Bindegewebe. Martin Gericke

Transkript

1 Bindegewebe Martin Gericke

2 Gewebe: Verbände gleichartig differenzierter Zellen samt deren Abkömmlingen, den Interzellularsubstanzen. Wolfgang Bargmann ( ) Interzellularsubstanzen = Extrazelluläre Matrix (ECM)

3 Binde- und Stützgewebe andere Gewebearten z.b. - Bindegewebe - Knorpelgewebe - Knochengewebe - Fettgewebe (Ausnahme!) z.b. - Muskelgewebe - Epithelgewebe - Nervengewebe

4 Allgemeiner Aufbau Bindegewebe Zellen Extrazelluläre Matrix Fixe Zellen Mobile Zellen geformt ungeformt Fibroblasten z.b. Leukozyten fibrilläre Proteine z.b. Kollagen Glykoproteine Proteoglykane

5 Funktionen des Bindegewebes mechanische Stützfunktion Austausch von Metaboliten zwischen Blut und Gewebe (Diffusionsräume) Speicherung von Energie Regulation des Wärmehaushalts Immunabwehr Regeneration nach Verletzung: Narbenbildung Ersatzgewebe bei Involution von Organen

6 Entwicklung des Bindegewebes Fortsätze der Mesenchymzelle Kern einer Mesenchymzelle jede Form von Binde- und Stützgewebe entsteht aus Mesenchym

7 Mesenchymzellen - feine Fortsätze - undifferenziert großes Differenzierungspotential - Fortsätze über elektrische Synapsen verbunden (Nexus, Gap junctions) Vimentin - klassisches Intermediärfilament von Fibroblasten - zeigt mesenchymalen Ursprung an (z.b. Tumoren) - Ausnahme: Muskelzellen! (kein Vimentin, sondern Desmin)

9 Ortsständige Zellen des Bindegewebes - Fibroblasten und verwandte Zellen: - Fibrozyten (ruhende Fibroblasten) - Retikulumszellen (fixe Zellen der lympathischen Organen) - Chondroblasten (fixe Zellen des Knorpels) - Osteoblasten (fixe Zellen des Knochens) - Tendozyten (fixe Zellen der Sehnen; auch Flügelzellen) - Mesenchymale Stammzellen - Fettzellen (Adipozyten)

10 Fibroblasten spindelförmiger Kern langgestreckter Zellkörper mit zahlreichen Fortsätze bilden in einigen Geweben untereinander Gap Junctions aus reich an rauhem endoplasmatischen Retikulum (rer) & Golgi-Apparat gut entwickeltes Zytoskelett langlebig beweglich Funktion: Synthese und Sekretion von Bestandteilen der Extrazellulären Matrix (geformt und ungeformt)

11 Fibroblast oder Fibrozyt? Fibroblast - aktiver Faserbilder - basophiles Zytoplasma (rer) - feines Chromatin (Euchromatin) - sichtbarer Nukleolus Fibrozyt - Ruhezustand - azidophiles Zytoplasma (Eosinophilie) - dichtes Chromatin (Heterochromatine)

12 Myofibroblasten Myofibroblasten (Sonderform): - enthalten Aktin (Stressfasern) und Myosinfilamente können sich kontrahieren, ähnlich einer Muskelzellen wichtig bei Wundheilung - Differenzierung durch Transforming Growth Factor ß (TGF ß)

14 Allgemeiner Aufbau des Bindegewebes Mobile Zellen des Bindegewebes

15 Mobile Zellen des Bindegewebes - vorwiegend Leukozyten (Abwehr): - Makrophagen - Plasmazellen - Mastzellen - Lymphozyten

16 Makrophagen - Gewebsmakrophagen (Histiozyten) - 20 µm groß - migrieren amöboid durchs Gewebe Pseudopodien - betreiben Phagozytose Lysosomen, Lamellipodien - gehören zum monozytären Phagozytensystem (MPS) myeloide Vorläuferzelle (Knochenmark) Monozyt (Blut) Histiozyt (Gewebe)

17 Makrophagen - Phagozytose von extrazellulärem Material & toten Zellen Gewebshomöostase (Embryonalentwicklung!) Wundheilung Blutmauserung (täglich Erythrozyten in Milz oder Leber) - Phagozytose von Pathogenen (z.b. Bakterien, Pilze, Parasiten) Antigenpräsentation Induktion einer spezifischen Entzündung Emigration zu den Lymphknoten - Phagozytose von großen Antigenen (inkomplette Phagozytose) Verschmelzung mehrerer Makrophagen zu Riesenzellen (Synzytien) Fremdkörper (Splitter, Fadenreste)

18 Lymphozyten - ca. 10 μm (etwas größer als ein Erythrozyt) - runder Kern - schmaler Zytoplasmasaum - rezirkulieren ständig zwischen Blut und Geweben - Abtötung von virusinfizierten, entarteten und fremden Zellen - Aktivierung von Makrophagen (Produktion von Antikörpern) Lymphozyten-Subpopulationen: T- und B- Zellen Zellen des spezifischen Immunsystems in Routinefärbung oder Elektronenmikroskopie nicht zu unterscheiden Spezialfärbung!!! im Blut (ca. 1 h; 2% aller Lymphozyten): 20% B-Zellen 80% T Zellen im Gewebe (98%) 80% B-Zellen 20% T-Zellen

19 Plasmazelle B Zellen sind die Vorläuferzellen für Antikörper-produzierende Plasmazellen!!! mittlerer Durchmesser: μm rundlich-ovale Zelle Radspeichenkern: - exzentrisch - Heterochromatinschollen - deutlicher Nukleolus gut entwickeltes rer & ausgeprägter Golgi-Apparat Proteinsynthese leicht basophiles Zytoplasma mit perinukleärer Aufhellung

20 Mastzellen - Vorläuferzellen im Knochenmark - häufig in Nachbarschaft zu Gefäßen (Rezeptor für BL-Protein Laminin) - basophile Granula enthalten u.a. Heparin und Histamin Regulation der Durchblutung und Gefäßpermeabilität Beteiligung an allergischen Reaktionen (Soforttyp, Jucken!) zwei Arten: (1) Schleimhaut-Mastzellen (2) Bindegewebsmastzellen Schleimhaut-Mastzellen - Lunge, Darm, Harnwegen (Mukosa) mehr Entzündungsmediatoren nach Aktivierung - Ultrastruktur der Sekretgranula Schriftrollenmuster ( scrolls ) Bindegewebsmastzellen - Atemwege, Darm (Submukosa), Lymphknoten, Drüsen - keine Scrolls

21 Mastzellen-Aktivierung Weitstellung der Blutgefäße Erhöhung der Gefäßdurchlässigkeit vermehrte Durchblutung Rötung mehr Wasser im Gewebe mehr Entzündungszellen im Gewebe Schwellung bzw. Quaddeln

22 Extrazelluläre Matrix Bindegewebe Zellen Extrazelluläre Matrix Fixe Zellen Mobile Zellen geformt ungeformt Fibroblasten z.b. Leukozyten fibrilläre Proteine z.b. Kollagen Glykoproteine Proteoglykane

23 Ungeformte Matrix amorphe Grundsubstanz in hohem Maße hydratisiertes Gel (Wassergehalt!) Diffusionsräume für den Transport von Stoffen biochemisch komplexe molekulare Struktur wichtigste Komponenten: (1) Proteoglykane (wenig Protein, viel Zucker) (2) Glykoproteine (viel Protein, wenig Zucker)

24 Proteoglykane Bestandteile: Vorkommen: Kernprotein + Glukosaminoglykane (GAG) - interstitielles Bindegewebe - Zelloberflächen - Basalmembran Vertreter: - Aggrecan (Knorpel) - Versican (Gefäßwände) - Perlecan (Basalmembranen) - Decorin (Bindegewebe) - Lumican (Hornhaut) - Syndecan (Transmembranprotein) - Serglycin (intrazellulär in Mastzellen Speicherform des Heparins)

25 Glykosaminoglykane (GAG) Lange und lineare Zuckerketten (Polysaccharide) ca. 150 Disaccharideinheiten Polyanionen (viele negative Ladungen Wasserbindung) kovalent an Proteine gebunden (Proteoglykane) häufig sulfatiert (sulfatierte GAG) Name meist aus dem Gewebe der Erstbeschreibung (kommen aber in fast allen Geweben vor) Chondroitin-Sulfat Dermatan-Sulfat Heparan-Sulfat (Knorpel) (Haut) (Leber)

26 Hyaluronan (Hyaluronsäure) größtes und wichtigstes GAG: Hyaluronan (Hyaluronsäure) lineares Molekül nicht an Protein gebunden nicht sulfatiert bis zu Disaccharid-Einheiten (Gelkissen) bildet ein schlecht-komprimierbares visköses Gelkissen Funktionen: 1. Wasserspeicherung 2. Druckbeständigkeit (Bandscheibe) 3. Schmiermittel im Gelenk (Gelenkflüssigkeit) 4. Schaffung von Migrationswegen für Zellen

27 Glykoproteine - kurze Kohlenhydratseitenketten - nicht sulfatiert Verankerung von Zellen mit der ECM (Migration!) Transmembranprotein Integrin bildet Brücke Vertreter: - Fibronektin (Verbindung ECM und Fibroblast) - Nidogen (Basalmembranen) - Laminin (Basalmembran) - Osteonektin (Knochen) Fibroblasten stehen über Fibronektin mit ECM in Verbindung!

28 Extrazelluläre Matrix Bindegewebe Zellen Extrazelluläre Matrix Fixe Zellen Mobile Zellen geformt ungeformt Fibroblasten z.b. Leukozyten fibrilläre Proteine z.b. Kollagen Glykoproteine Proteoglykane

29 Geformte Matrix (= Bindegewebsfasern) 2 Formen: 1. kollagene Fasern (inklusive retikuläre Fasern!) 2. elastische Fasern

30 Kollagenfasern Elektronenmikroskopie Fibrille ( nm) Querstreifung mit 67 nm Periodik! Lichtmikroskopie Faser (1-20 µm) (Bündel von Fibrillen!)

31 Bindegewebsfasern kollagene Fasern retikuläre Fasern elastische Fasern Wer? Fibroblasten Retikulumszellen Fibroblasten (spezielle Fibroblasten) glatte Muskelzellen Wie? Fibrillen mit Querstreifung Fibrillen mit Querstreifung amorphe Komponente (Elastin) Mikrofibrillen (Fibrillin) bis 20 µm dicke Fasern 1 µm dicke Fasern 2 µm dicke Fasern (Versilberung!) (Resorcin-Fuchsin Färbung!) Was? vorwiegend Kollagen Typ I Kollagen Typ III Elastin + Mikrofibrillen (Sonderform) Wo? Sehnen, Sehnenplatten lymphatische Organe elastische Bänder Bänder (Lymphknoten, Milz) Arterienwände Knochen Lunge Warum? zugfest (5% dehnbar) zugfest reversibel dehnbar (200%)

32 Klinik Ehlers-Danlos-Syndrom Heterogene Gruppe von Gendefekten der Kollagensynthese (80% Kollagen I, II oder III betroffen) die zu einer Überdehnbarkeit führen. Osteogenesis imperfecta Genetischer Defekt der Kollagen Typ I Synthese, die in einer enormen Bruchanfälligkeit der Knochen resultiert ( Glasknochenkrankheit ). Skorbut Kollagensynthese Vitamin C-abhängig! Vitamin C Mangel (Skorbut) stellte die häufigste Todesursache bei Seefahrern des Mittelalters dar! Marfan-Syndrom Genetischer Defekt des Fibrillin-Gens (1:10.000) führt zu einer Bindegewebeschwäche.

33 Kollagen Typ polymerisierte Vorkommen Form fibrillen-bildend I Fibrillen Knochen, Haut, Sehnen, Bänder, Hornhaut, innere Organe (ca. 90%) II Fibrillen Knorpel, Zwischenwirbelscheiben III Fibrillen Haut, Blutgefäße, Haare V Fibrillen (mit Typ I) s.typ I XI Fibrillen (mit Typ II) s. Typ II fibrillen-assoziiert IX seitliche Verbindung Knorpel mit Fibrillen des Typs II einige andere Gewebe XII seitliche Verbindung mit manchen Fibrillen des Typs II geflecht-bildend IV flächiges Netz Basalmembran VII Verankerungsfibrillen unter geschichtetem Schuppenepithel

34 Basalmembran - Verdichtung der ECM an Grenze Parenchym und Bindegewebe z.b. an Epithelzellen, Endothelzellen Muskelzellen, Fettzellen - Basalmembran: Lichtmikroskopie - Basallamina: Elektronenmikroskopie Hauptfunktionen: - Adhäsion Zellen / ECM - Diffusionsbarriere - molekulares Sieb (Niere) - Regulation Zellwachstum Aufbau Basalmembran: (1) Basallamina Lamina rara leer erscheinende Schicht, die direkt an die Plasmamembran angrenzt Lamina densa elektronendichtere Schicht ( nm) Kollagen Typ IV (2) Lamina fibroreticularis Verankerung der Basallamina am BG enthält z.b. Kollagenfibrillen (Typ I+III) alles zusammen Basalmembran große Basalmembranen = Glashaut (Hornhaut, Eierstock)

35 Die Zusammensetzung bestimmt die Funktion! Bindegewebe Zellen Extrazelluläre Matrix Fixe Zellen Mobile Zellen geformt ungeformt Fibrozyten z.b. Leukozyten fibrilläre Proteine z.b. Kollagen Glykoproteine Proteoglykane spinozelluläre BG retikuläres BG straffes BG gallertiges BG

36 Die Zusammensetzung bestimmt die Funktion! Bindegewebe faserarmes BG faserreiches BG - Mesenchym - gallertiges BG - retikuläres BG - spinozelluläres BG - lockeres (kollagenes) BG - straffes parallelfaseriges (kollagenes) BG - straffes geflechtartiges (kollagenes) BG - elastisches BG

37 Mesenchymales Bindegewebe - Vorkommen während intrauteriner Entwicklung embryonale Bindegewebe - entsteht vorwiegend aus Mesoderm Ausnahmen: 1. Kopfmesenchym aus Ektoderm 2. Thymusretikulum aus Entoderm zelluläres Netzwerk kaum Bindewebefasern (wenig Kollagen) viel Grundsubstanz (Wassergehalt!)

38 Gallertiges Bindegewebe - Sonderform des embryonalem BG - Grundgewebe der Nabelschnur - Fibroblasten, keine Mesenchymzellen (eingeschränktes Differenzierungspotential) - viel Grundsubstanz (Hyaluronsäure) - kollagene und elastische Fasern prallelastische Konsistenz (Warthon Sulze) verhindert Abknicken Stabilisierung der Nabelschnurgefäße

39 Retikuläres Bindegewebe - reich an Kollagen Typ III (retikuläre Fasern) - von Retikulumszellen aufgebaut und von deren Zellfortsätzen umhüllt!!! (Fibroblasten machen das nicht) Kontakt von Blutzellen mit ECM in der Milz löst hier keine Blutgerinnung aus - viele mobile Zellen (Leukozyten!) Matrix lymphatischer Organe (LK, Milz, Knochenmark) Abwehrfunktion! Lunge und Leber auch reich an retikulären Fasern (kein retikuläres BG) - in Standardfärbung schlecht sichtbar - retikuläre Fasern lassen sich durch Versilberung darstellen argyrophile Fasern

40 Spinozelluläres Bindegewebe - typisches BG des Ovars (Rinde) - z.t auch in Uterusschleimhaut - besonders reich an Fibroblasten fischzugartige angeordnet - wenig ECM kaum Kollagen Typ I reich an Kollagen Typ III entwickelt sich zu hormonproduzierenden Zellen (Thekazellen)

41 lockeres (kollagenes) Bindegewebe - Vorkommen: ubiquitär - reich an fixen und freien Zellen - locker verteilte Kollagenfasern - einzelne zarte elastische Fasern Funktionen: - verbindet Organe miteinander (Name!) - ermöglicht Verschieblichkeit der Organe - Leitbahn für Gefäße und Nerven verformbar! - Stützgewebe des Organs ( z.b. Stroma) - Bindung von Wasser - Transportmedium zwischen Kapillaren und Blutgefäßen - Regeneration nach Gewebsschädigung (Narbenbildung)

42 straffes (kollagenes) Bindegewebe - hoher Anteil an kollagenen Fasern (Typ I) hohe Zugfestigkeit - wenige Zellen zwischen Fasersystemen - geringer Stoffwechsel nach Anordnung der kollagenen Fasern: 1. geflechtartiges BG - Muskelfaszien - Sklera des Auges - Hornhaut des Auges - Periost - Dura mater (harte Hirnhaut) 2. parallelfaseriges BG - Sehnen - Bänder

43 straffes (kollagenes) Bindegewebe straffes geflechtfaseriges Bindegewebe dreidimensionales Netzwerk kollagener Fasern (Scherengitter) Zug aus allen Richtungen wird abgefangen straffes parallelfaseriges Bindegewebe Kollagenfaserbündel parallel in Zugrichtung angeordnet hohe Zugfestigkeit z.b. in Sehnen Cave: Fibroblasten = Tendozyten = Tendinozyt = Tenozyten = Flügelzellen = Pterygozyten

44 Elastisches parallelfaseriges BG - selten! - dicke, verzweigte elastische Fasern - umgeben von kollagenen Fasern - gelbe Eigenfarbe!

45 weißes Fettgewebe - Speichergewebe (spezielle Art des BG!) - Hauptzellen: Fettzellen (Adipozyten) liegen einzeln oder in Gruppen in Organen oder BG (teilweise Ersatz nach Gewebeuntergang) - viele Kapillaren (gut durchblutet!) - reich an mesenchymalen Stammzellen Anteil Fettgewebe an Gesamtkörpermasse: - Mann: 10-25% (Nacken, Bauch) - Frau: 20-35% (Brust, Gesäß) 2 Formen: - weißes Fettgewebe - braunes Fettgewebe

46 weißes Fettgewebe 1. Energiereservoir - in Form von Triacylglyceriden (Neutralfette) kontinuierliche Energieversorgung des Organismus 2. thermische Isolierung 3. mechanische Aufgaben - Polster (Fußsohle, Handfläche) - Schutz für Organe (Augapfel, Nierenkapsel) - hält Organe in ihrer Lage (Nierenkapsel) - füllt Raum nach Involution (Thymus) - hält Raum frei für Vergrößerung (Mamma Dickdarm) 4. Hormonbildung, z.b. Leptin, Östrogen,... Leptin vermittelt dem Gehirn, dass die Fettspeicher gefüllt sind (Sättigungshormon)!

47 weißes Fettgewebe - ständiger Austausch von Fett zw. Blut und Adipozyt - Erregung des Sympathikus (Stressnervensystem) Stress kann zu Gewichtsverlust führen - Adipozyten haben Rezeptoren für viele Hormone z.b. Insulin, Schilddrüsenhormone, Wachstumshormone hormoneller Einfluß auf Fettspeicherung Gewichtsverlust: - zunächst Abbau von Speicherfett (subkutanes, mesenteriales, retroperitoneales Fettgewebe) Stoffwechselreserve! - später Abbau von Baufett (Nierenlager, Fußsohle, Wangenfettpfropf) Klinik Wanderniere (Nephroptose): Abbau des Fettgewebes um die Niere führt zu pathologischer Beweglichkeit der Nieren.

48 Adipozyten - sehr große Zellen (bis 150 µm) - univakuolär: 1 Fettvakuole pro Fettzelle -,, Siegelringform - Zytoplasmasaum - große Fettvakuole - Lipidtropfenmembran (Perilipine) - Kern am Rand - Paraffinschnitt: Fett durch Alkohol herausgelöst (leere Vakuole) - Fettfärbung mit Sudanfarbstoffen möglich (Gefrierschnitte!) - jeder Adipozyt besitzt eigene Basalmembran mit retikulären Fasern - gehen aus Mesenchym hervor - Präadipozyten (Lipoblasten) differenzieren zu Adipozyten - Differenzierung hauptsächlich im Fetal-und Kleinkindalter Anzahl der Fettzellen relativ konstant Diät: hauptsächlich Abbau intrazellulären Fettes (schneller Reboundeffekt)

49 braunes Fettgewebe - Braune Adipozyten: plurivakuolär (mehrere Vakuolen pro Fettzelle) - Hauptfunktion: Wärmeproduktion ohne Muskelzittern! hauptsächlich beim Neugeborenen bei winterschlafenden Tieren - im Erwachsenenalter nur noch teilweise vorhanden z. B. Nacken, Schulter, Axilla, Rücken, Nierenkapsel - viele Mitochondrien - mitochondrialer Abbau von Fettsäuren Wärmeproduktion (Uncoupling Protein-1; UCP-1) - Zytochromgehalt der Mitochondrien bewirkt braune Farbe - Hohe Dichte an Blutgefäßen - Hohe Dichte an sympathischen Nervenfasern