Histologie: Grundlagen

Zellen

Die Zelle ist die kleinste funktionelle Einheit eines Organismus. Die Zellen des menschlichen Körpers sind alle eukaryotisch, was bedeutet, dass sie beides- einen Zellkern, den Nukleus, und ein Zytoplasma- besitzen.

Im Zytoplasma befinden sich die Organellen, welche im Grunde die ‘Organe’ der Zelle darstellen. Organellen können membranös (Mitochondrien, Golgi-Apparat, endoplasmatisches Retikulum) oder nicht-membranös sein (Ribosomen, Mikrotubuli).

Der Nukleus stellt die Steuerzentrale der Zelle dar, denn in ihm befindet sich die Information für den Aufbau jeder Zellstruktur des Organismus: die DNS (Desoxyribonucleinsäure). Sie liegt außerhalb des Zellzyklus stark kondensiert vor und ist in Chromosomen organisiert.

Alle Zellen sind von einer semipermeablen Zellmembran, die als zweischichtige dynamische Barriere eine Interaktion der Zelle mit dem extrazellulären Bereich erlaubt, umgeben. Die Zellmembran fungiert als eine Art Grenzpolizei und kontrolliert, wer bzw. was in die Zelle hinein und heraus gelangt.

Alle menschlichen Zellen besitzen zwar in ihrem Nukleus die gleiche DNA, dennoch sind nicht alle Zellen gleich. Es existieren viele verschieden spezialisierte Zelltypen mit ganz unterschiedlichen Funktionen: Nicht jeder Zelltyp kann alles!

Man unterscheidet beispielsweise Epithelzellen, Keratinozyten, Fibroblasten, Chondrozyten, Neutrophile und Erythrozyten. Während der Entwicklung eines Gewebes wird dem Nucleus einer jeden Zelle also auch vermittelt, wie sich die Zelle differenzieren soll und welche Proteine hierfür exprimiert werden müssen.

Gewebe

Zellen und die sie umgebende extrazelluläre Matrix (EZM) bilden im menschlichen Körper fünf verschiedene Grundgewebearten aus: das Epithelgewebe, das Bindegewebe, das Nervengewebe, das Fettgewebe und das Muskelgewebe. Und diese Grundgewebe bilden dann meistens gemeinsam die Gesamtheit eines Organs aus. Organe wiederum arbeiten in Systemen miteinander.

Kardiovaskuläres System

Das kardiovaskuläre System setzt sich aus dem Herzen und den Blutgefäßen (Arterien, Arteriolen, Kapillaren, Venolen und Venen) zusammen. Dieses System gewährleistet den Abtransport von desoxygeniertem Blut aus den Geweben weg hin zurück zum Herzen und zur Lunge. Gleichzeitig sorgt das kardiovaskuläre System für die Versorgung mit oxygeniertem Blut.

Das Herz und die Blutgefäße bestehen auf mikroskopischer Ebene aus drei Schichten:

• Endothelschicht - Einschichtiges Epithel aus platten Endothelzellen auf einer Basallamina. Im Herzen wird diese Schicht auch als Endocardium bezeichnet.
• Muskelschicht - Glatte Muskulatur in Blutgefäßen, Herzmuskulatur (Myokard) im Herzen.  
• Äußere Schicht - lockeres und elastisches Bindegewebe (Adventitia) in Blutgefäßen, einschichtiges Plattenepithel (Mesothel) im Herzen (Epikard). Das Herz ist außerdem, wie die Bauchorgane und die Lunge, in eine seröse Höhle (Perikardhöhle) eingebettet, die durch das Perikard, dem Herzbeutel, aus kollagenem Bindegewebe gebildet wird.

Das Myokard besteht aus spezialisierten Muskelzellen, die Kardiomyozyten heißen. Sie sind mechanisch und funktionell über Glanzstreifen zu langen Ketten verbunden. Diese werden auch als Disci intercalares bezeichnet und erlauben einen schnellen Austausch elektrischer Impulse, da sie zum Teil aus Gap Junctions (elektrische Synapsen) bestehen. So können Kardiomyozyten als Synzytium, also als eine Einheit arbeiten.

Kardiomyozyten beinhalten wie auch andere Muskelzellen Aktin und Myosin; sie zeigen jedoch einige spezielle strukturelle und funktionelle Eigenschaften. Wusstet ihr zum Beispiel, dass es spezielle Kardiomyozyten gibt, die als Schrittmacher fungieren und spontan Impulse generieren, um den Herzschlag zu initiieren? Oder dass einige Kardiomyozyten in der Lage sind, Hormone zu sezernieren, die den Blutdruck mit regulieren?

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Nervensystem

Das Nervensystem lässt sich in das zentrale Nervensystem (ZNS) und das periphere Nervensystem (PNS) unterteilen. Zum ZNS gehört das Gehirn und das Rückenmark, die beide aus weißer und grauer Substanz bestehen. In der grauen Substanz befinden sich vor allem die Perikaryen der Neuronen, ihre Dendriten und die Gliazellen, wohingegen die weiße Substanz vor allem aus den myelinisierten Axonen der Neurone besteht.

Die Perikaryen der Neurone in der grauen Substanz sind in Schichten (Laminae) organisiert, die von den Meningen umgeben sind: Dura mater, Arachnoidea mater und die Pia mater. Diese bestehen aus Bindegewebe. Doch auch das Epithelgewebe bildet wichtige Strukturen im Nervensystem: die Blut-Hirn-Schranke und den Plexus choroideus.

Zum PNS gehören alle neuronalen Strukturen, die sich außerhalb des ZNS befinden. Beispiele hierfür sind periphere Nerven und periphere Ganglien. Periphere Nerven sind Bündel myelinisierter Nervenfasern (Axon), die in Bindegewebe (Endo-, Peri- und Epineurium) eingebettet sind. Periphere Ganglien sind Nervenzellkörperansammlungen, die von einer Kapsel aus straffem Bindegewebe umgeben sind. Sie werden in sensible oder autonome Ganglien unterteilt.

Haut und Hautanhangsgebilde

Die Haut besteht aus der Kutis (Epidermis und Dermis) und der Subkutis. Sie ist ein hervorragendes Beispiel für das Zusammenspiel mehrerer Grundgewebearten in einem Organ.

Bei der Epidermis handelt es sich um ein verhorntes mehrschichtiges Plattenepithel, dessen Keratinozyten je nach Stand ihrer Entwicklung immer weiter in Richtung Oberfläche wandern und letztendlich abschilfern. In ihr befinden sich aber auch spezialisierte Zellen wie die Melanozyten (Pigmentation), Merkelzellen (Sinneszellen) oder Langerhans-Zellen (Immunzellen).

Die Dermis ist eine Schicht aus straffem kollagenen Bindegewebe, in die Blut- und Lymphgefäße und Nerven eingebettet sind. Die Subkutis stellt die unterste Hautschicht dar und besteht aus von Bindegewebe durchzogenem Fettgewebe.

Hautanhangsgebilde sind Strukturen, die aus Zellen der Epidermis hervorgegangen sind. Hierzu zählt man Haare und Haarfollikel, Nägel und Drüsen der Haut. Haarfollikel sind Einstülpungen der Epidermis, die schnell proliferierende und keratinisierende Zellen beinhalten, die die Haut ausbilden. Die Drüsen der Haut spielen eine wichtige Rolle für den Körperduft (apokrine Drüsen in der Achsel z.B.), für die Temperaturregelung durch die Schweißabgabe (ekkrine Drüsen) und für die Bildung von Talg (holokrine Drüsen), der die Haut vor Wasserverlust schützt. Auch unsere Fingernägel sind ein spezielles Keratinprodukt der Epidermis.

Die verschiedenen Gewebe, aus denen sich die Haut zusammensetzt, erlaubt es ihr, eine Vielzahl an Funktionen zu erfüllen: Sie dient der Interaktion mit der Umwelt, fungiert aber auch als Barriere für Chemikalien und Mikroben und reguliert den Wärme- und Wasserhaushalt mit. Wusstet ihr zum Beispiel, dass die Tight junctions zwischen den Keratinozyten mit dem Talg zusammen dafür sorgen, dass wir nicht Unmengen an Wasser verlieren? Dies ist auch einer der Gründe, warum großflächige Verbrennungen so lebensgefährlich sind.  

Muskuloskelettales System

Das muskuloskelettale System besteht aus härteren (Knochen, Gelenke, Knorpel) und weicheren Komponenten (Muskel, Sehnen, Bänder).

Beim Knochengewebe handelt es sich um ein spezialisiertes Bindegewebe, das verschiedenste Zellen beherbergt: die Osteoblasten, die Osteozyten und die Osteoklasten. Die Osteoblasten sind für die kontinuierliche Synthese und Abgabe von Kollagen Typ 1 in die EZM verantwortlich, die dort dann auch mineralisiert wird. Außerdem differenzieren sich aus ihnen die Osteozyten.

Knochen artikulieren über Gelenke miteinander, die starr oder beweglich sein können. Sie werden durch flexible Bänder gestützt, die aus parallelfaserigem straffem kollagenen Bindegewebe bestehen. Die Gelenke, die einen hohen Bewegungsumfang ermöglichen, besitzen eine Synovialschicht und hyalinen Knorpel, der aus Kollagen Typ 2, Glykoproteinen und Proteoglykanen besteht.

Der Skelettmuskel beinhaltet viele langgezogene, zylindrisch geformte Muskelzellen (Myozyten), die mehrere Zellkerne besitzen, da sie ursprünglich aus der Verschmelzung mehrerer Myoblasten entstanden sind. Ihr Zytoplasma ist mit Myofilamenten gefüllt, die eine Kontraktion ermöglichen. Mehrere Muskelzellen werden durch Bindegewebshüllen zuerst zu Muskelfasern, dann zu Primär- und Sekundärbündeln und schließlich zu Muskelbäuchen zusammengefasst.
Der Muskel als Ganzes setzt am Knochen wiederum über Sehnen an, die aus parallelfaserigem straffem kollagenen Bindegewebe bestehen. Wenn ein Muskel kontrahiert, wird die dabei entstehende Kraft auf den Knochen übertragen, sodass eine Bewegung im Gelenk möglich wird.

Respiratorisches System

Zum respiratorischen System zählen die Lungen und die Atemwege (Nasenhöhlen, Nasennebenhöhlen, Larynx, Trachea, Bronchien), die die kleinste Einheit in der Lunge, die Alveolen, mit der Außenwelt verbinden.

Der Großteil des respiratorischen Systems wird vom respiratorischen Flimmerepithel ausgekleidet: einem mehrreihigen Epithel mit Kinozilien an der Oberfläche, in das Becherzellen eingebettet sind. Durch dieses spezielle Epithel können Staub, Bakterien oder anderweitige fremdartige Partikel abgefangen werden, sodass sie die Atmung nicht behindern. Die Nasenhöhle ist außerdem von einem speziellen olfaktorischen Epithel überzogen, das bestimmte Zellen enthält, die uns das Riechen ermöglichen.  

Die paarigen Stimmbänder im Larynx bestehen aus Bindegewebe und bilden mit dem Musculus vocalis die Stimmritze. Wenn Luft durch diese Stimmritze fließt, dann vibrieren die Stimmbänder und erzeugen so Töne, was z.B. das Sprechen ermöglicht.

Die Alveolen sind der primäre Ort des Gasaustauschs, wobei pulmonale Kapillaren sich in nächster Nähe befinden und so die Blut-Luft-Schranke bilden. Diese besteht aus Typ 1 Pneumozyten, einer Basalmembran und Endothelzellen der Kapillaren und erlaubt einen Gasaustausch (von u.a. Sauerstoff und CO2). Typ 2 Pneumozyten sezernieren das sogenannte Surfactant, das die Oberflächenspannung der Alveolen herabsetzt und so ihr Kollabieren verhindert. Die gesamte Lunge wird von einem serösen Epithel umgeben, der Pleura, der ebenfalls Bindegewebe unterliegt.

Verdauungssystem

Das Verdauungssystem besteht aus einer Reihe von Organen, die die Absorption der Nahrung unterstützen (Zunge, Zähne, Speicheldrüsen, Pankreas, Leber und Gallenblase) und denjenigen Organen, die die Nahrung tatsächlich passiert (Pharynx, Ösophagus, Magen, Dünndarm, Dickdarm, Rektum) und in denen sie weiterverarbeitet wird.

Jedes Verdauungsorgan hat einen ganz speziellen Aufbau, sodass jedes einzelne eine sehr spezielle Rolle in der Aufarbeitung und Exkretion der Nahrung spielt. Das einschichtige zylindrische Epithel des Magenfundus beispielsweise beinhaltet Parietalzellen, die Salzsäure (HCl) sezernieren, um Proteine zu zerlegen.

Die serösen Azini des Pankreas sezernieren Verdauungsenzyme, mit deren Hilfe erst eine Weiterverarbeitung von Fetten und Kohlenhydraten möglich wird.

Alles, was im Verdauungstrakt absorbiert und so in das Blutsystem gelangt, passiert das diskontinuierliche Epithel der Leberkapillaren, bevor es den Körperkreislauf erreichen kann. Die Entgiftung der von außen zugeführten Stoffe ist eine der vielen wichtigen Funktionen der Leber.

Wusstet ihr zum Beispiel, dass Alkoholiker:innen eine viel höhere Konzentration an glattem endoplasmatischen Retikulum in ihren Hepatozyten vorweisen? Bei der Dosierung von Medikamenten für diese Patient:innen muss deshalb immer besonders Acht gegeben werden! Dementsprechend kann auch die Differenzialdiagnose des Magen-Darm-Traktes bei diesen Patient:innen Besonderheiten aufweisen.

Harnsystem

Die Niere ist ein sehr komplexes Organ, dessen histologischer Aufbau fundamental für das Verständnis ihrer Funktion ist. Sie ist für die Ausscheidung harnpflichtiger Substanzen verantwortlich, kontrolliert mit der Lunge zusammen den pH, den Elektrolyt- und Wasserhaushalt.

Die kleinste Funktionseinheit der Niere ist das Nephron. Es besteht aus einem Nierenkörperchen mit der glomerulären Filtrationsbarriere und einem Nierentubulussystem. Das Nierenkörperchen besteht aus dem Glomerulus, einem gewundenen Gefäßknäuel mit fenestrierten Kapillaren, die der Ultrafiltration des Blutes dienen.

Im Glomerulus findet man einige sehr interessante Zelltypen: Die Mesangiumzellen haben stützende und phagozytäre Aufgaben. Die juxtaglomerulären Zellen sezernieren Renin, welches nach weiterer Prozessierung einen Blutdruckanstieg ermöglicht. Podozyten kontrollieren die Durchlässigkeit der Blut-Harn-Schranke.

Nachdem der Urin produziert wurde, passiert er die ableitenden Harnwege: die Harnleiter, die Harnblase und schlussendlich die Harnröhre, die alle von dem sogenannten Übergangsepithel bzw. Urothel ausgekleidet sind (mit Ausnahme einiger Teile der Harnröhre). Das Urothel zeichnet sich durch eine sehr variable Epithelhöhe aus, die sich in Abhängigkeit vom Füllungszustand der ableitenden Harnwege verändern kann.

Endokrines System

Das endokrine System bezeichnet eine Reihe von Geweben, die Hormone in den Blutkreislauf sezernieren. Diese Hormone können dann eine Vielzahl an Prozessen wie das Wachstum (IGF), den Blutdruck (Renin-Angiotensin-Aldosteron-System) oder den Metabolismus (Insulin) steuern und regulieren.  
Das endokrine System lässt sich grob in die große Drüsen (z.B. Schilddrüse, Ovarien, Nebenniere) und einzeln stehende und überall vorkommende Hormon-sezernierende Zellen einteilen (z.B. im Fettgewebe, kardiovaskuläres und Verdauungssystem). Letzteres beinhaltet das diffuse neuroendokrine System.
Das oberste Kontrollzentrum des endokrinen Systems ist der Hypothalamus, der wiederum über die Hypophyse mehrere Hormonachsen im Rahmen einer Feedback-Schleife kontrolliert. Abgesehen von ein paar Ausnahmen sind fast alle endokrinen Organe epithelialen Ursprungs.

Lymphatisches System

Das Lymphsystem besteht aus einem Netzwerk an Gefäßen mit dazwischen geschalteten Lymphknoten und lymphatischen Organen. Es handelt sich wie beim kardiovaskulären System um ein Transportsystem, das die Rückführung der interstitiellen Flüssigkeit in den Blutkreislauf gewährleistet. Auch spielt es eine wichtige Rolle beim Nährstofftransport und bei der Immunabwehr.

Lymphgefäße drainieren Lymphe (interstitielle Flüssigkeit) aus dem extrazellulären Raum, um sie dem Herzen wieder zurück zu führen. Auf dem Weg dahin passiert die Lymphe jedoch noch ein paar dazwischen geschaltete Stationen- die Lymphknoten. In den primären lymphatischen Organen (Knochenmark und Thymus) werden B- und T-Lymphozyten gebildet, wohingegen sekundäre lymphatische Organe (diffus verteiltes lymphatisches Gewebe, Lymphknoten und die Milz) den reifen, aber noch naiven Lymphozyten als Ort der Antigenpräsentation dienen. Sie sind ein Raum für die Initiation der spezifischen Immunabwehr.

Milz und Lymphknoten zeigen histologisch ein Maschenwerk aus retikulärem Bindegewebe, retikulären Fasern und dazwischen sitzenden fibroblastischen Retikulumszellen. Darüber hinaus kann man in Lymphknoten noch eine B-Zell- und T-Zell-Zone unterscheiden. Lymphknoten filtern die ankommende Lymphe, sodass an möglichst vielen Stellen des Körpers eine Kontrollstation für die Antigenpräsentation vorhanden ist. Die Milz hingegen filtert nicht die Lymphe, sondern das Blut, weshalb sie auch an der Entsorgung alternder Erythrozyten beteiligt ist.

Diffus verteiltes lymphatisches Gewebe (z.B. das MALT=Mucosa-assoziiertes lymphatisches Gewebe) ist eine nicht-eingekapselte Ansammlung lymphatischer Strukturen an vielen Orten des Körpers: in den Tonsillen (NALT), im Verdauungstrakt (GALT) und im respiratorischen System (BALT).

Männliches Fortpflanzungssystem

Zu den männlichen Geschlechtsorganen zählen die internen Genitalien (Hoden, Nebenhoden, Samenleiter, Samenstrang) und die externen Genitalien (Penis und Skrotum). Die Prostata, die Bläschendrüse und die Glandula bulbourethralis gehören zu den akzessorischen Geschlechtsdrüsen. Gemeinsam ermöglichen diese Strukturen die Fortpflanzung.

Die Hoden produzieren die männlichen Gameten (Spermien) im Rahmen der Spermatogenese. Sie sind in Lobuli (Hodenläppchen) organisiert, die jeweils ein Parenchym aus Stroma und Hodenkanälchen (Tubuli seminifiri contorti) aus kubischem Epithel besitzen. Das Keimepithel (Epithelium spermatogenicum) besteht aus Sertoli Zellen und Keimzellen, die sich in Tubuli gruppieren. In diesen befinden sich außerdem Leydig-Zellen, parakrine Zwischenzellen, die für die Androgenbildung (Testosteron) zuständig sind, welche die Spermatogenese regulieren.

Sertoli-Zellen schützen die Spermien vor dem körpereigenen Immunsystem. Spermien gelangen in die Nebenhoden und dann in den Ductus deferens, der im Ductus ejaculatorius endet. Dieser mündet in die Hinterwand der Urethra. Die Zellen des Samenleiters scheiden hierbei im Verlauf sekretorische Substanzen aus, die den Transport der Spermien unterstützen.

Weibliches Fortpflanzungssystem

Die weiblichen Geschlechtsorgane zeigen analog zu den männlichen ebenfalls eine Aufteilung in intern und extern. Man unterscheidet die internen Genitalien (Vagina, Uterus, Eileiter, Ovarien) und von den externen Genitalien (Venushügel, kleine und große Schamlippen, Kitzler, Scheidenvorhof, Vorhofschwellkörper).

Das Ovar (Eierstock) übernimmt die gleiche Rolle, die die Hoden beim Mann erfüllen: in ihnen findet die Entwicklung und Reifung der Gameten (Eizellen) statt, aber auch die Synthese der Sexualhormone (Östrogen, Progesteron). Histologisch teilt man die Eierstöcke in eine Rindenzone mit den Ovarialfollikeln und Markzone, die von einer straffen Bindegewebskapsel umschlossen sind, ein.

Das spezialisierte Epithel der Eileiter und des Uterus spielen eine große Rolle bei der Transportation und Implantation der befruchteten Eizelle (Zygote). Es gibt noch eine Menge mehr über die weiblichen Geschlechtsorgane zu erfahren - schau doch mal auf den folgenden Seiten vorbei:

Histologische Techniken

Die Techniken in der Histologie entwickeln sich rasant, da sie vor allem für die Diagnostik in der Pathologie eine wichtige Rolle spielen. Am bekanntesten ist wahrscheinlich die Lichtmikroskopie, um Zellen, Gewebe und Organe zu untersuchen. Detailliertere Ansichten gibt uns die Elektronenmikroskopie. Die Lichtmikroskopie kann insbesondere durch die verschiedenen Färbetechniken Auskunft über sehr viele Fragestellungen geben.

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