Molekulare Zellbiologie II (Histologie)
Molekulare Zellbiologie für 2. Semester Medizin UZH
Molekulare Zellbiologie für 2. Semester Medizin UZH
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Flashcards
Perichondrium
· dem Knorpel anliegendes, straffes Bindegewebe
· ist Gefäss-führend → Ernährung des Knorpels
· in adulten Individuen sind kaum Knorpelprogenitoren vorhanden → schlechte Knorpelheilung
Einteilung des Knorpelgewebes
· hyaliner Knorpel (häufigster Knorpel / Gelenkknorpel)
· Faserknorpel (für Zugbelastung)
· elastischer Knorpel
hyaliner Knorpel (Gelenkknorpel)
· besitzt kein Perichondrium
· Ernährung v.a. über Synovialflüssigkeit
· Zonierung:
· oberflächlich: kleine Chondrone, parallel zur Gelenkfläche (Tangentialfaserzone)
· tief: grosse Chondrone, senkrecht zur Gelenkfläche (Radiärzone)
· Mineralisationszone: Übergang zum Knochen (Verkalkung)
→ die Orientierung der Chondrone spiegelt die Orientierung der Kollagenfasern wider
→ reibungsarme Gelenkflächen
elastischer Knorpel
· kollagene und elastische Fasern
· viele kleine Chondrone (zellreicher Knorpel)
· verkalkt im Alter nicht (im Gegensatz zum hyalinen Knorpel)
· Vorkommen: v.a. im Ohr / Epiglottis
Faserknorpel
· v.a. aus Kollagen Typ I
· für Druck- und Zugbelastungen geeignet
· langgestreckte Chondrone zwischen den Fasern (→ Unterscheidung von den Sehnen)
Knorpelbildung und Knorpelwachstum
· Induktion eines Chondrifikationszentrum im Mesenchym → Knorpelbildung
· appositionelles Knorpelwachstum (Zellen lagern sich von aussen an):
· Unterteilung des Perichondriums in Stratum fibrosum (bleibend) und Stratum chondrogenicum
· mesenchymale Progenitoren differenzieren zu Chondroblasten → lagern sich am entwickelnden Knorpel an
· interstitielles Knorpelwachstum (vorwiegend im unreifen Knorpel):
· bildet Grundlage für das Längenwachstum des Knochens
· Teilung von Zellen in der bestehenden Matrix → Bildung von isogenen Zell-Gruppen
Knorpeldegeneration und Regeneration
· im Alter werden die Chondrozyten schlechter versorgt → Aktivität wird eingeschränkt
→ fallender Proteoglykan-Gehalt → fallender Wassergehalt → schlechtere Diffusion → Absterben der Chondrozyten
→ Verkalkung → Verknöcherung
· nach Abschluss des Wachstums befinden sich kaum Progenitoren im Perichondrium
→ beschädigter Knorpel wird durch Bindegewebe / Faserknorpel ersetzt
· Knorpel lässt sich wegen der niedrigen Antigenizität leicht transplantieren
Lernziele "Knochengewebe"
Knochengewebe
· gehört mit dem Knorpel zum Stützgewebe (spezialisiertes Bindegewebe)
· Verkalkung der Matrix führt zu Zug- und Druckfestigkeit (kaum Elasizität)
· speichert Kalzium / Phosphor / Magnesium / Natrium
· Knochenmasse: 20% höher in Männern / am höchsten mit 20 - 25 J
Aufbau des Knochengewebes (makroskopisch)
· Compacta
· Spongiosa
Compacta
· substantia corticalis
· kompakter Knochen
· bildet die Diaphysen der Röhrenknochen (umschliesst die Markhöhle)
· im Bereich der Epiphysen liegt eine dünnere Schicht um die Spongiosa
Spongiosa
· substantia spongiosa
· spongiöser / trabekulärer Knochen (offenes Netzwerk aus Knochenplättchen / -bälkchen)
· unterlagert die Meta- und Epiphysen und die Compacta
· enthält das rote, blutbildende Knochenmark
Markhöhle
· Medulla
· gefüllt mit gelbem (adipösem) Knochenmark
Zellen des Knochengewebes
· Osteozyten / Osteoblasten
· sind untereinander verbunden über Gap Junctions der Zellfortsätze in den Canaliculi ossei
→ Ernährung / Kommunikation
· liegen in Lakunen und sind von perizellulärer, nicht verkalkter Knochenmatrix umgeben
· synthetisieren die organische ECM (→ grosses rER / Golgi-Apparat)
ECM des Knochengewebes
· anorganische Matrix
· 65 %
· Kalziumphosphat als Hydroxylapatit (nadelförmige Kristalle / Mineralisierung wird am Kollagen initiert)
· organische Matrix
· 35 %
· Kollagen Typ I (90% der organischen ECM) + Grundsubstanz
· Knochenproteine (Beispiele):
· Osteonektin für Bindung von Knochen abbauenden Zellen
· Knochensialoprotein für Bindung von Knochen aufbauenden Zellen
· Osteocalcin gegen Verkalkung (hohe Affinität für Hydroxyapatit / Vitamin D3 - reguliert)
Aufbau des Knochengewebes (mikroskopisch)
· Geflechtknochen (erster Knochen der angelegt wird):
· Kollagenfibrillen verlaufen geflechtartig
· grosse Lakunen und Osteozyten
· Lamellenknochen (in fast allen Knochen):
· (anti)parallele Anordnung der Kollagenfibrillen
· kleine, abgeflachte, zu den Lamellengrenzen parallele Lakunen
Periost
· dem Knochen anliegendes, straffes Bindegewebe (äussere Knochenhaut)
· Stratum fibrosum (aussen)
· Stratum osteogenicum (innen / mit Chondro- und Osteoprogenitorzellen für Frakturheilung und app. Knochenwachstum)
· viele Nervenfasern, Blut- und Lymphgefässe
· über Sharpey-Fasern mit dem Knochen verbunden
· Unterschied zum Perichondrium: Periost ist zellreich
Endost
· innere Knochenhaut (einzellige Schicht / bekleidet die gesamte innere Knochenoberfläche)
· besteht aus einer dünnen Lage von abgeflachten Knochendeckzellen auf nicht verkalkter Matrix
· Osteoprogenitorzellen für Knochenumbau / primäre Frakturheilung / Osteoklastenaktivierung
Osteon
· Havers-System (zirkuläre Speziallamellen umschliessen einen Havers-Kanal)
· Länge: > 1 cm / Breite: 0.1 - 0.4 mm
· helikaler Verlauf der Kollagenfibrillen in den Lamellen
· Proteoglykan-reiche Zementlinie an der Grenze zur umgebenden Matrix (Vergleich mit Tunnelbau und Bohrkopf)
Versorgung der Compacta
· kleinste Arterien und Arteriolen gelangen vom Knochenmark / Periost über die Volkmann-Kanäle zu den Gefässen der Havers-Kanäle
Aufbau der Spongiosa
· aus Lamellenknochen
· bildet den grössten Anteil der Knochenoberflächen
· Knochentrabekel liegen entlang der Belastung
· Knochentrabekel enthalten keine Gefässe (→ Versorgung über Knochenmark)
· es gibt keine Osteone
Knochenumbau
· Knochenabbau: Osteoclasten
· Knochenaufbau: Osteoblasten
· Verhältnis Knochenmasse / Belastbarkeit wird optimiert (→ unbelasteter Knochen wird abgebaut / 1-2% pro Woche)
· Optimum bei ca. 7 MPa
· wichtig für Kalziumhomöostase / Erneuerung der Matrix / "Reparatur" von Mikroläsionen
· Knochenmasse nimmt ab ~25 mit zunehmendem Alter ab
· Knochenumbau in der Spongiosa ist 5-10x schneller als in der Compacta
Osteoblasten
· Matrix-bildende Zellen aus Progenitoren im Endost / Periost (adult) bzw. Mesenchym (Entwicklung)
· Epithel-ähnliche, dem Knochen anliegende Schicht
· bilden das Osteoid (nicht verkalkte organische Knochenmatrix)
· werden in die Matrix eingelagert und differenzieren zu Osteozyten
Osteoclasten
· Stammzellen im Knochenmark → Monozyten im Blut → Diff. zu Makrophagen → Diff. zu Osteoclasten
· vielkernige (30+), grosse (ø 0.1mm) Zellen
· nach Aktivierung lagern sich die Osteoclasten am Knochen an und geben H+ und andere Kollagenasen ab
→ es entsteht eine Resorptionsbucht (Howship-Lakune)
· Clacitonin als Inhibitor: Osteoclast löst sich auf
Knochenbildung
· Osteogenese
· es gibt zwei Formen der Ossifikation:
· membranäre Ossifikation (direkte Knochenbildung aus Bindegewebe)
· chondrale Ossifikation (Knochbildung durch Umwandlung eines Knorpelmodells)
membranäre Ossifikation
· desmale / intramembranöse Ossifikation
· Bildung von Geflechtknochen
· Anregung im Mesenchym durch lokale Differenzierung von Progenitoren zu Osteoblasten → Ossifikationszentrum
· Osteoblasten bilden Osteoid (organische Matrix) → Verkalkung des Osteoids durch Knochensialoprotein
→ Bildung der primären Spongiosa → umschlossene, vaskulierte Bindegewebsräume → primäres Knochenmark
→ Kompaktierung des Knochens um primäres Knochenmark → primäre Osteone (ohne Zementlinie) / primäre Compacta
→ weiterer Umbau führt zu sekundären Osteonen und zur Bildung von Lamellenknochen → Compacta-Struktur
· Beispiele für membranäre Ossifikation: Schädeldach / Gesichtsschädel / Schlüsselbein
chondrale Ossifikation (perichondrale Ossifikation)
~7. Embryonalwoche → perichondrale Knochenmanschette um Diaphysen der Knorpelmodelle im Primordialskelett
→ Knorpelversorgung wird eingeschränkt → Verkalkung des Knorpels → Einwachsen einer osteogenen Knospe
(mit Gefässen und Mesenchym) → Abbau des Knorpels durch Chondroclasten
→ primäres Ossifikationszentrum der enchondralen Ossifikation
chondrale Ossifikation (enchondrale Ossifikation)
aus dem Mesenchym differenzieren Osteoblasten → Bildung von Knochen mit verkalktem Knorpel als Grundgerüst
→ primäre Spongiosa mit primärer Markhöhle → Bildung von sekundären Ossifikationszentren (postnatal / in den Epiphysen)
→ Dickenwachstum (appositionelles Knochenwachstum aussen / Knochenabbau innen)
→ Längenwachstum (Epiphysenfuge)
Epiphysenfuge
· Reservezone (undifferenzierter Knorpel)
· Proliferationszone (Zellen teilen sich)
· Säulenknorpelzone (Zellen teilen sich weiter / interstitieller Wachstumsdruck → Fortschieben der Epiphysen)
· Hypertrophiezone (Blasenknorpelzone / Knorpelverkalkung / Apoptose der Chondrozyten)
· Resorptionszone (Eröffnungszone / Resorption der Septen zwischen den Chondroblastenlakunen durch Osteoclasten)
· Ossifikationszone (Einwachsen von Kapillaren und Bindegewebe / Knochenaufbau → primäre Spongiosa)
· Die Epiphysenfuge verknöchert am Ende der Pubertät
Frakturheilung
· primäre Frakturheilung:
· nur bei bündigem Schluss und fester Apposition der Frakturenden
· ähnlich wie beim normalen Knochenumbau
· Fraktur wird von neuen Osteonen durchwachsen
· sekundäre Frakturheilung:
· bei einem Frakturspalt
· Hämatomkallus (< 1 Woche) → Bindegewebekallus (1 - 2 Wochen / viele Makrophagen und Fibroblasten)
→ Knorpelkallus (Bildung von Knorpel und Geflechtknochen durch Progenitoren des Periosts)
→ Umbau des Knorpelkallus in Knochen (4 - 6 Wochen)
Kongenitale Wachstumsstörungen
· Marfan Syndrom (Matrixumbaudefekte → schwache Bänder)
· Marie Syndrom (zuviel Wachstumshormon der Hypophyse → Acromegalie / Gigantismus)
· Minderwuchs (zuwenig Wachstumshormon der Hypophyse → hypophysärer Zwergwuchs)
Osteoporose
· Ursachen: niedrige Knochenmasse in der Wachstumsphase / übermässiger Knochenschwund im Alter
· Folgen: häufige Knochenbrüche (Wirbelkörpereinbrüche / Femurfrakturen)
· 80% der betroffenen sind Frauen nach der Menopause
Paget - Syndrom
· Osteodystrophia deformans
· fokale Osteoclastenvermehrung → chaotischer Knochenumbau → riesige Trabekel → schwacher Knochen
Lernziele "Fettgewebe"
Fettgewebe
· Fettzellen in läppchenartigen Zellverbänden
· weisses Fettgewebe / braunes Fettgewebe
· einzelne weisse Fettzellen oder sehr kleine Gruppen können als fixe Zellen in Bindegeweben und Organen vorkommen
weisses Fettgewebe
· ca. 20% des Körpergewichts bei Normalgewicht
· Baufett (mechanische / polsternde / isolierende Funktion):
· wird nur bei extremer Abmagerung abgebaut
· Vorkommen: Handteller / Gesäss / perirenales Fett
· Fettspeicherung (v.a. subkutan)
· Speicherfett (Energiedepot):
· v.a. subkutan (bei übergewichtigen Menschen viszerales Fett) / Bauchhöhle (Omentum majus / Colon) → Isolation
· schneller Fettaustausch → metabolisch aktives Gewebe
· endokrin aktiv: viel bzw. wenig Leptin → Hypothalamus schüttet Appetit-zügelnde bzw. -anregende Transmitter aus
Adipozyten des weissen Fettgewebes
· grosse (ø 70-120µm), runde oder polygonale Zellen (gehören zu den voluminösten Zellen im Körper)
· gefüllt von einem grossen Fetttropfen → univakuoläres / unilokuläres Fettgewebe
→ sehr dünner Zytoplasmasaum mit abgeflachtem Zellkern ("Siegelring")
· Organellen liegen überwiegend perinukleär / gER (gross bei aktiver Lipogenese) liegt in der Nähe des Lipidtropfens
· Fett wird von Proteinen umgeben (Perilipin A / B) und einem Geflecht von Intermediärfilamenten (Vimentin)
· zwischen den Zellen liegt lockeres kollagenes Bindegewebe mit kleinen Gefässen und Nervenfasern
braunes Fettgewebe
· ca. 5% des Körpergewichts bei Geburt
· Thermoregulation während der Entwicklung, danach Differenzierung zu weissem Fettgewebe
· Vorkommen: Nacken / Brusthöhle / interscapular / perirenal
· reich vaskuliertes und gut (sympatisch) innerviertes Gewebe
· Beiges Fettgewebe: kälte-induzierbare Fettzellen im weissen Fettgewebe von Mäusen
(beim Menschen supraclaviculär vorhanden, aber es ist nicht bekannt ob es induzierbar ist)