Das Pankreas – Die Bauchspeicheldrüse im Verdauungssystem

Bild: “Pancreas” von philschatz. Lizenz: CC BY 4.0

Der makroskopische Eindruck des Pankreas

Schon mit dem bloßen Auge erkennt man deutlich die lappenartige Struktur des Pankreas, die entsteht, weil die Capsula fibrosa Gefäß und Nerven führende Bindegewebssepten bildet, die das Parenchym unterteilen.

Das exokrine Pankreas

Aufgabe: Das exokrine Pankreas bildet täglich 1,5-2 Liter Sekret („Bauchspeichel“), das aus kohlenhydrat- und fettspaltenden Enzymen, proteolytischen Proenzymen (Enzymvorstufen) und Hydrogencarbonat besteht.

Welche Enzyme werden im exokrinen Pankreas gebildet?

• Trypsinogen und Chymotrypsinogen
• Procarboxypeptidase
• Proelastase
• Lipase
• Cholesterinesterase
• α-Amylase
• Ribonuklease und Desoxyribonuklease

Hydrogencarbonat ist für den basischen pH-Wert des Bauchspeichels verantwortlich, der bei ungefähr 8 liegt und damit in der Lage ist, den in das Duodenum gelangenden sauren Mageninhalt zu neutralisieren. Der Verdauungssaft wird über den Ductus pancreaticus in das Duodenum abgegeben. Das Duodenum sezerniert im Bürstensaum und den Brunner-Drüsen die Enterokinase, welche Trypsinogen in Trypsin überführt. Trypsin hat die Aufgabe, die anderen pankreatischen Proenzyme in ihre aktive Form zu überführen.

Bild: “Exokriner und Endokriner Pankreas” von OpenStax College. Lizenz: CC BY 3.0

Das Pankreas ist zu 99 % exokrin. Dieser exokrine Teil des Pankreas ist eine rein seröse, merokrine, zusammengesetzte, azinöse Drüse. Was bedeutet das?

• Das exokrine Pankreas sezerniert ein seröses Sekret: Seröse Sekrete sind proteinreich und ihre Viskosität ist dünnflüssig.
• Die Sezernierungsart ist merokrin: Das Sekret gelangt also durch Exozytose aus der Zelle – dabei bleibt die Zelle intakt.
• Es ist eine zusammengesetzte Drüse: Das Ausführungsgangsystem ist baumartig verzweigt.
• Es ist eine azinöse Drüse: Die Drüsenendstücke – als Orte der Sekretion – sind kugelförmig, mit engem Lumen.

Wie oben erwähnt,  ist die Läppchenstruktur des Pankreas makroskopisch deutlich erkennbar. Diese Läppchen bestehen aus vielen hundert Drüsenendstücken, den serösen Azini. Jeder Azinus besteht aus ca. 70 pyramidenförmigen Drüsenzellen, die große, runde basal liegende Zellkerne haben und einer Basallamina aufsitzen.

Der basale Teil der exokrinen Zellen zeigt einen stark basophilen Ergastoplasmabezirk. Der apikale Bereich dieser Zellen ist stark azidophil und enthält, die in Zymogengranula verpackten Proenzyme. Diese werden über den apikalen Zellpol, dem zu diesem Zweck Mikrovilli aufsitzen, abgegeben.

Schaltstücke – Zellen mit kubischem bis flachem Epithel – verbinden mehrere Azini mit den Ausführungsgängen. Dabei schieben sich die Schaltstücke so in die Azini, dass mikroskopisch das Bild von zentroaziären Zellen entsteht. Streifenstücke, wie man sie im Ausführungsgangsystem der Ohrspeicheldrüse findet, fehlen.

Ausführungsgänge, die ein einschichtiges zylindrisches Epithel haben, findet man intralobulär in jedem Läppchen. Diese intralobulären Ausführungsgänge verbinden sich dann in den Septen zu extralobulären Ausführungsgängen, die ein zweischichtiges Epithel haben, was einzelne Becherzellen und enterochromaffine Zellen besitzt.

Die Gänge innerhalb der Septen verbinden sich nochmals zu größeren Gängen, bevor sie in den einen großen Ausführungsgang des Organs, den Ductus pancreaticus münden. Dieser endet in gemeinsamer Mündung mit dem Ductus choledochus im Bereich der Papilla vateri, einer erhabenen Schleimhautfalte des Duodenums. Im Duodenum werden der Pankreassaft und seine Enzyme wirksam.

Der apikale Chloridtransporter CFTR

An der basolateralen Seite der Azinuszellen gelangen Kalium, Natrium und Chlorid unter ATP Verbrauch in die Zelle. Ein apikaler Chloridtransporter schafft das Chlorid ins Lumen der Drüse – Natrium und Wasser folgen aus der Umgebung der Zelle. Die Schaltstücke nehmen das Chlorid im Austausch mit Bikarbonat auf. Der apikale Chloridtransporter wird Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) genannt.

Patienten mit Mukoviszidose haben eine Mutation im Gen, das für CFTR codiert. Es gelangen weniger Chlorid und Wasser in das Drüsenlumen. Durch den Wassermangel wird das Sekret zähflüssig, staut sich und führt zu Entzündungen. In den Schaltstücken wird wegen des Chloridmangels weniger Bikarbonat ausgetauscht – was wiederum fehlt, um den Nahrungsbrei im Duodenum zu neutralisieren und die Pankreasenzyme zu aktivieren. Es kommt zu den bei Mukoviszidose beschriebenen typischen Verdauungsstörungen.

Das endokrine Pankreas (Inselorgan)

Aufgabe: Mehrere endokrine Zelltypen produzieren verschiedene Hormone, die v.a. den Kohlenhydratstoffwechsel regulieren.

In den Pankreasläppchen zwischen den Azini liegen inselartig die endokrinen Zellkomplexe, die wegen ihrer Lage auch als Langerhans-Inseln bezeichnet werden. 1 Million von diesen Inseln finden sich im erwachsenen Pankreas, vorwiegend in Cauda und Corpus pancreatis.

Zusammen bilden sie, als funktionelle Einheit, das Inselorgan. Endokrine Drüsen, wie auch das Inselorgan verlieren im Verlauf der Fetalzeit die Verbindung zum Oberflächenepithel und sezernieren deshalb nicht über Ausführungsgänge. Ihr Sekret wird basal abgegeben und gelangt über den Extrazellularraum in das Blut- und Lymphsystem und von da zum Wirkungsort.

Bild: “Pancreas” von philschatz. Lizenz: CC BY 4.0

Das endokrine Pankreas – Histochemische Unterscheidung der Zellen

Das endokrine Pankreas besteht aus verschiedenen Zelltypen, die unterschiedliche Hormone sezernieren:

• B-Zellen produzieren Insulin zur Senkung des Blutzuckerspiegels.
• A-Zellen produzieren Glukagon zur Erhöhung des Blutzuckerspiegels.
• D-Zellen (welche im gesamten Intestinaltrakt vorkommen) produzieren Somatostatin, was sekretorische Vorgänge hemmt.
• PP-Zellen produzieren das pankreatische Polypeptid, dessen Funktion noch nicht endgültig geklärt ist.
• Auch Serotonin bildende EC-Zellen kommen vereinzelt im Pankreas vor.

Die B-Zellen machen mit 70 % den größten Teil des Inselorgans aus. Sie befinden sich eher im Zentrum der Inseln. Ihr Hormon, das Peptidhormon Insulin, wird in ihren Sekretgranula, den β- Granula, gespeichert und über Exozytose freigegeben, sobald der Glukosewert des Extrazellularraumes einen bestimmten Wert übersteigt. Dann nämlich sorgt Insulin dafür, das vermehrt Glukosetransporter in die Zellmembran besonders der Muskel- und Fettzellen eingebaut werden und Glukose aus dem Blut in die Zellen geschafft wird. Der Blutzuckerspiegel wird gesenkt. Insulinmangel führt zum Diabetes mellitus.

Die A-Zellen machen ungefähr 20 % des endokrinen Pankreas aus und befinden sich vorwiegend in der Peripherie der Inseln. Das von ihnen sezernierte Glukagon bewirkt an der Leber die Glukosefreisetzung aus Glykogenspeicher, sowie die Gluconeogenese aus Aminosäuren. Über diesen Mechanismus kann schnell Glukose zur Erhöhung des Blutzuckerspiegels bereit gestellt werden.

Das endokrine Pankreas – Unter dem Mikroskop betrachtet

Die zwischen dem exokrinen Pankreasgewebe verteilten endokrinen Inseln erscheinen unter dem Mikroskop kugelförmig bis eiförmig oder langgestreckt. Es fallen die strangförmige Anordnung der Epithelzellen und die gute Kapillarisierung auf. Die Drüsenzellen sind chromophob, d.h. schlecht anfärbbar. Man erkennt sie deshalb im HE-Präparat an ihrer helleren Farbe. Spezialfärbungen machen die verschiedenen Zelltypen sichtbar. Ihre Sekretgranula erscheinen dann unterschiedlich angefärbt.

Das endokrine Pankreas – Die nervale Steuerung

Das endokrine Pankreas besitzt adrenerge und cholinerge Synapsen. Sympathikusfasern stimulieren die Glukagonfreisetzung. Die Insulinfreisetzung wird über den Nervus vagus aktiviert und über Sympathikusfasern gehemmt.

Die Erkrankungen der Bauchspeicheldrüse

Mukoviszidose = Zystische Fibrose

Die Mukoviszidose ist eine Erbkrankheit, die sich besonders auf Pankreas, Lunge und Schweißdrüsen auswirkt. Mutationen im Gen, welches das Transmembranprotein CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator Protein) codiert, führen zu dieser chronischen Erkrankung.

Bild: “Schematische Darstellung der 6 verschiedenen Mutationsklassen bei Mukoviszidose (Zystische Fibrose).” von Kuebi. Lizenz: CC BY-SA 3.0

CFTR ist der apikale CL ¯ Transporter. Wenn er fehlt, kommt es zur Störung des Elektrolyt- und Flüssigkeitsaustauschs der Drüsenzellen. Die gebildeten Sekrete sind nicht mehr serös, sondern mukös – was zum Sekretstau führt und in Folge dessen zu chronischen Entzündungen. Das Gewebe baut sich fibrotisch um und kann seine Funktion nicht mehr erfüllen. Beim Pankreas bedeutet das: Verdauungs- und Gedeihstörungen. Die Lunge reagiert mit chronischer Bronchitis und die Schweißdrüsen scheiden vermehrt Salz aus. Ein einfacher Schweißtest kann daher neben einer Stuhlkontrolle als diagnostisches Verfahren dienen.

Bild: “Komplette lipomatöse Umwandlung des Pankreas bei einem 45-jährigen Mukoviszidosepatienten. MRT links T2 axial, rechts T1 axial, wo man median ventral der V. lienalis noch ein Gewebe mit etwas dunklerem Signal erahnt.” von Hellerhoff. Lizenz: CC BY-SA 3.0

Die akute Pankreatitis

Die akute Pankreatitis ist ein lebensbedrohlicher Zustand, der entstehen kann, wenn Azinuszellen geschädigt werden und ihre Enzyme freigeben. Diese werden vorzeitig aktiviert und führen zur massiven Schädigung und „Selbstverdauung“ des Pankreasparenchyms bis hin zu nekrotisierenden Prozessen. Bei Übertritt der Enzyme ins Blut kann es zur Schädigung weiterer Organe und in Folge dessen zu einer lebensbedrohlichen Schocksymptomatik kommen. Schwere Verlaufsformen werden intensivmedizinisch versorgt.

Bild: “Akute exsudative Pankreatitis in der Computertomographie mit ausgedehnten Flüssigkeitsstrassen um das Pankreas.” von Hellerhoff. Lizenz: CC BY-SA 3.0

Ursachen für eine akute Pankreatitis können sein:

• Verlegung der Gallenwege oder des Ductus pancreaticus durch Steine oder tumoröse Prozesse
• chronischer Alkoholabusus
• Virusinfektionen, wie z.B. Mumps
• Kollagenosen, wie z.B. der Systemische Lupus erythematodes

Diabetes mellitus = „Zuckerkrankheit“

Diabetes mellitus bedeutet „honigsüßer Durchfluss“. Der Name gibt einen Hinweis auf ein Symptom dieser Erkrankung – nämlich den erhöhten Glukosewert im Urin mit daraus resultierender Polyurie, die in Folge eines erhöhten Blutzuckerspiegels entstehen.

Bild: “Overview of the most significant possible symptoms of diabetes.” von Mikael Häggström. Lizenz: Public Domain

Typ I-Diabetes

Bei dieser Diabetes-Form sind B-Zellen als Folge einer immunologischen Reaktion zerstört. Es kommt zum sogenannten absoluten Insulinmangel, der eine lebenslange, subkutane Insulinsubstitution nötig macht.

Typ II-Diabetes

Der Typ II-Diabetes ist durch einen relativen Insulinmangel bedingt, der entsteht, weil die Rezeptoren insulinresistent werden. Eine genetische Disposition sowie Stoffwechselveränderungen, z.B. im Rahmen des metabolischen Syndroms, gelten als wahrscheinliche Auslöser. Die Ursachen der Insulinresistenz sind noch immer Gegenstand der Forschung.

Früher bezeichnete man den Typ II-Diabetes als „Altersdiabetes“. Heute ist diese Bezeichnung nicht mehr gebräuchlich. Da sich mittlerweile Adipositas und das metabolische Syndrom in gehäuftem Maße auch bei sehr jungen Menschen finden, kommt demzufolge auch der Typ II- Diabetes in allen Altersstufen vor. Dieser Diabetes-Typ kann sich durchaus nach entsprechender Behandlung der Ursachen zurückbilden. Besonders Gewichtsreduktion, regelmäßige Bewegung und Ernährungsumstellung erzielen hierbei gute Erfolge.

Um das Thema weiter zu vertiefen, lesen Sie einen weiteren Beitrag zum Pankreas.

Beliebte Prüfungsfragen zur Histologie der Bauchspeicheldrüse

Die Lösungen befinden sich unterhalb der Quellenangaben.

1. Welche Aussage zum exokrinen Pankreas trifft zu?

1. Das exokrine Pankreas ist eine seröse, tubuloalveoläre Drüse.
2. Die sezernierenden Zellen stoßen ihr Sekret mit einem Teil der Zellmembran und des Zytoplasmas ab.
3. Die Drüsenzellen haben höchstens einen Ausführungsgang, in den aber mehrere Endstücke münden.
4. Ein baumartig verzweigtes Ausführungsgangsystem mit Streifen-und Schaltstücken ist ein typisches mikroskopisches Bild des exokrinen Pankreas.
5. Das histologische Bild zeigt sogenannte zentroazinäre Zellen als Teile von Schaltstücken.

2. Welche Aussage zum Inselorgan trifft nicht zu?

1. Das Inselorgan besteht aus ca. 1 Million Zellaggregaten, die inselartig zwischen den exokrinen Pankreasanteilen liegen.
2. Die B-Zellen des Inselorgans sezernieren das Peptidhormon Insulin, welches den Blutzuckerspiegel senkt.
3. Somatostatin, was in den D-Zellen des gesamten Intestinaltraktes vorkommt, hemmt die Sekretion von Bauchspeichelsekret.
4. Ungefähr 70 % aller Inselzellen enthalten in ihren β-Granula das Peptidhormon Insulin.
5. Glukagon aktiviert die Glykogenbiosynthese.

3. Welche Aussage zum Diabetes mellitus trifft zu?

1. Der Typ II-Diabetes ist durch einen absoluten Insulinmangel gekennzeichnet.
2. Der Typ II-Diabetes kommt als sogenannter „Altersdiabetes“ ausschließlich bei alten Menschen vor.
3. Der Typ I-Diabetes kann sich bei entsprechender Therapie vollständig zurückbilden.
4. Diabetes mellitus bedeutet „honigsüßer Durchfluss“ und weist damit auf ein Symptom der Krankheit, der Polyurie, hin.
5. Beim Typ I-Diabetes entwickeln die Insulinrezeptoren eine Resistenz gegenüber Insulin.

Quellen

Duale Reihe – Anatomie, 1.Auflage – Thieme Verlag

Löffler: Basiswissen Biochemie, 7.Auflage – Springer Verlag

Mikroskopische Anatomie 3.Auflage – Verlag Wissenschaftliche Scripten

Histologie 1.Auflage – Verlag Wissenschaftliche Scripten

Lösungen zu den Fragen: 1E, 2E, 3D

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