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Wundheilung unter der Lupe

12.05.2003  00:00 Uhr

Wundheilung unter der Lupe

von Dorothee Ott, Marburg

Mit Wunden ist jeder Mensch vertraut – spätestens seit dem ersten Sturz aufs Knie. Die meisten nehmen es als selbstverständlich hin, dass eine Verletzung wieder heilt. Aber selbst Experten auf diesem Gebiet haben die komplexen und wechselseitigen Beziehungen der dabei ablaufenden Prozesse noch immer nicht vollständig verstanden.

Über den Verlauf der Wundheilung entscheidet die Art der Wunde. Denn die Vorraussetzungen für die Heilung sind umso günstiger, je weniger Gewebe geschädigt wurde. Am besten sind die Heilungsaussichten bei glatten, dicht aneinander liegenden Wundrändern wie etwa bei einer Schnittwunde oder einer chirurgisch gesetzten Wunde. Ist darüber hinaus nicht viel Gewebe verloren gegangen und befinden sich keine Fremdkörper in der Wunde, so setzt bei Ausbleiben einer Wundinfektion die primäre Wundheilung ein. Diese verläuft unter Ausbildung einer schmalen Narbe rasch in nur wenigen Tagen, da kaum Gewebsneubildung nötig ist. Sie ist die Idealform der Wundheilung.

Bei größeren Wunden und Infektionen, wenn also Gewebslücken aufzufüllen sind oder eine eitrige Entzündung die direkte Verbindung der Wundränder verhindert, kommt es zur sekundären Wundheilung. Die Wundränder liegen nun nicht mehr dicht beieinander, sondern klaffen mehr oder weniger stark auseinander. Um die Wunde zu schließen, muss neues Gewebe, das so genannte Granulationsgewebe, aufgebaut werden. Die Ausheilung dieser Wunden dauert lang und hinterlässt breite, oft funktionell und kosmetisch störende Narben. Chirurgen können eine voraussichtlich sekundär heilende Wunde jedoch in eine mit primärer Wundheilung umwandeln.

Ersatz oder Reparatur

Der Begriff Regeneration bezeichnet die Wiederherstellung beziehungsweise den gleichwertigen Ersatz von zu Grunde gegangenen Zellen oder Geweben. Ein solcher Ersatz ist nur dann möglich, wenn die Zellen zeitlebens ihre Fähigkeit zur Teilung behalten. Dazu zählen zum Beispiel die Zellen des Stratum basale der Epidermis (auch Stratum germinativum genannt) und die Blutstammzellen des Knochenmarks. Allerdings können auch Körperzellen, die unter normalen physiologischen Bedingungen ihre Teilungsfähigkeit verloren haben, unter pathologischen Verhältnissen diese nach vorheriger Entdifferenzierung wiedererlangen. Leberzellen sind zum Beispiel dazu in der Lage. In Geweben mit nicht mehr teilungsfähigen Zellen ist eine Regeneration hingegen nicht mehr möglich.

Wird demnach durch eine Verletzung ein Teil der unter der Epidermis liegenden Lederhaut oder auch des Unterhautbindegewebes zerstört, so kann der menschliche Körper diese Zellen nicht regenerieren. Im Bereich der Verletzung werden beschädigte Zellen dann durch Bindegewebe ersetzt, es kommt zur so genannten Reparation oder reparativen (pathologischen) Regeneration. Diese tief gehenden Zerstörungen hinterlassen grundsätzlich Narben. Bleiben aber das Gefäß-Bindegewebe-System und die Basalmembran, die Grenzfläche zwischen Epithelien und Bindegewebe, intakt und werden nur Epithelien zerstört, ist eine vollständige Wiederherstellung der zerstörten Zellen möglich. Solche Verletzungen heilen ohne Narbenbildung ab.

Wundheilung in drei Phasen

Die Heilung einer jeden Wunde verläuft unabhängig von der Art der Verletzung und vom Ausmaß des Gewebeverlustes in drei dynamischen Phasen, die zeitlich überlappen und sich nicht voneinander trennen lassen. Sie werden klinisch unterschieden in eine inflammatorische beziehungsweise exsudative Phase zum Abräumen der Gewebetrümmer und zur Wundreinigung (Reinigungsphase), eine proliferative Phase zum Aufbau von Granulationsgewebe (Granulationsphase) sowie eine Differenzierungs- beziehungsweise Wiederherstellungsphase zur Ausreifung, Narbenbildung und Epithelisierung (Epithelisierungsphase).

Durch eine Wunde werden meist Blutgefäße und Zellen beschädigt, es kommt zum Austritt von Blut und Plasma in den extravasalen Raum. Erstes Ziel der reparativen Vorgänge ist es, die Blutung durch Wundabdichtung zu stillen. Dafür bleiben die Blutplättchen an den kollagenen Bindegewebsfasern der Wundränder haften (Plättchenadhäsion). Die Verbindung von Kollagenfasern und Thrombozyten wird vor allem durch den von-Willebrand-Faktor vermittelt, ein Glykoprotein, das unterhalb des Endothels und in den Blutplättchen vorkommt.

Bei der Plättchenaggregation lagern sich die Thrombozyten eng aneinander und setzen zahlreiche Faktoren frei. ADP aus den Thrombozyten und der plättchenaktivierenden Faktor PAF aus Leukozyten und Thrombozyten fördert diese Aggregation. Die Phospholipide der Plättchenmembran liefern Arachidonsäure, aus der durch die Cyclooxygenase das gefäßverengende und aggregationsfördernde Thromboxan A2 entsteht. Wie das ebenfalls aus Plättchen freigesetzte Serotonin verstärkt es die Vasokonstriktion der verletzten Gefäße, die damit verengt und durch die den Kollagenfasern anhaftenden Blutplättchen verstopft werden.

Gleichzeitig mit der Plättchenaggregation wird das Gerinnungssystem aktiviert, da der zunächst vorwiegend aus Thrombozyten gebildete Wundpfropf nicht in der Lage ist, die verletzten Gefäße auf Dauer zu verschließen. Die ebenfalls in Phasen ablaufende Blutgerinnung ist im Wesentlichen gekennzeichnet durch die Aktivierung der Gerinnungsfaktoren im Blutplasma. Im Allgemeinen handelt es sich bei den Faktoren um proteolytische Enzyme, die in inaktiver Form als Proenzyme vorliegen und sich erst bei Einleitung der Gerinnung in einer kaskadenartig ablaufenden Kette von Reaktionen gegenseitig aktivieren.

Am Ende des Gerinnungsvorgangs steht die Bildung eines stabilen Fibrinmaschennetzwerkes, das die verletzte Gefäßstelle fest verschließt. Durch die katalytische Wirkung von Thrombin entstehen dabei aus Fibrinogen zunächst Fibrinmonomere, die spontan zu langen Strängen aggregieren, als frisch gebildetes Fibrin jedoch noch instabil sind. Erst durch den aktivierten Gerinnungsfaktor XIII erfolgt eine Quervernetzung der Fibrinfäden durch kovalente Bindungen und damit die Stabilisierung des Fibrinnetzes. Die Wunde besitzt nun einen stabilen Verschluss, der sie vor Infektionen schützt und der eine provisorische Matrix bildet, mit deren Hilfe die Zellen während des Heilungsprozesses wandern können.

Einwandern von Zellen

Durch die Freisetzung verschiedener Substanzen wie Histamin, Serotonin und Kininen kommt es im Wundgebiet zu einer Änderung der Mikrozirkulation und zur Gewebsazidose durch Hypoxie. Die Gefäßpermeabilität steigt, durch verstärkte Exsudation von Plasma entsteht ein Ödem. Diesem Wundödem werden mehrere Funktionen zugeschrieben: Das durch die vermehrte Gewebsflüssigkeit entstehende wässrige Milieu fördert insgesamt die proliferativen Vorgänge in der Wunde, toxische Zerfallsprodukte werden eventuell leicht verdünnt, ebenso wird die Passage des nachwachsenden Epithels über das neu gebildete Granulationsgewebe erleichtert.

Mit der Exsudation von Blutplasma wandern gleichzeitig verschiedene Zellen in das Wundgebiet ein, die vor allem für die Reinigung und Infektabwehr der Wunde eine Rolle spielen. Sie werden durch die aus den Granula der Thrombozyten freigesetzten Wachstumsfaktoren in das geschädigte Gewebe gelockt (Chemotaxis). Neben den Wachstumsfaktoren dienen aber auch Spaltprodukte bakterieller Proteine, Nebenprodukte abgebauten Fibrins und anderer Matrixkomponenten sowie Interleukine als Lockstoffe für die Zellen.

Neutrophile Granulozyten finden sich als erstes in der Wunde. Sie können glykolytisch Energie gewinnen, was sie befähigt, auch in sauerstoffarmen, entzündeten, ödematösen, schlecht durchbluteten Gewebe zu leben. Mit ihren lysosomalen Enzymen und der Bildung reaktiver Sauerstoffspezies zerstören sie Zellstrukturen und inaktivieren Enzyme. Außerdem räumen sie durch Phagozytose Schmutzpartikel, Gewebetrümmer und Krankheitserreger ab. Kommt es nicht zu einer Infektion, dann hört die Granulozyten-Einwanderung innerhalb weniger Tage auf. Andernfalls verstärkt sich die Phagozytose und Eiter entsteht. Dieses Exsudat enthält Gewebetrümmer, wenig Serum, lebende und abgestorbene Leukozyten sowie Eitererreger. Durch Eiterbildung verzögert sich die erste Phase der Wundheilung deutlich.

Im Gefolge der Granulozyten wandern Monozyten in das Wundgebiet ein, die sich dann dort zu Makrophagen differenzieren. Ihnen kommt eine wichtige Rolle bei der Wundheilung zu. Neben der Phagozytose von absterbenden Neutrophilen, restlichen pathogenen Organismen sowie Matrix- und Zellresten präsentieren die Gewebsmakrophagen aufgenommene Fremdproteine nach Abbau zu Peptidfragmenten als Antigene auf ihrer Oberfläche. Die Antigene werden damit den spezifischen Abwehrzellen des Körpers, den Lymphozyten, in einer erkennbaren Form angeboten. Dadurch werden spezifische Abwehrreaktionen eingeleitet. Makrophagen sezernieren darüber hinaus eine Vielzahl von Wachstumsfaktoren und Zytokinen, die die Proliferation und Differenzierung des Gewebes anregen sowie die Vermehrung von Fibroblasten stimulieren.

Gewebeaufbau

Während der zweiten Wundheilungsphase überwiegt die Zellproliferation und -migration mit dem Ziel, neues Gewebe aufzubauen, um Defekte aufzufüllen. Die Bezeichnung dieses Gewebes als Granulationsgewebe hat ihren Ursprung in der charakteristischen Erscheinung während der Entwicklung. Denn auf der Oberfläche zeigen sich hellrote, glasig-transparente Körnchen (lateinisch: Granula), die sich bei einer guten Granulation vergrößern und auch zahlenmäßig zunehmen, sodass eine tiefrote, glänzende Oberfläche entsteht. Jedes Körnchen stellt ein Gefäßbäumchen mit zahlreichen feinen Kapillaren dar, die sich an der Oberfläche schlingenförmig umbiegen.

An der Entwicklung des Granulationsgewebes sind neben anderen Zellen vor allem Fibroblasten beteiligt, da sie durch Synthese von Kollagen die Bildung des Gewebes beschleunigen. Dafür beginnen die Fibroblasten einige Tage nach der Verwundung in die provisorische Matrix des Wundschorfes zu migrieren und eine neue extrazelluläre Matrix zu bilden. Dafür benutzen sie das während der Gerinnung entstandene Fibrinnetz als Klettergerüst. Die Teilung, Migration und Kollagensynthese der Fibroblasten wird vor allem durch die Wachstumsfaktoren TGF-β (Transforming Growth Factor β), PDGF (Plateled Derived Growth Factor) und FGF (Fibroblast Growth Factor) stimuliert. Die Bildung des Granulationsgewebes wird durch den Wachstumsfaktor TGF-β1/2 angeregt und anscheinend von TGF-β3 gestoppt.

Die Fibroblasten gehören zum zellulären Bestandteil des Bindegewebes, genauer zu den fixen Bindegewebszellen. Sie werden nicht extra aus dem Blut in die Wunde transportiert, sondern stammen vorwiegend von ortsständigen Gewebe. Die neue Matrix, die die Fibroblasten aufbauen, besteht zum einen aus amorpher Grundsubstanz und zum anderen aus geformten Extrazellulärsubstanzen, den Fasern. Kollagenfasern kommen nahezu überall im Körper vor, wobei mehrere Kollagentypen existieren. Bei der Wundheilung wird zunächst Typ-III-Kollagen gebildet, das mit zunehmender Reifung der Narbe abgebaut und durch Typ-I-Kollagen ersetzt wird. Kollagenfasern sind ausgesprochen zugfest und für die mechanische Stabilität der Wundnarbe verantwortlich. Sie tragen ihren Namen, da die Fasern beim Kochen quellen und für die Herstellung von Leim (griechisch: Kolla) beziehungsweise Gelatine verwendet werden.

Kollagene Fasern bestehen aus Kollagenen, fibrillären Strukturproteinen, die während ihrer Vitamin-C-abhängigen Biosynthese zahlreiche Zwischenstufen durchlaufen. Im Fibroblasten werden zunächst Polypeptidketten mit einem hohen Gehalt an Prolin, Hydroxyprolin und Hydroxylysin synthetisiert. Jeweils drei helixartig umeinander gewundene Polypeptidketten bilden lösliche Prokollagenmoleküle, die von der Zelle in den Interzellularraum ausgeschieden werden. Dort richten sie sich parallel aus bilden Protofibrillen (Prokollagenfibrillen). Zahlreiche Protofibrillen lagern sich dann zu einer Mikrofibrille zusammen. Mehrere Mikrofibrillen aggregieren zu Kollagenfibrillen und diese wiederum zu Kollagenfasern. Viele Kollagenfasern bilden zusammen ein Faserbündel.

Ankerproteine

Die ebenfalls von Fibroblasten gebildete amorphe Grundsubstanz, die zum Zusammenhalt des Granulationsgewebes beiträgt, besteht im Wesentlichen aus Proteoglykanen, das heißt aus Verbindungen, bei denen der Polysaccharid-Anteil größer ist als der Proteinanteil. Neben den Kollagenen und den Proteoglykanen finden sich im Extrazellularraum noch so genannte Ankerproteine wie Fibronektine. Sie stellen Querverbindungen zwischen den verschiedenen Bestandteilen der extrazellulären Matrix her, so dass ein dreidimensionales Netzwerk entsteht. Denn eine geregelte und damit lebensfähige Anordnung von Zellen im Gewebe setzt die Existenz einer extrazellulären Matrix voraus an der die Zellen verankert sind.

Diese Verankerung geschieht durch Integrine, Proteine, die durch die Zellmembran extrazelluläre Matrix mit dem Zellinneren verbinden. Fibronektin stellt als Ankerprotein eine Bindestelle für das Integrin der Zellmembran in der Matrix zur Verfügung. Während die Zellen in den Ruhephasen fest mit der Matrix verbunden sind, werden nach einer Verletzung diese Verbindungen gelöst. Damit ist es den Zellen möglich, an den Ort der Verletzung zu wandern und sich zu teilen. Nach Schließen des Defektes erscheinen die teilweise herunterregulierten Integrine wieder auf der Oberfläche der Zellen und verankern diese erneut in der extrazellulären Matrix.

Die Wiederherstellung beziehungsweise Neubildung der Blutgefäße im Wundgebiet, die Angiogenese, geht vor allem von bereits existierenden Gefäßen des Wundrandes aus. Voraussetzung dafür ist die Proliferation von Endothelzellen, die die Blutgefäßwände auskleiden. Die Wachstumsfaktoren FGF und VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) stimulieren dabei die Teilung von Endothelzellen am Wundort und deren röhrenförmige Anordnung.

Wundverschluss

Ungefähr einer Woche nach Verletzung kontrahiert die Wunde unter dem Einfluss von Myofibroblasten, die Wundränder geraten näher aneinander, und die Reepithelisierung wird erleichtert. Das Granulationsgewebe wird wasser- und gefäßärmer, verfestigt sich zunehmend und bildet sich zu Narbengewebe um. Die Epithelisierung des Wundgebietes schließt die Wundheilung ab, wobei die Ausgangsbasis für die Neubildung von Epidermiszellen vor allem Zellen des Wundrandes, aber auch Keratinozyten der äußeren Haarwurzelscheide sind, die epitheliale Stammzellen enthält. Es ist daher für eine möglichst rasche Epithelisierung von Vorteil, wenn Teile von Haarfollikeln im Zentrum der Wunde erhalten bleiben. Sie dienen gleichermaßen als Inseln, von denen aus eine Migration der Keratinozyten nach allen Seiten hin erfolgen kann. Sind die Hautanhangsgebilde im Bereich der Wunde jedoch komplett zerstört, werden sie im Rahmen der Wundheilung nicht mehr ersetzt.

Die molekularen Mechanismen der komplexen Abläufe während der Epithelisierung sind erst teilweise bekannt. So ist zum Beispiel noch unklar, welche genauen Stimuli das Startsignal für die Migration und Proliferation der Epithelzellen am Wundrand geben. Angenommen wird die Beteiligung mehrerer Faktoren: Einerseits schütten die am Wundrand lokalisierten Zellen auf Grund von durch Stress aktivierten Stoffwechselwegen einen ganzen Cocktail an Zytokinen und Wachstumsfaktoren aus. Andererseits könnte auch eine mögliche erhöhte Permeabilität für Ionen durch die mechanische Schädigung der Wundrandzellen eine Rolle als Initiator der Vorgänge spielen.

Die aktivierten Keratinozyten verändern ihre Form, indem sie das ursprüngliche, für die nachfolgende Migration der Zellen jedoch nicht geeignete Zytoskelett vorübergehend demontieren und in Migrationsrichtung reorganisieren. Der Wundverschluss durch Migration der Keratinozyten setzt zudem die Auflösung der interzellulären Desmosomen voraus. Desmosomen dienen dem Zusammenhalt der Epithelzellen, sie sind Haftplatten, die benachbarte Zellen miteinander verankern. Gleichzeitig werden auch die Verbindungen zwischen den Zellen abgebaut, die sonst eine direkte zytoplasmatische Kommunikation zwischen den Keratinozyten ermöglichen („gap junctions“). Die Zytoplasmafortsätze, die das Epithel mit der Lederhaut verbinden, auch Hemidesmosomen oder Wurzelfüßchen genannt, werden ebenso gekappt.

Beim Verschluss des Epithels scheinen zwei unterschiedliche Mechanismen der Zell-Bewegung eine Rolle zu spielen. Zum einen kommt es zu einer passiven Verschiebung der oberflächlichen Zelllagen im Bereich des Wundrandes hin zur Wundmitte, was besonders schnell und bei sehr kleinen Verletzungen oft bereits zu einem kompletten Verschluss führen kann. Zum anderen schieben sich die Keratinozyten wechselseitig übereinander und wandern aktiv in Richtung Wundzentrum. Es kommt hierbei zu einem permanenten Wechsel zwischen Auf- und Abbau von Verknüpfungen mit der Matrix, die Wundrandzellen bewegen und mischen sich dabei wie in einem fließenden System.

Die Migration der Keratinozyten erfolgt durch die Ausbildung so genannter Lamellipodien, also füßchenartiger Ausstülpungen der Zellmembran zur Wundmitte. Dafür müssen zytoskelettale Fasern (Actin) im Bereich der Ausstülpungen polymersisieren und die Adhäsionsstellen der extrazellulären Matrix müssen mit Hilfe der Integrine neu gebildet werden. Bei den zeitlich fein abgestimmten Vorgängen der Zellmigration wie der Umstrukturierung des Zytoskeletts, der Bildung von Lamellipodien, dem Zurück- beziehungsweise Zusammenziehen von Zellausläufern und der Ausbildung von Adhäsionen an die Matrix, spielt die Enzymfamilie der Rho-GTPasen eine entscheidende Rolle. Wird beispielsweise eine bestimmte Rho-GTPase ausgeschaltet, dann kommt es zur Ausbildung von Lamellipodien in alle Richtungen, was die gerichtete Migration der Zellen erschwert.

Dem Wachstumsfaktor TGF-β kommt bei der epithelialen Regeneration eine scheinbar gegenregulatorisch-bremsende Funktion zu. Bei Mäusen, denen das Gen für den Faktor fehlt, kommt es zu einer beschleunigten epithelialen Wundheilung. TGF-β könnte damit theoretisch sowohl als Arzneistoff dienen oder auch selbst Ziel therapeutischer Interventionen sein.

Das Ende der Wanderung

Über die Stopp-Signale, die das Ende der Migration beim Verschluss der Wunde vermitteln, wenn die Keratinozyten der gegenüberliegenden Wundränder aufeinander treffen, ist ebenfalls relativ wenig bekannt. Die möglichen Mechanismen sind bisher nur in Tierembryonen und in Fibroblastenkulturen nachgewiesen worden, eine funktionelle Bedeutung bei der Wundheilung beim erwachsenen Menschen gilt aber als sehr wahrscheinlich.

Die randständigen Epithelzellen bilden dabei Fühlern ähnlich so genannte Filopodien aus. An den Stellen, an denen sich die Filopodien gegenüberliegender Zellen berühren, kommt es zum Abbau des Actin-Zytoskeletts der Filopodien, die Filopodien bilden sich zurück. An ihrer Stelle entstehen neue interzelluläre Kontakte, so dass sich die Lücke zwischen den Zellen schließt.

Neben dieser Fusion der Wundränder muss auch eine neue Basalmembran gebildet werden. Die Basalmembran besteht hauptsächlich aus Typ-IV-Kollagen, Glykoproteinen wie Fibronektin und Laminin und sauren Proteogykanen. Während das Kollagen IV sowohl von Keratinozyten als auch von Fibroblasten gebildet wird, stammt das Laminin ausschließlich von Keratinozyten.

Durch die Adhäsion von Kerationzyten über Integrine an Laminin, einem Ankerprotein wie Fibronektin, kommt es zur Differenzierung der Keratinozyten mit erneuter Ausbildung von „gap junctions“ wodurch die zytoplasmatische Kommunikation zwischen benachbarten Zellen wieder hergestellt wird. Die Keratinozyten erhalten ihre ursprüngliche Form zurück und haften sich über Hemidesmosomen an die neu gebildete Basalmembran. Damit ist der Defekt der Haut gegenüber der Umgebung wieder verschlossen. Das Ausreifen des Narbengewebes kann allerdings noch mehrere Monate in Anspruch nehmen. Top

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