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Biologie · Der menschliche Körper
Die vier Grundgewebe Epithel, Binde- und Stützgewebe (mit Knorpel und Knochen), Muskel und Nerv: Bau, Zelltypen, Vorkommen und Aufgaben, dazu Anpassung und Erneuerung von Geweben.
Vier Grundgewebe bauen jedes Organ. Sie unterscheiden sich im Verhältnis von Zellen zu Matrix und in ihrer Aufgabe: Epithel bedeckt, Bindegewebe stützt, Muskel kontrahiert, Nerv leitet.
Ein Gewebe ist ein Verband aus Zellen mit ähnlichem Bau und gemeinsamer Funktion. Epithel, Muskel und Nerv bestehen fast nur aus Zellen. Im Bindegewebe liegen die Zellen verstreut in viel extrazellulärer Matrix (EZM).
Gewebe passen sich an Belastung an:
Wie schnell sich ein Gewebe erneuert, teilt man in drei Gruppen ein:
| Gewebe | Zellumsatz | Beispiele |
|---|---|---|
| labil | hoch, ständige Erneuerung | Schleimhäute, Epidermis |
| stabil | gering, teilt sich bei Bedarf | Leber, Knochen, Bindegewebe |
| permanent | kaum Teilung | Nervenzellen, Herzmuskel |
Epithel sitzt dicht gepackt auf einer Basalmembran, hat kaum EZM und keine eigenen Gefäße.
Epithel (Deckgewebe) bedeckt innere und äußere Oberflächen und kleidet Hohlräume aus. Es schützt, nimmt Stoffe auf (Resorption) oder gibt sie ab. Nach der Aufgabe gibt es Oberflächenepithel, Drüsenepithel und Sinnesepithel (Reizaufnahme, z. B. in der Netzhaut).
Die Zellen sind polar: Die freie Seite heißt apikal, die untere basal. Unten verankert die Basalmembran das Epithel am Bindegewebe und trennt beide.
Gefäße fehlen, das Bindegewebe ernährt per Diffusion. Zellkontakte wie Tight Junctions halten die Zellen dicht zusammen. Epithel kann aus allen drei Keimblättern stammen, Bindegewebe dagegen aus dem Mesoderm.
Nach der Zellschichtung unterscheidet man:
Die Zellform ist platt, kubisch (isoprismatisch) oder hochprismatisch (zylindrisch).
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Deine AufgabeWoran unterscheidest du mehrreihiges von mehrschichtigem Epithel? Ordne jedem Ausschnitt ein Organ zu.
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
| Epithel | Vorkommen | Aufgabe |
|---|---|---|
| einschichtig platt | Endothel, Mesothel, Alveolen | Diffusion, Gleitfläche |
| einschichtig kubisch | Nierentubuli, Gallengänge | Sekretion, Resorption |
| einschichtig hochprismatisch | Darm | Resorption, Barriere |
| mehrreihig | Atemwege | Flimmerepithel reinigt |
| mehrschichtig platt | Haut (verhornt), Mundschleimhaut | Schutz vor Abrieb |
| Übergangsepithel | ableitende Harnwege | dehnt sich bei Füllung |
Endothel kleidet Blut- und Lymphgefäße aus, Mesothel seröse Häute. Das Übergangsepithel heißt auch Urothel. Im Flimmerepithel der Atemwege schlagen die Zilien rachenwärts, Becherzellen liefern den Schleim. Resorbierende Zellen vergrößern ihre Oberfläche mit Mikrovilli.
Exokrine Drüsen geben ihr Sekret nach außen oder in Hohlorgane ab, endokrine direkt ins Blut.
Exokrine Drüsen sezernieren auf äußere oder innere Oberflächen, das Sekret ist dünnflüssig und proteinreich (serös) oder zäh und schleimig (mukös). Nach dem Sekretionsweg unterscheidet man drei Typen:
| Typ | Sekretion | Beispiel |
|---|---|---|
| ekkrin (merokrin) | Exozytose, Zelle bleibt ganz | die meisten Schweißdrüsen |
| apokrin | Zellspitze wird abgeschnürt | Duftdrüsen, Milchdrüsen |
| holokrin | ganze Zelle zerfällt zu Sekret | Talgdrüsen |
Hier bestimmt die Matrix die Eigenschaften: Wenige Zellen liegen weit verstreut in viel EZM aus Fasern und Grundsubstanz.
Das Gewebe entsteht aus dem embryonalen Mesenchym. Dazu zählen Fett-, Knorpel- und Knochengewebe sowie das Blut als flüssiges Transportgewebe. → Ausführlich in: Herz-Kreislauf-System; Blut
Bindegewebe verbindet, stützt, verteilt Nährstoffe, bindet Wasser, bildet bei der Wundheilung Narbengewebe, wehrt Erreger ab und speichert Fett.
Die EZM besteht aus Fasern und gelartiger Grundsubstanz (Proteoglykane, Glykoproteine). Fibroblasten bilden sie. Es gibt drei Faserarten:
| Faser | Eigenschaft | Vorkommen |
|---|---|---|
| Kollagen | gewellt, zugfest, kaum dehnbar | Sehnen, Knorpel, Knochen |
| retikulär | feine Netze (Kollagen Typ III) | Milz, Lymphknoten, Knochenmark |
| elastisch | dehnbar | herznahe Arterien, elastische Bänder |
Lockeres Bindegewebe ist faserarm und füllt Räume. Straffes ist kollagenfaserreich: geflechtartig in Lederhaut, Sklera und Dura mater, parallelfaserig in Sehnen und Aponeurosen. Gallertiges Bindegewebe (Wharton-Sulze) schützt die Nabelschnurgefäße vor Abschnürung.
Nach dem Bau unterscheidet man embryonal (gallertig), retikulär, interstitiell, locker und straff; dazu kommt das Fettgewebe.
Fettgewebe besteht aus Adipozyten. Weißes Fett speichert Energie, polstert und isoliert gegen Wärmeverlust. Braunes Fett erzeugt Wärme, es ist bei Säuglingen häufig, beim Erwachsenen selten.
Knorpel ist gefäß- und nervenfrei und wasserreich. Er wird nur per Diffusion ernährt und regeneriert deshalb schlecht.
Die reifen Zellen heißen Chondrozyten und liegen oft in Gruppen (Chondrone). Die EZM besteht zu bis zu 70 % aus Wasser, Knorpel ist druck- und biegungselastisch. Es gibt drei Arten:
| Knorpel | Merkmal | Vorkommen |
|---|---|---|
| hyalin | bläulich-milchig, viel Kollagen | Gelenkflächen, Rippen, Atemwege |
| elastisch | gelblich, elastische Netze, verkalkt nie | Ohrmuschel, Kehldeckel |
| Faserknorpel | dichte Kollagenbündel | Bandscheiben, Menisken |
Knochen ist lebendes Gewebe: Eine mineralisierte Matrix gibt Härte, Kollagen gibt Zugfestigkeit, und Zellen bauen ihn lebenslang um.
Das Skelett hat etwa 206 Knochen, die stützen und schützen (der Schädel das Gehirn). Mit Knorpel bildet Knochen das Stützgewebe.
| Zelle | Aufgabe |
|---|---|
| Osteoblast | baut Knochen auf, bildet zuerst das unverkalkte Osteoid |
| Osteoklast | baut Knochen ab |
| Osteozyt | reife Zelle in der Matrix, erhält sie |
Die Matrix besteht zu etwa 25 % aus Wasser, 25 % aus organischen Stoffen (95 % davon Kollagen Typ I) und 50 % aus anorganischen Salzen, v. a. Calciumphosphat. Ohne Mineral bleibt der Knochen biegsam, ohne Kollagen wird er spröde.
Ein langer Röhrenknochen gliedert sich so:
Nach der Matrixanordnung gibt es zwei Formen. Geflechtknochen ist unreif und wird später ersetzt; beim Erwachsenen bleibt er nur in Felsenbein, Gehörknöchelchen, Zahnfächern und Schädelnähten.
Lamellenknochen ist reif, außen als Compacta, innen als Spongiosa. In der Compacta versorgen Havers- und Volkmann-Kanäle die Osteozyten mit Gefäßen.
Die Markhöhle und die Spongiosaräume enthalten rotes Knochenmark (Blutbildung, beim Erwachsenen vor allem in platten Knochen wie Rippen, Brustbein, Wirbeln, Becken, Schädel) oder gelbes Fettmark. → Ausführlich in: Skelettsystem
Muskelzellen verkürzen sich durch gleitende Aktin- und Myosinfilamente. Die drei Muskeltypen unterscheiden sich in Kernen, Streifung und Steuerung.
In Muskelzellen heißen das Zytoplasma Sarkoplasma, die Zellmembran Sarkolemm und das ER sarkoplasmatisches Retikulum (Calciumspeicher). Der rote Muskelfarbstoff ist Myoglobin.
| Muskel | Bau | Steuerung |
|---|---|---|
| Skelettmuskel | quergestreift, vielkernig, Kerne am Rand | willkürlich |
| Herzmuskel | quergestreift, verzweigt, ein Kern mittig | unwillkürlich, rhythmisch |
| glatte Muskulatur | spindelförmig, ein Kern mittig, ungestreift | unwillkürlich, vegetativ |
Skelettmuskelfasern sind mehrere Zentimeter lang. Sie entstehen, wenn Hunderte Myoblasten zu einem Synzytium verschmelzen. Von klein nach groß gilt: Sarkomer, Myofibrille, Muskelfaser, Faserbündel, Muskel. Den Muskel umgibt eine Faszie, jede Ebene eine eigene Bindegewebshülle:
| Ebene | Hülle |
|---|---|
| Muskelfaser | Endomysium (mit Kapillaren und Nerven) |
| Faserbündel | Perimysium |
| ganzer Muskel | Epimysium |
Muskelspindeln im Muskel sind Dehnungsrezeptoren und messen Länge und Längenänderung der Fasern. Langsame Typ-I-Fasern haben viel Myoglobin, viele Mitochondrien und dichte Kapillaren.
Das Sarkomer ist die kleinste funktionelle Einheit. Zwei Z-Scheiben begrenzen es, daran haften die dünnen Aktinfilamente. Dazwischen liegen die dicken Myosinfilamente, die das elastische Titin an der Z-Scheibe verankert. Die Anordnung erzeugt die Querstreifung:
| Bereich | Enthält | Bei Kontraktion |
|---|---|---|
| A-Bande | Myosin, teils überlappend Aktin | bleibt gleich |
| I-Bande | nur Aktin | wird schmaler |
| H-Zone | nur Myosin | wird schmaler |
In Ruhe blockiert Tropomyosin die Bindungsstellen am Aktin, Troponin hält es dort. Steigt Ca²⁺ im Sarkoplasma, bindet es an Troponin C, Tropomyosin gibt die Stellen frei. Dann läuft der Querbrückenzyklus ab:
Der Zyklus wiederholt sich etwa 2- bis 10-mal pro Sekunde, schnelle Fasern häufiger. Ca²⁺ startet die Kontraktion, ATP löst die Brücken wieder.
Ohne ATP lösen sich die Myosinköpfe nicht mehr vom Aktin, die Querbrücken bleiben bestehen.
Die Herzmuskulatur (Myokard) besteht aus verzweigten, einkernigen Zellen, die nicht verschmelzen. Glanzstreifen (Disci intercalares) koppeln sie mechanisch und über Gap Junctions elektrisch. Den Rhythmus gibt der Sinusknoten vor. Viele Mitochondrien decken den ATP-Bedarf.
Die glatte Muskulatur hat keine Querstreifung und kontrahiert langsam. Ohne Troponin wirkt Ca²⁺ über Calmodulin. Glatte Muskulatur steckt in Hohlorganen und Gefäßen: Darm, Bronchien, Blase, Uterus, im Auge an Pupille und Linse. Sie schiebt Inhalt weiter, entleert Organe und stellt die Gefäßweite ein.
Neurone erzeugen und leiten Aktionspotenziale, Gliazellen stützen, ernähren und isolieren sie. Matrix gibt es hier kaum.
Ein Neuron hat drei Abschnitte. Die Dendriten empfangen Signale, das Soma enthält Zellkern und Stoffwechsel, das Axon (Neurit) leitet Aktionspotenziale zu Nerven-, Muskel- oder Drüsenzellen. Motorische Axone enden an der motorischen Endplatte. Im Schnitt hat ein Neuron über 1000 Synapsen.
Nach den Fortsätzen unterscheidet man vier Typen:
| Typ | Fortsätze | Beispiel |
|---|---|---|
| multipolar | viele Dendriten, ein Axon | häufigster Typ |
| bipolar | ein Dendrit, ein Axon | Geruchssinneszellen |
| unipolar | nur ein Axon | Stäbchen und Zapfen |
| pseudounipolar | Fortsätze verschmolzen, dann geteilt | sensible Spinalganglien |
An der chemischen Synapse setzt das präsynaptische Ende Neurotransmitter frei, die postsynaptisch erregend oder hemmend wirken; die Übertragung läuft nur in eine Richtung. Ruhepotenzial, Aktionspotenzial und Synapse im Detail: → Ausführlich in: Nervensystem
Gliazellen füllen den Raum zwischen den Neuronen fast ganz aus. Im Gehirn gibt es etwa so viele Gliazellen wie Nervenzellen (1 : 1).
| Gliazelle | Ort | Aufgabe |
|---|---|---|
| Oligodendrozyt | ZNS | myelinisiert mehrere Axone |
| Schwann-Zelle | PNS | myelinisiert ein Axonsegment |
| Astrozyt | ZNS | Blut-Hirn-Schranke, Milieu |
| Mikroglia | ZNS | Fresszelle, Immunabwehr |
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Deine AufgabeWorin unterscheiden sich Oligodendrozyt und Schwann-Zelle? Welche Gliazelle gehört zur Blut-Hirn-Schranke?
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
Astrozyten bedecken alle Blutgefäße, sind über Gap Junctions vernetzt und bilden mit Endothel und Basallamina die Blut-Hirn-Schranke.
Die Myelinscheide isoliert das Axon. Zwischen den Segmenten liegen die Ranvier-Schnürringe, die Erregung springt von Lücke zu Lücke (saltatorische Erregungsleitung) und leitet deshalb schneller.
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Deine AufgabeWelche drei Faserarten siehst du, und worin unterscheiden sie sich? Woran erkennst du Knorpel und Fettgewebe?
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Deine AufgabeNenne für jede Muskelart Lage des Zellkerns, Streifung und Steuerbarkeit. Woran erkennst du Herzmuskel sicher?
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
