Endothel

Das Endothel bildet die innerste Zellschicht der Intima, der inneren Schicht des dreischichtigen Wandaufbaus einer Arterie.

Die Zellen enthalten einen oder mehrere Zellkerne und sind relativ platt. Sie sind in Längsrichtung angeordnet und gewährleisten dadurch einen reibungslosen Durchfluss des Blutes durch die Gefäße.

Das Endothel besteht aus einzelnen Zellen, die durch dichte Zellkontakte miteinander verzahnt sind. Zu diesen Kontakten gehören Adhärenskontakte, Tight junctions und Gap Junctions.
Sie trennen den Intravasalraum von den tieferen Schichten der Gefäßwand und verhindern somit den Kontakt zwischen Blutzellen und Extrazellularmatrix (also der Flüssigkeit außerhalb der Gefäße).
Gleichzeitig kontrollieren sie dadurch ebenfalls den Durchtritt von Plasmabestandteilen. Sie haben somit einen Einfluss auf die Endothelpermeabilität. Welche gelösten Stoffe durch die Zellkontakte hindurch treten können, wird unter anderem durch eine oberste Schicht aus Zuckerketten beeinflusst. Diese apikale Oberfläche wird auch als Glykokalix bezeichnet. Zudem können an die Glykokalix verschiedene Stoffe binden und dadurch das Zellinnere beeinflussen. An der gegenüberliegenden Seite, der basalen Seite der Zelle, sind die Endothelzellen über lokale Kontakte mit der subendothelialen Schicht verzahnt.

Das Endothel hat einige Funktionen, die je nach Größe und Lage des Gefäßes unterschiedlich sein können.

Zum einen hat es die Funktion eine Barriere zu schaffen. Die Tight Junctions als starker Zellkontakt zwischen den Endothelzellen verhindern den passiven Durchtritt von Bestandteilen, die im Blut gelöst sind. Sie bilden demnach eine dichte Diffunsionsbarriere zum Schutz ungewollter Konzentrationen von Stoffen in der subendothelialen Schicht.

Die apikale Oberfläche mit Zuckerresten angesiedelt verhindert das Anheften von Blutzellen. Erst durch eine entsprechende Aktivierung von Selektinen und anderen Molekülen können Stoffe daran binden. So trägt das Endothel ebenfalls auch zur Blutgerinnung bei.
Im intakten Zustand verhindert es das Entstehen eines Blutgerinnsels und nach einer Gefäßverletzung fördert es die Gerinnung.

Weiterhin kann durch das Endothel die Gefäßweite reguliert werden. Die Endothelzellen sind mit innen liegenden Muskelzellen der mittleren Schicht, der Media, durch sogenannte myoendotheliale Kontakte verbunden. Über diesen Kontakt, der meist über Gap junctions hergestellt wird, üben einen gefäßerweiternden Einfluss auf die Muskulatur.

Lokal kann das Endothel zusätzlich Stickstoffmonoxid (NO) abgeben. Die Ausschüttung von Stickstoffmonoxid kann durch die Scherkräfte ausgelöst werden, die durch die Reibung des vorbeifließenden Blutes bei einem erhöhten Blutdruck zustande kommen. Eine andere Möglichkeit ist der Stimulus durch gefäßerweiternde Wirkstoffe, die an Oberflächenrezeptoren des Endothels binden. Dabei handelt es sich um einen gefäßerweiternden Stoff. Bei Bedarf kann es aber auch eine gefäßverengende Substanz ausschütten. Dabei handelt es sich um das Protein Endothelin.

Das Endothel kann in verschiedene Grundtypen eingeteilt werden. Die unterschiedliche Bauweise richtet sich nach der Funktion des Organs. Die Struktur hat einen starken Einfluss auf die Durchlässigkeit des Endothels (Endothelpermeabilität) für die im Blut und Gewebe befindlichen Stoffe.

Geschlossenes (kontinuierliches) Endothel

Das geschlossene Endothel kommt am häufigsten vor. Unter anderem besonders bei Kapillaren und anderen Segmenten des Gefäßsystems sowie in Muskel-, Binde- und Nervengewebe und in der Lunge und Haut.

Charakteristisch für diesen Endotheltyp sind zum Lumen gerichtete Einstülpungen (Caveolae). Sie dienen dem Transport von Stoffen durch die Zelle hindurch (transzellulär), indem sie sich kurzfristig im Rahmen der Transzytose zu einem Kanal entwickeln können. Zudem dienen die Einstülpungen der Oberflächenvergrößerung. An der Membran des Endothels ist dann ausreichend Platz für zahlreiche Kanäle, Pumpen, Transporter und Rezeptoren, die enorm wichtig für die Prozess im Zellinneren.

Eine besondere Form des kontinuierlichen Endothels stellt das Endothel der Hirnkapillaren dar. Sie sind im Vergleich zu den restlichen Zellen 100fach niedriger durchlässig. Dichte Zellkontakte halten den parazellulären Weg gut verschlossen. Diese Eigenschaft ist von besonderer Bedeutung für die Blut-Hirn-Schranke. Dadurch können nur ausgewählte Stoffe durch die Membran.

Fenestriertes Endothel

Fenestriertes Endothel kommt besonders in endokrinen Drüsen, Darmschleimhaut, in Kapillaren der Niere und in bestimmten Regionen der zentralen Nervensystems.

Grundsätzlich ähnelt es im Aufbau dem geschlossenen Endothel. Im Gegensatz dazu besitzt das fenestrierte Endothel wie der Name es schon erahnen lässt Fenster in der Membran. Dabei handelt es sich um siebplattenartige Ansammlungen, die je nach Organ befindet sich unter diesen Fenstern ein Diaphragma. Hier befinden sich ebenfalls Zuckerreste mit negativer Ladung. Durch die negative Ladung können gleich geladene Proteine nicht durch die Fenster hindurch treten. Dagegen können Wasser und wasserlösliche Moleküle schnell hindurch diffundieren.

Diskontinuierliches Endothel

Diese Art von Endothel kommt nur in wenigen Organen vor, so zum Beispiel in der Leber oder im Knochenmark. In der Leber besitzen die Endothelzellen große Poren ohne Diaphragma, die durch die Zellen ziehen. Sie ermöglichen den Durchtritt von den meisten Plasmaproteinen.
Es ist jedoch noch ungeklärt ob diese Poren dauerhaft in der Membran verankert sind oder nur temporär.

Eine besondere Form des diskontinuierlichen Endothels kommt in den Milzzellen vor. Dort bestehen echte Lücken zwischen Zellen, durch die dann die Blutzellen in das Gefäßsystem rezirkulieren können.

Verschiedene Risikofaktoren wie der arterielle Bluthochdruck, erhöhte Cholesterinwerte und besonders der Nikotinkonsum verändern schwerwiegend die Funktion des intakten Endothels. Man spricht dann von einer Endotheldysfunktion.

So kann zum Beispiel oxidativer Stress den Stickstoffmonoxid- Mechanismus verändern und es entstehen hochgiftige Metabolite, die das Endothel schädigen können.

Endothelschäden bilden schließlich die Grundlage für die Entstehung von Arteriosklerose. Dabei handelt es sich um krankhafte Wandveränderungen besonders von elastischen und größeren Arterien. An den Wandverletzungen bilden sich atheromatöse Plaques, eine Anhäufung von eingedrungenen Lipiden, Cholesterin und als Schaumzellen bezeichneten Mastzellen. Dadurch kommt es zur Einengung des Gefäßlumens (Stenose) und Minderdurchblutung (Ischämie) des nachfolgenden Gewebes. Es besteht dann die Gefahr, dass sich daraus eine Nekrose entwickelt (Infarkt), der lebensbedrohliche Folgen haben kann.