Physiologie
der Haut
© H. Hinghofer-Szalkay
Akren: ἄκρος = äußerstes Ende, Spitze
apokrin: ἀπο = von (weg), κρῑ́νω = absondern
Dermis: δέρμα = Haut
ekkrin: ἐκ = heraus, κρῑ́νω = absondern
Keratin: κέρας = Horn
Langerhans-Zellen: Paul Langerhans
Melanin, Melanozyt: μέλας = schwarz
Phäomelanin: φαεινός = glänzend, leuchtend
Pheromon: φέρειν = überbringen, ὁρμᾶν = erregen
Piloerektion: pilus = Haar, erigere = aufrichten
Die
Haut ist Sinnesorgan (Mechano-, Thermo-, Nozizeption), immunologische Barriere, Vitaminproduzent (D-Hormon),
Wärmeaustauscher, Schweißproduzent und schützt
vor Strahlung und Austrocknung. Ihre Durchblutung kann so groß werden
wie das gesamte Ruhe-Herzminutenvolumen (vasodilatierende Wirkung von
Kininen); die Haut kann in ihren Venengeflechten beträchtliche Mengen Blut speichen. Interstitielle Flüssigkeit gelangt über kutane Lymphgefäße in den Kreislauf. Vor Strahlung schützt die Pigmentierung (Melanozyten bilden Eumelanin und transferieren es an Keratinozyten).
Eine erwachsene Person kann bei Hitzeeinfluss bis
zu 3 Liter Schweiß pro Stunde produzieren (pro Tag bis >10 Liter). Dabei
verliert der Körper außer Wasser auch Natrium, Chlorid, Laktat
(Schweiß-pH ~4,5) sowie geringe Mengen an Harnstoff, Aminosäuren, Laktoferrin, evt. Pharmaka
(z.B. Kokain, Opiate), Magnesium. Schweiß ist hypoton, die
osmotisch bedeutsamste Komponente ist Kochsalz.
Afferente Nervenfasern bringen Information über Berührung,
Vibration, Kälte und Wärme, sowie Schmerz an das Zentralnervensystem heran; autonom-efferente Nerven
steuern Gefäße und Drüsen (Schweiß, Talg, Pheromone). Kutane Neurone
vermitteln Axonreflexe und interagieren mit - teilweise trophischen -
Faktoren wie CGRP, NPY, Substanz P, VIP, Neurokinin A und Somatostatin; diese wirken z.T. als trophische Signalsubstanzen.
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Aufgaben der Haut Schweiß Hautdurchblutung Hautfarbe und Pigmentierung immunologische Eigenschaften Sinnesorgan Haut
Melanin
Praktische Aspekte
Core messages
Abbildung: Aufbau der menschlichen Haut
Nach einer Vorlage bei Thibodeau / Patton, Anatomy & Physiology (6th ed), Mosby Elsevier 2007
Links unbehaarte, rechts behaarte Haut.
Die
Haut unterscheidet sich an verschiedenen Stellen des Körpers durch
Festigkeit, Durchblutung, Schweiß- und Talgproduktion, Besatz mit
Rezeptoren (Haarfollikelrezeptoren vs. Meissner-Körperchen) u.a.
Die epitheliale Epidermis (Oberhaut) besteht aus
mehreren Schichten, das stratum corneum (Hornschicht) ist im
Allgemeinen 10-20 µm dick, am Scrotum nur 5 µm, an den Fußsohlen bis
600 µm.
Die Dermis ist gut einen Millimeter dick und reich an Blut- und Lymphgefäßen, die u.a. topisch auf die Haut aufgetragene Stoffe aufnehmen und weitertransportieren können. Sie enthält Mechanorezeptoren und Nervenfasern, Haarbälge und Drüsen
Die
Haut separiert einerseits das Innere des Körpers von der Umwelt und
beschützt es vor physikalischen, chemischen und biologischen Gefahren
(Verletzung, Hitze / Kälte, Strahlung, aggressive Substanzen,
Krankheitserreger) und stellt andererseits ein Passageorgan für
Wärmeaustausch, sensorische Reize, auch Signalübertragung dar. Sie schützt vor Schäden durch UV-Strahlung,
nutzt diese gleichzeitig zur Synthese von Vitamin-3-Hormon. Ihre
Durchblutung hat eine besonders große Schwankungsbreite und ihre
Venengeflechte können eine beträchtliche Blutmenge speichern.
Die Haut hat eine Vielfalt von Funktionen
Die Haut hat eine Gesamtmasse von 4-5 kg. Dank guter Isolierung mittels ihrer Epidermis ( Abbildung; überlappende Zellen und interzelluläre Lipide) verhindert die Haut unkontrollierten Wasserverlust über ihre Oberfläche von ~2m2.
Über Brandwunden oder großflächige Abschürfungen kann viel Wasser
von der Haut verdampfen. Erhebliche Dehydration kann in
kurzer Zeit auftreten, die durch Infusion von
Elektrolytlösungen wettgemacht werden muss.
Abbildung: Epidermis und Desmosom (schematisch)
Nach
einer Vorlage in Burge / Matin / Wallis, Oxford Handbook of Medical
Dermatology, 2nd ed. 2016 (links) und Ohno S, The genetic background of
arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy. J Arrhythmia 2016; 32: 398-403 (rechts)
Links: Ketarinozyten rücken von der regenerativen
Schicht (stratum basale) schrittweise (stratum spinosum, stratum
granulosum, stratum lucidum) zur Oberfläche (Pfeil) und verändern
dabei Form und Funktion. Die 12 bis 200 Zellen dicke Hornzellschicht (stratum corneum) enthält Zellen (Hornzellen, Korneozyten), die nicht mehr vital sind, aber eine mechanisch, chemisch und immunologisch aktive und zusammen mit extrazellulären Fetten wasserabweisende Schutzschicht aufbauen.
Diese wird im Rahmen kontinuierlicher Abschuppung (äußerste Schichte:
stratum disjunctum, hier verlieren die Zellen ihren wechselseitigen
Kontakt) laufend erneuert.
Die Zellen des stratum granulosum sind sowohl über Desmosomen als auch über tight junctions miteinander verknüpft.
An die Basalmembran sind die Zellen mittels Hemidesmosomen fixiert. In das stratum basale sind Melanozyten eingelagert. Die Zellen der Epidermis bilden mittels Keratinfilamenten und
Desmosomen ein mechanisch widerstandsfähiges Netzwerk.
Inset
rechts: Desmosomen enthalten spezialisierte Proteine (Desmocollin, Desmoglein, Plakophilin, Plakoglobin, Desmoplakin), welche benachbarte Zellen miteinander (von Zytoskelett zu Zytoskelett) mechanisch verknüpfen und so die notwendige
Festigkeit des zellulären Netzes gewährleisten
Die wichtigsten Eigenschaften und Aufgaben der Haut sind die folgenden:
Größtes Sinnesorgan; die Haut nimmt Sinnesreize auf (Oberflächensensibilität, Temperatur-, Schmerzsinn - die Oberhaut ist durchschnittlich 2-3 mm dick und wiegt ~5 kg) und leitet diese Information weiter - die Haut enthält schätzungsweise ~80 km Nervenfasern
Mechanischer / physikochemischer Schutz (vor
Eindringen von Fremdstoffen, Verlust von Körperflüssigkeit) - ohne
Epidermis würde der tägliche Flüssigkeitsverlust über Verdampfung etwa
20 Liter betragen. Die Abdichtung erfolgt über Desmosomen (an ihnen
verankern sich Keratinfäden - Tonofilamente, Intermediärfilamente - in der Zelle), Schlussleisten (tight
junctions) u.a.; in die extrazellulären Spalträume zwischen den
Epithelzellen sind Lipide zur Abdichtung eingelagert
Aufenthaltsort von ~1012 Mikroorganismen (Hautflora), immunologischer Infektionsschutz, vor allem angeboren (residente - im Gegensatz zur transienten - Hautflora)
Thermischer Ausgleich - Wasserverlust und Schweißsekretion (bis zu mehrere hundert Schweißdrüsen pro cm2 Haut, am dichtesten an den Fußsohlen), Wärmeaustausch, Piloerektion ("Gänsehaut") - der Mensch verfügt über ~5.106 Haare. Ein Haar kann ~3 kg Gewicht tragen. Haare wachsen pro Woche um ~2 mm; die musculi arrectores pilorum sind glatte Muskelzellen
über den Wärmeaustausch mit der Umgebung s. dort
Schutz vor Strahlung
- die Haut stellt eine Barriere gegen das Eindringen von Strahlung
verschiedener Wellenlänge (Infrarot, sichtbar, UV) und Beschaffenheit
(nicht-ionisierende, ionisierende Strahlung) dar. Die Bildung von Melanin
erhöht die Schutzfunktion gegenüber schädigenden Wirkungen von
UV-Licht, verstärkte Durchblutung kann lokale Erhitzung der Haut besser
ableiten.
Als Melanin bezeichnet man eine Gruppe von oligo- bis polymer angeordneten Biomolekülen, die von Melanozyten gebildet werden (Melanogegese)
und Haut, Schleimhäute, Gehirnhäute, Sinnesorgane (Iris) u.a.
pigmentieren. Der häufigste Typus heißt Eumelanin ( Abbildung: Nach einer Vorlage bei Wikipedia), gefolgt von Phäo-,
Neuro- und anderen Melaninen. Chemischer Ausgangspunkt ist die
Oxidation der Aminosäure Tyrosin. Die Pigmentierung der Haut verleiht
Schutz vor Strahlung (UV), darüber hinaus gehende biologische
Bedeutungen diverser Pigmentierungen sind nur zum Teil bekannt.
Abbildung: Strukturvariante von Eumelanin
Wikipedia
Melanine
werden in Melanosomen (speziellen Zellorganellen) aus der Amionosäure
Tyrosin aufgebaut und kommen in unterschiedlicher oligo- bis polymerer
Form vor, eine davon ist Eumelanin, das seinerseits verschiedene
molekulare Anordnungen haben kann. Eine davon ist hier dargestellt.
Eumelanin findet sich in der Haut und in Haaren. Diese erscheinen bei
hoher Konzentration dunkel gefärbt; bei geringer Eumelaninkonzentration
in Anwesenheit anderer Pigmente grau; ist nur Eumelanin in geringer
Konzentration vorhanden, erscheinen sie blond
Vitamin D-Synthese in Keratinozyten (7-Dehydrocholesterin → UV-B-Strahlung → 25-Hydroxycholecalciferol). Vitamin D3
entsteht in der Haut unter Einwirkung von UV-B-Licht (280-320 nm) aus
7-Dehydrocholesterin ( Abbildung). In einem weiteren Schritt konvertiert die Leber Vitamin D3
mittels Vitamin-D-25-Hydroxylase zu 25(OH)-Vitamin D3, die Niere
schließlich mittels 1α-Hydroxylase zur biologisch aktiven Form 1,25(OH)2-Vitamin D3 (Calcitriol). Dieser letzte Schritt steht unter mehrfacher hormoneller Kontrolle (Parathormon, Calcitonin).
Abbildung: Haut und Vitamin D-Synthese
Nach einer Vorlage in sphweb.bumc.bu.edu
Vitamin D3
entsteht in der Haut unter Einwirkung von UV-B-Licht aus
7-Dehydrocholesterin. Die Leber konvertiert zu 25(OH)-, die Niere zur biologisch aktiven Form 1,25(OH)2-Vitamin D3 (Calcitriol) - dieser Schritt wird durch mehrere Faktoren reguliert
Schutz vor Austrocknung sowie immunologischer Schutz durch die Aktivität von Schweiß- (sweat glands) und Talgdrüsen (sebaceous glands, Abbildungen), die sich vor allem in der Achselhöhle und der Perianalregion finden.
Talg ist eine ölig-wachsartige Substanz und besteht aus
Triglyzeriden, Estern, Squalenen und freien Fettsäuren, enthält Vitamin
E und stellt einen pH-Wert der Haut zwischen 4,5 und 6,2 ein
(antibakterielle Wirkung). Er stammt aus apokrinen, d.h.
membranumhüllte Partikel produzierenden Drüsenzellen, die ständig
erneuert werden. Talg hat eine schmutz- und wasserabweisende, aber auch
emulgierende Wirkung auf den von ekkrinen Drüsen erzeugten Schweiß.
Seine Sekretion wird gefördert durch Dihydrotestosteron und gehemmt
durch Östrogene.
Es gibt zwei Arten von Schweißdrüsen ( Abbildung):
Ekkrine Drüsen produzieren Schweiß für die Thermoregulation (größte Drüsendichte im Bereich der Handflächen und Fußsohlen - über Schweiß s. unten).
Apokrine Duftdrüsen
sind ähnlich strukturiert wie ekkrine, münden aber in Haartrichter
(Achselhöhle, Genitalregion). Ihr Sekret enthält Proteine, Lipide und
Steroide. Ihre Funktion wird durch Katecholamine angeregt, d.h. in
Situationen von Stress, Angst, sexueller Erregung (Warnsignal,
Pheromonwirkung). Bis zum Eintreten der Pubertät bleiben die apokrinen
Drüsen inaktiv.
Abbildung: Drüsen in der Haut
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 3rd ed., Elsevier 2016
Apokrine
Schweißdrüsen sind an Haarfollikel gebunden und produzieren Substanzen,
die nach der Sekretion in dessen Trichter durch bakterielle
Einwirkung zu Stoffen umgesetzt werden, die den "natürlichen"
Körpergeruch bestimmen.
Ekkrine
Schweißdrüsen (2-4 Millionen, besonders zahlreich an Stirn, Handflächen
und Fußsohlen) produzieren Schweiß, der für die Regulation der
Körpertemperatur notwendig ist (Verdunstungskälte); sie bilden
auch bakterizide Stoffe (z.B. Dermcidine)
Der Flüssigkeitsverlust über die Haut wird untergliedert in
Perspiratio insensibilis,
die ohne Aktivierung der Schweißdrüsen über Haut
und Atmung abgegebene Flüssigkeitsmenge - etwa 10 ml/kg Körpergewicht / 24 Stunden
(0,3 - 1,0 l/d), bei einer erwachsenen Person kann von einem auf diesem
Weg erfolgenden (unvermeidlichen) täglichen Flüssigkeitsverlust von gut
einem halben Liter ausgegangen werden
Perspiratio sensibilis, die durch Aktivierung der Schweißproduktion abgegebene Flüssigkeitsmenge - kann von Null bis zu mehreren Litern pro Tag betragen
Repräsentation nach außen bzw. Kommunikation (Hautbeschaffenheit, Farbe, Durchblutung - Erröten! -, Pheromone ).
Schweiß (aus apokrinen Drüsen, Abbildung) enthält Duftstoffe, die Information über
den emotionalen Zustand des "Senders" beinhalten (z.B. "Angstschweiß":
Dieser enthält Stoffe, die über den Geruchssinn unbewusst die
Gehirnaktivität beeinflussen).
Resorption: Über die Haut können fettlösliche Wirkstoffe (transdermale therapeutische Systeme), aber auch Gifte (z.B. Phenole) aufgenommen werden.
Höhermolekulare bzw. hydrophile Stoffe (z.B. Desinfektionsmittel)
werden hingegen von der Haut kaum aufgenommen. Das stratum corneum
stellt die Hauptbarriere dar (Wassergehalt <10%, zum Vergleich: ~70%
im Korium).
Hyperämisierende Stoffe oder auch "Schleppersubstanzen" steigern die Hautpermeabilität.
Liegen Exfoliationen oder Erytheme vor, oder fehlt
das Epithel (wie bei Verbrennungen), dann kann ein Vielfaches des
normalerweise möglichen kutanen Austausches mit der Umgebung auftreten.
Über die Abschätzung der Hautoberfläche s. dort
Schweißproduktion und -wirkung
Schweiß ist ein hypotones Sekret der (im Schnitt etwa 2 Millionen) Schweißdrüsen, das in erster Linie der Kühlung
dient.
Abbildung: Schweißproduktion
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 3rd ed., Elsevier 2016
Azinuszellen (coil cells, unten)
sezernieren Chlorid transzellulär, Natrium
parazellulär. Der basolaterale Mechanismus zur Anreicherung von Chlorid
(unten rechts) umfasst Na/K-Pumpen, Kaliumkanäle und Na/K/Cl-Symporter.
Chloridionen verlassen die Zelle an der apikalen Membran via
Chloridkanäle (unten links), das dadurch entstehende lumen-negative
Potential treibt die parazelluläre Natriumsekretion an. Es entsteht
primäres Sekret, eine ungefähr plasmaisotone, kochsalzreiche
Flüssigkeit.
Apikale /
basolaterale Membran s.
dort
Im Ausführungsgang (oben) wird Kochsalz zurückgewonnen - apikal durch einen ENaC und CFTR,
basolateral durch Na/K-ATPase, Kalium- und Choridkanäle. Ergebnis ist
hypotoner Schweiß, die Zusammensetzung hängt von der Durchflussrate ab
(>Abbildung unten).
Anregung
der primären Schweißproduktion erfolgt normalerweise cholinerg, ist aber auch
adrenerg möglich; die Rückresorption von NaCl - z.T. in Austausch mit Kalium - wird durch Aldosteron angeregt (nicht dargestellt)
Verdampfungswärme: Da der Übergang von flüssigem Wasser zu Wasserdampf pro Liter 2,4 MJ (~570 Cal) Energie erfordert, kommt es durch das Verdunsten von Schweiß an der Körperoberfläche zu effizienter Abkühlung auch dann, wenn die Lufttemperatur über
der Hauttemperatur liegt. (Vorausgesetzt, die Luft ist nicht
wasserdampfgesättigt, was z.B. in den Tropen der Fall sein kann - dann
funktioniert die Hitzeabfuhr über Evaporation nicht mehr,
Kreislauf und Wärmeregulation sind extrem belastet.)
Zum Vergleich: Der Energieverbrauch einer ruhenden Person beträgt
weniger als 90 Cal/h. Das Verdunsten von einem Liter Wasser auf der
Haut kann eine
Energiemenge abführen, die derjeniger entspricht, die man im Ruhezustand in ~6 Stunden produziert.
Die Schweißsekretion (Sudomotorik) wird vom Hypothalamus koordiniert, andere Teile des ZNS beteiligen sich an der Steuerung von Hautdurchblutung und Sudomotorik ( s. dort). Die
Schweißdrüsen werden durch sympathische Fasern über muskarinische Rezeptoren cholinerg (!) angeregt (nicht noradrenerg wie sonst bei sympathisch-postganglionären Fasern).
Acetylcholin regt die Schweißsekretion über muskarinerge Rezeptoren an
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Abbildung: Zusammensetzung des Schweißes als Funktion der Sekretionsrate
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 3rd ed., Elsevier 2016
Die
Ausführungsgänge resorbieren aus dem Primärsekret (im Wesentlichen
physiologische Kochsalzlösung) NaCl zurück; bei Schweißverlust um ~5
ml/(min.m2) sind die Natrium (rote Kurve) - und Chloridwerte (grüne Kurve) besonders niedrig (maximale Effizienz der kanalikulären Reabsorption).
Die Kaliumkonzentration (blaue
Kurve) ist bei minimaler Schweißsekretion am höchsten (4-5fach höhere
Werte als im Blutplasma, Aldosteroneffekt) und sinkt mit der
Sekretionsleistung etwa auf Blutwerte ab. Mit ansteigendem Schweißfluss
nehmen die Natrium- und Chloridwerte wieder zu (auf rund die Hälfte der
Werte, die sich im Blutplasma finden).
Bei zystischer Fibrose
(=Mukoviszidose) ist der CFTR-Chloridtransporter defekt, die
Kochsalz-Rückresorption ist weitgehend eingeschränkt und die
Kochsalzwerte im Schweiß sind unphysiologisch hoch (strichlierte Kurven)
Eine erwachsene Person kann bis zu ~3 Liter
pro Stunde (pro Tag bis über 10 Liter) schwitzen. Durch den Flüssigkeitsverlust kann es zu Dehydrierung kommen.
Gleichzeitig gehen dem
Körper außer Wasser auch im Schweiß gelöste Stoffe verloren.
Zusammensetzung: Schweiß besteht zu >99% aus Wasser. An organischen Bestandteilen finden sich u.a. Laktat (Schweiß-pH ~ 4,5), Harnstoff, Aminosäuren, Lactoferrin. Weiters sind im
Schweiß auch Pharmaka nachweisbar (z.B. Kokain, Opiate).
Bezüglich der Mineralien weist Schweiß geringere
Konzentrationen auf als das Blutplasma, mit Ausnahme von Kalium, das in den
Ausführungsgängen z.T. gegen Natrium ausgetauscht wird mit dem
Ergebnis, dass [K+] - bei niedriger Schweißsekretion - sogar wesentlich höher sein kann als im
Blutplasma (bis ~20 mM, Abbildung).
Dabei
ist die Zusammensetzung des Schweißes von der Flussrate abhängig: Bei
geringer Schweißmenge haben die Ausführungsgänge ausreichend Zeit, die
Zusammensetzung des Primärsekrets zu modifizieren und Kochsalz
zurückzugewinnen (Natrium- und Chloridwerte bis auf ~20 mM sinkend).
Bei steigender Schweißmenge steigen die Werte als Zeichen
unvollständiger Ausschöpfung der Rückresorptionskapazität ([Na+] auf ~70 mM, [Cl-] auf ~60 mM, Abbildung).
Der Verlust von etwas mehr als 1 mg Magnesium pro Liter
Schweiss ist zwar nicht zu vernachlässigen, aber immer noch gering im
Vergleich zur täglichen Aufnahme von mehr als 100 mg (zum renalen Magnesiumhandling s. dort):
Elektrolyte im Schweiß
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Na+ |
~1,2 g/l (~50 mM)
(Serum 142 mM) |
Ca++
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~15 mg/l (~0,4 mM)
(Serum 2,5 mM) |
K+ |
~0,1 g/l (~5 mM)
(Serum 4 mM) |
Mg++ |
~1,3 mg/l (~0,05 mM)
(Serum 0,9 mM) |
Die Konzentration der Spurenelemente kann besonders stark
schwanken. Mittelwerte:
Spurenelemente im Schweiß
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Fe++
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~1 mg/l
(Serum 0,7-1,8
mg/l) |
Cu++ |
~0,5 mg/l
(Serum 0,75-1,3 mg/l)
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Zn++ |
~0,4 mg/l
(Serum 0,6-1,4 mg/l)
|
Cr+++ |
~0,1 mg/l
(Serum 0,02-0,05 mg/l)
|
Die Haut als Kreislauforgan
Die Haut hat auch Bedeutung als "Player" im Kreislauf. Ihre
Durchblutung kann sehr unterschiedlich sein: ~0,1 bis ~5 l/min (!), abhängig von Erfordernissen der
Thermoregulation.
Kein Wunder, dass man unter Hitzeeinwirkung leicht kollabiert:
Vasodilatation führt zu verbesserter Wärmeabgabe an die Umgebung, aber
auch Füllung venöser Gefäße, was Blut vermehrt in die Peripherie - und
damit den zentralen Teil des Kreislaufs in eine schwierige Situation -
bringt.
Der Grund: Reduzierte Vorlast, verringertes Herzzeitvolumen,
erschwerte
Blutdruckregulation, verminderte Hirndurchblutung.
Dieses
Reaktionsmuster kann sich bis zum Auftreten einer (Prä-) Synkope
steigern: Wärmebelastung führt in Kombination mit zusätzlicher
Kreislaufbelastung - ruhige Orthostase (aufrechte Körperlage), Muskelarbeit - zum Auftreten
eines kardiovaskulären Kollaps.
In der Haut reicht die Gefäßversorgung nur bis in die Dermis; die
Epidermis ist avaskulär. Die Venengeflechte der Haut sind sehr
ausgeprägt (vgl. dort)
und können große Mengen Blut aufnehmen; das geschieht bei erhöhter
Hautperfusion (ist also weitgehend über die arterielle Durchblutung gesteuert), die bei intensivem Hitzeeinfluss bis zu etwa 5 l/min betragen kann (das Ruhe-Herzzeitvolumen wird dadurch verdoppelt).
Bei hohem Sympathikustonus kontrahieren die Gefäße in der Haut (Vasokonstriktion Arteriolen → Widerstandserhöhung → weniger Blut in die Mikrozirkulation → weniger Blut in Venen; Vasokonstriktion Venen → Complianceerniedrigung → Entspeicherung → verbesserter Rückstrom zum Herzen). Ein
Teil des gespeicherten Blutes wird so Richtung zentrales Blutvolumen
verschoben und stabilisiert als "Autotransfusion" die Kreislauffunktion.
Abbildung: Strukturierung der Durchblutung von Akren (apical skin) und "normaler" Haut
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 1st ed. Saunders 2003
In Akren
(Finger- und Zehenspitzen, Handflächen, Fußsohlen, Lippen, Nase,
Ohrläppchen) finden sich arteriovenöse Anastomosen (im Nagelbett ca.
500 / cm2). Diese haben einen niedrigen Ruhetonus und
werden fast ausschließlich noradrenerg (vasokonstriktorisch) vom
hypothalamischen Wärmezentrum gesteuert. Sie reagieren auch auf die lokale Temperatur - dilatieren bei Wärme, kontrahieren bei Kälte.
Reguläre Haut hat auch präganglionär-cholinerge Fasern, welche vermutlich die
Freisetzung von Bradykinin aus Schweißdrüsen und damit Vasodilatation bewirken
NE, Noradrenalin ACh, Acetylcholin
Akren: In Gebieten wie Nasen und Ohren, Fingern und Zehen ist das Verhältnis Oberfläche zu Volumen
hoch; diese Gebiete eignen sich sehr gut für den Wärmeaustausch. Hier
(insbesondere im Bereich der Nagelbette, Finger- und Zehenspitzen,
Nasenspitze) finden sich - parallel zum Kapillarkreislauf angeordnete - arteriovenöse Anastomosen, die unter sympathischer
Steuerung stehen ( Abbildung) und eine wichtige Rolle für die
Thermoregulation spielen:
Unter thermoneutralen Bedingungen ist der Tonus der die Akren
versorgenden sympathischen Fasern hoch, die Anastomosen sind weitgehend
verschlossen (im Gegensatz dazu unterliegt die Haut des Körperstammes
nur geringem sympathischem Tonus). Bei Kreislaufproblemen (wie bei
starkem Blutverlust, Herzinfarkt, Kreislaufschock) werden die Gefäße
der Haut extrem eng (Hautblässe) - verursacht durch hohen Sympathikustonus, Adrenalin, Angiotensin und Vasopressin. Kontraktion der Arteriolen stützt den arteriellen Blutdruck (erhöhter peripherer Widerstand), Kontraktion der Venen die Herzfunktion (verbesserter venöser Rückstrom).
Steigt die Kerntemperatur, sinkt der sympathische Antrieb, die Anastomosen in den Akren gehen auf, die angeschlossenen Venenplexus werden gefüllt - und das erleichtert die Wärmeabgabe an die Umgebung.
Absinken der Körpertemperatur führt zu
Konstriktion der Gefäße (α-adrenerg vermittelt) und verringerter Wärmeabgabe von apikalen
Hautregionen.
Bei Kälteeinfluss kontrahiert Noradrenalin kutane Arteriolen
|
Vasodilatatorische Einflüsse auf die Haut außerhalb von Akren
(Körperstamm, proximale Extremitätenregionen) erfolgen teils mittels Azetylcholin (cholinerge sympathische Fasern der Haut!),
teils sind sie peptiderger und nitriderger Natur: Sowohl in cholinergen
Nervenfasern als auch in Schweißdrüsen finden sich VIP und nNOS.
In warmer Umgebung kann
Blockade der sympathischen Innervation nichtapikaler Haut
Vasokonstriktion und verringerte Hautdurchblutung zur Folge haben - was
beweist, dass es sympathische Vasodilatation gibt (der genaue
Mechanismus ist unklar).
Im Bereich der Akren führt Erwärmung zu Abnahme des Sympathikuseinflusses und vermehrte Wärmeabgabe an die Umgebung. Blockade der sympathischen Impulse ( Abbildung) erhöht die Durchblutung der Akren um das ~4-fache. Im Ruhezustand besteht also in den Akren ein erheblicher Sympathikustonus.
Abbildung: Wirkung sympathischer Blockade auf die Durchblutung der Hand
Nach Blessing W, McAllen R, McKinley M. Control of the
Cutaneous Circulation by the Central Nervous System. Compr Physiol
2016, 6: 1161-97
Infrarotbilder
(Thermokamera), aufgenommen vor (links: Kontrolle) und nach Gabe von
Clozapin, einem Neuroleptikum, das die Sympathikusaktivität blockiert.
Bei ausgeschaltetem Sympathikus nimmt die Durchblutung der Haut stark
zu - der Sympathikustonus reduziert die Perfusion der Akren
In der Haut der größten Teile des Körpers existiert im Indifferenzzustand kaum vasokonstriktorische sympathische Aktivität. Andererseits finden sich hier auch präganglionäre, cholinerge Fasern
des Sympathikus. Welche
Mechanismen (z.B. Kotransmitter wie CGRP, VIP; Kinine) als Faktoren kutaner
Vasodilatation in Frage kommen, ist nicht eindeutig geklärt.
Die kutane Perfusion ist extrem variabel. Unter Ruhebedingungen und
Indifferenztemperatur beträgt die Durchblutung der Haut einer
erwachsenen Person ~6% des Herzminutenvolumens (ca. 1/3 l/min). Die spezifische Durchblutung beträgt dann 10-20 ml/min/100g. Die minimale Durchblutung (z.B. bei intensivem Kälteeinfluss) beträgt lediglich 1 ml/min/100g, maximale Durchblutung hingegen (Hitzeeinfluss) 150-200 ml/min/100g.
Hoher
Sympathikustonus oder extreme Kälte kann die Hautdurchblutung bis auf ein Zwanzigstel
reduzieren (auf ~20 ml/min). Die Vasokonstriktion wird über α2-Rezeptoren vermittelt
Umgekehrt vervielfacht sich die
kutane Perfusion unter der Wirkung von Hitze (z.B. Saunabesuch) und
kann Werte von mehreren l/min erreichen. Die Wirkung erfolgt über erhöhte eNOS-Aktivität, teils auch über Substanz P und CGRP.
Zur paradoxen Kältereaktion (Lewis-Reaktion) s. dort
Abbildung: Sympathikuswirkung auf Hautvenen
Nach einer Vorlage in Rowell LB, Human Circulation: Regulation during Physical Stress. Oxford University Press, NY 1986
Eine
Blutdruckmanschette wurde auf 250 mmHg aufgeblasen und komprimiert den
arteriellen Zu- sowie den venösen Abfluss (Okklusion; konstantes
Volumen in den Venen des Unterarms). Druckänderungen zeigen das Ausmaß
reflektorischer Vasokonstriktion an.
Der intensivste venokonstriktorische Reflexeffekt zeigt sich bei
Kältereizen, gefolgt von intensiver körperlicher Belastung,
Schreckreaktion und tiefer Inspiration. Barorezeptorvermittelte
Einflüsse durch orthostatische Reizung (HUT: head-up tilt, LBNP: lower body negative pressure) fehlen fast vollständig
Mit ihren ausgeprägten Venengeflechten stellt die Haut ein bedeutsames
Blutreservoir dar. Die Venen in der Haut sind intensiv mit sympathischen Fasern versorgt. Intensive Venokonstriktion
erfolgt durch den Einfluss von Kälte, Stress, Muskelarbeit;
orthostatische Kreislaufbelastung hat hingegen so gut wie keinen Effekt
( Abbildung).
Zum Gegenstrom-Wärmeaustausch s. dort
Steigende Sympathikusaktivität verringert den
arteriellen Blutzustrom zur Haut und entleert die Venen, sodass der
venöse Rückfluss zum Herzen zunimmt und den Kreislauf unterstützt.
Entleerung kleiner Gefäße durch mechanische Reizung: Streicht man mit einem festen Gegenstand über die Haut, erscheint hier für einige (bis zu 60) Sekunden ein heller Streifen (white reaction).
Ursache ist die Kontraktion glatter Gefäßmuskelzellen, die zu einer
Entleerung von Blut aus der betreffenden Mikrozirkulation (insbesondere
Venolen) führt.
Triple response:
Führt man die mechanische Reizung mit stärkerer Kraft durch, treten
mehrere Phänomene auf: Innerhalb weniger Sekunden tritt ein geröteter
Streifen auf, Ausdruck lokaler Vasodilatation (red reaction), die für Minuten andauern kann und wahrscheinlich durch (von irritierten Zellen freigesetztes) Histamin bedingt ist. Die Rötung kann über die unmittelbar mechanisch gereizte Zone hinausgehen (flare reaction), bedingt durch einen Axonreflex.
Ist die Reizintensität noch stärker, kann auch vermehrte Filtration in
das Gewebe auftreten (was u.a. durch Histamin bedingt ist), was
innerhalb einiger Minuten zur Ausbildung einer lokalen Schwellung -
einer Quaddel (wheal) - führt. Diese ist dann meist von einem geröteten Hof umgeben.
Hautfarbe und Pigmentierung
Abbildung: Melaninproduktion
Nach einer Vorlage bei Thibodeau / Patton, Anatomy & Physiology (6th ed), Mosby Elsevier 2007
Melanozyten
sind Zellen, die von Melanoblasten abstammen; diese wandern aus der
Neuralleiste in die Haut (stratum basale) und andere Gewebe (Haare,
Regenbogenhaut des Auges u.a.) aus. In der Haut beginnt die Bildung von
Melanosomen (diese enthalten Melanin) während der Schwangerschaft.
Melanozyten reichen Melanosomen an Hautzellen (Keratinozyten) weiter.
Dort sammeln sich diese in Form einer kappenförmigen Struktur so an,
dass der Zellkern (und damit die DNA) gegen UV-Strahlung maximal
geschützt ist
Melanozyten (~1000 / mm2 Haut) sind Pigmentzellen, die Melanin an Epithelzellen in der Epidermis abgeben. Sie exprimieren Tyrosinase - das Enzym, das aus der Aminosäure Tyrosin DOPA
(Dihydroxyphenylalanin) bilden kann. DOPA wird dann in die Oligo- bzw.
Polymerform Melanin umgewandelt.
Melanozyten entstehen aus Melanoblasten,
die im 2. Schwangerschaftsmonat aus der embryonalen Neuralleiste zuerst
in die Dermis und dann in die Epidermis auswandern. Etwa in der Mitte
der Schwangerschaft beginnen diese Zellen, Melanin zu produzieren; bei
stark pigmentierten Menschen früher als bei hellhäutigen. Die Reifung
zu Melanozyten äußert sich in der Bildung von Melanosomen ( Abbildung) aus Prämelanosomen.
Pigmentierung: Der Hauttyp ist durch die Ausprägung der Melaninbeladung bestimmt; diese ist genetisch und umweltbedingt (UV-Bestrahlung). Helle Hauttypen mit eher rötlicher Hautfarbe bilden mehr Phäomelanin (das weniger UV-Schutz verleiht) als dunkle Hauttypen, die mehr Eumelanin bilden und bei denen die Melaninbildung früher beginnt als bei Hellhäutigen. Das dunkelbraun bis schwarz gefärbte Eumelanin bietet einen intensiveren UV-Schutz.
Menschen verschiedener Hauttypen unterscheiden sich nicht wesentlich in
der Ausstattung an Melanozyten (etwa gleiche Zahl), aber dunkelhäutige
Menschen enthalten mehr Pigmentgranula je Zelle als hellhäutige. Menschen mit Albinismus,
die auf Grund eines Gendefekts kein Melanin produzieren können,
weisen eine normale Anzahl von Melanozyten in ihrer Haut auf.
UV-A
(langwellig: Untergrenze 315-320 nm, Obergrenze 380-400 nm) bewirkt
Konformationsänderung des Melanins und
damit direkte Pigmentierung. Belichtung mit UV-A führt zu
geringgradiger Hautrötung (Erythem), die nur kurz andauert und keinen
wesentlichen Lichtschutz verleiht. Zu den schädigenden Effekten von UV-A gehören Sauerstoffradikalbildung, Kollagenalterung und
Melanomrisiko
UV-B
(kurzwellig: Untergrenze 280-290 nm, Obergrenze 315-320 nm) ist für die Bildung des Vitamin-D-Hormons in der Haut erforderlich. Es ist stärker erythembildend (Sonnenbrand) und bewirkt verzögerte Pigmentierung (~3
Tage), die länger anhält und schützt. UV-B-Bestrahlung kann starke kanzerogene Effekte haben
(Basalzell-, Plattenepithelkarzinom)
UV-C (sehr
kurzwellig: bis 290 nm) wird im Gewebe stark gestreut und dringt daher
nicht tief in die Haut ein. Die Erdatmosphäre absorbiert den Großteil des UV-C aus dem
Sonnenlicht
Sind UV-bedingte Schäden am Erbgut aufgetreten, kann die betroffene DNA
durch Reparaturmechanismen (Enzyme) wieder instandgesetzt werden.
Das
Zusammenwirken zwischen Keratinozyten und Melanozyten ist hormonell
koordiniert. DNA sowie Schädigungen der Keratinozyten (UV-Strahlung) reguliert die
Transkription von Pro-opiomelanocortin- (POMC-) Genen hoch, Melanozytenstimulierendes Hormon (α-MSH) entsteht.
MSH bindet an Melanocortin-1-Rezeptoren der Melanozyten, über cAMP werden Proteinkinase A (PKA), CREB (cAMP responsive binding element)
sowie Transkriptionsfaktoren (Tr-fakt) aktiviert. Letztere regen enzymatisch die Bildung von Melanin (Eumelanin) an. Dieses wird an die
Keratinozyten weitergereicht und so die Haut besser vor UV-Schäden geschützt.
UV-induzierte Pigmentierung kann auch durch andere Mechanismen gefördert werden
Melanozyten werden von den POMC-Abkömmlingen α-MSH und γ-MSH
zur Dispersion ihrer Melanin-Granula angeregt ( Abbildung).
Über den "Pigmentierungsrezeptor" MC1R s. dort
Dadurch wird das Pigment
auf größere Flächen verteilt und ist optisch und strahlungsdämmend
stärker aktiv. MSH
(Melanotropin) wird bei Auftreten eines Morbus Addison vermehrt produziert, was
sich in einer verstärkten Hautbräunung zeigt.
Melanin kommt in mehreren Formen vor:
Das dunkelbraune
Eumelanin (es gibt schwarzes und braunes Eumelanin) wird aus Tyrosin und Levodopa gebildet und überwiegt bei dunklen Haar- und Hauttypen
das gelblich-rötliche, schwefelhaltige
Phäomelanin dominiert bei helleren Hauttypen
Neuromelanin findet sich im Gehirn, insbesondere in katecholaminergen Zellen der
substantia nigra (pars compacta) sowie im
locus coeruleus.
Wenn Melanin UV-Strahlung empfängt, konvertiert es durch molekulare Umwandlung (internal conversion) Energie in Wärme; der angeregte Zustand dauert extrem
kurz, freie Radikale bilden sich kaum. UV-Licht aktiviert Tyrosinase in tyrosinhältigen, als Prämelanosomen bezeichneten Vesikeln. Dieses Enzym katalysiert - wenn angeregt - die
Umwandlung der Aminosäure Tyrosin (über DOPA) zu Melanin. Das
Prämelanosom verliert seine Struktur, wird zu einem "reifen" Melanosom
und über sich abschnürende Zytoplasmafortsätze an Nachbarzellen
abgegeben.
Die Melaninsynthese wird außer durch UV-Licht auch durch MSH angeregt ( s. auch dort).
Der melaninbedingte UV-Schutz
kommt in der Tatsache zum Ausdruck, dass starke Pigmentierung mit
geringem Melanomrisiko einhergeht.
Die Farbe der Haut hängt von mehreren Faktoren ab, die "Bräunung" durch Melanin ist nur eine davon. Eine wesentliche Rolle spielt auch die Durchblutung:
Perfusion: Die
Hautfarbe hängt von der Füllung der Blutgefäße und dem
Sauerstoffpartialdruck ab:
Gut durchblutete Haut erscheint
stärker koloriert (Erröten) als schlecht durchblutete (Erblassen) - damit ist die Haut auch ein Instrument der Mitteilung
emotionaler Prozesse (Wut, Angst, Schock)
An
dünnen Hautpartien (insbesondere den Lippen) lässt sich die
Sauerstoffsättigung des Blutes erkennen: Ist diese geringer als ~70%
(arterielles Blut ist normalerweise zu >95% sauerstoffgesättigt),
erscheinen die Lippen blau (
Zyanose).
Grund kann eine kältebedingte Unterdurchblutung (mit starker
Sauerstoffausnützung), mangelnde Arterialisierung des Blutes in der
Lunge, oder ausgedehnte arterio-venöse shunts (Herzfehler) sein.
Immunologie der Haut
Die Haut bildet eine physikalische Barriere gegen mikrobielle Invasionen des Körpers.
Nichts desto weniger befinden sich nicht nur auf der Hautoberfläche,
sondern auch in der Tiefe der Haut Mikroorganismen: Viren in
Haarfollikeln, Talg- und Schweißdrüsen, Pilze in Haaren und Talgdrüsen ( Abbildung):
Abbildung: Mikroorganismen in der Haut
Nach Grice EA & Segre JA, The skin microbiome. Nature Rev Microbiol. 2011; 9: 244-53
Die
Haut ist ein Ökosystem mit hunderten von Arten an Mikroorganismen -
Bakterien, Viren, Pilzen und Kleintieren. Gleichzeitig stellt sie eine
Barriere dar - physikalisch, chemisch, biologisch -, sodass
Mikroorganismen möglichst nicht in das Körperinnere gelangen.
Auf der
Hautoberfläche finden sich Stäbchen und Kokken, z.B. Proteobakterien
und Staphylokokken. Diese sind untereinander und mit anderen
Mikroorganismen der Haut biologisch komplex verknüpft. Pilze wachsen
sowohl als Hyphen als auch als Zellen in der Haut. Viren liegen frei
oder in Bakterien vor. Verschiedene Milbenarten leben in oder nahe bei
Haarfollikeln
Die
in der Haut lebenden Mikroorganismen und der Wirtsorganismus haben sich
über lange Zeiträume der Evolution hinweg gemeinsam und kofunktional
entwickelt und aufeinander eingestellt. Dabei spielen u.a. lokale
Faktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit, Talggehalt der Haut jeweils eine
Rolle, und verschiedene Hautstellen weisen unterschiedliche typische
mikrobielle Besiedlungsmuster auf.
Die Ökologie der Haut hängt von vielen Faktoren ab: Lage auf der Körperoberfläche (talgige, feuchte oder trockene Haut - s. dort),
Alter, Geschlecht, Genotyp, Zustand des Immunsystems, Ernährung u.a.
(endogene Faktoren) sowie exogene Faktoren, z.B. klimatische Bedingungen. Die
Mehrzahl der auf der bzw. in der Haut lebenden Mikroorganismen ist harmlos
und kann dem Wirtsorganismus Vorteile bieten, z.B. durch Streitigmachen
des kutanen Ökosystems gegenüber Pathogenen (Verdrängungseffekt).
Die Zellen des stratum corneum (Abbildungen) unterliegen einem
programmierten Zelltod und formen eine keratin- und lipidreiche
Schutzschicht; Hautschuppen werden kontinuierlich an die Umgebung
abgegeben. Zusätzlich reagieren Keratinozyten aktiv
auf Verletzungen und/oder Pathogene, indem sie antimikrobielle Proteine
(Abtötung von Mikroben) sowie verschiedene Zytokine bilden (Anregung
und Regulierung von Immunreaktionen). Zytokine
werden bei entsprechender Anregung auch von Lymphozyten und Makrophagen
freigesetzt, sie regulieren die Immunantwort (einschließlich
allfälliger Entzündung).
Keratinozyten kommunizieren
über Zytokine mit Immunzellen der Haut und orchestrieren so deren
Immunantworten auf diverse Herausforderungen. Sie verfügen über
zahlreiche verschiedene Mustererkennungsrezeptoren (PRRs), mit denen sie Verletzungen und eindringende Mikroorganismen detektieren und als "Wächterzellen" (sentinel cells)
fungieren. Über MAMPs / PAMPs vermittelte Signale leiten entzündliche
Vorgänge ein (Initiierung), gefolgt von vermehrter Zytokinfreisetzung
(Amplifikation) und erhöhter Barrierewirkung durch vermehrten Aufbau
von tight junctions. Ist der Angriff erfolgreich pariert, kommt es zum
Umschalten auf einen anti-inflammatorischen Status (Resolution).
Abbildung: Interaktion zwischen angeborenem und adaptivem Immunsystem in der Haut
Nach Clark R, Kupper Th. Old Meets New: The Interaction Between Innate and Adaptive Immunity. J Investig Dermatol 2005; 125: 629-37
Dringen Bakterien durch die epitheliale Barriere (Verletzung), produzieren Keratinozyten Zytokine, Chemokine und antimikrobielle Peptide. Das führt zu Abwehrmechanismen, wie das Einwandern von Leukozyten aus dem Blut; Phagozyten töten Mikroorganismen (angeborene Immunität) und aktivieren dendritische Zellen. Diese wandern über die Lymphbahnen in regionale Lymphknoten.
Dort präsentieren sie bakterielle Antigene an T-Lymphozyten,
CD8-positive "Killer"-Lymphozyten wandern aus dem Lymphknoten aus,
betreten den Blutkreislauf und kommen über diesen Weg zum infizierten
Gewebe zurück. CD4-positive "Helfer"-Zellen regen ihrerseits
B-Lymphozyten zur Antikörperproduktion an. Diese neutralisieren
Pathogene über Erkennung spezifischer bakterieller Moleküle (adaptive Immunität), steuern antikörpergesteuerte Phagozytose und verstärken die Antigenpräsentation
Haut und Schleimhäute (in Nase, Rachen, Nebenhöhlen, Luftwegen,
Verdauungs- und Urogenitaltrakt) verhindern das Eindringen
(Invasion) von Infektionserregern in den Körper.
Zur primären Abwehrbarriere gehören auch Talg- und Schweißproduktion sowie die Anwesenheit einer obligaten Keimbesiedelung.
Der niedrige pH-Wert der Haut (um 5,5 - “Säuremantel”) hemmt das Wachstum
einiger Pathogene (antimikrobielle Wirkung von Fettsäuren), dasjenige physiologischer Hautbewohner
(Normalflora) hingegen nicht. Oftmaliges Waschen mit Seife hat nur flüchtige Effekte, die Verschiebung des pH auf der Hautoberfläche bildet sich nach wenigen Stunden wieder zurück.
Von Keratinozyten und Drüsen produzierte Peptide (AMPs: antimicrobial peptides), u.a. Lysozyme
(die auch in
Tränenflüssigkeit, Nasensekret und Speichel vorkommen), Beta-Defensin,
S100 (ein niedrigmolekulares Enzym, das von zahlreichen Zellen - auch
Keratinozyten - produziert wird), Granine (saure Proteine, z.B. das
gegen Bakterien, Hefen und Pilze wirksame Catestatin), Cathelicidine.
Schweißdrüsen (ekkrin) sezernieren auch ein 110-AS-Protein (Dermcidin), aus dem auf der
Haut bakterizide ("natürliches Breitbandantibiotikum") und antifungale
Peptide abgespaltet werden (wie der proteolysis-inducing factor PIF), die bei niedrigem pH-Wert
("Säureschutzmantel" der Haut) stabil sind und einen Teil der angeborenen Immunabwehr darstellen.
Lipide in Zellen und Sekreten.
Keratinozyten exprimieren Defensine, Zytokine und Chemokine in Abhängigkeit von Signalen, die von Immunrezeptoren der angeborenen Abwehr wie TLRs und NLRs ausgehen. Dringen Mikroben durch die Hautbarriere, initiieren Makrophagen, Mastzellen und Lymphozyten angeborene Abwehrmechanismen der Haut. Dabei erkennen diese über mustererkennende Rezeptoren entsprechende molekulare Muster (PAMPs).
Die
Epidermis ist 0,05-1,5 mm dick. Ihre äußerste Schicht - das stratum
corneum - besteht aus abgestorbenen Zellen, die laufend abgeschilfert
werden (und damit auch Mikroorganismen entfernen). Diese Schicht ist
trocken, wasserdicht, bakterienabweisend. Ständige Mitoseaktivität im
stratum basale sorgt für Nachschub mit frischen Zellen.
Die Struktur der Haut reflektiert die Komplexität ihrer Funktion als
Schutzbarriere, Temperaturregulator, sensorisches Organ und
Abwehrsystem.
Zu den Spezialisten in der Epidermis gehören Melanozyten (bilden Melanin) und Langerhans-Zellen (hautspezifische Makrophagen); im stratum spinosum und basale finden sich seltene T-Zellen (vor allem CD8+ zytotoxische). Zu den spezialisierten Immunzellen der Haut zählen weiters dendritische Zellen,
T-Zell-Untergruppen (Th1, Th2 und Th17-Zellen), γδ-T- sowie NK-Zellen. Dazu kommen Makrophagen, Mastzellen und Fibroblasten
Zahlreiche dendritische Zellen und insbesondere Langerhans-Zellen
(im Gewebe der Haut sitzende Makrophagen)
werden nach Antigenkontakt /
Phagozytose von Fremdkörpern aktiviert und differenzieren aus. Sie
bilden dabei Lektinrezeptoren, wandern in die Lymphknoten und
präsentieren Lymphozyten (über deren Rezeptoren) die Antigen-Abbauprodukte vermittels MHC.
Die in der Haut zahlreich (~106/cm2, insgesamt ca. 20 Milliarden, hauptsächlich in der Dermis, nur 2% intraepidermal) vorkommenden T-Zellen sind zu 95% Gedächtniszellen. Diese CD4- und CD8-positiven Zellen bilden ein kutanes "Archiv" immunologischer Erfahrungen (resident memory T-cells). Bei neuerlichem Auftreten "ihres" Antigens steuern sie das Homing entsprechender Lymphozyten in die Haut.
Physiologisch
vorhandene Mikroorganismen (etwa 1012 auf der Haut eines
Erwachsenen, davon >20% in Haarfollikeln) verteidigen ihren Lebensbereich gegenüber
anderen (potentiell schädlichen) und beugen auch Pilzbefall vor. Sie dringen normalerweise nicht in den
Körper ein und werden mit der Abnutzung / Abstoßung der
Keratinschicht fortlaufend entfernt (das Wachstum der Epidermis erschwert eine mikrobielle Invasion des Körpers).
Abbildung: Dendritische Zellen werden durch Antigenkontakt mobilisiert
Nach einer Vorlage in medicinembbs.blogspot.co.at
Im
Gewebe werden Langerhans-Zellen durch die Aufnahme von Antigenen (hier angedeutet: auf Bakterien) aktiviert und mobil (Retraktion der
Zellfortsätze) und wandern über die Lymphbahn in Lymphknoten ein, wo sie die Antigene an T-Lymphozyten präsentieren
Andererseits können auch normalerweise auf der Haut vorhandene Mikroorganismen (Residenten-Flora), z.B. auf Händen und Fingern, pathogen werden, wenn sie ins Gewebe unter der Haut
oder in die Blutbahn gelangen (Bakteriämie).
Bei chirurgischen Eingriffen, Einführen
von Gefäßkathetern usw. muss der Übertritt von Mikroben in die Operationswunde
möglichst verhindert werden. Mikroorganismen sind von der Haut nicht restlos entfernbar, auch
wenn ihre Zahl durch intensives Reinigen (Seife, Bürste etc.) für mehrere
Stunden merklich reduziert ist (daher die Verwendung steriler
Handschuhe und die Abdeckung eines Operationsfeldes zusätzlich zur Desinfektion).
Die
Haut wird ständig erneuert (Gesamtzeit von Basalzellteilung bis Abschilferung ungefähr 4 Wochen):
Pro Tag werden etwa 10 Gramm Hornschuppen
abgestreift
täglich verliert eine erwachsene Person ~100 Haare
Haarwachstum ~2 mm pro Woche
Die Epidermis ist relativ
trocken, was das Wachstum z.B.
von Pilzen
behindert (höhere Keimzahlen auf feuchter Haut, wie Achselhöhle,
Hautfalten).
Aber alleine auf der Kopfhaut befinden sich mehr als
100.000 Talgdrüsen, und auf der gesamten Haut eines Erwachsenen über ~2
Millionen
Schweißdrüsen, die pro Tag ~800 ml (im Extremfall bis zu 18 Liter) Schweiß sezernieren.
Näheres über das unspezifische
Abwehrsystem des Menschen s.
dort
Die Haut als Sinnesorgan
Hautstellen mit großem Auflösungsvermögen (=Schärfe der
Unterscheidungsfähigkeit) weisen die größte Dichte an Mechanorezeptoren
auf. Die Lippen haben z.B. wesentlich kleinere und stark
überlappende rezeptive Felder als die Oberarme oder der Rumpf. Das bedeutet mehr
zentrale Neurone und große Projektionsflächen in der Großhirnrinde.
Abbildung: Struktur und Funktion der kutanen Mechanosensibilität
Nach einer Vorlage bei treccani.it
Links: Unbehaarte Leistenhaut (Lippen, Handflächen, Fußsohlen)
Rechts: Behaarte Haut (hier übernehmen Follikelrezeptoren die Rolle der Meissner-Körperchen)
Die
Haut verfügt über afferente sowie autonom-efferente Nervenversorgung.
In engem Zusammenhang mit der Reizung solcher kutanen Neurone stehen
verschiedene Neuropeptide, die z.B. im Rahmen von Axonreflexen
freigesetzt werden können (z.B. durch Schmerzeinwirkung oder
Entzündungen): CGRP, NPY, Substanz P, VIP, Neurokinin A (ein Tachykinin), Somatostatin. Diese werden nicht nur bei verschiedenen Dermatosen aktiv, sondern wirken auch als trophische Faktoren.
Zur Haut als Blutspeicher s. auch dort
Zur Anpassung an klimatische Bedingungen s. dort
Zahlreiche Studien haben
den gesundheitsfördernden Effekt intensiv variierender Umweltfaktoren
nachgewiesen. So werden Hautgefäße durch starken Temperaturwechsel
(z.B. kalte Dusche nach Aufguss: bis ~100°C) zu effizienterer
Regulation veranlasst und sind in der Lage, intensiver auf thermische
Stressoren zu reagieren. Bei Hypertonikern zeigt sich ein
blutdrucksenkender, bei Hypotonikern hingegen ein blutdrucksteigernder
Effekt regelmäßigen Saunabesuchs. Das "Abhärtungs"-Konzept besagt, dass Regulationsvorgänge (wie Gefäßreaktionen) durch intensive Reizmuster herausgefordert werden und die physiologische Bandbreite (Anpassungsfähigkeit) zunimmt.
Allgemein nimmt das Wohlbefinden sowohl durch die resilienzsteigernden
als auch entspannenden Auswirkungen von Kuren, Saunabesuchen,
Fitnessmaßnahmen u.ä. zu, was auf eine Kombination physiologischer und psychoneuroimmunologischer Effekte zurückgeführt wird.
Mukoviszidose-Diagnostik: Bei Verdacht auf
zystische Fibrose (Mukoviszidose) kann ein
Schweißtest zur Bestimmung der Natrium- und Chloridwerte vorgenommen werden.
Zur Anregung der Schweißdrüsen verwendet man
Pilokarpin, das
muskarinisch wirkt (es regt auch den Speichelfluss an und senkt den
Augeninnendruck).
Die Haut ist das größte Sinnesorgan den Menschen (>10 kg, ~2 m2): Mechano-, Thermo-, Nozizeption
Sie schützt physikalisch (mechanisch, thermisch, Strahlung), chemisch
(Pufferwirkung), immunologisch (die Hautflora enthält ~1012 Mikroorganismen)
Die Haut ist an der Vitamin-D-Synthese beteiligt (UV-B: 280-320
nm; 7-Dehydrocholesterin → 25-Hydroxycholecalciferol)
Sie schützt vor Flüssigkeitsverlust (das stratum corneum enthält
weniger als 10% Wasser), aber auch vor Austrocknung. 0,3-1,0 Liter
Flüssigkeit verliert die Haut pro Tag "passiv" (perspiratio
insensibilis), Schweißsekretion (aus ekkrinen Drüsen) unterstützt die
Thermoregulation (perspiratio sensibilis). Die Verdampfung von 1 Liter
Schweiß verbraucht 2,4 MJ Energie
Ekkrine Schweißdrüsen sezernieren in ihren Azini ein proteinfreies
Filtrat des Blutplasmas, die Ausführungsgänge resorbieren daraus
Kochsalz zurück, der Schweiß wird hypoton - die Osmolalität ist
abhängig von der Schweißproduktion
Die Durchblutung der Haut kann zwischen <0,1 und etwa 5 l/min
betragen - abhängig von den Erfordernissen der Thermoregulation. Die
Akren werden anders gesteuert (AV-Anastomosen, rein
noradrenerg-vasokonstriktorische Versorgung) als nichtapikale Haut
(auch Vasodilation möglich)
Die Farbe der Haut hängt von Durchblutung (rötlich: gut
durchblutet, blass: schlecht durchblutet, bläulich: reduzierte
Sauerstoffsättigung) und Pigmentierung ab. UV-B regt in Keratinozyten
die Bildung von MSH an, dieses bewirkt in Melanozyten die Synthese von
Melanin, das von den Keratinozyten aufgenommen wird. Helle Haut enthält
Phäomelanin, dunkle Eumelanin
Keratinozyten bilden auch Zytokine und Chemokine, und kommunizieren so
mit Immunzellen. Schützend wirken der niedrige pH-Wert von 5-6, Lysozym
und andere Faktoren, sowie die obligate Keimbesiedelung. Mikrobielle
Merkmale (MAMPs: microbe-associated molecular patterns) werden mittels
Mustererkennungsrezeptoren (PRRs: pattern recognition receptors)
erkannt. Dendritische Zellen nehmen Fremdeiweiß auf und präsentieren es
in Lymphknoten vermittels MHC - und über deren Rezeptoren - an
Lymphozyten
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Die Informationen in dieser Website basieren auf verschiedenen Quellen:
Lehrbüchern, Reviews, Originalarbeiten u.a. Sie
sollen zur Auseinandersetzung mit physiologischen Fragen, Problemen und
Erkenntnissen anregen. Soferne Referenzbereiche angegeben sind, dienen diese zur Orientierung; die Grenzen sind aus biologischen, messmethodischen und statistischen Gründen nicht absolut. Wissenschaft fragt, vermutet und interpretiert; sie ist offen, dynamisch und evolutiv. Sie strebt nach Erkenntnis, erhebt aber nicht den Anspruch, im Besitz der "Wahrheit" zu sein.