Histologie

Die Histologie (von gr. histos „Gewebe“ und logos „Lehre“) ist die Wissenschaft von biologischen Geweben. Die Histologie ist demnach ein Teilgebiet der Medizin oder Biologie und hier wiederum Teilgebiet der Anatomie oder Pathologie.

Der Histologe untersucht Gewebeproben. Dazu werden mikrometerdünne, gefärbte Gewebsschnitte hergestellt und am Mikroskop beurteilt. Man spricht von morphologischer Diagnostik, da anhand des Erscheinungsbildes und färberischen Verhaltens der Gewebestrukturen der Befund erstellt wird. Zum Probengut beim histologischen Arbeiten gehören Operationspräparate (z. B. Magen, Darm, Niere), Probeexzisionen (z. B. Muttermal, Sehnen, Zysten) und Biopsien (z. B. Magen-, Darm-, Brustgewebe-Biopsien). Mit Hilfe der modernen Technik lassen sich schon an winzigen Gewebestückchen (1–2 mm) feingewebliche Diagnosen erstellen. Diese mikroinvasiven Methoden sind für die Patienten schonend und werden oft bei Vorsorgeuntersuchungen durchgeführt.

Die elektronenmikroskopische Untersuchung von Gewebe fällt ebenfalls vorwiegend in den Forschungsbereich. Hier werden 0,01–0,5 µm dicke Schnitte hergestellt und mit einem hoch auflösenden Elektronenmikroskop begutachtet.

Histologischer Schnitt einer Lunge, Lungenpest

Zu den Aufgaben der Histopathologie gehört die Frühdiagnose von Tumoren (z. B. Magenbiopsie), Klassifizierung von Tumoren (gut-/bösartig), Nachweis von Stoffwechselerkrankungen, parasitären, bakteriellen, entzündlichen Erkrankungen, Hilfestellung zur Therapiewahl und vieles mehr.

Geschichte

Henri Louis Duhamel du Monceau stellte fest, dass Tierknochen sich mit dem Farbstoff Krapp aus der Färberkrappflanze (Rubia tinctorum) anfärben lassen. Schon Christian Gottfried Ehrenberg benutzte im Jahre 1838 Karmin zur Anfärbung und mikroskopischen Beobachtung von Infusorientierchen (oder auch Protisten). Dann 1849 studierten Heinrich Göppert und Ferdinand Julius Cohn mittels der Farbstoffe Krapp und Karmin die Protoplasmaströmung in Pflanzenzellen. Einer, der die histologischen Färbetechniken weiterentwickelte, war um das Jahr 1855 der Anatom Joseph von Gerlach.[1][2] Er beschreibt die Färbung von Zellkernen in tierischen Zellen mittels Karmin. Heinrich Wilhelm Waldeyer wird im Jahre 1863 mittels eines Extraktes des Blutholzbaumes (Haematoxylum campechianum) die Hämatoxylinfärbung für Nervenzellen verwenden. Ein weiterer wichtiger Schritt war der Einsatz von Anilinfarbstoffen durch Paul Ehrlich; er wird diese Möglichkeiten in den Jahren 1879 bis 1894 perfektionieren.[3]

Als Begründer der Histologie gilt Marie François Xavier Bichat (1771–1802), der ohne Mikroskop 21 Gewebetypen im menschlichen Körper beschrieb. Die Entstehung der Histopathologie schreibt man Johannes Peter Müller (1801–1858) zu, der 1838 ein Buch über die Natur und Struktureigenschaften von Krebs veröffentlichte. Als Vater der Histopathologie wird Rudolf Virchow (1821–1902) bezeichnet. Der Begriff Histologie wurde im Jahre 1819 vom Anatomen Franz Josef Carl Mayer (1787–1865)[4] geprägt und als ein Teilgebiet der Anatomie angesehen. Im Jahre 1830 prägten Vincent Jaques Louis Chevalier (1770–1841) und sein Sohn Charles Louis Chevalier (1804–1859), deren Firma seit dem Jahre 1765 in Paris wissenschaftliche Instrumente fertigte, den Begriff Mikrotom für Gewebeschnittgeräte.[5]

Histotechnik

Hauptartikel: Histotechnik

Bevor ein Pathologe / Biologe die feingeweblichen Details einer Patientenprobe / eines Experimentes begutachten kann, muss das Gewebe einer ausführlichen Verarbeitung unterzogen werden. Diese Methoden werden als Histotechnik zusammengefasst und im histologischen Labor größtenteils von biomedizinischen Analytikern bzw. (V)MTAs durchgeführt.

Die Gewebeverarbeitung im histodiagnostischen Labor umfasst die Begriffe:

  • Fixierung zur Stabilisierung des Gewebes (Hauptfixans: 4 % neutral gepufferte Formaldehydlösung)
  • makroskopische Begutachtung, Zuschnitt der aussagekräftigen Gewebebezirke. In der Pathologie ärztliche Tätigkeit und zum diagnostischen Prozess gehörend.
  • Entwässerung und Imprägnierung des Gewebes mit flüssigem Paraffin
  • Einblocken des Gewebes in Paraffin: ein Paraffinquader wird hergestellt, der das Gewebe beinhaltet.
  • In modernen Histologielaboren werden die Gewebsstückchen in sogenannte „Einbettkassetten“ gelegt. In diesen durchläuft die Gewebeprobe die Entwässerung und Einparaffinierung. Danach dient die Kassette als Blockunterlage und kann so in den sogenannten Schnellspannrahmen, mit dem die meisten heutigen Mikrotome versehen sind, eingespannt werden.
  • Herstellung von 2–5 µm dicken Schnitten am Mikrotom
  • Aufziehen der Schnitte auf (beschichtete) Glasobjektträger
  • histologische Färbetechniken

Die Verarbeitung von FFPE-Gewebe (formalin-fixiertes paraffin-eingebettetes Gewebe) inklusive der Hämatoxylin-Eosin-Färbung stellt die weltweite Routine-Methode der Pathologie dar und dauert durchschnittlich ein bis zwei Tage von der Probenannahme bis zur Befundung. Im Gegensatz zum klinisch-chemischen Labor sind viele Arbeitsschritte von Hand durchzuführen. Besonders die Schnittherstellung am Mikrotom bedarf großen Geschicks.

Schnellschnittuntersuchung

Hauptartikel: Schnellschnittuntersuchung

Bei manchen Operationen benötigt der Chirurg noch während der Operation Informationen über das entnommene Gewebe für seine weitere Vorgehensweise. In diesem Fall wird ein Teil der Probe innerhalb von etwa 10 Minuten als Schnellschnitt verarbeitet.

  • Gewebestabilisierung durch Gefrieren (ca. −20 °C), je nach Gewebeart
  • Herstellung eines 5–10 µm dicken Schnittes am Kryostat
  • Aufziehen des Schnittes auf einen beschichteten Glasobjektträger
  • Schnell-HE-Färbung, Paragon-Färbung oder andere Schnellfärbung
  • Befundung

Färbemethoden der Histologie

Es gibt eine Unzahl verschiedener histologischer Färbungen, die im Laufe der letzten 120 Jahre entwickelt wurden. Der Großteil stammt aus den ersten 30 Jahren des vorigen Jahrhunderts. Im modernen Histolabor hat sich eine überschaubare Anzahl an Färbungen durchgesetzt. An erster Stelle steht die Hämatoxylin-Eosin-Färbung als Routine- und Übersichtsfärbung. Dafür werden meist computergesteuerte Färbeautomaten eingesetzt. Daneben werden für bestimmte Fragestellungen sogenannte Spezialfärbungen (meist von Hand) durchgeführt.

Die Färbetheorie der biologischen Färbungen begründet sich meist in der Reaktionsfähigkeit bestimmter Gewebestrukturen auf bestimmte Farbstoffe. Man klassifiziert die Zellstrukturen und Gewebe anhand des Färbeverhaltens durch die Farbstoffe in basophile, azidophile und neutrophile Strukturen.

Basophile Strukturen sind etwa der Zellkern, die Ribosomen und das rauhe endoplasmatisches Retikulum, sie sind sauer und färben sich daher mit basischen Farbstoffen (Hämatoxylin, Eisenhämatoxylin, Azokarmin, Methylenblau, Toluidinblau) an. Ein basischer Farbstoff ist chemisch gesehen ein Stoff, der Anionen abspalten oder Kationen aufnehmen kann. Sie verhalten sich also wie Reduktionsmittel oder Elektronendonatoren und werden bei einer chemischen Reaktion dadurch oxidiert.
Azidophile Strukturen sind etwa das Zytoplasma, kollagene Fasern diese sind basisch und färben sich daher mit sauren Farbstoffen wie Eosin, Anilinblau, Pikrinsäure, Säurefuchsin an.
Neutrophile Strukturen der Zelle werden weder durch basische noch durch saure Farbstoffe angefärbt.

Analysierte man den Färbevorgang histochemisch zeigte sich ein kompliziertes Bild physiko-chemischer Prozesse bestehend aus physikalischen Vorgängen wie der Diffusion, Elektroadsorption und Grenzflächenadsorption, chemisch aus den oben beschrieben Vorgängen hinsichtlich Ladungsverteilungen im Farbstoffmolekül (siehe auch Lewis-Säure-Base-Konzept) und an den histologischen Strukturen.

Die Hauptbindungskraft ist die Ionenbindung (saure Farbstoffe werden an basische Proteine gebunden). Bei histochemischen Methoden entwickelt sich eine farbige Substanz erst durch die Reaktion mit einem Gewebeinhaltsstoff (z. B. Berliner-Blau-Reaktion, Perjodacid-Schiffsche Reaktion). Des Weiteren gibt es noch enzymhistochemische Methoden, bei denen die Aktivität zelleigener Enzyme eine Farbentwicklung bewirken.

Diese klassische Histotechnik wird seit den 1980er Jahren durch die Immunhistochemie ergänzt. Hier beruht der Nachweis von „Zelleigenschaften“ auf einer Antigen-Antikörper-Reaktion. In einer Mehr-Schritt-Technik erfolgt die Sichtbarmachung der Reaktion durch eine Farbreaktion am Ort des Antigens (Proteins).

Seit den 1990er Jahren findet die In-situ-Hybridisierung Eingang in die histologische Diagnostik. Hier beruht der Nachweis auf der Aufschmelzung und spontanen Anlagerung von DNA-Doppel- bzw. Einzel-Strängen. Es werden Nukleinsäure-Sequenzen mit Hilfe sogenannter Sonden dargestellt. Sind diese Sonden mit Fluorchromen markiert, spricht man von Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH).

Mit diesen Methoden beginnt ein neuer Abschnitt der Histodiagnostik.

Histologischer Schnitt glatter Muskulatur (HE)
getrockneter Knochen, Fuchsin

Übliche Färbemethoden sind:

  • Hämatoxylin-Eosin-Färbung: Zellkerne/Bakterien/Kalk blau; Zytoplasma rötlich/bläulich, Kollagen rot
  • Azan-Färbung (Azokarmin G-Anilinblau): Zellkerne rot, Zytoplasma rötlich, Kollagen- und retikuläre Fasern blau, Muskelfasern rot
  • Trichrom nach Masson-Goldner (Eisenhämatoxilin / Säurefuchsin / Orange G / Lichtgrün): differenzierte Anfärbung der Bindegewebskomponenten, Zellkerne blauschwarz, Zytoplasma rot, Kollagen grün, Muskulatur hellrot
  • van Gieson (Eisenhämatoxylin / Pikrinsäure / Säurefuchsin): Kerne braun-schwarz, Zytoplasma gelb-braun, Kollagen (Bindegewebe) rot, Muskulatur orange
  • PAS-Reaktion: (Perjodsäure-Schiffsches Reagenz): neutrale Glykokonjugate (Schleimstoffe) magentarot
  • Berliner-Blau-Reaktion: Nachweis von dreiwertigen Eisenionen im Gewebe
  • Reticulinfärbung nach Gomori: Versilberung; reticuläre Fasern schwarz
  • von Kossa Färbung: Versilberung; Verkalkungen schwarz
  • Giemsa-Färbung: Blutzellenfärbung
  • Gramfärbung: Bakteriendifferenzierung in gram-positiv (blau) und negativ (rot)
  • Ziehl-Neelsen-Färbung: säurefeste Stäbchen (Tuberkulose-Bakterien) rot
  • Elastica (Resorcin-Fuchsin / Orcein): elastische Fasern schwarz-violett
  • LFB (Luxol Fast Blue / Kresylviolett): Markscheiden türkisblau, Kerne blauviolett
  • Eisenhämatoxylin nach Heidenhain (EH)
  • Neu-Metyhlenblau-Färbung, NMB-Färbung:
  • Golgi-Färbung: Versilberung einzelner Neurone mit Silbernitrat (sog. „schwarze-Reaktion“)
  • Kongorot-Färbung: Darstellung von Amyloidablagerungen Amyloidose

Siehe auch: Silberfärbung

Gewebearten

Literatur

  • Hans-Christian Burck: Histologische Technik. Thieme-Verlag, Stuttgart, ISBN 3-13-314306-9.
  • Renate Lüllmann-Rauch: Taschenlehrbuch Histologie. 2. Auflage. Thieme Verlag, Stuttgart, ISBN 3-13-129242-3.
  • Schiebler: Histologie. Springer-Verlag.
  • H. Leonhardt: Histologie, Zytologie und Mikroanatomie des Menschen. Thieme-Verlag, Stuttgart.
  • W. Kühnel: Taschenatlas der Zytologie, Histologie und mikroskopischen Anatomie. Thieme-Verlag, Stuttgart.
  • U. Welsch: Lehrbuch Histologie.
  • U. Welsch: Atlas Histologie.
  • Werner Tackmann: Repetitorium der Histologie, Teil 1 Zell- und Gewebelehre. 1999, ISBN 3-932723-00-7; 'Teil 2 Organe und Systeme. 1999, ISBN 3-932723-01-5.
  • N. Ulfig: Kurzlehrbuch Histologie. 2. Auflage, Thieme Verlag, Stuttgart, ISBN 3-13-135572-7.
  • J.A. Kiernan: Histological and histochemical Methods. Arnold, 1999, ISBN 0-7506-4936-4.
  • Gudrun Lang: Histotechnik. Springer, Wien/New York 2006, ISBN 3-211-33141-7.
  • M. Hartmann, M.A. Pabst: Zytologie, Histologie und Mikroskopische Anatomie. Facultas Verlag, 2009, ISBN 978-3-7089-0348-4.
  • Georg Dhom: Geschichte der Histopathologie. Springer, Berlin 2001.

Weblinks

 Commons: Histologie – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
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Wiktionary Wiktionary: Histologie – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Wikibooks Wikibooks: Pathologie – Lern- und Lehrmaterialien

Einzelnachweise

  1. Dieter Gerlach (Hrsg.): Die Anfänge der histologischen Färbung und der Mikrophotographie Josef von Gerlach als Wegbereiter. Harri Deutsch, 1998.
  2. Die Entwicklung der histologischen Färbetechnik. CibaZeitschrift, Basel 1943, Jhrg. Nr. 88, S. 3074 ff.
  3. Die Entwicklung der histologischen Färbetechnik. CibaZeitschrift, Basel 1943, Jhrg. Nr. 88, S. 3074
  4. August Franz Josef Karl Mayer: Ueber Histologie und eine neue Eintheilung der Gewebe des menschlichen Körpers. Bonn 1819
  5. Historische Mikroskope

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