Histologie – Definition, Grundbegriffe, Methoden & Einteilung

Histologie ist die Lehre von den Geweben und beschäftigt sich mit der mikroskopischen Struktur und Funktion biologischer Gewebe. Sie bildet eine Brücke zwischen der Zellbiologie und der makroskopischen Anatomie, indem sie die feinen Details der Gewebeorganisation und -funktion aufzeigt. Durch den Einsatz verschiedener Färbetechniken und mikroskopischer Methoden ermöglicht die Histologie ein tiefes Verständnis der normalen und pathologischen Gewebestrukturen, was für die medizinische Diagnostik und Forschung unverzichtbar ist.

Histologie – Definition

Histologie (von altgriechisch „histos“ = Gewebe und „logos“ = Lehre, Lehre der Gewebe) ist die Wissenschaft, die sich mit dem mikroskopischen Aufbau und der Funktion von Geweben und Zellen befasst und deren Struktur und Organisation untersucht. Durch verschiedene Färbetechniken und mikroskopische Methoden können histologische Untersuchungen zur Diagnose von Krankheiten und zum Verständnis biologischer Prozesse beitragen. Im Gegensatz zur makroskopischen Anatomie betrachtet die Histologie den Aufbau, der mit bloßem Auge nicht mehr sichtbar ist und bedient sich Hilfsmittel, wie dem Lichtmikroskop. Die hierarchische Gliederung in der Anatomie lässt sich dabei folgendermaßen betrachten:

• Die Anatomie umfasst Organe, die sich zum menschlichen Körper zusammensetzen -> mikroskopische Anatomie
• Die Organe bestehen aus Geweben -> Histologie
• Die Gewebe bestehen aus Zellen mit charakteristischem Aufbau -> Zytologie
• Zellbestandteile lassen sich auch Molekülebene analysieren -> Molekularbiologie

Histologie und Mikroskopie

Die Mikroskopie und Histologie sind eng verwandte, aber unterschiedliche wissenschaftliche Disziplinen. Mikroskopie befasst sich mit den Techniken und Instrumenten, die benötigt werden, um kleine Strukturen und Objekte zu vergrößern und sichtbar zu machen, die mit bloßem Auge nicht erkennbar sind. Diese Technik findet Anwendung in vielen Bereichen, darunter Biologie, Materialwissenschaften und Medizin. Histologie hingegen konzentriert sich speziell auf das Studium von Geweben und deren mikroskopischen Strukturen. Sie nutzt mikroskopische Techniken und verschiedene Färbeverfahren, um die Organisation und Funktion von Zellen und Geweben zu analysieren.

Abgrenzung zur Pathologie

Die Hauptaufgabe der Histologie ist es, die normale Gewebsarchitektur zu verstehen, indem sie verschiedene Färbe- und Mikroskopietechniken anwendet. Im Gegensatz dazu verwendet die Pathologie ähnliche histologische Techniken, um Krankheiten zu diagnostizieren und deren Ursachen, Mechanismen und Auswirkungen zu erforschen. Damit bildet die Histologie die Basis für die pathologische Untersuchung, indem sie das Verständnis für die normale Gewebestruktur liefert, das notwendig ist, um krankhafte Veränderungen zu erkennen.

Histologie – Terminologie und Begriffe

Um Prinzipien in der Histologie verstehen zu können, einigen sich Fachkräfte auf Termini, die Veränderungen im Gewebe beschreiben. Zum Grundverständnis sollte man dabei mit folgenden Begriffen vertraut sein:

• Längsschnitt (Saggitalschnitt): Ein Schnitt durch die Längsebene des Organs (häufig die tatsächlich längste Ebene, von einem Pol zum anderen) oder parallel dazu.
• Querschnitt (Transversalschnitt): Ein Schnitt quer zur Längsachse (diese steht im rechten Wickel auf der Ebene), bei schlauchförmigen Organen wie dem Darm, der Harnröhre oder der Speiseröhre wird so die ringförmige Schichtung deutlich sichtbar.
• Frontalschnitt (Koronarschnitt): Auch dieser Schnitt wird entlang der Längsachse geführt, allerdings parallel zur Vorderfläche des Organs. Man schaut also von vorne nach hinten (bzw. von hinten nach vorne). Saggital- und Frontalschnitt lassen sich in der Histologie ohne weitere Markierungen häufig nicht voneinander unterscheiden.

Das mikroskopische Aussehen eines Schnittbildes kann Hinweise auf die Ebene geben, muss es aber nicht. Die bessere Methode um die richtige Schnittebene zu erkennen, ist die genaue Kenntnis über den Wandaufbau der Organe.

Histologie – Geschichte, Methoden und Techniken

Die Gewebelehre wurde schon in der Antike (unter anderem durch AristotelesI geprägt und noch vor der Erfindung des Mikroskops wurden zunächst Gewebe und Parenchym unterschieden. Später – obwohl es bereits verbreitet war – wurde auch bei der Differenzierung der ersten 21 Gewebearten durch Xavier Bichat kein Mikroskop verwendet. Im 19. Jahrhundert wurde letztendlich der Begriff der Histologie als Teil der Anatomie geprägt und von der Histopathologie abgegrenzt. Die Techniken zur Erstellung von Gewebeschnitten, Färbungen und immer detaillierteren Betrachtungen fanden nach und nach Einzug in die Lehre der Gewebe und entwickeln sich bis heute weiter.

Vorbehandlung

Normalerweise lassen sich Gewebe und Zellen nicht einfach dem Körper entnehmen und untersuchen. Die mikroskopische Betrachtung setzt eine Vorverhandlung voraus, die mehrere Schritte umfasst:

• Fixieren
• Einbetten
• Schneiden
• Färben
• Eindecken

Bei der Fixierung werden dabei – beispielsweise durch Proteinfällung (Vernetzung von Eiweißen) – die Strukturen haltbar gemacht und Erreger abgetötet. Im nächsten Schritt werden die Gewebeproben mit Alkohol entwässert und mit Paraffin durchtränkt (Einbettung). Ein Mikrotom, ein Messer das besonders dünn schneiden kann, schneidet die gehärteten Strukturen. Anschließend bringt man sie auf einem Objektträger auf. Nachdem sie vom Paraffin gelöst wurden, folgt die Färbung. Letztendlich deckt man die Schnitte mit einem durchsichtigen Eindeckmedium ab, um sie haltbarer zu machen. Dieser Prozess dauert normalerweise mindestens einen Tag.

Färbemethoden der Histologie

Wie und ob ein Farbstoff eine Struktur färbt, hängt von seiner Affinität ab. Basische Farbstoffe sind kationisch (positiv geladen) und färben vor allem negativ geladene Komponenten, wie RNA und DNA. Diese werden dann als basophil bezeichnet. Eosinophile Strukturen sind vor allem positiv geladen und lassen sich durch anionische (saure) Farbstoffe anfärben. Hierbei handelt es sich oft um Zellen, die beispielsweise viele Mitochondrien enthalten.Der häufigste basische Farbstoff ist Hämatoxylin, der häufigste saure Farbstoff Eosin (daher der Begriff eosinophil).

Prinzipiell hat jede Disziplin ihre eigenen Farbstoffe, die besonders häufig verwendeten Kombinationen bezeichnet man als Standardfärbungen. Sie setzen sich meist aus ein bis vier Farbstoffen zusammen und werden dann als Mono-, Bi-, Tri- oder Tetrachromfärbungen bezeichnet.

Quelle: Lüllmann-Rauch, Taschenlehrbuch Histologie, Thieme, 2015

Fluoreszenzverfahren

Fluoreszenzverfahren in der Histologie verwenden fluoreszierende Farbstoffe oder Proteine, um spezifische Strukturen oder Moleküle in Gewebeproben sichtbar zu machen. Hierbei sind die Farbstoffe häufig beispielsweise an Antikörper gekoppelt, die wiederum spezifisch gesuchte Strukturen binden. So lassen sich auch kleinste Mengen darstellen.

Schnellschnittuntersuchungen

Schnellschnittuntersuchungen, auch als intraoperative Gefrierschnittuntersuchungen bekannt, ermöglichen es Pathologen, während einer Operation schnell Gewebeproben zu analysieren. Dieses Verfahren hilft der Chirurgie bei der sofortigen Entscheidung über das weitere Vorgehen, zum Beispiel ob weiteres Gewebe entfernt werden muss. Die Proben werden schnell eingefroren, geschnitten, gefärbt und unter dem Mikroskop untersucht, um eine vorläufige Diagnose zu stellen.

Elektronenmikroskopie

Die Elektronenmikroskopie verwendet Elektronenstrahlen anstelle von Licht, um extrem hohe Vergrößerungen und Auflösungen zu erreichen, die weit über die Möglichkeiten der Lichtmikroskopie hinausgehen. Mit dieser Technik können detaillierte Strukturen von Zellen, Organellen und Molekülen sichtbar gemacht werden, was für die Erforschung von Zellfunktionen und -pathologien entscheidend ist. Es gibt zwei Haupttypen der Elektronenmikroskopie: Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), die innere Strukturen durch Elektronenstrahlen zeigt, die durch dünne Proben hindurchtreten, und Rasterelektronenmikroskopie (REM), die Oberflächenstrukturen durch Abtasten mit Elektronenstrahlen abbildet. Aufgrund ihrer hohen Auflösung ist die Elektronenmikroskopie unverzichtbar in Bereichen wie Zellbiologie, Virologie und Materialwissenschaften.

Zellkulturen

Zellkulturen sind in vitro gezüchtete Zellen, die unter kontrollierten Bedingungen außerhalb ihres natürlichen Umfelds wachsen und sich vermehren. Sie dienen als Modell für das Studium von Zellverhalten, Medikamentenentwicklung, Krankheitsforschung und biologischer Prozesse.

Histologie – Einteilung nach IMPP

Die Histologie ist eine wichtige Forschungsrichtung und bildet die Grundlage für mikroskopische Analysen in der Pathologie und das generelle Verständnis von Funktionen im menschlichen Körper. Nicht zuletzt deshalb nimmt sie auch im Medizinstudium (und in vergleichbaren naturwissenschaftlichen Studiengängen) eine fundamentale Rolle ein, vor allem im Zusammenhang mit dem 1. Staatsexamen (auch Physikum oder M1 genannt). Das Institut für medizinische und pharmazeutische Prüfungsfragen (IMPP) teilt die Histologie in folgende Teilbereiche.

Epithelgewebe

Bei Epithelgewebe handelt es sich um Zellverbände, die polar aufgebaut sind und über eine besonders hohe Dichte an Zell-Zell- und Zell-Matrix-Kontakten verfügen. Sie können ein- oder mehrschichtig sowie ein- oder mehrreihig sein und verfügen über Zellpolarität, haben also eine apikale und eine basale Seite. Die „bekannte“ Form des Epithels ist das Oberflächenepithel, das den Körper nach außen hin zu seiner Umwelt abgrenzt und auch die Lumina von Organen auskleidet (Endothel). Die Hauptfunktion von Epithelien sind Schutz, aber auch gezielte Nährstoffaufnahme und mehr.

Drüsengewebe gehört ebenfalls zu den Epithelien, dient aber anders als das Oberflächenepithel nicht dem Schutz, sondern primär der Sekretion. Man unterscheidet exokrine und endokrine Drüsen. Erstere bestehen fast immer aus einer Drüsenendstück und einem Ausführungsgang. Ihr Sekret wird in Lumina des Körpers oder direkt nach außen hin abgegeben. Die anhand des Aufbaus und der Sekretion zu unterscheidenden Drüsen können intraepithelial (beispielsweise Becherzellen) oder extraepithelian (wie Schweiß-, Talg- oder Speicheldrüsen) liegen. Ihre Sekrete sind serös, mukös oder gemischt. Bei endokrinen Drüsen handelt es sich um spezialisierte Zellen, die einen Botenstoff (Hormone) in die Blutbahn abgeben. Sie kommen häufig im Zusammenhang mit endokrinen Organen vor. Beispiele sind die Adenohypophyse, die C-Zellen der Schilddrüse oder auch die Nebennierenrinde.

Binde- und Stützgewebe

Binde- und Stützgewebe sind essenzielle Komponenten des menschlichen Körpers und spielen eine zentrale Rolle in der Histologie. Bindegewebe besteht aus Zellen, Fasern und einer extrazellulären Matrix, die zusammen eine Vielzahl von Funktionen erfüllen. Es bietet strukturellen Halt und Stabilität, verbindet und trennt verschiedene Gewebe und Organe, speichert Energie in Form von Fett und beteiligt sich an der Immunabwehr. Es gibt verschiedene Typen von Bindegewebe, darunter lockeres Bindegewebe, das flexibel und weit verbreitet ist, straffes Bindegewebe, das in Sehnen und Bändern vorkommt, und spezielles Bindegewebe wie Fettgewebe und Mesenchym (embryonales Bindegewebe).

Stützgewebe umfasst Knorpel und Knochen, die beide für die Unterstützung und den Schutz der weichen Gewebe und Organe des Körpers verantwortlich sind. Knorpel ist ein flexibles, aber festes Gewebe, das in Gelenken, der Nase, den Ohrmuscheln und der Atemwege vorkommt, und es reduziert Reibung und absorbiert Stöße. Knochengewebe ist ein hartes, mineralisiertes Gewebe, das das Skelett bildet, strukturelle Unterstützung bietet und Kalzium speichert.

Muskelgewebe

Muskelgewebe hat die einzigartige Möglichkeit im Körper, sich aktiv und reversibel zu verkürzen. Dafür verantwortlich sind sogenannte Myofilament. Man unterscheidet glatte von quergestreifter Muskulatur, wobei diese Begriffe sich vor allem auf die histologisch-visuellen Charakteristika beziehen. Das Grenzgewebe zwischen beiden Formen ist Herzmuskelgewebe, das optisch der quergestreiften Muskulatur ähnelt, in seinem Verhalten aber mehr Funktionen der glatten Muskeln aufweist.

Nervengewebe

Nervengewebe besteht aus Neuronen und Gliazellen, die zusammen die Grundlage für die Signalübertragung und -verarbeitung im Nervensystem bilden. Es ermöglicht die Kommunikation zwischen verschiedenen Körperteilen und steuert zahlreiche Funktionen wie Bewegung, Wahrnehmung und Denken.

Mikroskopische Anatomie

Die mikroskopische Anatomie und Histologie werden häufig als Synonyme Begriffe verwendet. Tatsächlich umfasst die Histologie aber zusätzlich die Gewebelehre – also mikroskopische Grundlagen im Zusammenhang mit dem menschlichen Körper – während die mikroskopische Anatomie nur den tatsächlichen Feinbau der Organsysteme beleuchtet.