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Cardiovaskuläres System
Makro- und mikroskopischer Aufbau des Gefäßsystems
Makroskopie und Histologie des Herzens
Makroskopie des Gefäßsystems • Arterien (Arteriae): • Arteriolen (Arteriolae) • Kapillaren • Venulen (Venulae) • Venen • Primäre Funktionen: • Nährstofftransport,
• Gasaustausch, • Sekundäre Funktionen: • Wärmeverteilung • Temperaturregulation • Kommunikationsfunktionen
Makrozirkulation (Arterien und Venen)
Arterien: • Definition: Leiten das Blut vom Herzen weg.
• Topographie: Liegen in der Regel geschützt durch Muskeln und Fettgewebe an der Beugeseite der Extremitäten.
• Pulsationen: Sind an oberflächlich gelegenen Arterien tastbar (a. radialis, a. brachialis, a. femoralis).
• Funktionsparameter: Mittlere Blutdruck <100mmHg (bei ∅ 0,3mm, Endaufzweigungen, Arteriolen, 35mmHg, ∅ 10-20µm)
Aufbau der Arterienwand Tunica interna (Intima): Endothel, stratum subendotheliale, Membrana elastica interna
Tunica media (Media):
Unterschiedliche Anteile an elastischen Elementen:
herznah: Arterien vom elastischen Typ herzfern: Arterien vom muskulären Typ (mit membrana elastica externa)
Tunica adventitia (Adventitia)
Bindewebesanteil mit Nerven und vasa vasorum
Arterien vom elastischen Typ und Übergangsformen
Gliederung der Gefäßwand
Tunica intima
Endothel
Stratum subendotheliale
Membrana elastica interna
Tunica media
Membrana elastica externa
Tunica adventitia Vasa vasorum
Innervation Noradrenalin
α1-Rezeptoren Kontraktion
β1-Rezeptoren Relaxation
Tunica intima
• Endothel (einschichtiges Plattenepithel)
• Basalmembran (< 0,1 µm)
• Stratum subendotheliale
• Membrana elastica interna (2µm) besteht aus vernetzten elastischen Fasern.
Funktionen des Endothels
Drei Hauptaufgaben:
1. Barriere zwischen Blutraum und Interstitium
2. Antithrombogene Oberfläche (Verhinderung von intravaskulärer Gerinnung)
3. Kontrolle des Gefäßtonus (Abgabe von gefäßaktiven Substanzen (Vasokinen)
Strukturelle Merkmale des Endothels
Endo- und Transcytose Interendotheliale Kontakte
Caveola
Spezifische Funktionen des Endothels (I)
• Regulation der Gefäßpermeabilität: Außerhalb des ZNS vorwiegend passiv. Im ZNS: Blut-Hirn-Schranke. Spezifischer Besatz mit Transportern und Carriern.
• Expression von Rezeptoren für die Extravasation von Leukozyten: Bei entzündlichen Reaktionen Adhaesion von Leukozyten durch Interaktionen von Selektinen.
• Angiogenese: Bildung von Wachstumsfaktoren zur Neubildung von Gefäßen, bei Wundheilung, Kollateralen nach Gefäßverschlüssen, Tumorwachstum
Spezifische Funktionen des Endothels (II)
• Produktion von Vasokinen: Gefäßerweiternde Faktoren (z.B. NO ) und gefäßverengende Faktoren (z.B. Angiotensin II, Endotheline, Angiotensin Converting Enzym (ACE) wandelt Angiotensin I (Leber) in Angiotensin II um. ACE Hemmer wichtige Blutdrucksenker!!!).
• Hemmung der Blutgerinnung: Thrombin Inaktivierung, Produktion von tPA (tissue Plasminogenaktivator).
• Aktivierung der Blutgerinnung: Synthese und Speicherung von Gerinnungsfaktoren, z.B. von Willebrand Faktor
• Abbau von Fetten: Expression von LDL-Rezeptoren, Lipoproteinlipasen spalten Neutralfette von vLDL.
Stratum subendotheliale und elastica interna
Stratum subendotheliale:
Dicke circa 1µm in kleinen Arterien. Enhält Kollagenfasern/Typ I und II. Proteoglycane, vereinzelt glatte Muskelzellen, die zu Schaumzellen bei Arteriosklerose differenzieren. Intimaverdickungen finden sich an den Abgängen kleiner Arterien.Elastica interna: Membranartiges Geflecht von elastischen Fasern.
Das Stratum subendotheliale und seine Bedeutung für die Atherosklerose
Thrombus: Intravasales Blutgerinnsel. Lösung eines Thrombus und Verschleppung in ein arterielles Gefäß=Embolie; z.B. Lungenembolie bei Verschleppung eines Thrombus aus den Bein-Beckenvenen.
Atherosklerose: Ablagerung von Fett (Cholesterin) in der Intima.
LDL gelangt durch die Endothelbarriere in das Stratum subendotheliale. Gefäßaufzweigungen (Prädelektionsstellen) .
OxLDL stimuliert Makrophagen. Aufnahme von Cholesterol (Schaumzellen). Sammeln sich zu atheromatösen Plaques. HDL kann an Fettsäuren verestertes Cholesterin wieder ins Blut rücktransportieren. Fibrose der Plaques kann zur Stenose führen.
Tunica Media
Breitester Wandabschnitt: Verhältnis von Mediadicke zu Gefäßdurchmesser nimmt nach peripher zu (Aorta 0.2, Arteriole 1.0).
Funktion: a) Glättung der Amplitude zwischen Systole und Diastole. Ausgeprägt in den Gefäßen vom elastischen Typ (herznahe Gefäße, Windkesselfunktion). b) Regulation des Blutdrucks über die glatte Muskulatur (Gefäße vom muskulären Typ)
Tunica Adventitia
Element zur Fixierung der Gefäß mit ihrer Umgebung. Ausgeprägt in Lungenarterien, Arterien der Bauchhöhle und den Extremitäten. Kaum vorhanden in Arterien vom elastischen Typ (Aorta). Führt Nerven und Eigengefäße zur Gefäßwand.
Bestandteile: Kollagenfasern Typ I und Typ III, sowie elastische Fasern. Stabilisieren die Gefäßwand gegen Längsdehnung.
Vasa vasorum und nervi vasorum Vasa vasorum (Gefäße > 2mm): Kleine Gefäße, die an der Grenze zur Media ein Kapillarnetz ausbilden. Ernährung bis zur äußeren Media. Rest über Diffusion vom Gefäßlumen.
Nervi vasorum: Postganglionäre sympathische Fasern (intramural) und parasympathische Fasern. Höchste Innervationsdichte in den kleinen Arterien (Blutdruckregulation!!)
Gefäßsonderformen
• Sperrarterien: Können arterielle Zufuhr regulieren durch Längsmuskelbündel oder
epitheloide Polster (z.B. genitale Schwellkörper).
• Arterio-venöse Anastomosen: Kurzschlussverbindungen zwischen kleinen Arterien und Venen (Fingerkuppen, corpus
cavernosum recti (Hämorrhoiden).
• Rankenarterien: (Aa. helicinae) treten in Organen mit großen Volumenschwankungen
auf. Endometrium des Uterus, corpus cavernosum penis.
Venen
Allgemeines: Mittlerer Druck circa 5-10 mm Hg. In herznahen Abschnitten können negative Werte herrschen. Volumenspeicherfunktion (Kapazitätssystem; 2/3 der gesamten Blutmenge befinden sich in den Venen). Wandspannung 5%-10% der arteriellen Werte.
Venenwand besonders dehnbar und insgesamt dünner als die korrespondierenden Arterien, bei größerem Lumen.
Schichtengliederung entspricht der Arterienwand, jedoch weniger deutlich ausgeprägt.
Vergleich Arterie und Vene aus der Kolonwand
Venenklappen
• Auftreten von Venenklappen vorzugsweise in den oberen und unteren Extremitäten.
• Funktion: Verhinderung des Blutruckflusses. Segmentierung des hydrostatischen Druckes (circa 100mmHg in den Venen der unteren Extremitäten.)
• Venenklappen fehlen in den meisten Bauchvenen und im Kopf-Halsbereich.
• Klappen wirken wie Ventile, die sich in Herzrichtung öffnen.
• Pathologie: Klappeninsuffizienz führt zur Druckbelastung und Überdehnung der Venenwand. Konsequenz, Bildung von Varizen (Krampfadern).
Venenklappen im Schnitt mit Thrombus
Venenklappen und gerichteter Blutfluß
• Venenklappen öffnen sich in Richtung des herzwärts strömenden Blutes. • Insuffizienz kann zu Varizenbildung führen. • Arterienpulsation und Muskelpumpe fördern den venösen Abfluß. • Cave! Langes Sitzen oder Liegen kann Abflußbedingungen verschlechtern. Lange Flugzeiten. Thrombosegefahr
Mikrozirkulation
Zuführender Schenkel Abführender Schenkel
Arteriolen Postkapilläre Venulen (∅ 10-30µm),
Metarteriolen Sammelvenulen (∅ 30-50µm),
Muskuläre Venulen (∅ 50-100µm)
Austauschstrecke
Präkapillaren (8µm)
Mittkapillaren (6-7µm)
Postkapillaren(8-9µm)
(∅ 10-20µm)
Abbildung der Mikrozirkulation
Kapillardichte ist gewebsspezifisch und bedingt die Diffusionstrecke
Aufbau der Kapillarenwand Wandaufbau: • Kapillarendothel: Verschiedene Formen
• Basalmembran: Kollagen Typ IV mit lamina fibroreticularis aus Typ III.
• Perizyten: Spezifische Zellen. Dienen der Regulation des Durchnmessers und der Endothelproliferation.
Merke:Aufgrund der Kontinuität des Kapillarendothels werden unterschiedliche Formen unterschieden.
Kapillaren: Systematik und Aufbau Merkmale:
1. Teil der Mikrozirkulation
2. Nutritive Gefäße
3. Durchmesser 5-10µm (>10 µm wie in Leber und Milz werden Sinusoide genannt)
4. Länge zwischen 0,25 mm und 50 mm
8. Gesamtlänge 90-100.000 km
9. Typen und Kapillarisierungsdichte sind gewebsspezifisch
10. Gesamtaustauschfläche: Ruhe 300 m2, Arbeit 1000m2
Kapillarsegmente
• Präkapillaren stellen den arteriellen Schenkel dar (8µm) und geben die Mittkapillaren ab.
• Mittkapillaren sind das Verbindungsglied zwischen arteriellem und venösem Schenkel (6-7 µm).
• Postkapillaren bilden den venösen Schenkel (8-9 µm) und gehen in die postkapillären Venulen über.
• Sonderformen: Kapillaren über 10 µm werden als Sinusoide bezeichnet (z.B. Leber).
• In Milzpulpa und Knochenmark besonders weite Kapillaren bezeichnet man als Sinus.
KapillartypenDrei Haupttypen:
• Kontinuierliche Kapillaren: zusammenhängendes, nicht fenestriertes Endothel
Vorkommen: Gehirn, Muskulatur, Bindegewebe, Lunge, Herz
• Fenestrierte Kapillaren: Kapillaren vom Viszeraltyp,
weisen Fenestrationen auf
Vorkommen: Magen-Darm Trakt, endokrine und exokrine Drüsen, peritubuläre Kapillaren der Niere, Glomeruluskapillaren
Diskontinierliche Kapillaren: Großer Durchmesser, Sinusoider Typ (10-50µm), Lücken zwischen den Zellen und der Basallamina)
Vorkommen: Leber, Milz, Knochenmark
Endothelformen von Kapillaren
Kontinuierliches Endothel Fenestriertes Endothel Diskontinuierliches Endothel
Nervensystem, Exo-und endokrine Drüsen Leber, Milz, Knochenmark Muskulatur etc Magen-Darmtrakt, Niere
Fenestration von Kapillaren mit Diaphragma
Perizyten
Funktion:
• Stützung des kapillären Endothelrohres.
• Kontraktilität
• Hemmung der Angiogenese und Differenzierung der Endothelzellen.
Postkapilläre Venulen und Entzündungsreaktionen
• Merkmale: Diskontinuierliche interendotheliale Tight Junctions
• Rezeptoren: für Neurokine und Entzündungsmediatoren (z.B. Histamin, Bradykinine)
• Reagieren: auf Entzündungsreiz mit Permeabilitätssteigerung
• Stellen Hauptextravasationsort für Leukozyten dar auch für die normale Diapedese.
Extravasation von Leukozyten
• Rollen:Entzündungsmediatoren machen die Endothelwand „klebrig“, Expression von Selektinen.
• Aktivierung: Leukozyten werden durch Chemokine über die Gefäßwand aktiviert. Expression von Integrinen.
• Haftung: Binden der leukozytären Integrine an endotheliale Adhäsionsmoleküle. • Diapedese (Extravasation): Auswandern der Leukozyten
Endotheliale Transportwege
Das Herz
Histologie
Histologie der Herzmuskulatur
Merkmale: Kardiomyozyten sind die Zelleinheiten der Herzmuskulatur. Querstreifung unterbrochen von sog. Glanzstreifen (Disci intercalares). Eine Muskelzelle steht End-zu-End und Seit-zu-Seit in Kontakt mit 5-10 Kardiomyozyten. Kerne sind zentralständig. Dadurch entsteht der Aufbau eines Netzwerkes.
Differentialdiagnose
Herzmuskulatur Einzelne Kardiomyozyten Zellverzweigungen Disci intercalares
(Glanzstreifen) Mitochondrienreichtum Zentralständige Kerne Myogene Erregung Erregungsleitung über
Nexus (Gap Junctions)
Skelettmuskulatur Vielkerniges Synzytium auf
1 mm bis zu 50-100 Kerne Unverzweigte
Muskelfasern bis zu 10 cm Länge
Helle und dunkle Fasern nach Glykogengehalt
Hierachischer Aufbau des Bindegewebes
Innervation über motorische Endplatten
Dreidimensionale Rekonstruktion der Herzmuskulatur
Disci intercalares Immunfluorescence
mit Markierung der Gap Junctions Elektronenmikroskopie
Disci intercalares
Funktion: Dienen der Kraftübertragung und der elektrischen Kopplung über Nexus (Gap Junctions, Connexin43).
Aufbau: Stufenförmig, mechanische Stabilisierung durch Fasciae adhaerentes (N-Cadherin). Fixieren die Aktinfilamente der Myofibrillen mit der Zellmembran. Verzahnung vergrößert die Kontaktoberfläche um das zwei-dreifache. Desmosomen (Desmocollin-2 und Desmoglein-2) kommen als Elemente der Desmosomen vor.
Endokard (Herzbinnenhaut)
Das Erregungsleitungssystem
Histologische Merkmale des Erregungsleitungssystems
Funktion: Leitet die Erregung von den Erregungszentren zur Herzmuskulatur (Arbeitsmyokard)
Histologie: Sind modifizierte Kardiomyocyten Myofibrillen arm Besitzen glykogenreiches Zytoplasma Leiten über Gap junctions Aktionspotentiale weiter Enden über Gap Junctions an den Kardiomyocyten des
Arbeitsmyokards.
Herzmuskulatur mit Purkinjefasern