Elastin: Aufbau, Funktion und Erkrankungen

Elastin ist ein grundlegendes Protein für die Elastizität und Funktion von Geweben, die mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, wie Haut, Blutgefäße und Lungen. Kommt es zu Störungen in der Elastinproduktion oder -funktion, können schwerwiegende klinische Probleme auftreten, die von Hautalterung bis hin zu lebensbedrohlichen Erkrankungen wie Atemwegserkrankungen oder Aortenaneurysmen reichen. Die Anatomie, der Aufbau sowie Funktion und Klinik werden im folgenden Artikel dargestellt.

Elastin – Definition

Elastin ist ein Protein, das in elastischen Geweben der Haut, den Lungen, den Blutgefäßen sowie den Bändern vorkommt. Es dient der Elastizität des Bindegewebes und gehört zu den wichtigsten Strukturproteinen des menschlichen Körpers und ist essenzieller Bestandteil der extrazellulären Matrix.

Elastin – Anatomie und Aufbau

Elastin kommt zu einem großen Teil in der Lunge, der Haut und in den Blutgefäßen vor. Es verleiht diesen Organen ihre charakteristischen Eigenschaften, nämlich die Elastizität. Zudem ist es neben dem Kollagen das zweite faserbildende Protein der Extrazellulärmatrix.

Elastin besteht aus kleinen, löslichen Tropoelastin-Monomeren, die durch kovalente Bindungen zu elastischen Fasern polymerisieren. Diese Fasern sind sehr stabil und langlebig, was zur Elastizität der Gewebe beiträgt. Außerdem wird Elastin oft durch ein Gerüst aus Mikrofibillen umgeben, die aus Fibrillin bestehen. Elastin weist einen hohen Anteil an den Aminosäuren Glycin und Prolin auf. Durch alternierende alpha-Helices und hydrophobe Domänen kommt es zur Elastizität des Bindegewebes.

Zu den Organen und Strukturen, in denen Elastin eine essenzielle Rolle einnimmt, gehören:

• Haut: Hier sorgt Elastin für die Dehnbarkeit und Rückstellkraft der Haut
• Lungen: Die Lungen enthalten zahlreiche elastische Fasern, die bei der Atmung helfen, indem sie sich dehnen und wieder zusammenziehen.
• Blutgefäße: Besonders in Arterien ist das Elastin sehr bedeutend für die Gefäßelastizität und ermöglicht den Blutgefäßen, den Blutdruck zu puffern, indem sie sich während der systolischen Phase der Herzaktion dehnen.
• Bänder und Sehnen: Hier hilft es Bewegungen zu unterstützen und die Beweglichkeit der Gelenke zu gewährleisten.

Je mehr elastische Fasern sich in der Matrix befinden, desto höher ist die Dehnbarkeit des Gewebes. Der Abbau des Elastins erfolgt durch das Enzym Elastase.

Elastin – Funktion

Die Hauptfunktion von Elastin liegt in seiner Fähigkeit, Dehnbarkeit und Elastizität in Geweben zu ermöglichen, die wiederholten mechanischen Belastungen ausgesetzt sind.  Im Einzelnen gehören dazu die folgenden Funktionen:

• Elastizität und Rückstellung: Elastin ermöglicht es Geweben, sich zu dehnen und danach wieder in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren, was entscheidend für die mechanische Funktion vieler Organe ist. Dies betrifft insbesondere die Blutgefäße, die sich während der Herzauswurfphase (Systole) dehnen und während der Füllungsphase (Diastole) zusammenziehen.
• Abpuffern von Druckänderungen: In den Arterien trägt Elastin dazu bei, den Blutdruck zu regulieren, indem es Blutdruckspitzen dämpft und den Blutfluss gleichmäßiger macht.
• Lungenfunktion: In den Lungen gibt es viele elastische Fasern. Sie ermöglichen den Alveolen (Lungenbläschen) sich während der Einatmung auszudehnen und während der Ausatmung wieder zu verkleinern.
• Beweglichkeit der Haut: Elastin trägt zur Flexibilität und Spannkraft der Haut bei und ermöglicht die Dehnung bei Bewegung oder äußerer Belastung.

Elastin – Klinik und Erkrankungen

Elastin ist ein langlebiges Protein, das im Laufe des Lebens aber abnimmt und somit zu verschiedenen Erkrankungen und altersbedingten Veränderungen führen kann. Zu den wichtigsten klinischen Aspekten im Zusammenhang mit Elastin gehören:

• Alterung der Haut und Elastinabbau: Im Laufe des Lebens nimmt die Produktion von Elastin ab und es kommt zur Veränderung der Elastinfasern. Die Spannkraft der Haut nimmt somit ab und es kommt zur Hauterschlaffung und Faltenbildung. UV-Strahlung kann den Abbau von Elastin beschleunigen und führt zu vorzeitiger Hautalterung.
• Arteriosklerose: Da die elastischen Fasern in den Arterien eine zentrale Rolle bei der Gefäßelastizität spielt, kommt es bei arteriosklerotischen Erkrankungen oder im Alter zur Abnahme der Elastizität. Dies kann zu erhöhtem Blutdruck und einer Versteifung der Arterien führen. Dadurch erhöht sich das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, wie Bluthochdruck, Schlaganfall und Herzinfarkt.
• Marfan-Syndrom: Hier handelt es sich um eine genetische Erkrankung, bei der es zu Defekten im Fibrillin-Gerüst kommt, welches das Elastin stabilisiert. Patienten haben weniger stabile elastische Fasern und es kann zu Problemen im Bindegewebe der Herzklappen und Blutgefäßen (z.B. Aortenaneurysma) kommen.
• Williams-Beuren-Syndrom: Ebenfalls eine genetische Erkrankung, bei der ein Abschnitt des Chromosoms 7, welches das Elastin-Gen enthält, fehlt. Durch eine daraus resultierende verminderte Elastinproduktion kann es zu schwerwiegenden Problemen in den Arterien, insbesondere der Aorta kommen.
• Chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD): Bei COPD und insbesondere bei Lungenemphysem, tritt ein übermäßiger Abbau von Elastin in den Alveolen auf, wodurch die Elastizität verringert wird. Die Atemfunktion ist somit eingeschränkt.