Natur und Technik für den Pflichtschulabschluss: Menschliche Gewebe

Der menschliche Körper besteht, wie jedes Lebewesen, aus verschiedenen Organen, wie z.B. das Herz, die Lungen, der Magen, die Leber usw.. Jedes Organ hat eine gewisse Funktion und alle Funktionen werden koordiniert. Um die Funktion des jeweiligen Organs zu erfüllen, müssen sich seine Zellen anpassen und bestimmte Merkmale aufweisen. Allerdings kann man bei aller Organen und im ganzen Körper Ähnlichkeiten bei den Merkmalen seiner Zellen erkennen. Nach diesen Merkmalen kann man die Zellen in vier Gruppen einteilen, sogenannten Gewebe. Die Zellen eines Gewebes besitzen ähnliche Funktionen und erfüllen gemeinsam die Aufgaben des Gewebes. Vier Gewebesorten kann man in allen Tieren finden: Epithelgewebe, Binde- und Stützgewebe, Muskelgewebe und Nervengewebe.

Epithelgewebe

Das Epithel ist ein Gewebe, das die Oberflächen bedeckt. Epithelgewebe decken die innere und äußere Oberfläche des Körpers von Tieren ab. Die äußere Schicht der Haut z. B. (Epidermis genannt) ist ein Epithelgewebe. Epithelgewebe dienen als Schutz und zum Absorption und Sekretion von Stoffen. Man unterscheidet auch zwischen Oberflächen- und Drüsenepithelien. Über Epithele finden allerdings auch weitere Funktionen statt, wie Austausch von Stoffen, Wahrnehmung und Temperaturregelung.

Die Haut

Schemazeichnung der Haut

Die Haut ist ein Organ (wenn auch so ausgebreitet) und besteht aus verschiedenen Schichten. Die äußerste, die Hornschicht, ist hart und besteht aus mehrerer Schichten ausgestorbener Zellen. Sie dient zum Schutz von Verletzungen und Austrocknung. Darunter gibt es unterschiedlichen Zellen. Es gibt u.a. Wahrnehmungsstrukturen, mit denen Druck, Temperatur, Schmerz und Berührung registriert werden. Andere Zellen (Melanozyten) schützen den Körper vor der UV-Strahlung. Die Schweißdrüsen schützen vor Überhitzung durch Verdunstung. Die äußerste Schicht der Haut ist ein Epithelgewebe, die Wahrnehmungsstrukturen sind Teil des Nervensystems und es gibt in der Haut auch Binde- und Muskelgewebe, also die Haut, wie fast jedes Organ, besteht aus alle vier Geweben.

Die Schleimhaut

Schnitt eines Dottergangs, mikroskopische Aufnahme

Die Schleimhäute formen die innere Oberfläche des Körpers. Der ganze Verdauungstrakt, die Atemwege, der Harntrakt, die inneren und äußeren Geschlechtsorganen sind mit einer Schleimhaut abgedeckt.

Ein grundsätzlicher Unterschied zwischen Haut und Schleimhaut ist, dass die Schleimhaut im Gegenteil zur Haut feucht ist. Sie wird immer von einer schleimigen Substanz abgedeckt, die vom Organ zum Organ unterschiedlich ist. Schleimhäute bestehen aus allen vier Geweben, wie viele alle Organe: einer Epithelschicht an der Oberfläche, einer Bindegewebeschicht, einer epithelialen Muskelschicht und dazwischen Teilen von Nervenzellen. Schleimhäute dienen als Schutz, zur Absorption und Sekretion von Substanzen und als Sinnesorganen.

Das Endothel

Endothel der Hornhaut: mikroskopische Aufnahme

Das Endothel ist die innere Schicht der Blutgefäße. Vor allem reguliert es den Stoffaustausch zwischen Blut und die restlichen Gewebe. Es nimmt aber auch teil bei der Regulation des Blutdruckes, der Blutgerinnung und bei Entzündungsvorgängen. Die Fläche des Endothels ist mehr als 4000 m², sein Gewicht ca. 1 kg. Als Endothel wird auch die innere Schicht der Hornhaut des Auges bezeichnet.

Drüsen

Drüsen

Drüsen sind Organen, die Substanzen ausschütten. Es gibt exokrine Drüsen, die einen Ausführungsgang haben und dadurch ihre Sekretion auf eine innere oder äußere Oberfläche ausschütten und endokrine Drüsen (Hormondrüsen), deren Sekretion (Hormonen) im Blutkreislauf gelangt. Hormondrüsen sind die Schilddrüse, Teile der Bauchspeicheldrüse, die Insulin produzieren, die Hypo- und Epiphyse, der Thymus, die Nebenschilddrüsen, die Nebennieren und die Geschlechtsdrüsen (Eierstöcke und Hoden). Das Hormonsystem spielt eine entscheidende Rolle bei der Selbstregulation des Körpers.

Binde- und Stützgewebe

Knorpel am Rand eines Knochens

Binde- und Stützgewebe sorgen für den Zusammenhalt anderer Gewebe (etwa wie ein Klebstoff oder ein Gerüst) und füllen Zwischenräume. Hierzu gehören auch Knochen, Knorpel und Fettgewebe. Im weitesten Sinne gehören zu dieser Kategorie auch weitere spezialisierte Gewebe (Blut, freie Zellen).

Bindegewebsfasern

Knochengewebe

Bindegewebe

Im Bindegewebe findet man zwei Faserarten: Kollagen und elastischen Fasern.

Kollagen ist reißfest aber nicht elastisch. Es besteht aus langen Proteinmoleküle (Eiweiß) und befindet sich in Zähnen, Sehnen, Bändern, Knochen und Knorpeln. Fast 30% des Gesamtgewichts der Proteinen im Körper ist Kollagen. Das Wort stammt aus dem Altgriechischen und bedeutet „kleben“. Das ist genau was Kollagen tut: Es hält wie ein Klebstoff andere Strukturen zusammen. Für den Aufbau des Kollagen ist Vitamin C notwendig. Bei deren Mangel erkrankt der Mensch an Skorbut.

Die elastischen Fasern bestehen auch aus reißfesten langen Proteinmolekülen, die sich allerdings stark ausdehnen lassen. Werden diese nicht mehr ausgedehnt, ziehen sie sich zu ihrer vorherigen Länge wieder zusammen (Elastizität). Elastische Fasern befinden sich in allen Bindegewebe. Stärker treten sie in den Lungen, an den Arterien und in elastischen Bändern auf. Ein Band verbindet Knochen mit Knochen, eine Sehne einen Knochen mit einem Muskel.

Bindegewebszellen

Makrophagen töten eine Krebszelle

Alle Gewebe im Körper, manche mehr und manche viel weniger, regenerieren sich. Das bedeutet, dass Zellen und andere Teile des Gewebes aussterben und werden durch neue ersetzt. Die charakteristischen Zellen des Bindegewebes sind die Fibroblasten und die Fibrozyten. Sie sorgen dafür, dass ausgestorbene Teile des Gewebes ersetzt werden. Sie sind mit großen äste-ähnlichen Strukturen verbunden.

Im Bindegewebe gibt es auch viele Zellen (z. B. die sogenannten Makrophagen), die ähnlich oder gleich zu den weißen Blutkörperchen sind. Sie können sich mit Hilfe von fußähnlichen Strukturen innerhalb des Gewebes und durch die Blutgefäßewände bewegen. Genauso wie im Blut dienen sie dem Schutz vor Bakterien, Krebszellen und andere dem Körper bedrohenden Gebilden.

Knochen

Knochenzellen

Die Knochen sind auch lebendige, gut durchblutete Organe. Wie alle Organe bestehen Sie aus mehreren Gewebesorten (also nicht nur Binde- und Stützgeweben). Allerdings ist ihre Hauptfunktion diejenige des Stützgewebes.

Knochen werden ständig ab- und wieder aufgebaut. Die Zellen, die die Knochen abbauen, werden Osteoklasten genannt, diejenigen die die Knochen aufbauen Osteoblasten. An Gelenkflächen ist der Knochen mit Knorpel überzogen, der die Reibung zwischen den Knochen an der Gelenke reduziert.

Von der Form her gibt es Röhrenknochen (z. B. den Oberarmknochen, die beiden Unterarmknochen Elle und Speiche, den Oberschenkelknochen, die beiden Unterschenkelknochen Schien- und Wadenbein), platte Knochen (z. B. am Schädel, das Schulterblatt und die Rippen), kurze Knochen (z. B. die Handwurzel-knochen), Sesambeine (z. B. die Kniescheibe), luft-gefüllte Knochen (z. B. das Stirnbein am Schädel) und unregelmäßige Knochen (z. B. die Wirbel der Wirbelsäule).

Muskelgewebe

Darstellung der Proteinen Aktin und Miosin

Muskelgewebe bestehen aus Zellen, die sich kontrahieren (zusammenziehen) können. Die Zellen sind länglich und enthalten lange Proteinmoleküle (z. B. Aktin), die sich mit Hilfe von anderen Proteinen (z. B. Myosin) parallel zueinander bewegen können. Muskel sind für die Bewegung des Körpers und im Körper zuständig. Sie können sich aktiv kontrahieren und nur passiv ausdehnen. Es gibt drei Muskeltypen, die glatte, die Herz- und die Skelettmuskulatur. Letztere ist für die bewusste Bewegung des Körpers zuständig. Die glatte Muskulatur ist für in der Regel unbewusste Bewegungen zuständig, wie z. B. die Regelung der Breite unterschiedlicher Blutgefäße oder die Bewegung des Darms. Die Funktion des Muskelgewebes wird durch elektrische Signalen reguliert. Daher ist ein Stromschlag für die Funktion der Muskel gefährlich.

• Muskelgewebearten
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  Herzmuskel
• 
  Skelettmuskulatur
• 
  Glatte Muskulatur

Glatte Muskulatur

Die glatte Muskulatur kommt in den Wänden aller Hohlorgane (außer dem Herzen) vor, die sich zusammenziehen können. Solche Organe sind die Schweißdrüsen, die Blutgefäße, die Organen des Verdauungssystems, die Lungen, die Organen des Harngangs und die Geschlechtsorganen.

Skelettmuskulatur

Bauplan der Skelettmuskulatur

Bizeps Trizeps

Die Skelettmuskulatur ist für die bewusste Bewegung des Körpers zuständig. Diese Muskeln werden durch Sehnen an den Knochen befestigt. Sie bewegen die Knochen, die dann als Hebel funktionieren. Da die Muskeln sich nur kontrahieren (zusammenziehen) können, ist für jeden Muskel ein anderer notwendig (Antagonist: Gegenspieler), der die Gegenbewegung verursacht (z. B. Bizeps und Trizeps).

Das Herz

EKG

Das Herz ist der Muskel, der das Blut in Bewegung bringt. Die Funktion des Muskelgewebes wird durch elektrische Signalen reguliert. Im Herz gibt es gewisse Strukturen (Sinus- und AV Knoten genannt), die ein elektrisches Signal jede Sekunde (oder schneller) abgeben. Dieses Signal breitet sich ganz schnell im Herzen aus und führt zum Kontrahieren (Zusammenziehen) des Herzens. Diese elektrische Aktivität wird mit Hilfe eines Geräts, des Elektrokardiografen, aufgezeichnet (Elektrokardiogramm: EKG). Die Frequenz des Signals wird unbewusst durch das Nervensystem und durch Hormonen reguliert.

Nervengewebe

Das Nervengewebe besteht aus Zellen, aus denen Gehirn, Rückenmark und periphere Nerven aufgebaut sind. Seine Hauptfunktion ist die Koordination der Organen zwischen sich und des Körpers mit seiner Umwelt. Im Nervengewebe findet man Zellen mit großen Achsen (Axon und Dendriten), die für den Transport von Information in der Form von elektrischen Signalen zuständig sind.

Neuron

Neuron (graphische Abbildung)

Neuron am Mikroskop

Das Nervensystem besteht aus vielen verschiedenen Zellen. Die Zelle, die für den Transport von Informationen zuständig ist, wird Neuron genannt. Diese Zellen weisen eine lange Achse auf, das Axon. Dieses leitet elektrische Signale weiter. Ein Axon kann entweder ein Signal schicken, oder nicht (digitales System). Damit ist gemeint, dass es Schwankungen in der Stärke des Signals nicht gibt oder dass sie keine Rolle spielen. Andererseits kann die Frequenz der Signalen variieren.

Neuronen weisen auch Strukturen auf, die wie die Äste eines Baums aussehen, die sogenannten Dendriten. Mit denen werden Signalen aus anderen Zellen aufgenommen. Das Nervensystem besteht aus Neuronen, die in einer sehr komplexe Weise durch Axonen und Dendriten miteinander in Kontakt bleiben. Im Nervensystem gibt es allerdings auch Epithel- und Stutzgewebe.

Ein Nerv besteht aus den Axonen von mehreren Neuronen. Diese Axonen sind von Epithelzellen umgehüllt (z. B. die sogenannten Schwann-Zellen), die die Axonen schützen und die Weiterleitung der elektrischen Signalen stark beschleunigen. Ein Nerv kann bei einem Mensch bis etwas mehr als ein Meter sein, bei Dinosauren gab es Nerven von mehreren Metern lang.

Das Gehirn

• Das menschliche Gehirn
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  Von Außen
• 
  Von Innen
• 
  Von Unten

Motorische und sensorische Regionen des Gehirns

Das Gehirn ist eine sehr komplexe Struktur bestehend vor allem aus Neuronen. Viele Regionen im Gehirn haben eine gewisse Aufgabe (Lokalisation). Manche Teile sind für Gefühle zuständig, andere wieder für die Sinnesorganen (sensorische Regionen), andere Teile für die Bewegung (motorische Regionen) usw.. Für das Bewusstsein ist die Erregung einer solchen Region gleichbedeutend mit der Aufgabe. Wird beispielsweise die Gehirnregion für das Gefühl der Wärme am kleinen Finger äußerlich elektrisch stimuliert, dann hat die Person den Eindruck, dass der Finger warm ist, auch wenn das nicht wahr ist. Das wird auch in sogenannten stereotaktische Hirnoperationen festgestellt, wenn beispielsweise ein Tumor aus dem Gehirn entfernt werden muss. Solche Operationen finden oft mit Patient bei Bewusstsein statt. Durch Anregung der betreffenden Region kann man feststellen, wie wichtig die entsprechende Funktion ist und ob die Region geschnitten werden darf.

Die innere Teile des Gehirns sind für Grundfunktionen, wie das Atmen oder Grundgefühle (Angst, Genuss), zuständig. Viele Regionen der äußeren Teile (Neokortex genannt) sind für kompliziertere Aufgaben zuständig, wie das abstrakte Denken, die Kreativität, das mathematische Denken, die sozialen Fertigkeiten.

Früher hat man gedacht, dass das Nervensystem sich nicht regenerieren können. Heutzutage haben Forschungen gezeigt, dass es sich anpassen und, wenn auch beschränkt, regenerieren kann.

Rückenmark

Unterste Teil des Rückenmarks in der Wirbelsäule

Ausgang eines Nerven aus dem Rückenmark

Das Gehirn zusammen mit dem Rückenmark bilden das Zentralnervensystem (ZNS). Das Rückenmark ist wie eine Zwischenstation zwischen Gehirn und Rest des Körpers. Aus dem Rückenmark gehen viele Neuronaxone zum Rest des Körpers aus und tragen zur (meist bewusste) Bewegung und zur Wahrnehmung bei. Das Rückenmark wird von eine Art Beutel umgehüllt, die Rückenmarkshäute. In diesen befindet sich eine Art „Nervenwasser“, die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit, die bei der Diagnose von manchen Krankheiten wichtig ist. Allerdings wird oft Anästhesie mit direktem einspritzen von Betäubungsmitteln im unteren Teil des Rückenmarks durchgeführt. In dieser Art Anästhesie bleibt der Patient wach.

Wahrnehmungszellen der Haut

In der Haut gibt es Wahrnehmungsstrukturen, mit denen Druck, Temperatur, Schmerz und Berührung registriert werden. Diese Wahrnehmungsstrukturen sind Endungen der Axonen von Nervenzellen, die sich im Rückenmark oder im Gehirn befinden.

Der Druck wird mit den sogenannten „Lamellenkörperchen“ wahrgenommen. Die sehen wie (ganz kleine) Zwiebeln aus. Man findet sie vor allem in den Handflächen, den Fußsohlen, den Fingern und die Zehen und sogar auch bei manchen inneren Organen (z. B. Bauchspeicheldrüse, Vaginalwand oder Harnblase). Sie können eine Änderung des Drucks in sehr kurzer Zeit registrieren und daher können sie auch Vibrationen wahrnehmen.

Für die Wahrnehmung der Temperatur gibt es zumindest drei verschiedenen sogenannten Thermorezeptoren. Manche reagieren auf die Kälte und bei Temperaturen zwischen 3 und 40°C, manche auf die Wärme zwischen 30 und 42°C und manche auf die Hitze (auch Schmerzempfindung) über 42°C. Die Kälterezeptoren senden beispielsweise bei niedrigeren Temperaturen mehrere Signale pro Sekunde bei fallender Temperatur aus. Die Wärmerezeptoren senden mehrere Signalen bei steigender Temperatur aus.

Die Schmerzrezeptoren reagieren auf verschiedene Reize, wie mechanische Reize (vor allem bei Schnitten), chemische Reize oder bei Entzündungen.

Die Meissner-Körperchen sind zusammen mit anderen Rezeptoren für den Tastsinn zuständig. Tastrezeptoren kommen in großer Anzahl bei den Fingerkuppen, den Lippen,den Mundschleimhaut oder den äußeren Geschlechtsorganen vor. Der Rest des Körpers hat vor allem andere ähnliche Rezeptoren, die Haarfollikel-Sensoren.

• Rezeptoren der Haut
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  Schmerzrezeptor
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  Meissner-Körperchen
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  Lamellenkörperchen
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