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