Neuentdeckungen im menschlichen Bauplan

Anatomische Überraschungen

Anatomie
Anatomie hat eine jahrhundertelange Tradition, doch in den letzten Jahren erlebt sie eine Renaissance.© cosmin4000/ iStock

Eigentlich ist die menschliche Anatomie seit Jahrhunderten bestens bekannt – so jedenfalls dachte man. Doch in den letzten Jahren haben Wissenschaftler gleich mehrere unverhoffte Entdeckungen in unserem Körper gemacht. Die Spanne reicht von neuen Details altbekannter Gewebe und Organe bis zu vorher übersehenen Strukturen.

Schon in der Antike gab es erste Karten der Muskeln, Knochen und Weichteile unseres Körpers, in der Renaissance perfektionierten Mediziner das Wissen um unsere Anatomie. Doch die modernen Verfahren der Bildgebung und Mikroskopie eröffnen Wissenschaftlern heute den Blick auf anatomische Details, die bislang verborgen blieben – sei es, weil sie zu unauffällig oder klein sind oder weil die klassische Präparation sie zerstört.

Aber dies ist nicht der einzige Grund für die Neuentdeckungen in unserem Körper. Hinzu kommt der stetige Einfluss der Evolution. Er sorgt dafür, dass wir Menschen heute Strukturen ausbilden, die es vorher nicht gab. Andere Teile unsere Anatomie dagegen verschwinden.

Wie sich die Anatomie weiterentwickelt hat

Von Herophilos bis zum Tissue Clearing

Die Anatomie ist die älteste Fachrichtung der Medizin und ihre Grundlage. Schon vor Jahrhunderten entstanden detaillierte Abbildungen des menschlichen Innenlebens, die in vielem bis heute Gültigkeit besitzen. Allerdings waren die Möglichkeiten der frühen Anatomen stark eingeschränkt: Ihnen fehlten die modernen bildgebenden und mikroskopischen Methoden, die heute ganz neue Einblicke in unseren Körper und seine Funktionen gewähren.

Galen
Abbildung aus einer mittelalterlichen Kopie eines Galenus-Lehrbuchs. © Wellcome Collection/ CC-by-sa 4.0

Die Urväter der Anatomie: Herophilos und Galen

Erste systematische Studien der Anatomie gehen auf die Antike zurück, insbesondere auf griechische Gelehrte wie Herophilos von Chalkedon. Dieser führte um 300 vor Christus in Alexandria die ersten wissenschaftlichen Sektionen an menschlichen Leichen durch und gilt als erster „Vater der Anatomie“. Herophilos beschrieb als erster Organe wie die Bauchspeicheldrüse, die Eileiter oder die Hirnhaut. Er erkannte zudem den Unterschied zwischen Arterien und Venen und vermuteten bereits, dass die Nerven der Leitung von Empfindungen dienen. Seine Lehrbücher, darunter auch ein Werk namens „Anatomie“ blieben jedoch nicht erhalten.

Bis in die Renaissance hinein prägten daher die Lehrbücher eines anderen antiken Mediziners die Anatomie: Galenus, auch als Galen bekannt, gilt bis heute als einer der bedeutendsten Ärzte des Altertums. Nachdem er sein Handwerk in Alexandria, dem Mekka der antiken Medizin, gelernt hatte, arbeitete er jahrzehntelang als Arzt für olympische Athleten, römische Gladiatoren und später sogar als Leibarzt römischer Kaiser.

Aus seinen Erfahrungen ging ein Lehrwerk hervor, das das physiologische, pharmakologische und anatomische Wissen der antiken Medizin zusammenfasste. Allerdings: Galens 15-bändige Anatomie beruhte zum großen Teil nicht auf der Sektion menschlicher Toter, sondern auf Studien an Schweinen, Affen oder Hunden. Dadurch hielt er beispielsweise auch beim Menschen eine zweigeteilte Gebärmutter für die Regel. Dennoch blieben Galens Lehren bis ins 16. Jahrhundert hinein das Maß aller medizinischen Dinge. Denn im Mittelalter war das Sezieren von Leichen verboten, so dass es kaum Möglichkeiten gab, Galens Irrtümer aufzuklären.

Eine Renaissance – auch für die Anatomie

Das änderte sich erst in der Renaissance. In dieser Zeit begannen Künstler wie Michelangelo und Leonardo da Vinci damit, für ihre Menschendarstellungen auch anatomische Studien durchzuführen. Da Vinci sezierte dafür auch menschliche Leichen – teils heimlich – und fertigte auf Basis seiner Beobachtungen mehr als 750 detailreiche Zeichnungen von Organen, Geweben und Knochenstrukturen an.

da Vinci Anatomie
Innere Anatomie einer Frau, gezeichnet von Leonardo da Vinci © historisch

In der Wissenschaft war es jedoch der flämische Anatom Andreas Vesalius, der für entscheidende Fortschritte sorgte. Schon kurz nach seinem Studium an der Universität von Louvain nutzte er die Chance, den Leichnam eines Hingerichteten zu sezieren und entdeckte mehrere Abweichungen zu Galens Lehrwerken. Ab 1538, in seiner Zeit als Medizinprofessor in Padua, weitete er seine Studien aus und führte auch öffentliche Sektionen durch. In dieser Zeit entstand ein siebenbändiges Anatomie-Lehrwerk, dem Vesalius seinen Ruf als Begründer der neuzeitlichen Anatomie verdankt.

Und seither?

In den folgenden Jahrhunderten wurden Sektionen zur Grundlage medizinischer Forschung und Ausbildung. Sie erweiterten und vervollständigten das Wissen um den inneren Aufbau unseres Körpers und schöpften die Möglichkeiten der makroskopischen Anatomie dabei weitgehend aus. Im 19. und frühen 20. Jahrhundert lag der Schwerpunkt anatomischer Forschung deshalb eher auf speziellen Fragen wie der Entwicklung der Körperstrukturen im Verlauf der Embryonalentwicklung und Evolution.

In den letzten Jahren jedoch tut sich wieder etwas auf dem Gebiet der Anatomie. Denn neue Technologien der Bildgebung und Mikroskopie erlauben es Wissenschaftlern heute, auf ganze neue Weise in die feinsten Details unseres Körpers einzutauchen. So helfen Fluoreszenz-Biomarker dabei, Zell- und Gewebetypen zu charakterisieren und endoskopische Mikroskopie zeigt selbst kleinste Strukturen vor Ort und ohne Präparation. Neue Methoden des Tissue Clearing machen sogar Gewebe durchsichtig und lassen beispielsweise die feinen Gefäße unseres Darms hervortreten.

„Die wichtigen Entdeckungen der Anatomie kommen daher inzwischen von Studien der Gewebe und Zellen“, erklärte Medizinhistoriker Paul Neumann von der Dalhousie University kürzlich in „The Scientist“.

Neue Strukturen in altbekannten Regionen

Auge, Knie und Rachen

Zu den anatomischen Entdeckungen der letzten Jahre gehören einige, die scheinbar bestens untersuchte Teile unseres Körpers betreffen – von der Hornhaut der Augen über das Kniegelenk bis zu unserem Rachenraum.

Hornhaut
Die Hornhaut bildet den äußeren Abschluss unseres Auges © Alexander Ford/ iStock

Sechs statt fünf Schichten in unserer Hornhaut

Den Anfang machte im Jahr 2013 ein Fund in der Hornhaut des menschlichen Auges. Gängiger Lehrmeinung nach besteht diese feste, durchsichtige Schutzhülle aus fünf Schichten. Innen und außen begrenzt eine Epithelschicht die Cornea, darauf folgt jeweils eine dünne Membran, die das Bindegewebe der Hornhaut, die Stroma, umschließt. Die äußere Membran wird als Bowman-Membran bezeichnet, die innere als Descemet-Membran.

Doch wie der englische Ophthalmologe Harminder Dua entdeckte, sitzt zwischen dem Stroma und der Descemet-Membran noch eine weitere Schicht. Sie zeigte sich, als Dua und sein Team feinste Luftbläschen in die Cornea injizierten, um die Schichten voneinander zu trennen. Unter dem Elektronenmikroskop trat dadurch die nach ihren Entdecker „Dua-Schicht“ getaufte Struktur zutage.

Die Dua-Schicht ist nur 15 Mikrometer dünn und macht daher nur einen winzigen Bruchteil der rund einen halben Millimeter dicken Hornhaut aus. Doch dank eines dichten Geflechts von Elastinfasern ist sie besonders fest und kann selbst mehr als zwei Bar Druck standhalten, wie Tests ergaben. Zudem ist die Dua-Schicht luftundurchlässig. Sie bildet daher in mehrfacher Hinsicht einen wichtigen Teil der Cornea-Schutzhülle.

„Dies ist eine bedeutende Entdeckung, durch die die Ophthalmologie-Lehrbücher umgeschrieben werden müssen“, sagt Dua. Tatsächlich hat die Dua-Schicht seither Eingang in die Fachliteratur gefunden. Das Wissen um diese zusätzliche Hornhautschicht hat jedoch auch ganz praktische Bedeutung für die Augenheilkunde und -chirurgie. So ist diese Struktur wichtig für Hornhaut-Transplantationen und könnte auch eine wichtige Rolle für einige Augenerkrankungen wie den Grünen Star und den durch Hornhautrisse entstehenden Keratokonus spielen.

Eine neues Band im Knie

Ebenfalls im Jahr 2013 stießen belgische Mediziner auf eine neue Struktur im Kniegelenk – das anteriolaterale Ligament. Dieses Band wurde zwar in einigen älteren Chirurgietexten beschrieben, seine Existenz und Bedeutung waren aber umstritten. Steven Claes und Johan Belleman von der Universität Louvain klärten dies, als sie untersuchten, warum so viele Patienten nach einer operative Reparatur ihres vorderen Kreuzbands immer noch Probleme mit der Stabilität des Kniegelenks hatten: Trotz der Operation knickte ihnen das Knie manchmal mitten in der Bewegung weg.

Kniegelenk
Zwischen dem Außenband und dem Außenmeniskus gibt es ein weiteres Band – hier fehlt es. © Grays Anatomy/ historisch

Um diesem Problem auf den Grund zu gehen, sezierten die Wissenschaftler die Kniegelenke von 41 menschlichen Leichen und nahmen sich noch einmal mehr als 350 Kernspintomografien von Kniepatienten vor. Es zeigte sich: Im intakten Knie setzt am seitlichen Vorsprung des Oberschenkelknochens direkt neben dem Außenband ein weiteres Band an. Dieses hat Kontakt mit dem Außenmeniskus und läuft dann weiter nach schräg vorne unten bis zur Vorderseite des Schienbeinkopfes. Es trägt damit zur Stabilität des Kniegelenks bei.

Claes und Belleman haben die Existenz dieses inzwischen als anteriolaterales Ligament (ALL) bezeichneten Struktur bestätigt und auch geklärt, warum es bei einigen Kniepatienten nicht ausreicht, nur das Außenband zu nähen: Ist auch das ALL gerissen, bleibt ihr Knie möglicherweise instabil.

Ein viertes Speicheldrüsen-Paar

Und es gibt noch einen Fund in einem vermeintlich bestens untersuchten Körperteil: unserem Rachen. Gängiger Ansicht nach ist die Schleimhaut dort mit tausenden winziger Drüsen durchsetzt, dazu gibt es drei große paarige Speicheldrüsen – unter der Zunge, in der Wange und seitlich am Unterkiefer. Im Oktober 2020 jedoch berichteten Matthijs Valstar vom Niederländischen Krebsinstitut in Amsterdam und sein Team von einem vierten Paar Speicheldrüsen.

Diese knapp vier Zentimeter lange paarige Drüse versteckt sich an der hinteren Wand des Nasenrachens. Dort, am Ausgang der Eustachischen Röhre, bildet die Rachenschleimhaut einen Wulst. Zwar hatte man schon zuvor angenommen, dass es dort kleine Drüsen gibt. Mithilfe einer speziellen Positronenemissions-Tomografie (PET) nebst Biomarker konnten Valstar und sein Team nun jedoch beweisen, dass es sich um eine durch Drüsen und Ausführgänge gekennzeichnete makroskopische Speicheldrüse handelt – ein viertes Paar.

Versteckte Leitungssysteme in unserem Körper

Unerkannte Bahnen

Ein anatomisches Teilgebiet, in dem in den letzten Jahren gleich mehrere neue Strukturen entdeckt wurden, sind die Leitungssystem unseres Körpers – die Bahnen und Verbindungswege, über die Gewebe und Organe mit verschiedensten Substanzen versorgt werden. Weil diese Netzwerke bei der Präparation von Geweben meist zerstört werden, blieben sie jahrhundertelang unerkannt.

Astrozyten
Die Fortsätze der Astrozyten (braun) umschließen die Blutgefäße des Gehirns. Doch zwischen beiden existiert ein Freiraum, der als Ableitungssystem fungiert (hier noch nicht eingezeichnet).© Ben Brahim Mohammed/ CC-by-sa 3.0

Abwasserkanäle in unserem Gehirn

Eines dieser neuentdeckten Leitungssysteme sitzt in unserem Gehirn. Lange dachte man, dass die Abfallstoffe unseres Denkorgans passiv mit dem Hirnwasser entsorgt werden. Sie diffundieren mit ihm in die Hirnvenen und werden dann mit dem Blut abtransportiert – so die Lehrmeinung. Doch 2012 entdeckten Maiken Nedergaard von der University of Rochester und ihr Team, dass es im Gehirn doch ein ganzes Netz von Lymphbahnen gibt – das glymphatische System.

Gebildet werden diese Kanäle durch die Ausläufer neuronaler Stützzellen, Astrozyten, die sich um die Hirnarterien winden. Dadurch entsteht um die Adern ein Hohlraum, über den die Hirnflüssigkeit aktiv aus dem Hirngewebe gepumpt und in die Adern gepresst wird. „Das ist ein hydraulisches System. Wenn man es öffnet, wird es unterbrochen und funktioniert nicht mehr“, erklärt Nedergaard. Deshalb haben sie und ihr Team diese aktive Abwasserentsorgung des Gehirns erst entdeckt, als sie die Gehirne lebender Mäuse mit der Zwei-Photonen-Mikroskopie untersuchten. Diese machte den Fluss des mit einem Kontrastmittel markierten Hirnwassers sichtbar.

Ebenfalls im Schädel haben Mediziner der Harvard University im Jahr 2018 feine Knochenkanälchen entdeckt. Diese ziehen vom Mark des Schädelknochens bis an die harte Hirnhaut und bilden offenbar eine Abkürzung für ins Gehirn einwandernde Immunzellen. „Offenbar haben sie eine ganz andere Rolle als gewöhnliche Gefäße“, erklärt Mathias Nahrendorf. „Sie scheinen als direkte Leitungen für die Kommunikation zwischen dem zentralen Nervensystem und dem Knochenmark zu dienen.“

Ein Netzwerk flüssigkeitsgefüllter Stoßdämpfer

Ein noch größeres, im gesamten Körper vorhandenes Leitungsnetz betrat auch 2018 die anatomische Bühne. Dieses Netzwerk liegt dort, wo Anatomen jahrhundertelang nur festes Bindegewebe vermuteten: Im sogenannten Interstitium unter der Haut, in der Umkleidung der inneren Organe und Blutgefäße und an den Faszien zwischen unseren Muskeln. Wie man nun weiß, ist dieses Gewebe von einem Netzwerk aus winzigen Kanälchen durchzogen, die von Kollagen und Elastan stabilisiert werden und mit Zellen ausgekleidet sind.

Entdeckt haben Neil Theise von der New York University und sein Team dieses Leitungsnetz im Interstitium durch einen Zufall: Als sie die Gallengänge von Krebspatienten mithilfe eines lasergestützten Endomikroskopie-Verfahrens untersuchten, fielen ihnen die kleinen, flüssigkeitsgefüllten Hohlräume auf. Weitere Analysen enthüllten, dass es solche Hohlräume fast im ganzen Körper vorkommen – überall dort, wo Gewebe sich bewegt, zusammengedrückt wird oder pulsiert. „Wir glauben, dass diese Struktur wie ein Stoßdämpfer wirkt und das Gewebe schützt“, sagt Theise.

Verborgene Adernetze in unseren Knochen

Und auch in unseren Arm- und Beinknochen haben Forscher Anfang 2019 etwas Neues entdeckt. Demnach ist die harte Außenschicht dieser Knochen, die sogenannte Kortikalis, von einem Netzwerk feinster Blutgefäße durchzogen. Diese Transkortikalgefäße getauften Kapillaren durchqueren den kompakten Knochen und verbinden das Knochenmark mit den Blutgefäßen in der äußeren Knochenhaut. Sie könnten erklären, warum sich ins Knochenmark injizierte Medikamente so schnell im Körper verteilen. Zudem scheint dieses Gefäßnetz eine bedeutende Rolle für den Transport von Immunzellen zu spielen.

„Die bisherigen Konzepte beschrieben lediglich einige wenige arterielle Zuflüsse und zwei venöse Abflüsse bei Knochen. Es ist schon erstaunlich, dass man im 21. Jahrhundert noch neue anatomische Strukturen finden kann, die in keinem Lehrbuch beschrieben werden“, sagt Studienleiter Matthias Gunzer von der Universität Duisburg-Essen.

Was sind die Transkortikalgefäße und wie wurden sie entdeckt?© Nature video

Unsere Anatomie verändert sich

Evolution in Aktion

Während viele anatomische Neuentdeckungen erst durch neue Verfahren aufgespürt wurden, gibt es auch einige Strukturen, die vorher schlicht nicht da waren – oder zumindest nicht bei jedem Menschen. Sie zeugen davon, dass auch wir Menschen noch „Work in Progress“ sind und der Evolution unterliegen.

Muskeln
Manchen Menschen fehlen diese Muskeln im Unterarm oder Unterschenkel. © Grays Anatomy/ historisch

Wenn Muskeln verschwinden…

So gibt es einige Muskeln in unserem Bauplan, die bei einigen Menschen vorkommen, bei anderen dagegen nicht. Dazu gehört der Musculus palmaris longus, ein dünner Muskelstrang an der Vorderseite unsers Unterarms. Er hilft dabei, das Handgelenk zu beugen. Ist dieser Muskel vorhanden, tritt seine Sehne beim Abknicken der geschlossenen Faust nach innen an der Handgelenksinnenseite mittig hervor. Doch bei rund 13 Prozent der Menschen fehlt dieser Muskel komplett, andere haben ihn nur in einem ihrer beiden Unterarme.

Ein weiteres Beispiel ist der Musculus plantaris an der Rückseite unserer Unterschenkel. Dieser bei der Beinbeugung aktive Muskel ist bei Affen und Halbaffen noch sehr kräftig ausgebildet. Bei Menschenaffen und uns Menschen sind von ihm aber nur noch eine kleine Muskelpartie in Knienähe und eine lange bis zur Ferse ziehende Sehne übrig. Etwa zehn Prozent aller Menschen haben diesen Muskel gar nicht mehr. Das könnte dafür sprechen, dass der Plantarismuskel vielleicht beim Klettern wichtig war, für den aufrechten Gang unser menschliches Bewegungsrepertoire aber weitgehend überflüssig ist – deshalb beginnt die Natur ihn einzusparen.

…oder Adern hinzukommen

Aber auch den umgekehrten Fall gibt es: Anatomische Strukturen und Organe, die ursprünglich gar nicht oder nur zeitweise vorhanden waren, aber heute vermehrt vorkommen. Ein besonders eklatantes Beispiel dafür ist die Median-Arterie in unserem Unterarm. Diese Mittelader wird im frühen menschlichen Embryo gebildet, verschwindet aber normalerweise nach rund acht Wochen wieder. Ab dann übernehmen zwei seitliche Arterien ihre Aufgabe.

Schon früher gab es vereinzelte Fälle von Menschen, die diese dritte Unterarmarterie auch nach der Geburt noch behielten. Doch wie Forscher um Teghan Lucas von der Flinders University kürzlich herausfanden, hat sich der Anteil der Menschen mit einer solchen dritten Ader in den letzten 100 Jahren deutlich erhöht – von damals knapp zehn Prozent auf heute mehr als 30 Prozent. „Wenn dieser Trend anhält, dann könnten bis zum Jahr 2100 fast alle Menschen diese Median-Arterie im Unterarm besitzen“, sagt Lucas.

Dies sei ein perfektes Beispiel dafür, dass wir uns noch immer weiterentwickeln. Wie die Forscher erklären, deutet der Trend zur dritten Arterie darauf hin, dass ihre Präsenz einen Selektionsvorteil bedeutet. Tatsächlich verbessert sie die Blutversorgung von Unterarm und Hand. Gleichzeitig jedoch macht sie uns anfällig für ein Karpaltunnelsyndrom. Weil sich dieses jedoch heute behandeln lässt, überwiegen offenbar die Vorteile.

Fabella
Röntgenbild einer Fabella im Knie.© Jmarchn/ CC-by-sa 3.0

Trend zum Knöchelchen im Knie

Und noch eine anatomische Struktur ist bei uns Menschen im Kommen: die Fabella, eine bohnenförmige Verknöcherung in einer Sehne an der Knierückseite. Noch vor gut 100 Jahre kam ein solches Sesambein nur bei gut zehn Prozent der Menschen vor, heute sind es mehr als 36 Prozent. Dabei gibt es jedoch regionale Unterschiede: In Asien haben mehr als die Hälfte aller Menschen eine Fabella im Knie, in Afrika dagegen besitzt sie nur jeder Fünfte.

Merkwürdig auch: Bei fast allen Altweltaffen gehört dieses Sesambein zum Grundbauplan., bei Menschenaffen kommt es dagegen gar nicht vor. „Nur bei uns Menschen ist dieses verloren gegangene Knöchelchen wiederaufgetaucht. Die Frage ist warum“, so Michael Berthaume vom Imperial College London. Er und seine Kollegen vermuten, dass die Ausbildung der Fabella auf eine Mischung aus genetischen und umweltbedingten Faktoren zurückgeht. Doch welche dies sind, ist noch unklar.