen, die die Erregungen aus der rezeptiven Zone dieser Neurone in Richtung auf das Perikaryon leiten. Aufgrund der fehlenden Eindeutigkeit wird Neuritin diesem Lehrbuch auf diese Bezeichnung verzichtet.
Perikaryon (Soma, Zellleib)
FunktionDas Perikaryon einer Nervenzelle enthält den Kern (genetische Information) und viele Organellen zur Proteinbiosynthese. Es ist das „Stoffwechselzentrum“ der Nervenzelle. Proteine, die im Perikaryon synthetisiert werden, gelangen über intrazelluläre Transportmechanismen in die Dendriten oder in das Axon. Außerdem bilden Axone anderer Nervenzellen am Perikaryon erregende und hemmende axosomatische Synapsen aus (außer am Perikaryon der pseudounipolaren Nervenzellen in den sensorischen Ganglien). Das Perikaryon kann also, ähnlich wie die Dendriten, Informationen aufnehmen und verarbeiten. Die Oberfläche eines Perikaryons ist jedoch im Vergleich zur Oberfläche des Dendritenbaums relativ klein, weshalb die meisten Synapsen einer Nervenzelle an den Dendriten zu finden sind. Die reine Zahl der Synapsen ist bei der Informationsübermittlung im Nervensystem jedoch nur ein Aspekt, wichtig ist auch ihre genaue Lage und Funktion. So ist das Perikaryon die Zielstruktur einer spezialisierten, hemmenden Nervenzelle, der Korbzelle (Abb. 3.4.6). Sie umgibt das Perikaryon ihrer Zielzelle mit einem dichten Geflecht an axosomatischen Synapsen und kontrolliert auf diese Weise deren Aktivität. Korbzellen kommen im ZNS in fast allen Regionen vor und regulieren das Aktivitätsniveau des Nervengewebes (z. B. Schutz vor Übererregung und Epilepsie).
Struktur und UltrastrukturDas Perikaryon einer Nervenzelle kann runde, ovale oder pyramidenähnliche Form haben, es kann mit ca. 8 μm sehr klein (Körnerzellen des Kleinhirns) oder mit 60 bis 100 μm sehr groß sein (Riesenpyramidenzellen des Kortex). Entsprechend seiner Funktion als PerikaryonStoffwechselzentrale enthält es einen großen euchromatinreichen Kern Nervenzelle:Perikaryonmit relativ großem, klar begrenztem Nukleolus (Abb. 3.4.1, Abb. 3.4.7). Bei erregenden Nervenzellen ist der Kern meist rund, bei hemmenden Nervenzellen hat er häufig starke Einfaltungen (Abb. 3.4.7). Im perinukleären Zytoplasma liegen Stapel des rauen ER, die sich aufgrundZellkern:Perikaryon ihres Reichtums an Ribosomen im lichtmikroskopischen, mit basischen Farbstoffen gefärbten Nukleolus:PerikaryonPräparat als schollenförmige Strukturen darstellen, den Nissl-Schollen (auch Nissl-Substanz, Tigroidsubstanz, Abb. 3.4.1; Franz Nissl, 1860–1919, Psychiater in Heidelberg und München). Nissl-Schollen sind Ausdruck intensiver Proteinsynthese. Ihre morphologische Ausprägung ist in den einzelnen Nervenzelltypen verschieden und kann sich bei bestimmten Krankheitsbildern verändern. Nissl-Nissl-SubstanzSchollen fehlen in der Region des Axonabgangs, des „Axonhügels“ (TigroidsubstanzUrsprungskegels), sind aber in den Ursprungsregionen der Dendriten zu finden. Auf diese Weise kann die Abgangsstelle des Axons auch auf Nissl-gefärbten Präparaten erkannt werden. Der Axonhügel ist ein Übergangsbereich des Somas zum Axon. Ultrastrukturell zeigt er Ähnlichkeiten mit dem somatodendritischen Kompartiment, enthält aber kaum raues endoplasmatisches Retikulum (Nissl-Substanz), dafür aber gebündelte Mikrotubuli, die zum Axon ziehen. In der älteren Literatur findet sich noch der Hinweis, dass im Bereich des Axonhügels das Aktionspotenzial entsteht. Heute weiß man, dass dies im Bereich des Axoninitialsegments geschieht (s. u.). Dieses grenzt auch das axonale Kompartiment vom somatodendritischen Kompartiment ab. Insofern ist der Axonhügel nach heutigem Verständnis kein Axonbestandteil.
Glattes ER ist in Nervenzellen weitverbreitet und steht mit dem rauen ER in Verbindung. Es reicht bis in die Dendriten und teilweise bis in die Dornen der Dendriten hinein.
Zahlreiche kleinere Golgi-Apparate sind im gesamten Perikaryon verteilt (Abb. 2.50). Sie sind miteinander verknüpft und von überwiegend hellen Bläschen umgeben. Der Golgi-Apparat spielt eine Rolle bei der Bildung von Neurohormonen, Neurotransmittern, Lysosomen, Membranen der Transmitterbläschen und von Anteilen der sich ständig umwandelnden und erneuernden Zellmembran. Golgi-Golgi-Apparat:PerikaryonApparate lassen sich auch in proximalen Dendriten nachweisen. Mitochondrien sind zahlreich vorhanden. Sie kommen auch in Dendriten und Axonen vor, in deren Terminalstrukturen sie besonders zahlreich sind. Lysosomen kommen in ihren verschiedenen Differenzierungsphasen vor und sind in den verschiedenen Nervenzelltypen in charakteristischer Weise verteilt. Funktionelle Mitochondrien:PerikaryonEndstadien der Lysosomen bilden die sog. Lipofuszingranula, die eine gelblich braune Eigenfarbe haben (Abb. 2.67) und die in vielen Nervenzellen mit dem Alter zunehmen. Manche Neurone besitzen aber Lysosom:Perikaryonschon relativ früh viele Lipofuszingranula. Glykogenpartikel und einzelne Lipidtropfen kommen regelmäßig vor. Einzelne Neurone enthalten Melaningranula (Substantia nigra, Locus coeruleus, Abb. 3.4.8) oderLipofuszingranula:Perikaryon auch Granula mit eisenhaltigem Pigment (Ncl. ruber u. a.).

MERKE

Das Perikaryon ist die Stoffwechselzentrale der Nervenzelle. Es enthält den Kern, wichtige Zellorganellen und Pigmente (z. B. Lipofuszingranula; Melanin). An der Oberfläche des Perikaryons finden sich häufig axosomatische Synapsen (Ausnahme: pseudounipolare Ganglienzelle).

Lichtmikroskopisch lassen sich mit Standardfärbungen nur der Kern und mit der „Nissl-Nissl-Färbung:PerikaryonFärbung“ die Nissl-Schollen (raues ER) nachweisen. Diese fehlen im Bereich des Axonabgangs. Zum Nachweis der Zellorganellen und der Synapsen benötigt man das EM.

Dendriten
FunktionDendriten vergrößern die Membranoberfläche einer Nervenzelle. Dadurch können viel mehr Synapsen gebildet werden, als dies mit der begrenzten Oberfläche des Perikaryons möglich wäre. An den Dendriten der motorischen Vorderhornzellen lassen sich ca. 10.000 Synapsen nachweisen, an den Dendriten der Purkinje-Zellen des Kleinhirns ca. 250.000.
Die Dendriten leiten die Reize nicht nur passiv an das Perikaryon weiter – wo es ggf. zur Auslösung eines Aktionspotenzials kommt –, sondern sie können die Reize verstärken und verarbeiten. Für ihre Funktion benötigen die Dendriten ständig neue Proteine. Hierfür werden sowohl Proteine als auch mRNAs aus dem Perikaryon in die Dendriten transportiert. Die mRNAsDendrit\b werden in Abhängigkeit von der neuronalen Aktivität im Dendriten translatiert. Auf diese Weise werden die Proteine genau dort hergestellt, z. B. im Bereich von Dornsynapsen, wo sie benötigt werden. Die lokale Proteinsynthese ist für die synaptische Plastizität von Nervenzellen von großer Bedeutung (und somit auch für Lernen und Gedächtnis).
Struktur und UltrastrukturDendriten, die besonders dick und mächtig sind und sich weiter verzweigen, heißen Stammdendriten. Diese Stammdendriten werden als Apikaldendriten bezeichnet, wenn sie aus der Spitze einer Pyramidenzelle austreten, und als Basaldendriten, wenn sie ihre Basis verlassen. Viele Stammdendriten verzweigen sich in unmittelbarer Nähe zum Perikaryon und bilden weitere Äste aus, die man alsStammdendrit Dendritensegmente bezeichnet. Diese können sich Apikaldendriterneut verzweigen, wodurch mehrere Ordnungen von Dendritensegmenten entstehen können. Der Dendritenbaum einer kortikalen Nervenzelle erreicht Gesamtlängen Basaldendritbis zu 4.000 μm.
Die einzelnen Dendritenäste sind kürzer als der Axonfortsatz und nicht myelinisiert (Kap. 3.4.3). An der Oberfläche der Dendriten findet man erregende und hemmende Synapsen, die der Dendrit mit afferenten Axonen anderer Nervenzellen ausbildet (axodendritische Synapse; Abb. 3.4.5; Abb. 3.4.38). Der innere Aufbau eines Dendriten ändert sich mit seiner Entfernung vom Perikaryon: In den proximalen Anteilen der Dendriten sind – wie im Perikaryon – viele Neurofilamente und Mikrotubuli vorhanden, diese werden aber nach distal hin immer seltener. Distal sind dagegen viele Mitochondrien zu finden. Darüber hinaus enthalten die Dendriten Organellen zur lokalen Proteinsynthese (Ribosomen, raues ER) und Proteinmodifikation (glattes ER, Golgi-Apparate).
Pseudounipolare GanglienzellenEine wichtige Ausnahme von der oben beschriebenen Dendritenstruktur und -funktion sind die langen T-förmigen Fortsätze der Nervenzellen in den sensorischen Ganglien (z. B. in den Spinalganglien; s. a. Kap. 18.2). Einer der beiden Fortsätze (Abb. 3.4.11) zieht in die Körperperipherie und nimmt dort afferente Reize auf, die er von dort Ganglienzelle:pseudounipolare\bzum ZNS leitet – wie ein Dendrit. Anders als ein Dendrit ist dieser Fortsatz jedoch von einer Markscheide umgeben (Kap. 3.4.3) und kann Aktionspotenziale über große Distanzen fortleiten – wie ein Axon. Man spricht daher von einem „dendritischen Axon“. Der andere lange Fortsatz zieht ins Rückenmark. Dort kann er entweder an Nervenzellen im Rückenmark enden (Kap. 18.3.1) oder in der weißen Substanz bis in den Hirnstamm ziehen. Er ist ebenfalls von einer Markscheide umgeben und verhält sich wie ein Axon. Man bezeichnet diesen Fortsatz auch manchmal als „axonales Axon“.
Die ungewöhnliche Morphologie der pseudounipolaren Ganglienzellen erklärt sich durch ihre Entwicklung. Es handelt sich um zunächst bipolar angelegte Zellen, deren 2 Fortsätze aufeinander zuwachsen und an der Abgangsstelle vom Soma schließlich miteinander verschmelzen und den T-förmigen Fortsatz der adulten Ganglienzellen bilden. Die sensorischen Ganglien werden später im Detail abgehandelt (Kap. 18.2.1).
Dendritische DornenDie Membranoberfläche der Dendriten der meisten erregenden Nervenzellen ist durch kleine Ausstülpungen vergrößert. Diese Fortsätze werden Dornen genannt (Abb. 3.4.5, Abb. 3.4.43). Sie sind im Durchschnitt ca. 1 μm lang und häufig „pilzförmig“ mit einem Kopf und einem Stiel. Am Kopf der Dornen befinden sich die Dornsynapsen (Abb. 3.4.5, AbbDorn, dendritischer. 3.4.37). Größe, Form und molekulare Zusammensetzung der Dornen hängen von der Aktivität der Dornsynapse ab und können sich innerhalb von Minuten ändern (Plastizität, Abb. 3.4.43). Der ultrastrukturelle Bau der dendritischen Dornen ist von dem eines Dendriten verschieden: Dornen enthalten keine Mikrotubuli oder Mitochondrien Dornsynapseund sie werden durch parallel angeordnete oder verzweigte Mikrofilamente (Aktinfilamente) stabilisiert. In manchen Dornen lässt sich eine spezialisierte Organelle aus ER nachweisen, der Dornapparat. Er dient als lokaler Kalziumspeicher der Dornen und ist von Bedeutung für die synaptische Plastizität. An der Basis der Dornen finden sich häufig freie Ribosomen (lokale Proteinsynthese), die bei starker Aktivität an einer Dornsynapse in die Dornen hinein verlagert werden.

MERKE

  • Dendriten sind Fortsätze einer Nervenzelle zur Informationsaufnahme und -verarbeitung.

  • Synapsen an Dendriten heißen axodendritische Synapsen.

  • Dendritische Dornen sind kleine Fortsätze der Dendriten, an denen erregende Synapsen enden (Dornsynapsen). Dornsynapsen sind Orte synaptischer Plastizität.

Axon
FunktionDas Axon ist eine Besonderheit der Nervenzelle. Es unterscheidet die Nervenzelle von allen anderen Zellen des Körpers. Seine Hauptfunktionen sind die schnelle und sichere Weiterleitung von elektrischen Erregungen (Aktionspotenzialen) über teilweise sehr lange Distanzen und die Signalübertragung von Erregungen auf die Zielzellen. Die Aktionspotenziale entstehen im ersten Abschnitt des Axons (Axoninitialsegment). Dieser Axonabschnitt ist für die Entstehung eines Aktionspotenzials besonders spezialisiert. Hier finden sich u. a. zahlreiche spannungsabhängige Natriumkanäle, die sich beim Erreichen eines bestimmten Schwellenpotenzials öffnen, wodurch ein Aktionspotenzial ausgelöst wird. Die Weiterleitung der Aktionspotenziale ist abhängig von der Art der Myelinisierung des Axons (Kap. 3.4.3).
Das Axon kann darüber hinaus biochemische Signalmoleküle transportieren (z. B. Wachstumsfaktoren). Diese biochemischen Signale können in der Zielregion eines Axons entstehen (z. B. in einem Muskel oder einer Ganglienzelle) und zum Perikaryon transportiert werden (retrograder Transport) oder aber von der Nervenzelle gebildet und entlang dem Axonverlauf zu einer Axon\bZielzelle transportiert werden (anterograder Transport). In manchen Fällen geben die Nervenzellen ihre Signalmoleküle sogar an Blutgefäße ab (Neurosekretion in der Hypophyse).
Struktur und UltrastrukturDas Axon Transport:retrograderentspringt i. d. R. von einem Teil des Perikaryons, dem Axonhügel oder Ursprungskegel (Abb. 3.4.5, Abb. 3.4.9). Nicht selten entspringt das Axon aber auch von einem proximalen Dendriten.
Transport:anterograderDas Axoninitialsegment ist der erste, meist relativ kurze, nichtmyelinisierte Abschnitt des Axons, der zwischen dem Perikaryon und dem Beginn der Myelinscheide liegt. Das Axoninitialsegment weist eine Schicht elektronendichtes Material unmittelbar unter seiner Plasmamembran (Axolemm) auf, anhand deren man es im Elektronenmikroskop von einem Dendriten abgrenzen kann (Axon:InitialsegmentAbb. 3.4.9). Diese Schicht wird von Zytoskelettmolekülen (z. B. Ankyrin G) gebildet, die Proteine und Rezeptoren in der Membran des Axoninitialsegments verankern und dadurch verhindern, dass Proteine aus der Membran des Perikaryons in das Axon hineindiffundieren (AxolemmDiffusionsbarriere). Dies garantiert die strukturelle und funktionelle Eigenständigkeit des Axons gegenüber dem somatodendritischen Kompartiment. Da Position und Länge des Axoninitialsegments veränderlich sind und von der Aktivität des Neurons abhängen, wird der Beginn des Axons, d. h. die Lage des Axoninitialsegments, in aktuellen wissenschaftlichen Arbeiten oft mithilfe von immunhistochemischen Färbungen, z. B. gegen Ankyrin G, ermittelt.
Im Anschluss an das Axoninitialsegment wird das Axon von einer Myelinscheide bedeckt. Im Innern des Axons findet man im Axoplasma tubuläre Anteile des glatten ER und schlanke Mitochondrien. Es kommen viele, gleichmäßig verteilte Mikrotubuli und große Mengen an Neurofilamenten vor. Entlang der Mikrotubuli findet der schnelle axonale Transport statt (s. u.).
Projizieren Nervenzellen zu 2 oder mehr Regionen, so können sich die Axone bereits in der Ursprungsregion verzweigen. Die einzelnen Äste Axoplasmader Axone (Axonkollateralen) können einen völlig unterschiedlichen Verlauf nehmen. In der Zielregion verlieren die Axone ihre Markscheide und bilden nicht selten viele Endverzweigungen aus. Die Endäste eines Axons weisen kleine Anschwellungen auf (Boutons), die mit den Zielstrukturen der Nervenzelle (z. B. Nervenzellen, Muskeln, Drüsenzellen) Synapsen ausbilden. Man unterscheidet Axon:KollateralenBoutons im Verlauf eines Axons (En-passant-Bouton) von Boutons am Ende einer Axonverzweigung (Axonendigung).

MERKE

Axon

  • Fortsatz einer Nervenzelle zur Informationsweiterleitung und zum Transport von Signalmolekülen.

  • Im Axoninitialsegment (nichtmyelinisierter erster Abschnitt des Axons) entsteht das Aktionspotenzial; das Axoninitialsegment grenzt das Axon vom Soma ab.

  • Axone verzweigen sich i. d. R. in ihrer Zielregion (Kollateralen). Die Axonendigungen bilden mit den Membranen der Zielstrukturen die Synapsen.

Zytoskelett
Das Zellskelett einer Nervenzelle dient der Formgebung (mechanische Stabilisierung), derBoutons Verankerung von Rezeptoren und Proteinen in der Membran und dem Transport von Substanzen und Organellen.
Bestandteile
Das Zytoskelett besteht aus
  • En-passant-BoutonMikrofilamenten (Aktinfilamente)

  • Intermediärfilamenten (Neurofilamente; s. a. Kap. 2.6.3)

  • Zytoskelett:PerikaryonMikrotubuli (Neurotubuli)

AktinfilamenteAktinfilamente bilden unmittelbar unterhalb der Plasmamembran ein Stützgerüst, das die ganze Nervenzelle stabilisiert und in ihrer Form hält. Membranproteine und Rezeptoren sind über Brückenproteine mit diesem Stützgerüst verbunden und werden dadurch an ihrer Position in der Plasmamembran gehalten. Diese Verankerung von Proteinen in der Membran ist gerade für Aktinfilament:PerikaryonNervenzellen wichtig, da z. B. Neurotransmitterrezeptoren an ganz bestimmten Stellen der Membran (z. B. synaptische Membranspezialisierungen) fixiert werden müssen. Aktinfilamente finden sich darüber hinaus in den dendritischen Dornen der Nervenzellen. Indem sich die Aktinfilamente verlängern oder verkürzen, können die Dornen ihre Form und Größe innerhalb sehr kurzer Zeit verändern (Kap. 3.4.5, Abb. 3.4.43).
NeurofilamenteNeurofilamente (Abb. 3.4.10) finden sich im Perikaryon, in den Dendriten und Axonen. Die einzelnen Neurofilamente stoßen sich aufgrund gleicher Dorn, dendritischerPolarität ab und bestimmen so die Querdurchmesser von Dendriten und Axonen.
MikrotubuliMikrotubuli finden sich im Perikaryon, in den Dendriten und im Axon (Neurotubuli). Sie sind jedoch in Neurofilament:PerikaryonDendriten und Axonen unterschiedlich ausgerichtet: Im Axon weist das Plusende der Mikrotubuli zu den Axonendigungen, in Dendriten in beide Richtungen. Auch die mikrotubulusassoziierten Proteine (MAPs) sind in Axonen und Dendriten unterschiedlich: In Axonen Mikrotubulus:Nervenzellefindet sich das Tau-Protein, in den Dendriten das MAP 2.
Axonaler Transport
Durch den axonalen (axoplasmatischen) Transport werden Moleküle und Organellen vom Perikaryon zu den Axonendigungen und umgekehrt transportiert (Abb. 2.74). Ohne diesen Transportmechanismus kann eine Nervenzelle ihr Axon nicht ernähren. In Abhängigkeit von der Richtung unterscheidet man:
  • anterograden Transport: vom Perikaryon zur Peripherie

  • retrograden Transport: von der Peripherie zum Perikaryon

Weiterhin wird der axonale Transport nach seiner Geschwindigkeit in einen langsamen und einen schnellen anterograden bzw. Transport:axonalerretrograden Transport unterteilt. Die Transport:anterograder\bmolekularen Mechanismen, die diesen Transportprozessen zugrunde liegen, sind teilweise aufgeklärt worden (Tab. 3.4.2, s. a. Kap. 2.Transport:retrograder\b6).

Klinik

Über den retrograden axonalen Transport können Gifte (z. B. Tetanustoxin) oder Viren (Herpes-simplex-Viren; Tollwutviren) zum Perikaryon einer Nervenzelle gelangen.

Für die schnellen Transportprozesse verwendet die Nervenzelle „molekulare Motoren“. Diese Motorproteine binden zum einen an die Mikrotubuli der Nervenzelle, zum anderen an die zu transportierenden Objekte (z. B. Vesikel). In Anwesenheit von ATP („Treibstoff“ der molekularen Motoren) wandern die Motorproteine entlang der Mikrotubuli und bewegen dadurch die an ihnen befestigten Vesikel („Güterzüge auf einem Schienenweg“). Das Motorprotein für den anterograden Transport ist Kinesin, das Motorprotein für den retrograden Transport ist Dynein. Die Motorproteine erkennen ihre Transportrichtung an der Ausrichtung der Mikrotubuli (Abb. 2.74).

MERKE

Für schnelle axonale Transportprozesse werden Motorproteine benötigt:

  • Kinesin – anterograder axonaler Transport

  • Dynein – retrograder axonaler Transport

Klinik

Der Morbus Alzheimer ist die häufigste neurodegenerative Erkrankung, die zu einem Verlust der geistigen Leistungsfähigkeit, zu einer Demenz, führt. Histopathologisch lassen sich krankhafte Proteine außerhalb (Amyloid-Plaques) und innerhalb (pathologische Neurofibrillen) von Nervenzellen nachweisen. Die intrazellulären Fibrillen bestehen aus dem mikrotubulusassoziierten Protein Tau, das sich normalerweise in Axonen befindet. Ist dieses sehr stark phosphoryliert, kann es verklumpen und im Zellleib und den Dendriten zu krankhaften Fibrillen aggregieren. Nervenzellen mit diesen krankhaften neurofibrillären Bündeln sterben ab.

Klassifikation der Neurone
Zur Unterscheidung von Nervenzellen werden morphologische, chemische und funktionelle Kinesin:NervenzelleKriterien herangezogen:
  • morphologische Dynein:NervenzelleKriterien:

    • Verzweigung von Dendriten und Axonen (s. u.)

    • Anwesenheit von Dornen (z. B. Morbus:Alzheimerdornentragend, dornenfrei)

    • axonale Projektion (z. Tau-ProteinB. Projektionsneurone, Interneurone mit lokalen Axonen)

  • chemische Kriterien:

    • Neurotransmitter und Neurotransmitter synthetisierende Enzyme (z. B. cholinerge Neurone, dopaminerge Neurone)

    • Nachweis von bestimmten Proteinen (z. B. Kalzium bindende Proteine)

  • funktionelle Kriterien:

    • Wirkung auf die Zielzellen (z. B. erregend oder hemmend)

    • Muster der Aktionspotenziale (z. B.: „schnell feuernd“, „tonisch feuernd“)

Mithilfe dieser Kriterien lassen sich einzelne Nervenzellen sehr gut beschreiben. So spricht man z. B. von „hemmenden, GABAergen, schnell feuernden Korbzellen in der CA1-Region des Hippocampus“, um eine bestimmte Gruppe von Interneuronen zu charakterisieren.
Dendriten und AxoneIn der Histologie werden Nervenzellen überwiegend nach ihrer Form unterteilt. Im Vordergrund steht dabei das dendritische und axonale Verzweigungsmuster. Dieses kann mithilfe von Spezialfärbungen, insbesondere mithilfe der Golgi-Imprägnierung (Abb. 3.4.4), sichtbar gemacht werden (Tab. 3.4.3, Abb. 3.4.11).
Weitere BezeichnungenNeben dieser traditionellen morphologischen Klassifikation sind weitere Bezeichnungen von Nervenzellen gebräuchlich. Die wichtigste ist die Unterteilung der Neurone nach ihrer Funktion in erregende und hemmende Nervenzellen:
  • Erregende Nervenzellen: Die meisten großen Neurone, die über größere Distanzen projizieren, die „Projektionsneurone“, sind erregend und verwenden überwiegend Glutamat als Neurotransmitter („glutamaterge Neurone“). Auch die afferenten Nervenzellen des PNS sind glutamaterg. Die efferenten motorischen Neurone des Rückenmarks (Nervenzelle:erregendeMotoneurone) nutzen hingegen Azetylcholin als Neurotransmitter (cholinerge Neurone). Beispiele sind:

    • Pyramidenzellen besitzen einen spitz-dreieckigen Zellleib und kommen in der Endhirnrinde vorGlutamat:Neurotransmitter (Abb. 3.4.2). Sie bilden einen Apikaldendriten und mehrere Basaldendriten aus.

    • Körnerzellen sind sehr kleine Neurone, von denen Azetylcholin:Neurotransmitterman im Routinepräparat nur die Zellkerne („wie ein Haufen von Körnern“) sieht. Im Kleinhirn (Kap. 18.3.2; Abb. 3.4.7) finden Pyramidenzellesich viele, dicht gepackte Körnerzellen. Auch im Gyrus dentatus der Hippocampusformation gibt es Körnerzellen. Diese haben aber einen anderen Dendritenbaum als die Körnerzellen des Kleinhirns.

    • KörnerzelleMitralzellen sind Neurone des Bulbus olfactorius, deren Perikaryon einer Mitra (Bischofsmütze, Kopfbedeckung altorientalischer Herrscher) ähnelt.

  • Hemmende Nervenzellen: Hemmende Nervenzellen haben ihre axonalen Endigungen typischerweise in der Hirnregion, in der auch ihr Perikaryon zu finden ist. Man bezeichnet sie daher auch als Mitralzellelokale Interneurone. Die meisten hemmenden Nervenzellen nutzen den Neurotransmitter (γ-Aminobuttersäure, GABA). Im Rückenmark und im unteren Hirnstamm finden sich auch zahlreiche hemmende Nervenzelle:hemmendeInterneurone, die Glyzin als Neurotransmitter verwenden. Beispiele sind:

    • Sternzellen besitzen kurze, recht gleichförmig über das Perikaryon verteilte dendritische Fortsätze und ein Axon (Abb. 18.16). Sternzellen sind GABA:hemmende Nervenzelleni. d. R. hemmende Neurone (Neurotransmitter: GABA).

    • Korbzellen werden nach ihrem Axon benanntGlyzin:Neurotransmitter, das wie ein geflochtener Korb das Perikaryon einer Zielzelle umfasst und diese effektiv hemmen kann (Abb. 3.4.6).

    • SternzelleKandelaberzellen haben einen Dendritenbaum, der einem großen Kerzenleuchter (Kandelaber) ähnlich sieht. Das Axon dieser Zellen erreicht die Axone der Zielzellen und kann diese sehr Korbzelleeffektiv hemmen (axoaxonale Zellen).

    • Purkinje-Zellen sind die großen Zellen der Kleinhirnrinde. Sie wurden nach J. E. Purkinje (Physiologe; 1787–1869) benannt (Abb. 3.4.4, Abb. 3.4.7; s. a. Kap. Kandelaberzelle18.3.2).

ParaneuroneAls Paraneurone werden manchmal epitheliale Zellen bezeichnet, die sowohl rezeptorische als auch sekretorische Funktion besitzen. Sie bilden meistens neuronentypische Purkinje-ZelleSubstanzen, z. B. biogene Amine, Peptide oder auch Transmittersubstanzen, und enthalten in ihren sekretorischen Granula oft die Trägersubstanz Chromogranin. In einem weiten Sinne zählen u. a. folgende Zellen zu denParaneuron Paraneuronen: endokrine Zellen des Magen-Darm-Trakts und der Atemwege, chromaffine Zellen der Karotiskörperchen und des Nebennierenmarks, Geschmackssinneszellen, Muskelzellen, Pinealozyten und die Lichtrezeptorzellen der Retina.
Grundprinzipien neuronaler Verbindungen
Unter einem neuronalen Netzwerk versteht man eine Gruppe von Nervenzellen, die miteinander über eine oder mehrere Schaltstellen verbunden sind. In den Neurowissenschaften beschäftigt sich ein ganzer Forschungszweig damit, die Funktion und die Bauprinzipien solcher Netzwerke zu verstehen.
Konvergenz, DivergenzDer Signalfluss in neuronalen Netzwerken wird von erregenden Nervenzellen getragen. Projizieren mehrere Nervenzellen auf eine oder wenige Zielzellen, bezeichnet man dies als Konvergenz, projizieren einzelne Nervenzellen auf viele Zielzellen, nennt man dies Divergenz (Abb. 3.4.12). Beispielsweise konvergieren die Sinneszellen derDivergenz Retina (über die bipolaren Zellen) in Konvergenzgroßer Zahl auf nur wenige Ganglienzellen, während die Körnerzellen im Kleinhirn divergieren (Kap. 18.3.2), d. h. mit ihren Axonen (Parallelfasern) eine große Zahl an Purkinje-Zellen erreichen.
Rückwärts-, Vorwärtshemmung, DisinhibitionDer Signalfluss zwischen den erregenden Nervenzellen wird durch hemmende Nervenzellen moduliert (Abb. 3.4.12):
  • Rückwärtshemmung (rekurrente Hemmung) ist dabei eine Verschaltung, bei der die Axonkollateralen einer erregenden Nervenzelle ein hemmendes VorwärtshemmungInterneuron erreichen. Dieses wiederum wirkt Rückwärtshemmungauf die erregende DisinhibitionNervenzelle zurück und hemmt diese. Dadurch wird eine Übererregung verhindert. Das klassische Beispiel für ein solches hemmendes Interneuron ist die „Renshaw-Zelle“ des Rückenmarks (Kap. 18.3.1).

  • Hemmung, rekurrenteVorwärtshemmung ist eine Verschaltung, bei der eine hemmende und eine erregende Nervenzelle gleichzeitig von einem Projektionssystem erregt werden. Das hemmende Neuron kann durch diese „Vorabinformation“ die Aktivität der erregenden Nervenzelle schneller unterdrücken.

  • Disinhibition (Enthemmung) ist eine Verschaltung, bei der ein erstes hemmendes Neuron über ein zweites hemmendes Neuron mit einer erregenden Nervenzelle verbunden ist. Durch die Aktivierung des ersten hemmenden Neurons wird das zweite hemmende Neuron seinerseits gehemmt („Hemmung der Hemmung“), wodurch andere (erregende) Einflüsse das erregende Neuron stärker aktivieren können.

Gliazellen
Gliazellen Enthemmungsind die 2. große Zellgruppe im Nervensystem. Ihre Funktionen sind vielfältig (Tab. 3.4.1) und es ist inzwischen unstrittig, dass Nervenzellen ohne Gliazellen nicht funktionsfähig sind. Die Zahl der Gliazellen übertrifft die Zahl der Nervenzellen um das 10-Fache. Man unterscheidet die Makroglia (Astrozyten, Oligodendroglia, Ependymzellen) von der kleineren Mikroglia.
Ursprung und Entwicklung der Gliazellen
Entwicklungsgeschichtlich entstammen die Makrogliazellen der ektodermalen Anlage des Nervensystems. Die Mikroglia ist hingegen mesodermalen Ursprungs und stammt aus dem Knochenmark (Abkömmlinge hämatopoietischer Stammzellen). Die Gliazellen des ZNS Gliazelle\bentwickeln sich im Neuralrohr, die Gliazellen des PNS in den Neuralleisten. Neuere Forschungen legen nahe, dassMakroglia, Entwicklung Astrozyten die Stammzellen aller Makrogliazellen und auch der Neurone sind.
Gliazelltypen
Man unterscheidet Mikroglia:Entwicklungverschiedene Typen von Gliazellen im ZNS und PNS. Außer den in Abb. 3.4.13 und Tab. 3.4.4 vorgestellten häufigen Typen gibt es noch:
  • Radialglia: Diese Gliazellen spielen während der Entwicklung eine entscheidende Rolle. Sie erstrecken ihre langen Fortsätze von der ventrikulären Zone bis zur pialen Oberfläche des Neuralrohrs. An ihnen wandern die jungen Neurone entlang, bis sie ihre Zellschicht gefunden haben. Im adulten Gehirn Gliazelle:Typensind die Müller-Zellen der Retina und die Bergmann-Glia des Kleinhirns Abkömmlinge Radialgliader Radialglia. Beide Zellen isolieren sehr effektiv die Neurone und ihre Fortsätze voneinander.

  • Pituizyten: Diese spezialisierten Gliazellen der Neurohypophyse beeinflussen den Transport, die Speicherung und die Freigabe der Neurohormone.

Klinik

Die häufigsten Tumoren des ZNS gehen von Gliazellen, z. B. von Astrozyten, aus und werden Gliome (z. B. Astrozytome) genannt.

Gliazellen des ZNS
Astrozyten
Astrozyten sind vielgestaltige, über Nexus (Gap Junctions) verbundene Gliazellen des ZNS. Sie bilden einen metabolisch und elektrisch gekoppelten PituizytZellverband und verhalten sich daher wie eine funktionelle Einheit (funktionelles Synzytium). Die meisten Astrozyten haben zahlreiche dünne Fortsätze, die sternförmig vom Soma ausstrahlen, wodurch sich auch ihr Name erklärt (Astrozyt; abgeleitet von aster, gr. für Stern, und kytos, gr. für Zelle).
FunktionenZu den Aufgaben der Astrozyten gehören:
  • die mechanische Stabilisierung des Astrozyt\bGewebes (Stützfunktion)

  • die Abgrenzung der Oberflächen des Synzytium:funktionelles, GliazellenHirngewebes (Blut-Hirn-Schranke)

  • die chemische Homöostase (Regulation des extrazellulären Kaliumgehalts und des pH; Beteiligung am Transport von Glukose)

  • die Beeinflussung der synaptischen Informationsübertragung (elektrische Astrozyt:Funktion\bIsolation; Aufnahme von Neurotransmittern)

  • die Bildung einer Narbe nach einer Schädigung des ZNS

Die Stützfunktion im Nervensystem können die Astrozyten erfüllen, da ihr Soma und ihre proximalen Fortsätze durch astrozytentypische Intermediärfilamente versteift werden. Man bezeichnet diese Filamente als saures Gliafaserprotein (GFAP, „glial fibrillary acidic protein“). Mit Antikörpern, die gegen das GFAP gerichtet sind, lassen sich die Astrozyten im Nervengewebe sehr gut anfärben (Immunfärbung, Abb. 3.4.14).
Die Astrozyten Intermediärfilament:AstrozytenFilament, intermediäres:Astrozytenbedecken mit ihren Fortsätzen alle Gefäße und Kapillaren (Blut-Hirn-Schranke) sowie die Oberfläche des ZNS, also alle Grenzflächen des Extrazellulärraums des Hirngewebes. GFAP (glial fibrillary acidic protein)Die nebeneinanderliegenden flächigen Endfüße wirken wie eine eigene Schicht und werden daher als Gliagrenzmembran bezeichnet. An der Oberfläche des Gehirns spricht man von Membrana limitans gliae superficialis, in der Umgebung der Gefäße von der Membrana limitans Blut-Hirn-Schranke:Astrozytengliae perivascularis (Kap. 3.4.3; Abb. 3.4.20).
Die feinsten Fortsätze der Astrozyten liegen überall zwischen den Nervenzellen, wodurch sie großflächig mit dem Extrazellulärraum verbunden sind. Diese große Oberfläche macht es den Astrozyten möglich, rasch auf Veränderungen der Kaliumkonzentration oder des pH zu reagieren. Damit regulieren sie das extrazelluläre ionale Milieu, das in Wechselwirkung mit den spezifischen Ionenkonzentrationen im Zytoplasma der Nervenzellen das Entstehen eines Membranpotenzials und damit die elektrische Erregbarkeit von Nervenzellen ermöglicht. Diese für die Funktion von Nervenzellen entscheidende Rolle wird im PNS von Schwann-Zellen ausgeübt. Die Astrozyten spielen darüber hinaus eine Rolle bei der Ernährung von Nervenzellen. Sie können u. a. Glukose in Form von Glykogen speichern und bei Bedarf an die Nervenzellen abgeben.
Die Astrozyten können die synaptische Übertragung beeinflussen, da sie die Synapsen mit ihren feinen Fortsätzen umgeben. Sie isolieren dadurch die Synapsen elektrisch und chemisch voneinander. An ihrer Oberfläche findet man Neurotransmitterrezeptoren, mit denen Neurotransmittermoleküle (besonders Glutamat) direkt außerhalb der Synapsen abgefangen werden können. Auf diese Weise können die Astrozyten die Konzentration von Neurotransmittern im Extrazellulärraum regulieren. Die Astrozytenfortsätze sind so bedeutsam für die Synapsenfunktion, dass man sie heute als einen wesentlichen strukturellen Bestandteil der Synapsen ansieht (Kap. 3.4.5).
Die Astrozyten sind an Reorganisationsvorgängen nach einer Schädigung des Nervensystems beteiligt (s. u., Gliose).
MorphologieAufgrund ihrer Zellform teilt man die Astrozyten in 2 Hauptformen auf:
Protoplasmatische Astrozyten („Kurzstrahler“) kommen vor allem in der grauen Substanz des ZNS vor. Ihre Zellkörper haben einen Durchmesser von ca. 15–25 μm. Der Astrozyt:MorphologieKern ist rundlich und relativ hell. Sie besitzen viele relativ kurze und sehr stark verzweigte Fortsätze (Abb. 3.4.15), die den Raum zwischen den neuronalen Perikarya und den Astrozyt:protoplasmatischerNervenzellfortsätzen auskleiden und den Extrazellulärraum kontrollieren. Die Kurzstrahlerperiphersten Astrozytenfortsätze sind sehr dünn und membranartig („schleierartig“). Im Elektronenmikroskop erkennt man darüber hinaus Glykogengranula und zahlreiche Mitochondrien im Zytoplasma. Mikrotubuli und die astrozytären intermediären Filamente sind locker verteilt. Manchmal liegen die Perikarya der Astrozyten neuronalen Perikarya an.
Fibrilläre Astrozyten finden sich vor allem in der weißen Substanz des ZNS (Abb. 3.4.16). Der Durchmesser des Zellleibes misst ca. 10–12 μm. Sie besitzen lange, dünne Fortsätze („Langstrahler“) und erreichen oft auch Blutgefäße und die Oberfläche des ZNS. Die Fibrillen bestehen wie in den protoplasmatischen Astrozyten aus GFAP und bilden in den fibrillären Astrozyt:fibrillärerAstrozyten charakteristische Bündel.
Oligodendrozyten
Oligodendrozyten (Abb. 3.4.17) besitzen nur wenige, kaum verzweigte Fortsätze. Auch hier erklärt sich der Name der Zelle anhand der Zellmorphologie (Langstrahleroligo-, gr. wenige; dendros, gr. Ast).
Funktionelle BedeutungOligodendrozyten bilden das Myelin zur Ausbildung der Markscheiden im ZNS (Kap. 3.4.3). Ein Oligodendrozyt kann 10–50 internodale Abschnitte von Axonen versorgen und mit einer Myelinscheide umgeben. Dies können Axone verschiedener Nervenzellen sein, die in der Nähe des OligodendrozytOligodendrozyten verlaufen. Einige Oligodendrogliazellen liegen, wie auch manche AstrozytenOligodendrozyt:Funktion\b, eng den Perikarya von Neuronen an. Ihre Funktion an dieser Stelle ist unbekannt.
Im Gegensatz zu den Astrozyten enthalten Oligodendrogliazellen kein GFAP. Um Oligodendrogliazellen im Gewebe nachzuweisen, nutzt man, neben den histologischen Färbungen (Abb. 3.4.17), Immunfärbungen gegen Proteine der Myelinscheiden (myelinbasisches Protein, MBP; Proteolipidprotein, PLP).
MorphologieDer Zellkörper der Oligodendrozyten ist kleiner (6–8 μm) als der Zellleib der Astrozyten. Vom Soma gehen einige Fortsätze ab, die sich nur wenig verzweigen (Abb. 3.4.17). Der Kern ist rundlich bis oval geformt. Im Elektronenmikroskop fallen Oligodendrogliazellen aufgrund ihres heterochromatinreichen Zellkerns (das Heterochromatin ist unterhalb der Kernhülle Oligodendrozyt:Morphologiebesonders dicht) und ihres elektronendichten Zytoplasmas auf („dunkles“ Zytoplasma). Das Zytoplasma enthält raues ER, freie Ribosomen, Mitochondrien und Golgi-Apparate sowie eine große Zahl an Mikrotubuli.
Ependymzellen
Die Ependymzellen sind epitheliale Gliazellen und leiten sich vom Neuroepithel des Neuralrohrs ab. Sie kleiden epithelartig die inneren Räume (Hirnventrikel und Zentralkanal des Rückenmarks) des ZNS aus (sog. Ependym; Abb. 3.4.18) und überziehen den Plexus choroideus. Dort bezeichnet man die Schicht aus spezialisierten Ependymzellen auch als Plexusepithel (Abb. 3.4.22). Tanyzyten sind eine heterogene Gruppe spezieller Ependymzellen, die meistens einen längeren basalen Zellfortsatz besitzen. Sie kommen in unterschiedlicher Erscheinungsform an verschiedenen Stellen in der Wand der Ventrikel und des Zentralkanals vor, z. B. im Bereich der zirkumventrikulären Organe (s. u.).
Funktionelle BedeutungEpendymzellen Ependymzelletrennen die Liquorräume, die mit Liquor Tanyzytcerebrospinalis gefüllt sind, vom Hirngewebe. Sie können Liquor resorbieren und den Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Hirngewebe und Ventrikellumen regulieren. Im Bereich des Plexus choroideus sind die Ependymzellen (Plexusepithel) an der Liquorproduktion beteiligt. Im Bereich der zirkumventrikulären Organe, in denen Ependymzelle:Funktion\bdie Blut-Hirn-Schranke teilweise aufgehoben ist, schränken die Ependymzellen (Tanyzyten) den Flüssigkeitsaustausch zwischen Liquor und Hirngewebe stark ein.
MorphologieEpendymzellen sind i. d. R. kubische oder prismatische Epithelzellen. Sie sind durch Nexus, Desmosomen, Zonulae adhaerentes und laterale Verzahnungen intensiv miteinander verbunden, besitzen also keine Zonulae occludentes. An ihrer Oberfläche befinden sich sowohl Mikrovilli als auch 30–60 Kinozilien. Es wird angenommen, dass die Kinozilien für den Liquorfluss innerhalb der Ependymzelle:MorphologieVentrikel wichtig sind, während die Mikrovilli die Resorption des Liquors durch Ependymzellen erleichtern. Ihre Membran enthält Aquaporine und verschiedene Transporter, z. B. Glukosetransporter. Als Komponenten der Intermediärfilamente des Zytoskeletts wurden Zytokeratine, Vimentin und z. T. auch saures fibrilläres Gliaprotein nachgewiesen. Basal bilden Ependymzellen, anders als fast alle Epithelien, keine Basallamina. Manchmal findet sich jedoch eine vom Kapillarendothel stammende unregelmäßige Filament, intermediäres:EpendymzellenBasallaminaformation. Unter den Ependymzellen liegt im Bereich der Seitenventrikel die Intermediärfilament:Ependymzellensubventrikuläre Zone mit neuronalen Vorläuferzellen (Kap. 3.4.3).
Mikrogliazellen
Im Gegensatz zu den Makrogliazellen stammen die Mikrogliazellen von hämatopoietischen Stammzellen des Knochenmarks ab. Sie wandern in das ZNS ein und verteilen sich überall im ZNS. Sie decken das ZNS-Gewebe mit ihren Fortsätzen ab und können daher sehr effektiv und schnell Infektionen des ZNS entdecken und bekämpfen.
Funktionelle BedeutungDie Mikroglia erfüllt Abwehrfunktionen (Phagozytose, Zytotoxizität, Antigenpräsentation), ist aber auch für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts (Homöostase) im ZNS wichtig.
Zur Erfüllung der Abwehrfunktion hat Mikroglia eine Reihe Mikroglia\bvon biologischen Fähigkeiten: Sie tastet mit Mikrogliazelle\bihren beweglichen Fortsätzen ständig das Gewebe ab und phagozytiert Zellreste, Mikroglia:FunktionFremdkörper und Infektionserreger (Bakterien, Viren). Kommt es zu einer Entzündung, kann aktivierte Mikroglia zytotoxische Substanzen (z. B. H2O2) freisetzen und dadurch die Krankheitserreger bekämpfen. Nach der Phagozytose von Krankheitserregern können Mikrogliazellen an ihrer Oberfläche Antigenbruchstücke präsentieren (mithilfe der MHC-Klasse-II-Proteine). Diese werden von T-Zellen erkannt, die über die Gefäße in das Hirngewebe gelangen können. Nach ihrer Aktivierung können die T-Zellen ihrerseits viele inflammatorische Prozesse im Gehirn auslösen und unterhalten.
Die Aktivierung der Mikroglia im Nervengewebe hat 2 Seiten: Zum einen können die von der Mikroglia freigesetzten zytotoxischen Substanzen noch gesunde Nervenzellen schädigen (Neurotoxizität; „bystander attack“), zum anderen kann die Mikroglia mit Zytokinen überlebende Nervenzellen schützen und die neuronale Reorganisation unterstützen (Neuroprotektion). Die Aktivität der Mikroglia ist daher für die Wiederherstellung des Gleichgewichts (Homöostase) im geschädigten ZNS wichtig. Wie die Aktivierung der Mikroglia reguliert wird und wie die Mikroglia mit anderen Zellen des Immunsystems interagiert, wird auf molekularer Ebene untersucht (Neuroimmunologie).

MERKE

Mikroglia stammt aus dem Knochenmark und wandert ins ZNS ein. Ihre Funktionen sind:

  • Abwehr:MikrogliaAbwehrfunktion (Phagozytose, Zytotoxizität, Antigenpräsentation)

  • Neurotoxizität und Neuroprotektion nach einer Schädigung

MorphologieDie Morphologie der Mikroglia hängt von ihrem Aktivierungszustand und ihrer biologischen Funktion ab. Man unterscheidet:
  • Ruhende Mikroglia: Diese typischen Mikrogliazellen des gesunden, adulten ZNS haben einen kleinen Zellleib mit länglichem Zellkern und lange, verzweigte Fortsätze (Abb. 3.4.19). In diesemMikroglia:Morphologie Zustand liegen die Somata der Mikrogliazellen an einer Stelle und ihre Fortsätze bewegen sich, um die Umgebung zu überprüfen. Diese Mikrogliazellen exprimieren keine MHC-Klasse-IIMikroglia:ruhende-Proteine.

  • Amöboide Mikroglia: Diese Zellen finden sich typischerweise während der Entwicklung und nach einer Schädigung der Hirnsubstanz. Es handelt sich um plumpe Zellen mit einem im Vergleich zur ruhenden Mikroglia relativ großen Soma. In dieser Form kann die Mikroglia durch das Gewebe des ZNS wandern und Zelltrümmer phagozytieren. Sie unterstützt die Reorganisation des Gehirns nach einer Mikroglia:amöboideSchädigung. „Vollgefressene“ Mikrogliazellen können nicht mehr weiter phagozytieren. Sie bleiben vor Ort liegen und werden aufgrund ihres Gehalts an granulärem Material Gitterzellen genannt.

  • Aktivierte Mikroglia: Diese Zellen finden sich typischerweise nach einer Infektion des Gehirns. Sie können verzweigt sein, aber auch amöboide Formen annehmen. Typischerweise sind die Fortsätze kräftiger und stärker ausgebildet als die der ruhenden Mikroglia. Sie können phagozytieren und sichGitterzelle im Gehirn durch Zellteilung vermehren (proliferieren). Entscheidende Kriterien für „Mikroglia:aktivierteaktivierte“ Mikrogliazellen sind die Expression von MHC-Klasse-II-Molekülen, die Antigenfragmente präsentieren, sowie die Produktion von Entzündungsmediatoren und Zytokinen.

Gliose
Als Folge einer Schädigung des ZNS kommt es zu einer begleitenden Reaktion der Gliazellen, die ganz allgemein und unabhängig von der Ursache der Schädigung als „Gliose“ bezeichnet wird. Hierbei kommt es i. d. R. zu einer Proliferation und Hypertrophie der beteiligten Gliazellen, die „Hand in Hand“ arbeiten, um das geschädigte Gewebe zu reinigen und zu reorganisieren.
Die Mikroglia reagiert als Erstes innerhalb von einigen Stunden auf die Schädigung (Mikrogliose). Sowohl Mikroglia aus anderen Hirnregionen als auch perivaskuläre Makrophagen, die sich in Mikroglia umwandeln, wandern in den Bereich der Schädigung ein. Die aktivierte Mikroglia beginnt mit der Phagozytose von Krankheitserregern bzw.Gliose degeneriertem Zellmaterial und produziert Zytokine, die wiederum die Reaktion der Astrozyten steuern. Die aktivierten Astrozyten proliferieren undMikrogliose hypertrophieren im Schädigungsgebiet (Astrogliose). Sie grenzen die Verletzungszone gegenüber der Umgebung ab und begrenzen auf diese Weise die Entzündungsreaktion auf die geschädigte Region. Sie reparieren die Blut-Hirn-Schranke und schützen überlebende Nervenzellen. Die reaktiven Astrozyten bilden vermehrt GFAP, was zum histologischen Nachweis einer Astrogliose genutzt wird.
Der Übergang von der Gliose zu einer GlianarbeAstrogliose ist fließend. Von einer Glianarbe spricht man häufig dann, wenn es im Schädigungsgebiet auch zur Einwanderung von Fibroblasten und zu Veränderungen der Extrazellulärmatrix gekommen ist. Während die Mikrogliose einige Zeit nach der Schädigung abklingt, ist eine Astrogliose als dauerhaftes Zeichen einer Schädigung des Nervengewebes nachweisbar.

Klinik

Von klinischer Bedeutung ist, dass die Glianarbe im ZNS für wachsende Axone undurchlässig ist. Sie ist eine Regenerationsbarriere für wachsende Axone, weshalb es z. B. nach einer Rückenmarksverletzung mit Querschnittssyndrom nicht zur Regeneration von Faserbahnen kommt (s. a. Kap. 3.4.4). Darüber hinaus sind Nervenzellen in der Umgebung eines geschädigten Areals leichter erregbar und neigen zu synchronen Entladungen. Als Folge kann dort eine „posttraumatische Epilepsie“ entstehen.

Gliazellen des PNS
Schwann-Zellen
Schwann-Zellen begleiten GlianarbeNervenzellfortsätze in peripheren Nerven. Sie können Axone mit einer Myelinscheide (Markscheide der markhaltigen Axone; Kap. 3.4.3) oder mit einer einfachen Axonscheide umgeben (periphere Hüll-Glia der marklosen Axone). Die Schwann-Zelle wird nach ihrem Entdecker benannt (Theodor Schwann, 1810–1882; deutscher Anatom und Physiologe).
Funktionelle BedeutungSchwann-Zellen sind die Hüllzellen der peripheren Axone. Sie regulieren das extrazelluläre ionale Milieu und damit die elektrische Erregbarkeit von Nervenzellen. An „markhaltigen Axonen“ bilden sie die Markscheiden (MyelinscheidenSchwann-Zelle). Im Gegensatz zur zentralen Hüllglia, den Oligodendrozyten, umgeben die Schwann-Zelle:Funktion\bSchwann-Zellen jedoch nur ein einzelnes „markhaltiges“ Axon und bilden hier jeweils genau ein Internodium Hüllzelle:Schwann-Zelle(s. a. Kap. 3.4.3). Sie ermöglichen die schnelle, scheinbar sprunghafte (saltatorische) Erregungsleitung der Axone. Nichtmyelinisierte („marklose“) Axone werden auch von Schwann-Zellen umhüllt, wobei in diesem Fall viele Axone in eine Schwann-Zelle eingebettet sein können.
Schwann-Zellen sind wichtig für die Ernährung der Axone. Ohne Schwann-Zellen können Struktur und Funktion der Axone von den Nervenzellen nicht aufrechterhalten werden. Umgekehrt wirken die Axone auch auf die Schwann-Zellen ein und beeinflussen deren Funktion. Schwann-Zellen und Axone sind somit funktionell eng miteinander verbunden.
Schwann-Zellen können Zelltrümmer phagozytieren, wenn Nervenzellen untergehen, und unterstützen danach die axonale Regeneration (s. a. Kap. 3.4.4).
MorphologieMan unterscheidet Schwann-Zellen, die eine Myelinscheide bilden (myelinisierende Schwann-Zellen) von solchen, die Axone zwar umhüllen, aber keine Myelinscheide ausformen (nichtmyelinisierende Schwann-Zellen). Schwann-Zellen lassen sich mit Antikörpern gegen die Proteine P0 oder S100 anfärben und im Gewebe nachweisen.
Myelinisierende Schwann-Zellen bilden eine charakteristische Schwann-Zelle:MorphologieMyelinscheide um die Axone (Kap. 3.4.3). Ihre abgeflachten, ovalen Zellkerne liegen im Zytoplasma außerhalb der Myelinscheide (Abb. 3.4.23). Hier finden sich außerdem ein kleiner Golgi-Apparat und in mäßiger Anzahl Zisternen des rauen ER, Mitochondrien sowie einzelne Lysosomen. Ihre Intermediärfilamente bestehen aus Vimentin. Die Schwann-Zellen sind an ihrer Oberfläche von einer Basallamina bedeckt.

Klinik

Von den Schwann-Zellen kann die Bildung verschiedener Tumoren ausgehen, die Schwannome genannt werden. Diese Tumoren sind üblicherweise von einer Kapsel umgeben und können Melanosomen enthalten. Neurofibrome sind ebenfalls Tumoren peripherer Nerven, die aber aus verschiedenen Zelltypen aufgebaut werden, darunter Schwann-Zellen, Mastzellen und Perineuralzellen. Bei der Regeneration peripherer Axone bilden Schwann-Zellen eine Leitschiene für das auswachsende Neuron; sie fördern das Wachstum u. a. durch Sekretion von Wachstumsfaktoren.

Mantelzellen
Die Mantelzellen umgeben die Perikarya der Ganglienzellen in den sensorischen und vegetativen Ganglien und ernähren diese. Morphologisch handelt es sich um eine Lage platter bis prismatischer Zellen, welche die Somata der Neurone umgeben (Kap. 18.2). Die Mantelzellen Schwannomsind spezialisierte Schwann-Zellen. Sie Neurofibromwerden auch Satellitenzellen genannt.
Blut-Hirn-Schranke
Zwischen Blut und Nervengewebe des ZNS ist eine Barriere ausgebildet, die als Blut-Hirn-Schranke bezeichnet wird. Sie dient dazu, die Homöostase des Gehirns aufrechtzuerhalten und das Gehirn vor Krankheitserregern und Giftstoffen zu schützen.
Die Blut-Hirn-Schranke wurde von Paul Ehrlich (1854Mantelzelle\b–1915) bei Experimenten mit FarbstoffenSatellitenzelle (z. B. Trypanblau) entdeckt. Er beobachtete, dass Farbstoffe, die man Versuchstieren in das Blut injizierte, die meisten Organe anfärbten. Gehirn und Rückenmark blieben jedoch bis auf wenige Bereiche (Plexus choroidei, zirkumventrikuläre Organe, Neurohämalorgane) ungefärbt. Somit war der Blut-Hirn-SchrankeBeweis erbracht, dass bestimmte chemische Substanzen nicht vom Blutkreislauf ins ZNS übertreten können.
Funktionelle Bedeutung
Die Blut-Hirn-Schranke regelt den Übertritt von Stoffen aus dem Blut in das Gehirn. Sie ist eine Barriere für polare, im Blut gelöste Stoffe (z. B. polare Farbstoffe, viele Medikamente, Bakterientoxine). Apolare, fettlösliche Substanzen (z. B. Alkohol, Narkosegase) sowie einige Zellen des Immunsystems können die Blut-Hirn-Schranke überwinden.
Stoffe, die für die Ernährung des ZNS benötigt werden, erreichen das ZNS über erleichterte Diffusion oder über spezielle Transportsysteme im Kapillarendothel (z. B. Glukose, Aminosäuren, aber auch Insulin).
Morphologie
Die Blut-Hirn-Schranke wird vom Endothel der Kapillaren des ZNS, der darunter liegenden Basalmembran sowie der Gliagrenzmembran gebildet. Die Endothelzellen bilden ein kontinuierliches (Kap. 5.1.3) und durch Zonulae occludentes (Tight Junctions) abgedichtetes Endothel, das polare Stoffe weder per Diffusion noch auf parazellulärem Weg überqueren können. Der transendotheliale Transport mithilfe von Transport-(PinozytoseBasalmembran:Blut-Hirn-Schranke-)Vesikeln ist kaum ausgebildet (s. a. Kap. 5.1.3). Somit sind die Endothelzellen die entscheidende Transportbarriere der Blut-Hirn-Schranke. Die Astrozyten-Endfüße (Abb. 3.4.20) bilden Tight Junction:Blut-Hirn-Schrankedagegen keine kontinuierliche, durch Zonulae occludentes verbundene Schicht und sind keine wesentliche Barriere für die Diffusion von Stoffen. Sie induzieren allerdings die Ausbildung der Zonulae occludentes im benachbarten Endothel und können die Durchlässigkeit des Endothels durch die Ausschüttung von chemischen Mediatoren regulieren. Ihnen kommtAstrozyt:Endfüße somit eine wichtige Vermittlerfunktion zwischen dem Nervensystem auf der einen Seite und dem Endothel auf der anderen Seite zu.
Im Bereich des Plexus choroideus (s. u., Blut-Liquor-Schranke) und im Bereich der zirkumventrikulären Organe (periventrikuläre Organe) ist das Gefäßendothel durchlässig.
Zirkumventrikuläre Organe
Bei den zirkumventrikulären Organen handelt es sich um eine heterogene Gruppe neuraler Strukturen, die zumeist in der Mittellinie des Gehirns liegen (unpaar), an die Ventrikel angrenzen und sehr blutgefäßreich sind. Zu ihnen gehören:
  • Area postrema

  • Subkommissuralorgan (bildet den Reissner-Faden)

  • Pinealorgan

  • Organum vasculosum laminae terminalis

  • Subfornikalorgan

  • Neurohypophyse

  • Eminentia mediana

Die Funktion der zirkumventrikulären Organe ist noch nicht in allen Fällen bekannt. Das Pinealorgan (Kap. 11.4) ist Teil des Organ:zirkumventrikuläreszirkadianen Systems. In ihr befinden sich Melatonin produzierende Zellen. In der Area postrema liegen Neurone mit speziellen Rezeptoren, welche die chemische Zusammensetzung des Blutes überprüfen und bei Bedarf Erbrechen auslösen („Brechzentrum“). Neurohypophyse und Eminentia mediana sind neurohämale Organe. Es Pinealorganhandelt sich um Regionen, in denen Hormone, die von Nervenzellen gebildet werden, ins Blut abgegeben werden. In der Neurohypophyse (Kap. 11.3.2) werden die Neurohormone Area:postremaADH und Oxytozin ans Blut abgegeben; im Bereich der Eminentia mediana werden Releasing- und Inhibiting-Faktoren von hypothalamischen Neuronen an das Pfortadersystem der Hypophyse abgegeben. Für die Organ:neurohämalesanderen zirkumventrikulären Organe werden verschiedene, z. T. noch unbekannte sensorische Funktionen diskutiert.
Der strukturelle Aufbau der zirkumventrikulären Organe zeigt Gemeinsamkeiten. Das Endothel ist fenestriert, die spezialisierten Ependymzellen (Tanyzyten) sind über Zonulae occludentes verbunden und tragen apikal eine Kinozilie. Sie können sehr lange Fortsätze bilden, die bis an die Blutgefäße und die Nervenzellen heranreichen. Die Tanyzyten dichten das Gewebe der zirkumventrikulären Organe gegenüber dem Liquorraum ab. Auf diese Weise kommt es zu einem lokal begrenzten Austausch zwischen Blutbestandteilen und den Neuronen der zirkumventrikulären Organe. Eine Ausbreitung in den Liquor wird durch die Tanyzyten verhindert.

MERKE

Im Bereich der zirkumventrikulären Organe ist die Blut-Hirn-Schranke aufgehoben (fenestriertes EndothelEndothel:fenestriertesKapillare:fenestrierte). Hier kommt es zu einem Austausch zwischen Blutbestandteilen und dem Nervengewebe. Spezialisierte Ependymzellen (Tanyzyten) grenzen die zirkumventrikuläre Organe gegenüber dem Liquorraum ab.

Plexus choroideus und Blut-Liquor-Schranke
Die Blut-Liquor-Schranke wird zwischen den Gefäßkapillaren des Plexus choroideus und dem Liquor cerebrospinalis ausgebildet. Sie ist funktionell und strukturell von der Blut-Hirn-Schranke zu unterscheiden.
AufbauDie Blut-Liquor-Schranke besteht aus:
  • den fenestrierten Endothelzellen des Plexus choroideus

  • der darunter liegenden BasallaminaEndothel:fenestriertes

  • dem Kapillare:fenestriertePlexusepithel (Abb. 3.4.21, Abb. 3.4.22)

Das Plexusepithel besteht aus einer Lage kubischer Zellen Plexus:choroideusBlut-Liquor-Schrankemit vielen Mikrovilli und einzelnen Kinozilien. Sie sind über Zonulae occludentes eng miteinander verbunden und bilden die eigentliche Basallamina:Blut-Liquor-SchrankeDiffusionsbarriere für Stoffe aus dem Blut in den Liquor cerebrospinalis. Die Basallamina besitzt ebenfalls Plexusepithel:Blut-Liquor-SchrankeFiltereigenschaften.
Liquorproduktion und -flussDer Liquor cerebrospinalis wird von den Plexusepithelzellen sezerniert (Abb. 3.4.21). Die Plexusepithelzellen besitzen an ihrer luminalen (ventrikelseitigen) Membran eine Na+-K+-Pumpe, die Na+ in und K+ aus dem Liquor cerebrospinalis pumpt. Dem Na+-Gradienten folgen Cl-Ionen und Wasser. Auch Plexus:choroideusGlukose und Liquor:Produktionandere Bestandteile des Liquor cerebrospinalis werden von den Plexusepithelzellen sezerniert. Insgesamt enthält der Liquor weniger Glukose als das Blut (2 Drittel der Blutglukose), kaum Eiweiß (20–40 mg/dl) und nur wenige Zellen. Das Plexusepithel produziert pro Tag ca. 500 ml Liquor. Da die Ventrikelräume und der Subarachnoidalraum zusammen ca. 140 ml fassen, wird der Liquor mehrfach täglich ausgetauscht. Der Liquor fließt aus den Hirnventrikeln in den Subarachnoidalraum und tritt überwiegend im Bereich der LiquorArachnoidalzotten (Pacchioni-Granulationen) ins Blut über (Kap. 3.4.7; Abb. 3.4.49). Ein Teil des Liquors wird auch über Lymphbahnen außerhalb des Schädels und des Wirbelkanals resorbiert.
Liquorresorption und -entgiftungDas Plexusepithel dient nicht nur dem Aufbau der Blut-Liquor-Schranke und der Produktion des Liquors, sondern hat auch eine Funktion bei der Resorption und Entgiftung des Liquors. Multiple-Drug-Resistance-Transporter (MDR-Transporter) können hydrophobe Stoffe, z. B. Medikamente, aus dem Liquor in die Blutgefäße zurückbefördern. Unerwünscht von der Blutseite ins Plexusepithel eingedrungene Substanzen können intraepithelial abgebaut werden.
Epiplexuszellen sind Makrophagen, die auf der apikalen Oberfläche des Plexusepithels residieren.

Klinik

Die Existenz der Blut-Hirn-Schranke muss bei allen medikamentösen Maßnahmen bedacht werden. Beispielsweise können viele Antibiotika die Blut-Hirn-Schranke nicht überwinden, was z. B. bei bakteriellen entzündlichen Hirnerkrankungen ein Problem ist. Auch Dopamin kann die Schranke nicht überschreiten, was bei der Therapie des Morbus Parkinson ein Nachteil ist. Zum Teil kann man sich behelfen, indem die Therapeutika (z. B. Antibiotika) an Moleküle angeheftet werden, für die physiologische Transportmechanismen bestehen (z. B. Transferrin).

Entzündliche Prozesse im Bereich der Hirnhäute (Meningitis) verändern die Zusammensetzung des Liquors. Im Fall einer Infektion lassen sich im Liquor z. B. Leukozyten nachweisen. Eine bakterielle Infektion führt zur Einwanderung von Granulozyten, eine virale Infektion zur Einwanderung von Lymphozyten. Der Proteingehalt ist erhöht.

Gliascheiden der Nervenzellfortsätze, Axonscheiden

Axone werden im Anschluss an ihr Initialsegment (Kap. 3.4.2) von einer Gliascheide umgeben. Die Gliazellen, die diese Scheide aufbauen, werden Hüllgliazellen genannt. Im ZNS sind das die Blut-Hirn-Schranke:MedikamenteOligodendrogliazellen, im PNS die Schwann-Zellen. Die Hüll-Glia Meningitiskann ein Axon mit einer Markscheide aus zahlreichen dünnen Membranlamellen umgeben. Solche Axone werden als Gliascheidemyelinisierte (markhaltige) Axone bezeichnet. Die Markscheide (MyelinscheideGliascheide) ermöglicht die schnelle Weiterleitung von Reizen entlang eines Axons (saltatorische Erregungsleitung). Darüber hinausHüllglia\b gibt es im PNS auch Schwann-Zellen, die mehrere Axone umschließen, ohne dass es zur Ausbildung einer Markscheide kommt. Diese Axone werden als nichtmyelinisierte (marklose) Nervenfasern bezeichnet. Die Gliascheide aus nicht myelinisierenden Schwann-Zellen dient der Ernährung des Axons.
Gliascheiden des PNS
Schwann-Zellen bilden die Gliascheiden im PNS. Man unterscheidet (Abb. 3.4.23):
  • myelinisierende Schwann-Zellen

  • nichtmyelinisierende Schwann-Zellen

Myelinisierende Schwann-Zellen
Myelinisierende Schwann-Zellen umgeben Axone des PNS mit einer Markscheide (Myelinscheide). Die Markscheide eines Axons besteht aus vielen einzelnen Schwann-Zellen, Schwann-Zelle:Gliascheidendie jeweils aufeinanderfolgende kurze Abschnitte des Axons umhüllen. Zwischen zwei Schwann-Zellen ist die Markscheide für eine kurze Strecke unterbrochen. Diese feinen Unterbrechungen in der Schwann-Zelle:myelinisierendeMarkscheide bezeichnet man als Ranvier-Schnürringe.
Entwicklungsgeschichte
Im Laufe der Entwicklung lagern sich die aus der MarkscheideMyelinscheideNeuralleiste stammenden Schwann-Zellen dem Axon an und bilden zunächst 2 lippenförmige Ausläufer um das Axon (Abb. 3.4.23); von einem von ihnen geht unter Verdrängung des Zytoplasmas die Bildung der Myelinscheide aus. Eine Lippe schiebt sich unter die andere und wickelt sich um das Axon herum. Ranvier-SchnürringEs entstehen je nach Neurontyp bis zu 100 Membranwicklungen. Die Entwicklung und Dicke der Myelinscheide hängt von einem axonalen Wachstumsfaktor ab, dem Neuregulin.
Myelinscheiden entwickeln sich im Nervensystem des Menschen (Myelinogenese) zu großen Teilen erst nach der Geburt. Bereits zum Zeitpunkt der Geburt sind die peripheren motorischen Axone ausgereift. Die langen zentralen Bahnen (Traktus) benötigen dagegen mehr Zeit: Die Myelinisierung der Hinterstrangbahnen und der Axone des Tractus corticospinalis ist erst nach Wachstumsfaktor:axonalerJahren vollständig abgeschlossen. Viele Funktionen des Körpers reifen parallel zum Myelinisierungsprozess.
Funktionelle Bedeutung
Saltatorische ErregungsausbreitungGroße Organismen müssen Reize über längere Distanzen übermitteln als kleine Organismen. Damit die Reize trotzdem schnell übertragen werden können, muss die Leitungsgeschwindigkeit der Axone zunehmen. Die Leitungsgeschwindigkeit steigt mit dem Axondurchmesser (z. B. Riesenaxone der Tintenfische und Neunaugen) oder – da der Vergrößerung des Axondurchmessers Grenzen gesetzt sind – Erregungsausbreitung, saltatorischemithilfe von Myelinscheiden. Letztere isolieren das Axon elektrisch, senken die Membrankapazität und induzieren eine Akkumulation der für ein Aktionspotenzial wichtigen spannungsgesteuerten Na+-Kanäle im Bereich der Ranvier-Schnürringe. Kommt es zu einem Aktionspotenzial an einem Ranvier-Schnürring, entsteht ein axonaler Stromfluss zwischen diesem und dem nächsten Schnürring. Dadurch öffnen sich die dortigen Na+-Kanäle und es entsteht ein Aktionspotenzial. Die Erregung scheint somit von Schnürring zu Schnürring zu „springen“. Tatsächlich ist die Fortleitung des axonalen Potenzials kontinuierlich. Es wird lediglich in den Schnürringen wieder auf den Wert des Aktionspotenzials angehoben, sozusagen „erneuert“. Die „sprunghafte“ (saltatorische) Erregungsausbreitung ist sehr viel schneller (bis zu 120 m/s) und verbraucht weniger Energie als die Erregungsausbreitung entlang dem nichtmyelinisierten Axolemm (bis zu 2 m/s).
G-WertDie strukturellen Parameter der Myelinscheide, wie z. B. die Länge der Internodien und die Dicke der Myelinschicht werden vom Axon mithilfe des Wachstumsfaktors Neuregulin bestimmt. Dabei bleibt das Verhältnis von Axondurchmesser zu Gesamtdurchmesser (Axon plus Markscheide) konstant (sog. G-Wert). Prinzipiell gilt, dass größere Internodien und eine dickere G-WertMyelinschicht die Leitungsgeschwindigkeit erhöhen.
Morphologie
InternodienDie Markscheide eines Axons (Abb. 3.4.24, Abb. 3.4.25) ist aus zahlreichen hintereinanderliegenden Gliazellen aufgebaut.Neuregulin Der Abschnitt des Axons zwischen 2 Nodien, der einer Schwann-Zelle entspricht, wird als Internodium bezeichnet. Ein Markscheide:MorphologieInternodium ist zwischen 200 μm und 1,5 mm lang, und zwar umso Myelinscheide:Morphologielänger, je dicker das Axon ist.
MyelinUnter Myelin (von gr.: myelós,Internodium Mark) versteht man die Biomembranen der Schwann-Zellen, welche die Axone umhüllen (Abb. 3.4.23). Myelin besteht zu ca. 75 % aus komplexen Lipiden (Phospholipide, Glykolipide, Cholesterin) und zu ca. 25 % aus verschiedenen Proteinen (z. B.: MBP [„myelin basic protein“], PMPZZ [„peripherical myelin protein ZZ“], P0 [Protein Null], MAG [„Myelinmyelin-associated glycoprotein“], E-Cadherin). Man unterscheidet kompaktes Myelin (kompakte Phospholipide:MyelinMembranwicklung) von nicht kompaktem Myelin (Zytoplasmazonen der Schwann-Zellen, Glykolipide:Myelinparanodale Zungen, Schmidt-Lantermann-Einkerbungen):
  • Nicht kompaktes Cholesterin:MyelinMyelin: Der schmale periphere Teil der Schwann-Zellen, die äußere Zytoplasmazone, geht nicht in die Membranwicklungen ein und enthält Zytoplasma und den Kern. Er ist von einer Basallamina und von Bindegewebe umgeben (Kap. 3.4.4). Ganz innen, unmittelbar an der Nervenfaser, befindet sich ein schmaler (innerer) Zytoplasmasaum (= innere Zytoplasmazone). Zwischen äußerer und innerer Myelin:nicht kompaktesZytoplasmazone liegen kompakte Myelinlamellen, zwischen denen sich kein Zytoplasma mehr nachweisen lässt. Äußere und innere Zytoplasmazone sind aber an einigen Stellen miteinander verbunden. An diesen Stellen ist das kompakte Myelin unterbrochen und wird von einem längs verlaufenden Zytoplasmakanal durchzogen. Diese Zytoplasmakanäle sind lichtmikroskopisch als schräg verlaufende Linien innerhalb des kompakten Myelins sichtbar (Abb. 3.4.24a). Man bezeichnet sie als Schmidt-Lantermann-Einkerbungen (Myelininzisuren). Im Verlauf dieser Zytoplasmakanäle finden sich viele Gap Junctions, die wie „Abkürzungen“ für kleinere Moleküle des Zytoplasmas wirken. Diese können über die Gap Junctions von Wicklung zu Wicklung übertreten, ohne dass sie den langen Weg entlang den Membranwicklungen nehmen müssen (Abb. 3.4.25b).

  • Kompaktes Myelin: Die Struktur der Membranlamellen des kompakten Myelins lässt sich nur mit dem Elektronenmikroskop erkennen. Man sieht alternierend dunkle und helle Linien (Perioden, Abb. 3.4.27). In Abständen von 12 nm findet man eine dicke dunkle Hauptlinie (innere Anlagerungslinie), die durch die Verschmelzung der inneren Blätter der Zellmembran der Schwann-Zelle entsteht. In dieser Schicht Myelin:kompaktesbefindet sich das für die Myelinscheiden charakteristische myelinbasische Protein (MBP). Aufgrund der Verschmelzung der beiden Blätter befinden sich in der Hauptlinie keine Zytoplasmareste. Zwischen den Hauptlinien ist eine schwache Intermediärlinie (äußere Anlagerungslinie) zu erkennen, die aus den aneinandergelagerten äußeren Blättern der Membran der Schwann-Zelle aufgebaut ist und die vor allem durch das Protein Null (P0) zusammengehalten wird. Hochauflösende EM-Aufnahmen zeigen, dass in der Intermediärlinie die 2 äußeren Membranhälften durch einen extrem schmalen Extrazellulärspalt getrennt sind. In diesen Spalt können Stoffe eintreten. Speziell in den Schmidt-Lantermann-Einkerbungen ist er an einigen Stellen durch Tight Junctions verschlossen, die größere Moleküle zurückhalten.

Die lichtmikroskopische Darstellung der Myelinscheide ist aufgrund des hohen Fettgehalts (75 %) schwierig und von der Fixierung und Färbung des Gewebes abhängig. In den Routinefärbungen werden stark fettlösende Reagenzien eingesetzt, weshalb die Myelinscheide zerfällt und nur die Proteinreste verbleiben, die als Neurokeratingerüst bezeichnet werden (Abb. 3.4.24b, Abb. 3.4.26). In Gefrierschnitten lässt sich die Myelinscheide gut mit Fettfarbstoffen und Antikörpern (Immunfärbung) darstellen, da die Gefrierschnitttechnik das Herauslösen von Fetten vermeidet. Der komplexe Bau des kompakten Myelins wird erst im Elektronenmikroskop sichtbar (Abb. 3.4.27).
Ranvier-SchnürringeDie Ranvier-Schnürringe (= Nodien, Abb. 3.4.24, Abb. 3.4.25) unterbrechen in regelmäßigen Abschnitten die Markscheide eines Axons. Mit dem Elektronenmikroskop wird die Anordnung der Strukturen in dieser Region sichtbar: Unterschieden werden das internodale zentrale Segment mit kompakten Myelinlamellen, die paranodale Region, in der die Myelinlamellen von innen nach außen am Axon Ranvier-Schnürring\benden (Abb. 3.4.25), und die nodale Region, in der kompaktes Myelin fehlt und das Axon nur noch von nichtmyelinisierten fingerartigen Fortsätzen der Schwann-Zellen und nodaler Extrazellulärmatrix umhüllt wird. Alle Abschnitte, also auch die nodale Region, werden von einer durchgängigen Basallamina der Schwann-Zellen umgeben. Im Inneren befindet sich das Axon. Sein Durchmesser nimmt vom internodalen Abschnitt zu den Schnürringen hin ab und bildet in der nodalen Zone eine Anschwellung (Varikosität). Das nodale Axolemm steht in Kontakt mit dem extrazellulären Flüssigkeitsraum und unterscheidet sich deutlich vom myelinisierten Axolemm. Es ähnelt auf struktureller und molekularer Ebene dem Axolemm des leicht erregbaren Axoninitialsegments (s. a. Kap. 3.4.2). So findet man – ganz analog zum Axoninitialsegment – eine Schicht elektronendichten Materials unterhalb des nodalen Axolemms. Varikosität:AxonDiese Zone enthält Zytoskelettmoleküle, die spannungsabhängige Na+-Kanäle im nodalen Axolemm verankern. Auch eine besonders hohe Konzentration an Na+-K+-ATPase lässt sich nachweisen. Diese molekularen Besonderheiten erklären, wieso das nodale Axolemm besonders leicht erregbar ist, das Aktionspotenzial erneuern kann und das Aktionspotenzial von Schnürring zu Schnürring zu „springen“ scheint.

MERKE

Markscheiden (Myelinscheiden) werden von Hüll-Gliazellen gebildet:

  • Myelin isoliert die Axone und ermöglicht eine schnelle, scheinbar von Schnürring zu Schnürring springende Erregungsleitung („saltatorische Erregungsleitung“).

  • Die Markscheide wird im PNS von Schwann-Zellen, im ZNS von Oligodendroglia gebildet.

  • Bei Standardfärbungen (z. B. H. E.) werden Lipide aus dem Gewebe herausgelöst. Es bleibt daher nur der Proteinrest der Markscheide übrig (sog. Neurokeratingerüst).

Nichtmyelinisierende Schwann-Zellen
Nichtmyelinisierende Schwann-Zellen umgeben mehrere Axone (ca. 5–25) mit einer einfachen Gliascheide. Diese Axone werden als marklose Axone (Abb. 3.4.23, Abb. 3.4.28, Abb. 3.4.29) bezeichnet, da ihnen eine Myelinscheide aus kompaktem Myelin und Ranvier-Schnürringe fehlen.
Funktionelle Bedeutung
Die einfache Gliascheide aus nichtmyelinisierenden Schwann-Zellen ernährt und schützt das Axon. Die Erregungsausbreitung erfolgt kontinuierlich entlang dem Axolemm.
Morphologie
Auch die einfache Gliascheide besteht aus vielen hintereinanderliegenden Schwann-Zellen. Die einzelne Schwann-Zelle dehnt sich über ca. 500 μm aus und ist mit der Schwann-Zelle:nichtmyelinisierendenächsten Schwann-Zelle eng verzahnt. Auf diese Weise entsteht ein Bündel von Axonen, das von Schwann-Zellen und außen von einer Basallamina umgeben ist.
Die genaue Beziehung zwischen Schwann-Zellen und den marklosen Axonen ist erst im Elektronenmikroskop zu erkennen. Die Axone liegen in röhrenförmigen Rinnen, die von den Schwann-Zellen gebildet werden (Abb. 3.4.23, Abb. 3.4.29, Abb. 3.4.30). Es bleibt stets ein schmaler, extrazellulärer Raum zwischen Axonmembran und Membran der Schwann-Zelle erhalten, der auch mit der Oberfläche kommuniziert. Dieser Spalt wird mit den begrenzenden Membranen der Schwann-Zelle Mesaxon genannt.
Gliascheiden des ZNS
Oligodendrozyten bilden die Myelinscheiden um Axone im ZNS. Sie sind in großer Zahl in der weißen Substanz zu finden. Die Gliascheide dient zur Beschleunigung der Erregungsleitung der Axone (saltatorische Erregungsleitung) und zur Ernährung des Axons. Prinzipieller Aufbau und Funktion der Gliascheiden im PNS und ZNS sind ähnlich, es gibt Gliascheide:ZNSjedoch einige wichtige strukturelle Unterschiede (Tab. 3.4.5).Oligodendrozyt:Gliascheiden
Morphologie
Oligodendrogliazellen umhüllen mit ihren Fortsätzen 10–50 Axone. Die einzelnen Myelinwicklungen bestehen aus kompaktem Myelin, Schmidt-Lantermann-Einkerbungen lassen sich in ihnen nicht nachweisen. Zwischen der Wicklung einer Oligodendrogliazelle und der nächsten liegen Ranvier-Schnürringe. Das Axolemm der Schnürringe weist – wie im PNS – eine hohe Dichte an spannungsabhängigen Na+-Kanälen auf. Regelmäßig finden sich an den Schnürringen Astrozytenfüßchen, die in Kontakt zum Axon treten (PNS: paranodale Zungen der Schwann-Zellen). Eine Basallamina fehlt.
Die Proteinzusammensetzung des Myelins im ZNS unterscheidet sich von der des PNS; ein wichtiges Protein des zentralen Myelins ist das PLP („proteolipid protein“). Es verbindet die äußeren Membranblätter der aneinandergrenzenden Zellmembranen.
In der grauen Substanz verlaufen zentrale Axone auch ohne Myelinscheide. Diese Axone liegen frei im Neuropil und werden von Astrozyten umgeben. Ein Oligodendroglia-Pendant zu den nichtmyelinisierenden Schwann-Zellen gibt es nicht; diese Funktion (Ernährung des Axons) wird im ZNS von den Astrozyten PLP (proteolipid protein)übernommen.

Klinik

Entmarkungskrankheiten (demyelinisierende Krankheiten) sind durch die Schädigung der Markscheiden gekennzeichnet. Zu dieser Krankheitsgruppe wird u. a. die multiple Sklerose (MS) gezählt. Die MS, auch als Encephalomyelitis disseminata (E. d.) bezeichnet, ist eine Autoimmunkrankheit, bei der sich das Abwehrsystem des Körpers gegen das zentrale Myelin richtet. Im Bereich der Entzündungsherde kommt es zum Verlust der Markscheide (Entmarkung) und häufig auch zu einer Schädigung der von den Markscheiden umhüllten Axone. Dies führt schließlich zu einer Störung der Erregungsleitung und damit zur Störung der Funktion des betroffenen Bahnsystems. Die Symptome der MS hängen vom Ort des Entzündungsherdes ab und sind daher sehr variabel. Der Liquor cerebrospinalis der betroffenen Patienten ist entzündlich verändert und es lassen sich Autoantikörper gegen Myelin nachweisen.

Die erbliche Charcot-Marie-Tooth-Nervenkrankheit ist eine Entmarkungskrankheit des PNS. Bei einigen der betroffenen Patienten findet sich eine Mutation des Connexin-32-Gens, das für die Bildung der Gap Junctions (z. B. in den Schwann-Zellen) benötigt wird.

Periphere Nerven

Periphere Nerven bestehen aus Bündeln markloser und markhaltiger Axone (Abb. 3.4.29, Abb. 3.4.31), deren Perikarya im ZNS oder in Ganglien liegen. Sie dienen der Charcot-Marie-Tooth-NervenkrankheitÜbertragung von Informationen von der Peripherie zum ZNS (Afferenzen) Multiple Skleroseund vom ZNS oder von den vegetativen Ganglien Encephalomyelitis disseminatazur Peripherie (Efferenzen).
In peripheren Nerven findet man Axone, Gliazellen (Schwann-Glia), Bindegewebe und Gefäße. Zur lichtmikroskopischen Darstellung der einzelnen Strukturen werden besondere Fixierungen (z. B. zur Darstellung der Markscheiden), Spezialfärbungen (z. B. Osmiumsalze; Abb. 3.4.24) oder Spezialpräparationen (z. B. Zupfpräparate) eingesetzt. Das bindegewebige Stroma lässt sich mithilfe der Standardfärbungen (H. ENerv:peripherer., Azan, van Gieson) darstellen. Zur Unterscheidung mancher Strukturen (z. B. markhaltige und marklose Axone; Abb. 3.4.29) benötigt man die EM.
Bindegewebshüllen peripherer Nerven
Periphere Nerven besitzen hierarchisch geordnete Bindegewebsstrukturen, die von innen nach außen folgendermaßen bezeichnet werden (Abb. 3.4.32, Abb. 3.4.33):
  • Endoneurium

  • Perineurium

  • Epineurium

Die wesentlichen Eigenschaften der Bindegewebshüllen fasst Tab. 3.4.6 zusammen.
EndoneuriumNerv:periphererDas Endoneurium ist ein zartes retikuläres Bindegewebe, das die einzelnen Nervenfasern umgibt und sich an die Basallamina der Schwann-Zellen anschließt. In diesem Bindegewebe treten Fibroblasten, Makrophagen, Mastzellen und Blutkapillaren auf. Der Interzellulärraum steht mit dem Liquor cerebrospinalis des Subarachnoidalraums (Kap. 3.4.7) in kontinuierlichem Zusammenhang, in ihm ist ein Flüssigkeitsstrom Endoneuriumfestzustellen, der von proximal nach distal läuft. Das ionale Milieu des Endoneuralraums ist entscheidend für die elektrische Erregbarkeit der Axone. Es wird von den Schwann-Zellen reguliert. Die Kapillaren versorgen den Nerv mit Nährstoffen. Sie bilden – ähnlich wie im ZNS – Tight Junctions aus und grenzen das endoneurale Gewebe mit den Nervenfasern vom Blut ab (Blut-Nerven-Schranke).
PerineuriumUnterschiedlich viele (ca. 10 bis einige 100) von einem Endoneurium umgebene Nervenfasern werden vom Perineurium umhüllt und zusammengefasst. Die Nervenfasern verlaufen innerhalb des Perineuriums leicht gewellt und schraubenförmig. Dadurch kann sich der Nerv z. B. bei Dehnung eines Gelenks leicht verlängern. Das Perineurium besteht aus 2 Schichten:
  • Pars fibrosa: Sie liegt außen und ist aus straffem Bindegewebe aufgebaut. PerineuriumIhre Kollagenfasern verlaufen überwiegend flach spiralförmig, elastische Fasern sind verbreitet vorhanden.

  • Pars epithelialis (Perineuralepithel): Diese innen liegende Schicht ist aus wenigen abgeflachten fibroblastenähnlichen Zellen aufgebaut (Abb. 3.4.34). Sie ist Abkömmling der weichen Hirnhaut (Kap. 3.4.7), steht mit dem Neurothel der Hirnhäute in kontinuierlicher Verbindung und wird innen und außen durch eine Basallamina begrenzt. Die Einzelzellen des Perineuriums sind über Zonulae occludentes verbunden. Das PerineuralepithelPerineuralepithel bildet eine Barriere, die als Perineuralscheide bezeichnet wird, gegen den Durchtritt von größeren Molekülen oder Toxinen in den innerhalb des Perineuriums gelegenen Endoneuralraum (perineurales Kompartiment). Sie begleitet einen peripheren Nerv bis in die Peripherie. Dort kann sie sich bis auf die Kapseln nervöser Endstrukturen fortsetzen, oder verlieren. Ist Letzteres der Fall, eröffnet sich der Endoneuralraum in das umgebende Bindegewebe.

MERKE

Die Perineuralscheide bildet eine für viele Substanzen undurchlässige Scheide um den peripheren Nerv. In dem von ihr umschlossenen Endoneuralraum halten die Schwann-Zellen ein ionales Mikromilieu aufrecht, das für die Erregbarkeit der Axone wichtig ist. Das Endothel der den Nerven versorgenden Kapillaren ist ebenfalls geschlossen und bildet eine Blut-Nerven-Schranke. Auf diese Weise befindet sich der periphere Nerv – ähnlich wie das ZNS – in einem eigenen, vom allgemeinen Extrazellulärraum abgegrenzten Gewebekompartiment.

PerineuralscheideEpineuriumMehrere vom Perineurium umhüllte Nervenfaserstränge werden untereinander und mit ihrer Umgebung durch ein straffes Bindegewebe zusammengehalten, das Epineurium genannt wird. Hier kommen neben Kollagen in größerem Umfang auch kräftige elastische Fasern vor. Fettzellen sind nicht selten, an Arteriolen und Venolen treten im Epineurium öfter Mastzellen auf. Die Anordnung der Bindegewebskomponenten erlaubt einerseits, dassEpineurium sich die Nerven in gewissem Umfang verbiegen können, verhindert aber andererseits, dass sie überdehnt werden und damit Nervenfasern zerreißen.
Das Epineurium steht proximal mit der Dura mater des ZNS in Verbindung. Peripherwärts wird es zunehmend dünner. Das Perineurium bleibt bis weit in die Peripherie nachweisbar, wird aber ebenfalls immer dünner und löst sich gegen Ende des Nervs in einzelne flache Zellen auf. Bis zur Nervenendigung bleibt dann nur die Hülle aus der Schwann-Zelle erhalten, in der Synapsenregion (Kap. 3.4.5) ist nur noch deren Basallamina vorhanden.

MERKE

  • Endoneurium – umhüllt Axone

  • Perineurium – fasst Axone zu Bündeln zusammen

  • Epineurium – fasst mehrere Bündel zusammen; äußere Hülle eines Nervs

Klassifikation der peripheren Nervenfasern
Die Klassifikation der peripheren Nervenfasern beruht vor allem auf dem Faserdurchmesser und der damit verbundenen Leitungsgeschwindigkeit. Der Durchmesser schwankt zwischen 0,3 und 20 μm, die Leitungsgeschwindigkeit zwischen 0,5 und 120 m/s. Es existieren in der Literatur verschiedene Klassifikationen. Eine gebräuchliche Einteilung umfasst:
Typ-A-FasernTyp-A-Fasern besitzen eine Markscheide und sind 3–20 μm dick. Sie leiten Nerv:periphererErregungen mit einer Geschwindigkeit von 15–80 m/s. Die meisten Nervenfasern gehören zu diesem Typ. Sie werden weiter untergliedert (Aα, Aβ usw.), worauf hier nicht eingegangen wird.
Typ-B-FasernTyp-B-Fasern sind mit einer dünnen Myelinscheide Nervenfaser:Klassifikationversehen und 2–3 μm dick. Sie leiten Erregungen mit einer Geschwindigkeit von 2–10 m/s. Vorkommen: Typ-A-Faserpräganglionäre vegetative Nerven, Afferenzen aus den Eingeweiden.
Typ-C-FasernTyp-C-Fasern sind marklos und haben einen Durchmesser von 0,5–1,5 μm. Sie leiten Erregungen mit einer Geschwindigkeit von 0,25–1,5 m/s. Dieser Fasertyp vermittelt z. B. dumpfe Typ-B-FaserSchmerzempfindungen. Vorkommen: postganglionäre vegetative Nerven, einige Hautafferenzen.
Regeneration im Nervensystem
Axonale Regeneration
PNSSchwere Verletzungen können einen Nerv quetschen oder durchtrennen. Ist die Bindegewebshülle des NervsTyp-C-Faser erhalten (z. B. bei einer Quetschung) oder wird sie chirurgisch wiederhergestellt (Nervennaht), können die Axone im Nerv innerhalb von Wochen und Monaten regenerieren. Die Funktion des Nervs ist dann (weitgehend) wiederhergestellt.
Die histologischen Veränderungen nach einer Nervenverletzung betreffen zunächst das abgetrennte Axon (distal der Läsion), den proximalen Axonstumpf, das Soma der verletzten Nervenzelle und die denervierte Muskelzelle (Nervensystem:Regeneration Abb. 3.4.35).
Anterograde Veränderungen (distal der Stelle derRegeneration:Nervensystem Axotomie, d. h. der Durchtrennung des Axons; Abb. 3.4.35) sindRegeneration:Axon:
  • Das distale Axonfragment und der Verband der Axon:RegenerationSchwann-Zellen um das Axon zerfallen innerhalb kurzer Zeit nach der Läsion (Waller-Degeneration). Die Schwann-Zellen proliferieren und räumen zunächst zusammen mit eingewanderten Makrophagen die Zelltrümmer auf. Sie lagern sich dann aneinander und bilden längliche Zellbänder (Büngner-Bänder). Diese werden von Basallamina umgeben und können als primitive Endoneuralscheiden angesehen werden, entlang deren ein Waller-Degenerationregenerierendes Axon wachsen kann.

  • An der denervierten Schwann-Zelle:axonale RegenerationMuskelzelle verteilen sich die postsynaptischen Azetylcholinrezeptoren und Moleküle der Endplattenregion über dem Sarkolemm. Neuere Befunde zeigen, dass die Endplattenregion des Muskels trotz des Verlustes der Büngner-BänderInnervation erhalten bleibt und sich etwas vergrößert. Das regenerierende Axon, das allerdings nicht von derselben Nervenzelle stammen muss, bildet eine neue neuromuskuläre Synapse im Bereich der ursprünglichen motorischen Endplatte aus. Mit der Reinnervation kommt es zur erneuten Anreicherung der Azetylcholinrezeptoren an der Endplatte.

Retrograde Veränderungen (proximal der Stelle der Axotomie; Abb. 3.4.35) sind:
  • Das proximale Axonfragment zeigt ebenfalls degenerative Veränderungen im unmittelbaren Läsionsgebiet und wird für eine kurze Strecke abgebaut. Danach bildet es eine Vielzahl von Axonsprossen aus, von denen sich schließlich einer verlängert und entlang der Büngner-Bänder zur Zielregion wächst. Die Schwann-Zellen unterstützen diesen Vorgang mit neurotrophen Faktoren und Zytokinen.

  • Im Soma der Nervenzelle zerfallen Nissl-Schollen (Chromatolyse) und es kommt schließlich zu einer Hypertrophie (Synthese von Proteinen für das Axonwachstum). Wachstumsassoziierte Gene (z. B. „growth-associated protein-43“, GAP-43) werden verstärkt exprimiert.

  • Ist das Axon sehr nah am Zellleib geschädigt, kann es zum Untergang der Nervenzelle kommen. Dadurch verlieren weitere Nervenzellen ihre Zielstruktur und können ebenfalls geschädigt werden. Aber selbst ohne Untergang von Hypertrophie:axonale RegenerationNervenzellen können afferente Synapsen in der Neuronenkette verloren gehen. Diesen Degenerationsvorgang, der die nächste Zelle in der Nervenzellenkette betrifft, bezeichnet man als (retrograde) transneuronale Degeneration.

Klinik

Häufig verbinden sich regenerierende Axone nicht mit den ursprünglichen Muskelfasern, sondern mit denervierten Muskelfasern, die zuvor von anderen Axonen innerviert wurden. Der Patientmuss daher den Gebrauch des Muskels neu erlernen. Hierfür ist die synaptische Plastizität im ZNS von großer Bedeutung (Reorganisation der Verschaltung im ZNS; motorisches Lernen).

ZNSSchädigungen von Nervenzellen und Axonen entstehen im ZNS z. B. durch Traumen, Durchblutungsstörungen oder entzündliche Erkrankungen. Axone können im ZNS des Menschen jedoch nicht regenerieren, sie können nur ihre Verbindungen reorganisieren. Für das Regenerationsversagen werden Moleküle verantwortlich gemacht, die axonales Wachstum Degeneration:transneuronalehemmen können. Einige dieser hemmenden Moleküle befinden sich im Narbengewebe (s. u., Gliose), andere werden von Oligodendrogliazellen des ZNS exprimiert (z. B. Nogo). Die Reorganisationsvorgänge finden nach einer Schädigung auf der Ebene des neuronalen Netzwerks statt und sind Ausdruck neuronaler Plastizität: Axonverzweigungen können sich neu bilden (Axonsprossung), der Dendritenbaum kann reorganisiert und Synapsen können neu gebildet werden (reaktive Synaptogenese).

Klinik

In der Rehabilitation von Patienten mit ZNS-Schädigungen, z. B. von Patienten mit einem inkompletten Querschnittssyndrom, nutzt man die Fähigkeit des ZNS zur Reorganisation. Durch gezieltes Training werden erhalten gebliebene Funktionen des Nervensystems gestärkt und die Ausbildung neuer Verbindungen unterstützt. Dieser Prozess ist langwierig und fordert dem Patienten mühevolle Übungen ab.

MERKE

  • PNS: Axonale Regeneration ist möglich. Schwann-Zellen unterstützen die Regeneration des geschädigten Axons bis zu seiner Zielregion.

  • ZNS: Axonale Regeneration ist nicht möglich. Moleküle im Bereich der Narbe und die Oligodendroglia hemmen die Regeneration. Aber: Das ZNS reagiert auf Schädigungen mit einer Reorganisation des neuronalen Netzwerks (Plastizität). Dadurch können Funktionsverluste teilweise kompensiert werden.

Neuronale Regeneration (Neurogenese)
Schädigungen und Erkrankungen des ZNS können zum Tod von Nervenzellen führen. Für viele Jahre galt als gesichert, dass das erwachsene ZNS solche abgestorbenen Neurone nicht mehr durch Neubildung von Nervenzellen (Neurogenese) ersetzen könne. Inzwischen wurde jedoch Neurogenese in 2 Synaptogenese, reaktiveRegionen des erwachsenen Gehirns, im Gyrus dentatus der Hippocampusformation und in der subventrikulären Zone (Seitenventrikel), nachgewiesen. Die neu gebildeten Zellen im Hippocampus reifen innerhalb von einigen Wochen aus und werden in das vorhandene neuronale Netzwerk integriert. Sie sind vermutlich an Lernvorgängen beteiligt. Nach Hirnschädigungen ist die Neurogenese verstärkt. Die Zahl der neu gebildeten Neurone ist jedoch zu gering, als dass sie verloren gegangene Zellen ersetzen könnten. Man hofft dennoch, durch ein besseres Verständnis der Neurogenese auf zellulärer und molekularer Ebene neue Therapiestrategien (z. B. Transplantation neuronaler Stammzellen) für die neuronale Regeneration entwickeln zu können.

Synapsen

Nervenzellen können Erregungen auf andere Zellen (Nervenzellen, Sinneszellen, Muskelzellen, Drüsenzellen) übertragen. Die Übertragung erfolgt an spezialisierten Kontaktstellen, den Synapsen (gr. syn, zusammen; gr. haptein, fassen, ergreifen). Der Begriff „Synapse“ wurde von Sir Charles Sherrington Ende des 19. Jahrhunderts Neurogenesegeprägt. Er verwendete ihn, um Kontakte zwischen Regeneration:neuronaleNervenzellen zu beschreiben, ohne die Struktur der Synapsen oder gar den Übertragungsmechanismus zu kennen. Erst mithilfe des Elektronenmikroskops konnte in der Mitte des 20. Jahrhunderts die Struktur von interneuronalen chemischen Synapsen aufgeklärt werden. Zu diesem Zeitpunkt wurde auch erst nachgewiesen, dass ein Spalt die Membran der beiden beteiligten Nervenzellen voneinander trennt.
BegriffsverwendungHeute wird der Begriff Synapse nicht nur für die Beschreibung von Kontakten zwischen Nervenzellen verwendet, sondern ganz prinzipiell zur Beschreibung von Kommunikationskontakten zwischen Nervenzellen und ihren Zielzellen, seien dies nun Neurone oder z. B. Muskelzellen. Diese Erweiterung des Begriffs Synapse erscheint sinnvoll, da alle diese Kontakte der Kommunikation zwischen einer Nervenzelle und Synapse\banderen Zellen dienen, dadurch zahlreiche Ähnlichkeiten besitzen und durch die vergleichende Betrachtung der verschiedenen Synapsenformen viele Einsichten in die Funktion von Synapsen gewonnen wurden.
KlassifikationIn diesem Lehrbuch wird der Begriff Synapse in diesem erweiterten Sinne verwendet und die Synapsen werden zunächst in die 2 großen Formen der „elektrischen“ und „chemischen Synapsen“ unterteilt. Letztere wiederum werden systematisch in „interneuronale“, „neuromuskuläre“, „viszeromotorische“ und „neurosensorische“ Synapsen untergliedert (Tab. 3.4.7). Des Weiteren können Synapsen – ähnlich wie Neurone – nach verschiedenen weiteren strukturellen und funktionellen Kriterien klassifiziert werden:
  • Lokalisation (Dornsynapse, axodendritische, axosomatische, axoaxonale, dendrodendritische Synapse)

  • Ultrastruktur (symmetrisch, asymmetrisch)

  • Funktion (erregend, hemmend)

  • Neurotransmitter (z. B.: glutamaterg, GABAerg, Tab. 3.4.8)

Elektrische Synapsen
BedeutungElektrische Synapsen sind Kontaktstellen zwischen Nervenzellen. An den Kontaktstellen finden sich Gap Junctions (Nexus, Kap. 2.1.4), die für viele kleinere Moleküle (z. B. Ionen, Second Messenger und niedermolekulare Proteine) durchlässig sind. Durch Gap Junctions werden 2 Nervenzellen funktionell eng aneinandergekoppelt. Sie reagieren schnell und synchron auf eine Aktivierung. Erregungen können in beide Richtungen übertragen werden (bidirektionale Reizübertragung).
NachweisGap Junctions zwischen Nervenzellen kommen im ZNS regelmäßig vor, sind aber viel seltener als die chemischen Synapsen. Experimentell kann man Gap Junctions nachweisen, indem man eine Nervenzelle mit einer sehr dünnen Glaspipette ansticht und mit einem wässrigen, niedermolekularen Farbstoff füllt. Dieser kann durch die Nexus Synapse:elektrischediffundieren und die über Nexus verbundenen Nervenzellen identifizieren. Diesen EffektGap Junction:elektrische Synapse bezeichnet man auch als Farbstoffkopplung („dye coupling“).
Chemische Synapsen
Chemische Synapsen sind spezialisierte Kontaktstellen zwischen Nervenzellen, an denen ein elektrischer Reiz mithilfe eines chemischen Botenstoffs (Neurotransmitter) von einer Nervenzelle auf eine nachgeschaltete Zielzelle übertragen wird. Der Botenstoff bindet an Rezeptoren der Zielzelle und löst dort einen Effekt aus.
Morphologie
Typische Synapse
Der Prototyp der Synapsen, die Synapse dye couplingzwischen 2 Nervenzellen (Abb. 3.4.36a–c), besteht aus:
  • präsynaptischer Seite (Axonendigung mit präsynaptischer Membran)

  • synaptischem Spalt (20–30 nm)

  • postsynaptischer Seite (Dorn, Dendrit, Soma oder Axoninitialsegment mit postsynaptischer Membran)

Präsynaptische SeiteAuf der Synapse:chemischepräsynaptischen Seite (Axonendigung, Bouton) finden sich viele ca. 30–40 nm große Bläschen (Vesikel), die Neurotransmitter enthalten (Abb. 3.4.36, Abb. 3.4.37). Die Vesikel sind besonders zahlreich in der Nähe der präsynaptischen Membran. Unter dieser liegt eine Verdichtungszone aus elektronendichtem Material, das aus einem Netz aus spezialisierten präsynaptischen Proteinen besteht. Diese Proteine werden für die Fusion der synaptischen Vesikel mit der Membran und somit für die Freisetzung von Neurotransmitter benötigt.
Synaptischer SpaltIm synaptischen Spalt befindet sich elektronendichtes Material. Dieses besteht u. a. aus präsynaptischen und postsynaptischen Proteinen, die den synaptischen Spalt überbrücken und den präsynaptischen Bouton an der postsynaptischen Membran verankern (z. B. EphR-Ephrin- und Neuroligin-Neurexin-Brücken). Auch Zelladhäsionsmoleküle finden sich in diesem Bereich.
Synapse:SpaltPostsynaptische MembranIn der postsynaptischenSpalt, synaptischer Membran befinden sich die Neurotransmitterrezeptoren. Unter der Membran findet sich eine Verdichtungszone mit einem komplexen Proteinnetz. Die Proteine der postsynaptischen Verdichtungszone stehen einerseits mit den Rezeptoren und andererseits mit dem Zellskelett in Verbindung und können die Rezeptoren der postsynaptischen Membran verankern. Darüber hinaus können sie die räumliche Membran, postsynaptischeAnordnung, Dichte und Empfindlichkeit der postsynaptischen Rezeptoren beeinflussen. Ein zentrales Protein der postsynaptischen Verdichtungszone ist das „postsynaptic density protein 95“ (PSD-95).
Der Aufbau spezieller Synapsen kann vom hier vorgestellten Prototyp abweichen (vgl. Abb. 3.4.36d, e).
Dreiteilige chemische Synapse
Inzwischen weiß man, dass die synaptische Übertragung entscheidend von den benachbarten Astrozyten beeinflusst wird. Daher wird heute die chemische Synapse im ZNS als eine dreiteilige Struktur angesehen:
  • präsynaptische PSD-95 (postsynaptic density protein 95)Seite (Axonendigung)

  • postsynaptische Seite (Dorn, Dendrit, Soma)

  • Astrozytenfortsatz

Die Astrozyten isolieren nicht nur die Synapse, sie entfernen auch Glutamat aus dem synaptischen Spalt und können die Nervenzelle durch die Freisetzung von Signalmolekülen beeinflussen. Sie werden ihrerseits durch Synapse:Astrozytenneuronale Aktivität beeinflusst. Starke neuronale Aktivität Astrozyt:Synapseerhöht die intrazelluläre Kalziumkonzentration in den Astrozyten und setzt neuromodulierende Substanzen frei (z. B. ATP).
Neurotransmission
Präsynaptische Seite
VesikelfusionTrifft ein Aktionspotenzial in einem präsynaptischen Bouton ein, öffnen sich in der Membran des Boutons spannungsabhängige Kalziumkanäle. Extrazelluläres Kalzium strömt daraufhin in den Bouton ein und bewirkt, dass synaptische Vesikel mit der präsynaptischen Membran fusionieren. Kurz vor dieser Fusion entsteht ein großer Proteinkomplex (SNARE-Komplex) zwischen NeurotransmissionVesikel und präsynaptischer Membran; ein Teil seiner Vesikel:NeurotransmissionProteine liegt in der Membran des Vesikels, ein anderer Teil in der benachbarten präsynaptischen Membran. Der SNARE-Komplex wird durch Synaptotagmin (Kalziumsensor) aktiviert und löst die Fusion aus. Es entsteht ein fusioniertes Bläschen, das im Elektronenmikroskop als sog. Omega-Struktur zu erkennen ist (Abb. 3.4.36d).
In jedem synaptischen Bläschen SNARE-Komplexbefindet sich eine bestimmte Menge (Quantum) an Transmitter (7.000–10.000 Transmittermoleküle). Aktionspotenziale können zur Freisetzung von Neurotransmitter aus bis zu 500 synaptischen Vesikeln führen.
Vesikel-RecyclingNach der Exozytose erhält die Vesikelmembran einen Belag aus dem Protein Clathrin und wird mittels Endozytose ins Zytoplasma zurückverlagert („Vesikel-Recycling“). Es entsteht innerhalb kurzer Zeit ein neues, mit Neurotransmitter beladenes, fusionskompetentes synaptisches Vesikel.
Die molekularen Mechanismen der Vesikelfusion und des Vesikel-Recyclings finden sich nicht nur in Nervenzellen. Es gibt große Ähnlichkeiten mit ähnlichen Prozessen in anderen Zelltypen. Auch dort finden sich z. B. SNARE-Komplexe, welche die Fusion intrazellulärer Vesikel mit Membranen regulieren.
„Kiss and run“Neben der oben dargestellten Vesikelfusion mit der präsynaptischen Membran gibt es Belege für eine zweite Form der Öffnung eines Vesikels. So können Vesikel kurzzeitig mit der präsynaptischen Seite verschmelzen, Transmitter durch eine Pore in den synaptischen Spalt abgeben und sich danach wieder von der Membran lösen und neu mit Transmitter beladen werden. Diese Form der Neurotransmitterabgabe wird als „kiss and run“ Kiss and runbezeichnet, da der Kontakt mit der präsynaptischen Membran nur vorübergehend ist und die Vesikelmembran nicht in die präsynaptische Membran integriert wird.
Neurotransmitter und synaptischer Spalt
Transmitter, Ko-Transmitter und ModulatorenNeurotransmitter sind chemische Botenstoffe, die aus präsynaptischen Vesikeln freigesetzt werden, innerhalb etwa 0,1 ms zur postsynaptischen Membran diffundieren und dort an transmitterspezifische Rezeptoren binden. Zusätzlich zum „Haupttransmitter“ setzen Axonendigungen noch eine ganze Reihe weiterer biologisch aktiver Substanzen frei (z. B. ATP, Substanz P). Diese Substanzen können die synaptische Neurotransmission Neurotransmitterbeeinflussen. Werden sie zusammen mit dem Haupttransmitter freigesetzt, bezeichnet man sie als „Ko-Transmitter“. Unter Neuromodulatoren versteht man ganz allgemein Substanzen, welche die synaptische Übertragung beeinflussen können. Die Zahl der Axonendigung:NeurotransmitterNeuromodulatoren ist relativ groß und ihre biologischen Wirkungen sind noch nicht vollständig verstanden.
Kriterien für einen NeurotransmitterOb eine chemische Substanz als Neurotransmitter bezeichnet werden kann, hängt von bestimmten Kriterien ab, die i. d. R. erfüllt sein müssen:
  • Lokalisation: Der Neurotransmitter wird durch die Nervenzelle synthetisiert und kommt in ihrer präsynaptischen Endigung vor.

  • Freisetzung: Der Neurotransmitter wird aus den Nervenendigungen unter definierten Stimulationsbedingungen (in einer chemisch nachweisbaren Form) abgegeben.

  • Physiologische Neurotransmitter:KriterienIdentität: Die experimentelle Zugabe des Neurotransmitters (von außen) löst auf der postsynaptischen Seite dieselben Ereignisse aus wie die Freisetzung der Substanz durch eine elektrische Stimulation der Nervenendigung (z. B. Depolarisation).

  • Pharmakologische Identität: Ein kompetitiver Antagonist kann die Effekte des Neurotransmitters in einer dosisabhängigen Weise blockieren.

  • Beendigung der Wirkung: Aktive Mechanismen existieren, welche die Neurotransmitterwirkung beenden (z. B. enzymatische Inaktivierung).

EinteilungNeurotransmitter, Ko-Transmitter und Neuromodulatoren (Tab. 3.4.8) lassen sich biochemisch in mehrere Gruppen unterteilen:
  • Azetylcholin

  • Aminosäuren und Aminosäurederivate (Glutamat, Aspartat, Glyzin, γ-Aminobuttersäure [GABA])

  • Monoamine (Serotonin, Dopamin, Noradrenalin, Histamin)

  • Neuropeptide (Substanz P, Neuropeptid Y, Vasopressin, Somatostatin u. v. a.)

  • Purine (Azetylcholin:NeurotransmitterAdenosin und Adenosinphosphate)

  • Glutamat:NeurotransmitterLipide (EndokannabinoideAspartat, Neurotransmitter)

  • Glyzin:NeurotransmitterGase (NO)

GABA:NeurotransmitterWirkungenDie Serotonin:NeurotransmitterWirkung der Transmitter und Dopamin:NeurotransmitterNeuromodulatoren Noradrenalin:Neurotransmitterauf das Histamin:Neurotransmitternachgeschaltete Neuron hängt von den Substanz P:Neurotransmitterpostsynaptischen Rezeptoren ab. Haben 2 Zellen unterschiedliche Rezeptoren Neuropeptid Y, Neurotransmitterfür einen bestimmten Vasopressin:NeurotransmitterNeurotransmitter, kann der ausgelöste biologische Effekt unterschiedlich, zuweilen sogar gegensätzlich sein. Beispielsweise kann Azetylcholin über m1-Rezeptoren erregend oder über m2-Rezeptoren hemmend wirken. Neurotransmitter:WirkungenNeurotransmitter und Neuromodulatoren beeinflussen nicht nur die Erregbarkeit der nachgeschalteten Nervenzelle – über metabotrope Signalwege und Second-Messenger-Kaskaden können sie viele zelluläre Prozesse steuern, also z. B. über eine Proteinphosphorylierung die Synapse lokal verändern oder die Genexpression ändern.
AbbauDer freigesetzte Neurotransmitter wird aus dem synaptischen Spalt entfernt, indem er abgebaut, in die Präsynapse oder in benachbarte Gliazellen aufgenommen wird. Die rasche Beseitigung des Transmitters ist entscheidend für die Kinetik der synaptischen Signalübermittlung.
Neurotransmitter und die Klassifikation von Neuronen
Ein Neuron verwendet an allen seinen chemischen Synapsen dieselbe Kombination an chemischen Neurotransmitter:AbbauBotenstoffen. Man klassifiziert daher Neurone oft nach dem Neurotransmitter, den sie an ihren Synapsen ausschütten. Für die Bezeichnung des verwendeten Neurotransmitters wird die Endung -erg verwendet. So spricht man z. B. von „glutamatergen“ Neuronen, d. h. von Neuronen, die Glutamat als Neurotransmitter an allen ihren Synapsen verwenden.

Klinik

Zahlreiche Medikamente zur Behandlung neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen greifen in den Neurotransmitterstoffwechsel ein. Beispielsweise interagieren die Tranquilizer aus der Gruppe der Diazepame und Barbiturate mit GABA-A-Rezeptoren und verstärken deren inhibitorische Wirkung. Dadurch senken sie das Aktivitätsniveau der Nervenzellen und können „beruhigend“ bzw. „sedierend“ wirken.

Beim Morbus Parkinson kommt es durch den Untergang von dopaminergen Neuronen in der Pars compacta der Substantia nigra zu einem Mangel an Dopamin im Gehirn. Dies führt bei den Patienten zu einer krankhaft gesteigerten Erhöhung ihres Tonus (Rigor) und zur Bewegungsarmut (Akinesie). Die Gabe der Dopaminvorstufe L-Dopa kann diese Symptome für eine gewisse Zeit bessern.

Bei schweren Depressionen wird häufig mit Medikamenten behandelt, die in den Serotoninstoffwechsel an den Synapsen eingreifen. Die selektiven Serotonin-Wiederaufnahmehemmer (SSRI) verhindern die Wiederaufnahme von Serotonin in die präsynaptische Endigung und erhöhen dadurch die Konzentration dieses Neurotransmitters im synaptischen Spalt.

Postsynaptische Seite
Die Rezeptoren für Neurotransmitter (Tab. 3.4.8) in der postsynaptischen Membran sind teilweise Ionenkanäle und teilweise transmembranöse Proteine. Ionenkanäle werden durch die Anlagerung eines Neurotransmitter:NeuronenklassifikationNeurotransmittermoleküls geöffnet (ionotrope Rezeptoren), transmembranöse Morbus:ParkinsonProteine, also z. B. G-Protein- oder enzymgekoppelte Dopamin:Morbus ParkinsonRezeptoren, lösen eine intrazelluläre Signalkaskade aus (metabotrope Rezeptoren).
Neurotrophe Faktoren
Nervenzellen und Gliazellen können neurotrophe Faktoren abgeben. Zu diesen chemischen Botenstoffen gehören z. B. die Neurotrophine (NGF, BDNF, NT-3) und viele Zytokine (z. B. CNTF, LIF).
FunktionNeurotrophe Faktoren steuern während der Entwicklung die Proliferation, Differenzierung und Zielfindung von Nerven- und Gliazellen. Im erwachsenen Gehirn sind sie bei der adulten Neurogenese (Kap. 3.4.4), der synaptischen Plastizität (s. u.), bei Alterungsvorgängen und bei Schädigungen des Gehirns Faktor:neurotropherbeteiligt.
WirkmechanismusNeurotrophe Faktoren wirken häufig Neurotrophinüber bestimmte enzymgekoppelte Rezeptoren, die Rezeptortyrosinkinasen. Diese übertragen Phosphatreste auf die OH-Gruppe von Tyrosinresten. Dies initiiert eine intrazelluläre Signalkaskade, die über Änderung der Genexpression längerfristige biologische Veränderungen der Zellen auslöst.
Zentrale Synapsen
Die meisten Synapsen finden sich im ZNS, wobei an einer Nervenzelle von einigen wenigen bis hin zu einer Viertelmillion (Purkinje-Zellen des Kleinhirns) Synapsen gebildet werden können.
Nach Struktur und Funktion lassen sich 2 Gruppen unterscheiden:
  • asymmetrische Synapsen (Typ I nach Gray): breiter synaptischer Spalt (bis 30 nm) und breite postsynaptische Verdichtungszone; i. d. R. exzitatorisch

  • symmetrische Synapse (Typ II nach Gray): engerer synaptischer Spalt, schmale postsynaptische Verdichtungszone (damit der Synapse:zentralepräsynaptischen Zone ähnlich, d. h. „symmetrisch“); i. d. R. inhibitorisch

Vom Typ her sind Synapse:asymmetrischeaxodendritsche Synapsen am häufigsten. Je nachdem, wo sie enden, werden dabei Dorn- und Schaftsynapsen unterschieden.
Dornsynapsen
Die Dornsynapsen sind die häufigsten Synapsen im Nervensystem. Fast alle glutamatergen, Synapse:symmetrischeerregenden Neurone (ca. 80–90 % der Neurone des ZNS) sind mit Dornen besetzt, die als Zielstrukturen für afferente Axone dienen.
Dendritische DornenDendritische Dornen sind filigrane Ausstülpungen der Dendriten. Sie sind ca. 1 μm lang und haben häufig eine „Pilzform“ mit einem dünnen Stiel und einem etwas größeren Kopf (Abb. 3.4.4, Abb. 3.4.5, Abb. 3.4.37). Sie enthalten Aktinfilamente, die im Stiel gebündelt verlaufen und im Kopf einDornsynapse\b dichtes, mit der postsynaptischen Verdichtung in Verbindung stehendes Netz Dorn, dendritischer\bbilden. Durch Polymerisation der Aktinfilamente können die Dendrit:DornenDornen ihre Form und Länge innerhalb von Sekunden verändern (s. u., synaptische Plastizität). In einigen Dornen befindet sich ein Dornapparat, eine Zellorganelle aus gestapeltem, glattem endoplasmatischem Retikulum. Der Dornapparat ist Aktinfilament:Dornsynapsevermutlich ein lokaler Kalziumspeicher der Dornen. Ein zentrales Molekül des Dornapparats ist das Protein Synaptopodin, das sowohl in den Podozyten der Niere als auch in den dendritischen Dornen von Nervenzellen nachweisbar ist. An der Basis des Stiels der Dornen finden sich häufig Ribosomen, die für die lokale Proteinsynthese im Rahmen der synaptischen Plastizität benötigt werden.
MorphologieDornsynapsen (Abb. 3.4.37) sind typische Synapsen. Die präsynaptische Endigung enthält Vesikel (30–40 nm) mit Neurotransmitter. Die präsynaptische Membran ist teilweise verdichtet. Dort können die Vesikel mit der präsynaptischen Membran verschmelzen und Neurotransmitter in den synaptischen Spalt abgeben (aktive Zone). Der synaptische Spalt (20–30 nm) enthält Brückenproteine, welche die prä- und postsynaptische Membran Dornsynapse:Morphologieverbinden. Unter der postsynaptischen Membran (meist am Kopf des Dorns) befindet sich eine breite Verdichtungszone mit einem komplexen Proteinnetz. Dieses verankert die Rezeptoren in der Membran und erfüllt Funktionen bei der Signaltransduktion. Regelmäßig lassen sich Astrozytenfortsätze in der direkten Umgebung des synaptischen Spalts nachweisen (dreiteilige Synapse).
FunktionDie Synapse am Kopf eines Dorns ist eine asymmetrische, erregende Synapse (Typ I nach Gray). Der Neurotransmitter ist i. d. R. Glutamat. Er aktiviert ionotrope Glutamatrezeptoren (AMPA-Rezeptoren) der postsynaptischen Membran und löst dadurch eine Depolarisation aus. An der raschen Entfernung von Glutamat aus dem synaptischen Spalt sind die Astrozytenfortsätze beteiligt. Am Stiel des Dorns finden sich manchmal symmetrische, hemmende Synapsen (Typ II nach Gray), die vermutlich die Weiterleitung von erregenden Signalen bereits auf Höhe des Dorns regulieren Glutamat:Dornsynapsekönnen.
Schaftsynapsen und somatische Synapsen
Auch an Dendritenschäften und am Soma einer Nervenzelle finden sich Synapsen (Abb. 3.4.38). Sie sind ebenfalls typische Synapsen, wobei sowohl asymmetrische (erregende) als auch symmetrische (hemmende) synaptische Spezialisierungen vorkommen. Letztere verwenden GABA oder Glyzin als hemmende Neurotransmitter.
Periphere Synapsen
Neuromuskuläre Synapse (neuromuskuläre Junktion)
Das Axon eines α-Motoneurons (motorisches Axon) verzweigt sich in der Körperperipherie und innerviert mit seinen Axonendigungen mehrere Skelettmuskelfasern. Die neuromuskuläre Kontaktstelle zwischen der Nervenzelle und einer dieser Muskelfasern wird neuromuskuläre Synapse:somatischeSynapse oder neuromuskuläre Junktion genannt. Es ist eine besondere SchaftsynapseForm einer chemischen Synapse, die Azetylcholin als Neurotransmitter nutzt. Die neuromuskuläre Synapse wurde in ihrer Struktur und Funktion genau erforscht und viele Erkenntnisse dieser Untersuchungen lassen sich auch auf zentrale Synapsen übertragen. Die neuromuskuläre Synapse Synapse:peripheregilt daher als eine Modellsynapse der Synapse:neuromuskuläre\bSynapsenforschung.
Trotz dieser Bedeutung der neuromuskulären SynapseJunktion:neuromuskuläre für die Forschung ist die verwendete Terminologie in der Literatur Azetylcholin:neuromuskuläre Synapseuneinheitlich. So wird der Terminus neuromuskuläre Endplatte von manchen Autoren synonym für die Gesamtheit der neuromuskulären Synapse verwendet. Andere Autoren wiederum beziehen diesen Begriff nur auf die Axonendigungen oder aber auf den Bereich der postsynaptischen Spezialisierung der Muskelfaser. In diesem Lehrbuch wird der Begriff der neuromuskulären Endplatte im Einklang mit wesentlichen neurowissenschaftlichen Autoren für die Bezeichnung der spezialisierten postsynaptischenEndplatte, neuromuskuläre Membran der Muskelfaser verwendet, in der das motorische Axon mit seinen terminalen Verzweigungen endet.
Motorische EinheitEin einzelnes α-Motoneuron kann mehrere tausend Muskelfasern innervieren. Jede Muskelfaser wird jedoch nur von genau einem α-Motoneuron innerviert. Man bezeichnet ein α-Motoneuron und die Gesamtheit der von ihm innervierten Muskelfasern als motorische Einheit. Die motorischen Einheiten sind unterschiedlich groß (wenige Muskelfasern bis hin zu mehreren tausend; Kap. 3.3.2).
EntwicklungWährend der Entwicklung Einheit:motorischesezernieren die wachsenden motorischen Axone das Molekül Agrin. Trifft dieses auf eine Muskelfaser, bindet es an die Rezeptortyrosinkinase MuSK („muscle-specific kinase“), die über verschiedene Signalwege Azetylcholinrezeptoren rekrutiert und eine motorische Endplatte unterhalb der Axonendigung ausbildet.
MorphologieIm Folgenden wird die Morphologie einer neuromuskulären Synapse zwischen einem α-Motoneuron (motorisches AgrinAxon) und einer Skelettmuskelfaser außerhalb einer Muskelspindel (extrafusale Muskelfaser) beschrieben. Diese unterscheidet sich in ihrer Struktur von einer MuSK (muscle-specific kinase)neuromuskulären Synapse zwischen einem γ-Motoneuron und einer Skelettmuskelfaser in einer Muskelspindel (intrafusale Muskelfaser; Abb. 17.58). Auf diese Endigungen wird im Kap. 17.5.1 näher eingegangen.
  • Axonendigung: Das Axon verzweigt sich in der Peripherie und erreicht mit seinen Kollateralen mehrere Muskelfasern. In der Nähe der Muskelfaser verliert die Axonkollaterale ihre Myelinscheide, verzweigt sich erneut und bildet mehrere Terminale aus, die sich jeweils in eine Grube an der Oberfläche der Muskelfaser einsenken und mit dieser synaptische Kontakte ausbilden (Abb. 3.4.39, Abb. 3.4.40). Die Axonendigung Axonendigung:neuromuskuläre Synapseist in diesem terminalen Aufzweigungsbereich von einer nichtmyelinisierenden Schwann-Zelle umgeben. Die Gesamtheit dieser axonalen Kontakte mit dem darunter liegenden spezialisierten Bereich der Muskelfaser wird als neuromuskuläre Synapse oder neuromuskuläre Junktion bezeichnet. Der präsynaptische Bouton enthält Mitochondrien und synaptische Vesikel mit Azetylcholin. Das Azetylcholin synthetisierende Molekül ist die Cholinazetyltransferase (ChAT). Die Vesikel in der präsynaptischen Endigung gruppieren sich um längliche präsynaptische Verdichtungszonen (aktive Zonen), die gegenüber den Furchen der postsynaptischen Membran liegen.

  • Synaptischer Spalt: Endigung und Muskelzelle sind durch einen 50–100 nm weiten synaptischen Spalt getrennt (Abb. 3.4.39, Abb. 3.4.40Azetylcholin:neuromuskuläre Synapse). In diesem Spalt befindet sich eine gemeinsame Basallamina, die von der Muskelzelle und den das Axon begleitenden Schwann-Zellen aufgebaut wird. Die präsynaptische Axonendigung wird durch Proteinbrücken, die den synaptischen Spalt durchziehen, an der postsynaptischen Membran verankert. Die Basallamina enthält das Enzym Azetylcholinesterase, das Azetylcholin sehr rasch spalten und damit inaktivieren kann.

  • Basallamina:synaptischer SpaltPostsynaptische Membran: Die postsynaptische Membran der Muskelfaser wird in ihrer Gesamtheit auch als neuromuskuläre Endplatte Axonendigung:synaptischer Spaltbezeichnet (Abb. 3.4.39, Abb. 3.4.40). In den Bereichen, die den Axonterminalen Azetylcholinesterase, neuromuskuläre Synapsegegenüberliegen, ist sie stark gefaltet. Für die Faltung wird unter anderem das Protein Dystrophin benötigt. Ähnlich wie bei einer zentralen Synapse findet sich eine postsynaptische Membran, postsynaptische:neuromuskuläre SynapseVerdichtungszone unter den Kämmen der Falten. In diesem Abschnitt der Membran sind bis zu 10.000 Azetylcholinrezeptoren/μm2 angereichert. Die Azetylcholinrezeptoren gehören zur Gruppe der nikotinischen Azetylcholinrezeptoren (ionotrope Rezeptoren). Die Spalten stehen mit dem T-Tubuli-System der Muskelfaser in Verbindung. Das Sarkoplasma unmittelbar unterhalb der motorischen Endplatte enthält zahlreiche Mitochondrien und i. d. R. mehrere Zellkerne.

MERKE

Die neuromuskuläre Synapse (neuromuskuläre Junktion) ist eine Verbindung zwischen einem Neuron und einer Muskelfaser. Das Axon teilt sich in der Nähe seiner Zielmuskelfaser in mehrere Terminale auf, die mit dieser synaptische Verbindungen eingehen. Die spezialisierte Region der Muskelfaser, die den Axonendigungen gegenüberliegt, ist durch ein subneurales Faltenfeld gekennzeichnet. Die neuromuskuläre Synapse nutzt Azetylcholin als Neurotransmitter, die postsynaptische Seite enthält nikotinische (ionotrope) Azetylcholinrezeptoren.

FunktionEin an der Axonendigung ankommendes Aktionspotenzial öffnet spannungsabhängige Ca2+-Kanäle. Ca2+ strömt in die Endigung ein und mehrere hundert präsynaptische Vesikel verschmelzen mit der präsynaptischen Membran. Azetylcholin wird freigesetzt und bindet an die postsynaptischen Azetylcholinrezeptoren. Die Azetylcholinrezeptoren sind Ionenkanäle, die durch die Bindung von Azetylcholin geöffnet werden und Na+ in die Zelle und K+ aus der Zelle strömen lassen. Dies führt zur postsynaptischen Depolarisation. Durch das Enzym Azetylcholinesterase, das sich im Bereich der Basallamina befindet, wird Azetylcholin sehr rasch gespalten und damit inaktiviert. Der Cholinrest wird vom Bouton wieder aufgenommen und zur Synthese von neuem Azetylcholin genutzt.
Die postsynaptische Depolarisation breitet sich entlang der Membran der Muskelfasern bis in die T-Tubuli aus. Sie löst dort über Dihydropyridin- und Ryanodinrezeptoren eine Freisetzung von Azetylcholinesterase, neuromuskuläre SynapseCa2+ aus dem longitudinalen sarkoplasmatischen Retikulum aus (Kap. 3.3).

Klinik

Die verschiedenen Komponenten der neuromuskulären Synapse sind Ziel biologischer Gifte, die im Dienste des Beuteerwerbs und der Feindabwehr entwickelt wurden. Beispiele sind Gifte von Schlangen, Skorpionen und Meeresschnecken, Eisenhut und Bakterien.

Auch in der Medizin wird gezielt in die Signalübertragung an der neuromuskulären Synapse eingegriffen. So ist es i. d. R. erforderlich, während einer Operation die Muskelaktivität zu blockieren (Muskelrelaxation; erforderlich zur Beatmung und zur Ruhigstellung der Muskulatur während der Operation). Die heute genutzten Muskelrelaxanzien sind Abkömmlinge des indianischen Pfeilgifts Curare. Dieses blockiert kompetitiv den nikotinischen Azetylcholinrezeptor der motorischen Endplatte. Es kann durch eine Erhöhung der Azetylcholinkonzentration im synaptischen Spalt (z. B. durch die Gabe von Hemmern der Azetylcholinesterase) antagonisiert werden.

Von klinischer Bedeutung ist auch eine Autoimmunerkrankung, bei der sich das Immunsystem gegen die körpereigenen Azetylcholinrezeptoren wendet (Myasthenia gravis). Dadurch kommt es zu einer Muskelschwäche (Myasthenie), da zu wenige Rezeptoren an der motorischen Endplatte vorhanden sind, um eine Depolarisation auszulösen. Als medikamentöse Therapie wird die Konzentration des Azetylcholins im synaptischen Spalt durch die Gabe von Hemmern der Azetylcholinesterase erhöht.

Viszeromotorische Synapsen
Glatte Muskulatur, Herzmuskulatur sowie exokrine Drüsenzellen werden von viszeromotorischen, nichtmyelinisierten, postganglionären vegetativen Fasern innerviert (Abb. 3.4.41).Muskelrelaxation
Der Aufbau dieser Synapsen Curareunterscheidet sich von dem der zentralen Synapsen und der Azetylcholinrezeptor:Myasthenia gravisneuromuskulären Synapse. Einzelne Axone nähern sich ihren Zielzellen Myasthenia gravisund bilden in unterschiedlichen Abständen Anschwellungen (Varikositäten) mit präsynaptischen Vesikeln aus. Diese Anschwellungen sind nur von der Basallamina einer nichtmyelinisierenden Schwann-Zelle bedeckt und haben häufig einen erheblichen Abstand (bis zu Synapse:viszeromotorische\bmehreren hundert nm) von den Zielzellen (Synapsen par distance, Abb. 3.4.41, Abb. 3.4.42).
Die Zielzellen viszeromotorischer Axone bilden i. d. R. keine postsynaptische Membran aus. Die Rezeptoren sind diffus über die Membran Varikosität:viszeromotorische Synapseverteilt. Nur selten werden auch auf der postsynaptischen Seite synaptische Strukturen ausgebildet. So finden sich im Fall von neuroglandulären Synapsen neben den oben beschriebenen Varikositäten auch Kontakte, die in Synapse:par distanceder unmittelbaren Nähe von Drüsenzellen liegen und die Basalmembran durchbrechen. Über Nexus kann sich die Erregung der Zielzellen innerhalb des Muskel- und Drüsengewebes ausbreiten.
Synaptische Plastizität
Das Nervengewebe dient nicht nur der sicheren und schnellen Übertragung von Reizen, sondern auch der Anpassung des Organismus an Veränderungen der Umwelt („Lernen“). Im einfachsten Fall ist dies z. B. die Erfahrung „eine Herdplatte kann heiß sein“, in komplizierteren Fällen sind dies z. B. Kapitel eines Lehrbuchs. Beide Erfahrungen lösen einen Lernvorgang aus und führen zu Erinnerungen, die abgerufen werden können.
Einer der Pioniere auf dem Gebiet Lernen auf zellulärer Ebene war der Psychologe Donald O. Hebb (1904–1985), der die Hypothese Plastizität:synaptischeformulierte, dass Lernvorgänge auf der Ebene der Nervenzellen zu Lernenchemischen oder strukturellen Veränderungen führen müssen. Tatsächlich gelang es, derartige zellulären Veränderungen nachzuweisen und damit zu belegen, dass sich Nervenzellen beim Lernen verändern.
Als „Ort des zellulären Lernens“ wird heute die Synapse zwischen 2 Nervenzellen angesehen. Synaptische Verbindungen sind nämlich nicht immer gleich stark, sondern können durch synaptische Aktivität verändert werden. Sehr vereinfacht formuliert bedeutet dies, dass besonders aktive Synapsen verstärkt und wenig aktive Synapsen abgeschwächt werden. Diese Fähigkeit zur Veränderung und Anpassung der synaptischen Transmission in Abhängigkeit von der neuronalen Aktivität Lernen:zelluläresbezeichnet man als synaptische Plastizität.
Formen synaptischer Plastizität
DauerKurzzeitplastizität ist eine Änderung der synaptischen Übertragung, die nur Sekunden bis Minuten dauert, Langzeitplastizität ist dagegen eine Änderung der synaptischen Übertragung für mehrere Stunden bis zu Jahren.
EffektEine synaptische Übertragung kann verstärkt (Potenzierung) oder abgeschwächt werden (Depression).
OrtÄnderungen an der Präsynapse werden als präsynaptische, solche an der Postsynapse (z. B. höhere Depolarisation bei gleicher präsynaptischer Transmitterfreisetzung) als postsynaptische Plastizität bezeichnet.

MERKE

Man unterscheidet verschiedene Formen synaptischer Plastizität:

  • nach der Dauer: Kurzzeitplastizität, Langzeitplastizität

  • nach dem Effekt: Potenzierung, Depression

  • nach dem Ort: präsynaptisch, postsynaptisch

Strukturelle Änderungen bei synaptischer Plastizität
Synaptische Plastizität führt zu funktionellen, chemischen und strukturellen Änderungen von Synapsen. Strukturelle Änderungen sind am Beispiel der Dornsynapse, der am besten verstandenen zentralen Synapse, nachzuvollziehen. Wird diese Synapse auf eine bestimmte Art und Weise stimuliert, kann die synaptische Übertragung verstärkt werden (Potenzierung). Kurze Stimulationen führen zu kurz anhaltenden funktionellen Änderungen (z. B. durch die Phosphorylierung von Rezeptoren), stärkere Stimulationen können die Synthese neuer Proteine auslösen (z. B. Synthese und Einbau neuer Rezeptoren) und zur Änderung der Genexpression des stimulierten Neurons führen (z. B. Transkription von Strukturgenen). Eine zentrale Rolle spielen bei diesen Vorgängen Glutamatrezeptoren vom AMPA- und NMDA-Typ, die Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Konzentration und das Protein Ca2+-abhängige Kalmodulinkinase (CamKII).
LangzeitpotenzierungDie sehr lang anhaltenden Änderungen (Langzeitpotenzierung; „long-term potentiation“, LTP) gehen i. d. R. mit strukturellen Veränderungen der Dornen einher: Je stärker die Synapsen sind, desto größer ist ihr Kopfumfang (Abb. 3.4.43). Von funktioneller Bedeutung ist, dass die Größe des Dornkopfes und die synaptischen Übertragungseigenschaften der an ihm befindlichen LangzeitpotenzierungSynapsen miteinander in Beziehung stehen. So enthalten die Synapsen eines großen Dorns mehr Glutamatrezeptoren (AMPA-Rezeptoren) als die LTP (long-term-potentiation)eines kleinen Dorns. Dadurch bedingt, kommt es an den Synapsen der großen Dornen zu einer stärkeren postsynaptischen Antwort als bei Synapsen von kleinen Dornen.
Neubildung von DornenDie Stimulation einer Nervenzelle kann auch die Neubildung von Dornen auslösen. Diese werden innerhalb einiger Minuten gebildet. Die genauen Mechanismen der Neubildung von Dornen unter Bedingungen synaptischer Plastizität sind noch nicht verstanden.
Homöostatische synaptische Plastizität
Die Bedeutung der synaptischen Plastizität für Lernvorgänge wurde in den vergangenen Jahren intensiv erforscht. Dabei stellte sich die Frage, wie es im Rahmen von Lernvorgängen immer wieder zur Verstärkung und sogar zur Neubildung von Dornsynapsen kommen kann, ohne dass dies eine Übererregung der Nervenzellen nach sich zieht. Inzwischen hat man erkannt, dass es neben den oben beschriebenen Plastizitätsmechanismen („Hebb-Plastizität“) noch weitere Formen der neuronalen Plastizität geben muss, welche die Erregbarkeit einer Nervenzelle und auch die Zahl der Synapsen einer Nervenzelle in einem physiologischen Sollbereich halten. So hatDornsynapse:synaptische Plastizität man entdeckt, dass die Verstärkung einiger Synapsen einer Nervenzellen mit einer Abschwächung aller Synapsen einhergeht, wodurch die Erregbarkeit des Neurons im physiologischen Bereich bleibt. Das Neuron befindet sich wieder inHebbsche Plastizität einem Gleichgewicht (Homöostase) und kann auf erneute Aktivitätsänderungen mit Anpassungen der Synapsenfunktion reagieren. Diese Form der Anpassung einer Nervenzelle an Änderungen der Aktivität wird als „homöostatische synaptische Plastizität“ bezeichnet.

Vegetatives Nervensystem

Das vegetative Nervensystem steuert unwillkürlich („autonom“) die Funktionsweise der lebenswichtigen inneren Organe und der physiologischen Regelkreise. Es dient zur Aufrechterhaltung eines konstanten inneren Milieus des Körpers (Homöostase).
Das vegetative Nervensystem besitzt Anteile im ZNS (z. B. Hypothalamus, Hirnstamm- und Rückenmarksneurone) und im PNS (z. B. vegetative Ganglien). Es erhält viszerosensorische Informationen (vegetative Afferenzen) aus dem Körperinnern und steuert die inneren Organe über viszeromotorische Signale (vegetative Efferenzen).
Einteilung
Man gliedert das efferente vegetative Nervensystem in 2 funktionell und strukturell Nervensystem:vegetatives\bunterschiedliche Teile, das sympathische und das parasympathische Nervensystem. Davon abgegrenzt wird das enterische Nervensystem:
  • Sympathisches Nervensystem: Es wird aktiviert, um die Leistungsfähigkeit zu erhöhen (z. B. bei körperlicher Anstrengung oder in Notfallsituationen). Es erhöht die Herzfrequenz, erweitert die Bronchien und erhöht den Blutdruck. Haupttransmitter sind Adrenalin und Noradrenalin.

  • Parasympathisches Nervensystem: Es wird aktiviert, um die Eingeweidetätigkeit anzuregen (z. B. bei einem Verdauungsschlaf nach dem Mittagessen). Es wirkt dämpfend auf dieNervensystem:sympathisches Aktivität von Herz und Lunge (Verengung der Bronchien), fördert Adrenalin:vegetatives Nervensystemhingegen den Körperstoffwechsel (z. B. Verdauung, Nierenfunktion). Haupttransmitter ist Noradrenalin:vegetatives NervensystemAzetylcholin.

  • Enterisches Nervensystem: Es steuert die Motilität (Peristaltik) und Verdauungstätigkeit (z. B. Nervensystem:parasympathischesMagensaftsekretion) des Magen-Darm-Trakts. Es wird von Sympathikus und Parasympathikus beeinflusst, funktioniert aber auch autonom (intramurale vegetative Plexen, Plexus submucosus und myentericus).

MERKE

Das vegetative Nervensystem erhält das innere Milieu des Körpers (Homöostase). Anteile des vegetativen Nervensystems liegen im ZNS und PNS.PNS

Verschaltungsprinzipien des peripheren vegetativen Nervensystems
Viszeromotorische Efferenzen Sympathische und parasympathische Efferenzen bestehen Azetylcholin:vegetatives NervensystemNervensystem:enterischesaus 2 hintereinandergeschalteten Neuronen. Das 1. Neuron liegt im ZNS (Rückenmark oder Hirnstamm) Nervensystem:vegetativesund wird als präganglionäres Neuron bezeichnet. Es erreicht mit seinem Axon (präganglionäres Axon) ein vegetatives Ganglion (Kap. 18.2.2) und wird dort auf ein 2. Neuron (postganglionäres Neuron) umgeschaltet. Dieses erreicht wiederum Efferenz:viszeromotorische\bmit seinem Axon (postganglionäres Axon) das Zielorgan (Abb. 3.4.44).
Der Neurotransmitter zwischen prä- und postganglionärem Neuron ist immer Azetylcholin.Neuron:präganglionäres Der Neurotransmitter zwischen postganglionärem Neuron und Axon:präganglionäresZielorgan ist im Fall des Parasympathikus Azetylcholin, im Fall des Neuron:postganglionäresSympathikus überwiegend Noradrenalin (Ausnahme: Innervation der Axon:postganglionäresSchweißdrüsen und einiger Blutgefäße. Hier wird auch vom Sympathikus AzetylcholinNeurotransmitter:vegetatives Nervensystem als Neurotransmitter verwendet). Die Zielorgane sind mit unterschiedlichen Rezeptorsubtypen Azetylcholin:vegetatives Nervensystemfür die Neurotransmitter besetzt. Dies ist bedeutsam für die Wirkungsweise von Medikamenten, die selektiv die Funktion bestimmter innerer Organe, z. B. des Herzens („kardioselektive“ Medikamente), beeinflussen.
Noradrenalin:vegetatives NervensystemViszerosensorische NeuroneDie viszerosensorischen Neurone liegen mit ihren Perikarya in den sensorischen Ganglien (Kap. 18.2.1). Es sind pseudounipolare Ganglienzellen, die mit ihrem zentralwärts gerichteten Axon ins Rückenmark, in den Hirnstamm (Hirnnerven, besonders N. vagus) oder direkt in viszeromotorische Ganglien ziehen. Diese Verbindungen sind die anatomische Basis für viele Neuron:viszerosensorischesvegetative Reflexbögen (z. B. Barorezeptor-Reflex). Daneben gibt es zahlreiche Reflexbögen außerhalb des ZNS auf Ebene der vegetativen Ganglien. Hierbei enden Viszeroafferenzen aus den Organen an viszeromotorischen Ganglienzelle:pseudounipolareGanglienzellen (z. B. lokale Regelung der Organdurchblutung). Diese periphere Vernetzung ist Grundlage der autonomen Regulation des peripheren vegetativen Nervensystems.
Übersicht
Zentrales vegetatives NervensystemDer Hypothalamus des Zwischenhirns ist das höchste Steuerungszentrum des vegetativen Nervensystems. Er kontrolliert die wesentlichen Körperfunktionen wie Kreislauf und Atmung, Ernährung und Säure-Basen-Haushalt, Wärmehaushalt Nervensystem:vegetativesund Sexualfunktionen. Über die Hypophyse (Kap. 11.3.2) steuert der Hypothalamus auch den Hormonhaushalt.
Informationen aus dem Körper erreichen den Hypothalamus über viszerosensorische Afferenzen, die überwiegend im unteren Hirnstamm enden (N. vagus) und über eine Kette von vegetativen Hirnstammzentren zum Hypothalamus aufsteigen.
Efferenzen des Hypothalamus kontrollieren über dieselben Hirnstammzentren die Viszeromotorik in Hirnstamm und Rückenmark (zentrale Anteile des Sympathikus und Parasympathikus).
SympathikusIm Sympathikus liegt das Perikaryon des präganglionären Neurons im Seitenhorn der grauen Substanz des Rückenmarks. Das schwach myelinisierte Axon verlässt das Rückenmark über die ventrale Wurzel des Spinalnervs und endet in einem Ganglion der paravertebralen Ganglienkette (vegetativerNeuron:präganglionäres Grenzstrang; Truncus sympathicus) oder in den großen unpaaren prävertebralen Ganglien (SympathikusGanglion coeliacum, oberes und unteres Ganglion mesentericum). Dort enden die präganglionären Axone an multipolaren postganglionären Neuronen.
Die Axone der postganglionären Neurone enden in der Nähe ihrer Zielzellen, z. B. glatten Muskelzellen oder Drüsenzellen. Transmitter ist hier meistens Noradrenalin (Norepinephrin), das in spezifischen Vesikeln mit dichtem Inhalt gespeichert und mehrheitlich ausNeuron:postganglionäres Auftreibungen des Axons (Varikositäten) an die Umgebung abgegeben wird.
ParasympathikusDer Parasympathikus ist im Prinzip ähnlich strukturiert wie der Sympathikus. Die Perikarya des präganglionären Neurons liegen im ZNS in den Kernen der Hirnnerven III, VII, IX und X und im Seitenhorn des Sakralmarks. Die Ganglien liegen in der Nähe oder in der Wand der Zielorgane. Neurotransmitter des 1. und 2. Neurons ist Neuron:präganglionäresAzetylcholin.
Enterisches NervensystemDas Parasympathikusenterische Nervensystem bildet einen weitgehend autonomen Plexus in der Wand („intramural“) des Magen-Darm-Trakts (Abb. 3.4.45). Man findet in der Darmwand 2 funktionelle Gruppen von Axonen und Ganglienzellen:
  • myenterischer (Auerbach) Plexus in der Tunica muscularis (Steuerung der Tunica muscularis)

  • submuköser (Azetylcholin:ParasympathikusMeissner) Plexus in der Tela submucosa (Steuerung der Lamina muscularis mucosae; Nervensystem:enterisches\bDrüsensekretion; Durchblutung)

Das enterische Nervensystem arbeitet autonom, erhält aber modulierende Einflüsse von postganglionären Plexus:myentericusNeuronen des Auerbach-PlexusSympathikus und Parasympathikus. Es steuert die Peristaltik (Durchmischung des Darminhalts und Beförderung des Speisebreis in Richtung Anus), Drüsentätigkeit (z. B. Plexus:submucosusMagensaftsekretion, Gallensekretion) und Aufnahme der Meissner-PlexusNahrungsbestandteile (Resorption) und enthält neben motorischen Neuronen auch viszerosensorische Anteile, die Störungen, die sich in Form von Schmerzen äußern, sogar bis in das Bewusstsein heben können.

Hirn- und Rückenmarkshäute

Einteilung
Das ZNS wird von 3 speziellen Bindegewebsschichten (Häuten) umgeben, die jedoch strukturell und funktionell miteinander in Beziehung stehen. Von außen nach innen sind dies:
  • Dura mater (Dura): Diese feste Bindegewebshaut liegt dem Schädelknochen unmittelbar an und unterteilt den Innenraum des Schädels in mehrere Kompartimente.

  • Arachnoidea (Spinnwebhaut): Diese weiche, dünne Bindegewebsschicht liegt der Dura mater an und steht mit ihr über das Neurothel in Verbindung. Sie zieht über die Sulci des HirnhautGehirns hinweg und bildet den RückenmarkshautDura materSubarachnoidalraum, einen mit Liquor cerebrospinalis gefüllten Spalt zwischen Arachnoidea und Pia mater. Sie steht mit der Pia mater über bindegewebige Trabekel in Verbindung.

  • Pia mater (Pia): Sie Arachnoidealiegt dem Gehirn unmittelbar an und folgt den Furchen der SpinnwebhautHirnoberfläche.

Die Dura mater wird auch als Pachymeninx (harte Hirnhaut) bezeichnet und der Leptomeninx (weiche Hirnhaut) aus Arachnoidea und Pia mater gegenübergestellt (Abb. 3.4.46, Abb. 3.4.47, Abb. 3.4.48). Die beiden weichen Hirnhäute haben Pia materentwicklungsgeschichtlich denselben Ursprung und sind sich histologisch sehr ähnlich.
Morphologie
Dura mater
Die Dura mater besteht aus PachymeninxHirnhaut:hartestraffem, kollagenfaserigem Bindegewebe mit relativ wenigen Leptomeninxelastischen Fasern. Sie ist gut innerviert.
SchädelIm Schädel Hirnhaut:weicheverbindet sich die Dura mit dem inneren Periost der Schädelknochen. Man unterscheidet dort 2 „Blätter“ der Dura, ein periostales äußeres (Lamina externa) und ein meningeales inneres (Lamina interna). Das periostale Blatt ist zellreicher als das meningeale und nur relativ locker mit den Schädelknochen verbunden. Lediglich im Bereich der Suturen ist die Verbindung fester. An manchen Stellen treten die beidenDura mater:Morphologie Blätter auseinander und bilden die Wände der Sinus durae matris. Die Arterien der Dura (Äste der Aa. meningeae) liegen im periostalen Blatt. Sie können bei Schädelverletzungen bluten (Epiduralblutung).
WirbelkanalIm Wirbelkanal sind Dura und Periost der Wirbelknochen durch den Epiduralraum, der Venenplexus und Fettgewebe enthält, getrennt (Abb. 3.4.47, Abb. 3.4.48).
Arachnoidea
Die Arachnoidea ist eine locker gebaute Bindegewebshaut, die den Subarachnoidalraum bildet. Die vielgestaltigen Zellen der Arachnoidea heißen Meningealzellen und entsprechen modifizierten Fibroblasten; sie sind über Desmosomen und Nexus miteinander verknüpft. Der Subarachnoidalraum enthält Liquor cerebrospinalis und wird von Bindegewebstrabekeln der Arachnoidea durchzogen (Abb. 3.4.46, Abb. 3.4.47, Abb. 3.4.48). Die Trabekel ziehen bis zur Pia mater und verbinden die Arachnoidea mit ihr. Arachnoidea und Pia mater bestehen also aus dem gleichen Material und bilden damit histologisch eine Einheit. Sie können nur durch den Arachnoidea:MorphologieAbriss der Trabekel voneinander getrennt werden (daher werden SubarachnoidalraumArachnoidea und Pia auch als Leptomeninx, weiche Hirnhaut, zusammengefasst und der Subarachnoidalraum als Cavum leptomeningicum bezeichnet). Die Bindegewebstrabekel der Arachnoidea bestehen in ihrem Zentrum überwiegend aus Kollagenfasern und werden außen von Meningealzellen umhüllt. An manchen Stellen sind die Trabekel flächig ausgezogen (Abb. 3.4.46a); sie unterteilen dadurch den Subarachnoidalraum und steuern den Liquorfluss.
Die Arachnoidea wölbt sich an einigen Stellen in die Sinus durae matris vor. An diesen Arachnoidalzotten (Pacchioni-Cavum:leptomeningicumGranulationen; Abb. 3.4.49) wird der Großteil des Liquors abgegeben. Dies geschieht sehr schnell; Farbstoffe, die in den Subarachnoidalraum gegeben werden, finden sich schon nach 10–30 Sekunden im Blut. Ein Teil des Liquors wird auch über Lymphbahnen außerhalb des Schädels, z. B. über die Endoneuralräume der Hirn-und Spinalnerven, resorbiert.
Pia mater
Die Pia mater liegt der Hirn- und Rückenmarksoberfläche auf und Pacchioni-Granulationzieht mit in die Furchen hinein. Auf Seite des ZNS befindet sich die oberflächliche Gliagrenzmembran, Membrana limitans gliae superficialis, die das ZNS gegenüber den Hirnhäuten abgrenzt. Sie besteht aus einer oberflächlichen Basallamina und den Endfüßen von Astrozyten (Kap. 3.4.2, Blut-Hirn-Schranke). Die Pia umkleidet die Gefäße und zieht mit diesen in die Tiefe der Sulci und mit den Arterien bis ins Nervengewebe hinein. Sie bildet zusammen mit der Arachnoidea den Pia mater:Morphologieperivaskulären Raum (s. u.).
Histologisch besteht die Pia Gliagrenzmembranmater aus nur wenigen, flachen, über Desmosomen verbundenen Meningealzellen. Sie entsprechen den Meningealzellen der Arachnoideatrabekel, die in der Pia verankert sind (Abb. 3.4.46, Abb. 3.4.48). An faserigen Matrixkomponenten sind feine Kollagenfasern und einzelne elastische Fasern ausgebildet. Makrophagen, Mastzellen und Lymphozyten sind regelmäßig zu finden. Die Meningealzellen sind zur Phagozytose von Fremdkörpern in der Lage. Zwischen den Meningealzellen der Pia und der Basallamina der Membrana limitans gliae suberficialis liegt ein Raum, der Kollagenfasern, fibroblastenartige Zellen sowie kleinere Gefäßen enthält. Dieser Bereich wird auch als „subpialer Raum“ bezeichnet (Abb. 3.4.46b).
Subdurales Neurothel
Zwischen Dura mater und Arachnoidea liegt eine dünne Schicht aus mehreren Lagen flacher Zellen (Abb. 3.4.46, Abb. 3.4.48), die in der Literatur als subdurales Neurothel oder einfach nur deskriptiv als „Dura-Arachnoidea-Interface“ bezeichnet werden. Diese Zellen stehen sowohl mit der Dura mater als auch mit der Arachnoidea in Verbindung. Die Raum:subpialerphysiologische Funktion des subduralen Neurothels ist es, eine Barriere zwischen Liquorraum (Subarachnoidalraum) und dem Extrazellulärraum des Dura-Bindegewebes zu bilden. Für die Medizin ist das subdurale Neurothel darüber hinaus interessant, weil es die entscheidende „Sollbruchstelle“ zwischen Dura und Arachnoidea darstellt. Im Bereich des Neurothels können Dura und Arachnoidea leicht voneinander getrennt werden, z. B. im Fall einer Subduralblutung, wodurch ein pathologischer Raum entstehen kann, der Subduralraum.
Histologisch besteht das Neurothel aus mehreren Zellschichten, die über Tight Junctions und Desmosomen miteinander verbunden sind. Es ist ein epithelähnlicher Zellverband aus Meningealzellen, der für den Liquor cerebrospinalis undurchlässig ist und somit eine Barriere zwischen dem Liquorraum und dem Extrazellulärraum des Dura-Bindegwebes darstellt. Die Extrazellulärraume Neurothel:subduraleszwischen den Zellen sind klein und frei von Fasern. Zur SubduralraumArachnoidea hin ist das Neurothel gut abgrenzbar, zur Dura hin steht es in Verbindung mit einer Schicht aus duralen Grenzzellen. Bei einer Subduralblutung kommt es zur pathologischen Trennung der Schichten des „Interfaces“, wobei dies vermutlich in verschiedenen Bereichen der Grenzschicht geschehen kann. In vielen Fällen verbleibt dabei ein Großteil des Neurothels an der Arachnoidea.
Perivaskulärer Raum (Virchow-Robin-Raum)
Die das ZNS versorgenden Arterien durchdringen die Dura und treten in den Subarachnoidalraum ein. Sie werden dort von einer Schicht aus leptomeningealem Bindegewebe umhüllt, das sie bis ins Nervengewebe hinein begleitet. Zwischen der leptomeningealen Bindegewebsschicht und den Arterien liegt ein Spaltraum, der perivaskuläre Raum, auch Virchow-Robin-Raum genannt (Abb. 3.4.46a). Mit zunehmender Verjüngung der Gefäße verengt sich auch der perivaskuläre Raum, die Schicht aus Meningealzellen löst sich auf und im Bereich der Kapillaren liegt schließlich das Gefäßendothel der Membrana limitans gliae perivascularis unmittelbar an. Die aus dem zentralen Nervengewebe austretenden Venen erhalten erst ab ihrem Eintritt in die Pia mater eine leptomeningeale Hülle. Wie man heute weiß, ist der perivaskuläre Raum vom Subarachnoidalraum getrennt (Abb. 3.4.46a). Es handelt sich somit um ein eigenständiges Kompartiment.
FunktionIm perivaskulären Raum lassen sich perivaskuläre Makrophagen nachweisen, die im Fall einer Entzündung oder einer Verletzung des Nervengewebes in dieses einwandern und sich in Mikrogliazellen umwandeln können. Die extrazelluläre Flüssigkeit des Gehirns steht mit dem perivaskulären Raum in Verbindung. Sie kann über den perivaskulären Raum die Lymphbahnen und die Raum:perivaskulärerHalslymphknoten erreichen. Die Flüssigkeitsbewegung imVirchow-Robin-Raum\b perivaskulären Raum wird daher als bedeutsam für die Aufrechterhaltung der Homöostase des zentralnervösen Extrazellulärraums angesehen.

Klinik

Der perivaskuläre Raum kann einige Millimeter groß sein, weshalb er auch mittels Magnetresonanztomografie sichtbar gemacht werden kann. Er ist bei manchen neurologischen Krankheiten vergrößert; dies wird zur Krankheitsdiagnose genutzt.

MERKE

  • Dura mater: liegt dem Schädelknochen unmittelbar an; derbes Bindegewebe

  • Arachnoidea: liegt der Dura mater an; mit der Dura mater über das Neurothel verbunden; überzieht den mit Liquor cerebrospinalis gefüllten Subarachnoidalraum, mit der Pia mater über Bindegewebstrabekel verbunden

  • Pia mater: liegt dem Gehirn unmittelbar an und folgt den Furchen der Hirnoberfläche

Hirnhäute und Bindegewebshüllen der Nerven
Die Hirnhäute setzen sich an den Nervenaustrittsstellen in die Bindegewebshüllen der Nerven fort. Die Dura steht in Verbindung mit dem Epineurium, das Neurothel setzt sich in das Perineuralepithel fort und der Arachnoidalraum steht mit dem Interzellulärraum des Endoneuriums („Endoneuralraum“) in Verbindung.

Klinik

Die Hirnhäute und die Räume zwischen den Hirnhäuten sind von praktischer Bedeutung, da es in diesen Bereichen zu Blutungen kommen kann. Man unterscheidet:

  • Epidurale EpiduralblutungBlutung:epiduraleBlutung: arterielle Blutung einer Meningealarterie (meistens A. meningea media) in den Bereich zwischen Knochen und Dura mater. Durch die Blutung wird die Dura mater vom Knochen abgelöst. Es entsteht dadurch ein pathologischer, beim Gesunden nicht vorhandener „epiduraler Raum:epiduralerRaum“.

  • Subdurale SubduralblutungBlutung:subduraleBlutung: venöse Blutung einer Brückenvene (zieht vom Subarachnoidalraum zu einem Sinus durae matris und durchquert die Arachnoidea und Dura) in den Bereich des Neurothels zwischen Dura und Arachnoidea. Dadurch entsteht hier ein pathologischer, beim Gesunden nicht vorhandener „subduraler Raum:subduralerRaum“.

  • SubarachnoidalblutungBlutung:subarachnoidaleSubarachnoidalblutung: arterielle Blutung aus einem Gefäß im Subarachnoidalraum (meist Blutung aus einem arteriellen Aneurysma am Circulus arteriosus). Der Liquor ist blutig.

  • Intrazerebrale HirndruckBlutung:intrazerebraleBlutung: zumeist arterielle Blutung aus einem Gefäß innerhalb des Gehirns. Das Blut verdrängt das umliegende Gewebe. In manchen Fällen kommt es zu Blutungen in das Ventrikelsystem.

Blutungen innerhalb des Schädels sind für den Patienten sehr gefährlich, da der Raum innerhalb des Schädels begrenzt ist und die Blutungen Hirngewebe verdrängen können (Hirndruck). Bei einer Verdrängung des Hirnstamms können zudem das Atemzentrum und das Kreislaufzentrum geschädigt werden. Dies ist für den Patienten lebensbedrohlich.

Lernhinweise zu Kapitel 3 ▸ im Anhang

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