Histologische, enzymhistochemische und ultrastrukturelle Untersuchungen
zur kongenitalen Ichthyose bei Deutschen Doggen und zum Vererbungsmodus der Krankheit
INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae -
(Dr. med. vet.)
vorgelegt von Annalena Hoff mann
Herne
Hannover 2019
Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;
detaillierte bibliografische Daten sind im Internet abrufbar über http://dnb.ddb.de
© 2019 by Verlag:
Deutsche Veterinärmedizinische Gesellschaft Service GmbH, Gießen Printed in Germany
ISBN 978-3-86345-512-5 1. Auflage 2019
Verlag:
DVG Service GmbH Friedrichstraße 17 35392 Gießen Tel.: 0641/24466 info@dvg.de www.dvg.de
Histologische, enzymhistochemische und ultrastrukturelle Untersuchungen zur kongenitalen Ichthyose bei Deutschen Doggen und
zum Vererbungsmodus der Krankheit
INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer
Doktorin der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae -
(Dr. med. vet.)
vorgelegt von Annalena Hoffmann
Herne
Hannover 2019
Wissenschaftliche Betreuung:
1. Univ.-Prof. Dr. Marion Hewicker-Trautwein, Institut für Pathologie
2. Univ.-Prof. Dr. Ottmar Distl, Institut für Tierzucht und Vererbungsforschung
1. Gutachterin: Univ.-Prof. Dr. Marion Hewicker-Trautwein 2. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. Ingo Nolte
Tag der mündlichen Prüfung: 28.10.2019
Für meine Eltern
Inhalt
1. Einleitung ... 1
2. Publikationen ... 2
3. Literaturübersicht ... 3
3.1 Funktion und physiologische Eigenschaften der Haut ... 3
3.2 Aufbau der Haut und Hautanhangsgebilde ... 4
3.2.1 Oberhaut (Epidermis) ... 4
3.2.2 Keratinozyten und Keratine ... 9
3.2.3 Epidermale Fettsäuren und Fettsäurentransporter ... 12
3.2.4 Dermis und Subcutis ... 13
3.2.5 Haare, Haarbalg/Haarfollikel und Haarfollikel-Talgdrüsen-Einheit ... 13
3.2.6 Haarzyklus ... 16
3.3 Verhornungsstörungen ... 17
3.3.1 Klinik, Ätiologie und Pathogenese von Verhornungsstörungen ... 17
3.4 Ichthyose ... 20
3.4.1 Ichthyose des Menschen ... 21
3.4.2 Ichthyosen bei verschiedenen Tierspezies ... 29
3.5 Ichthyosen bei Rassehunden mit nachgewiesenem Gendefekt ... 31
3.5.1 Ichthyose beim Golden Retriever ... 32
3.5.2 Ichthyose bei der Amerikanischen Bulldogge ... 35
3.5.3 Ichthyose beim Jack Russel Terrier ... 36
3.5.4 Ichthyose beim Cavalier King Charles Spaniel ... 37
3.5.5 Ichthyose beim Norfolk Terrier ... 38
3.5.6 Ichthyose beim Deutschen Schäferhund ... 40
3.6 Ichthyosen bei Hunden ohne nachgewiesenen Gendefekt ... 40
3.6.1 Lamellare Ichthyose beim American Pit Bull Terrier ... 40
3.6.2 Ichthyose beim Soft-coated Wheaten Terrier ... 40
3.6.3 Ichthyose beim Labrador Retriever ... 41
3.6.4 Syndromische Ichthyose beim Rottweiler ... 41
3.7 Ichthyose-ähnliche Dermatosen bei Mischlingshunden ... 42
3.8 Sonstige Verhornungsstörungen bei Hunden ... 43
4. Manuskript: Congenital Ichthyosis in 14 Great Dane Puppies with a new presentation ... 45
5. Material und Methoden ... 47
5.1 Hunde ... 47
5.1.1 Doggenwelpen ... 47
5.1.2 Kontrollhunde... 47
5.2 Pathologisch-anatomische und -histologische Untersuchungen ... 48
5.2.1 Sektion und Probenentnahme für histopathologische Untersuchungen . 48 5.2.2 Fixation, Paraffineinbettung und physikochemische Färbemethoden ... 48
5.3 Enzymhistochemische Untersuchungen ... 49
5.3.1 Kombinierte Alcianblau/Periodic acid Schiff (AB/PAS) Reaktion ... 49
5.3.2 Hyaluronidase-Reaktion ... 50
5.4 Transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen ... 52
5.4.1 Aufarbeitung der Proben ... 52
5.4.2 Aufsatztechnik (pop-off-Methode) ... 53
5.5 Stammbaumanalyse ... 53
5.6 Auswertung und Dokumentation der Daten ... 54
5.6.1 Lichtmikroskopische Untersuchungen ... 54
5.6.2 Fotografische Dokumentation ... 54
6. Ergebnisse ... 55
6.1 Pathologisch-anatomische Untersuchungsbefunde ... 55
6.2 Pathologisch-histologische Untersuchungsbefunde ... 55
6.2.1 Befunde an Hämatoxylin-Eosin-gefärbten Hautschnitten ... 55
6.2.2 Befunde an mit Sudanrot III-gefärbten Hautschnitten ... 56
6.3 Ergebnisse der enzymhistochemischen Untersuchungen ... 57
6.4 Transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungsbefunde ... 58
6.5 Ergebnisse der Stammbaumanalyse ... 58
7. Diskussion ... 60
7.1 Interpretation der Ergebnisse im Vergleich mit Ichthyose bei anderen Hunderassen ... 60
7.2 Genetische Ursachen der Ichthyose bei Deutschen Doggen ... 61
7.2.1 Vererbungsmodus ... 61
7.2.2 Genetischer Defekt im Fatty acid transport protein 4 (FATP4)-Gen ... 62
7.3 Differentialdiagnosen zur kaninen Ichthyose und deren Ausschluss ... 65
7.3.1 Primäre (idiopathische) kanine Seborrhö ... 65
7.3.2 Kanine kutane Muzinose ... 65
7.4 Schlussbetrachtung ... 66
8. Zusammenfassung... 68
9. Summary ... 70
10. Literaturverzeichnis ... 71
Abkürzungsverzeichnis
Abb. Abbildung
AB/PAS-Reaktion Alcianblau/Periodic Acid Schiff-Reaktion
Aqua dest. Aqua destillata
bzw. beziehungsweise
°C Grad Celsius
ca. circa
CIE congenital ichthyosiform erythrodermia
DNA deoxyribonucleic acid
EI epidermolytische Ichthyose
et al. lateinisch: et alii (und andere)
etc. et cetera
Fa. Firma
FATP4 fatty acid transport protein 4
FLG Filaggrin-Gen
g Gramm
GAG Glykosoaminoglykane
ggf. gegebenenfalls
HE Hämatoxylin-Eosin
HI Harlekin Ichthyose
IPS ichthyosis prematurity syndrome
LI Lamellare Ichthyose
kg Kilogramm
max. maximal
MCG membrane coated granules
MCM membrane coating material (Interzellularkitt)
Mb Megabasen
mm Millimeter
Min. Minuten
NaCl Natriumchlorid
Nr. Nummer
SLC27A4 solute carrier family 27 A4
TEM Transmissionselektronenmikroskopie
u.a. unter anderem
u. A. und Andere
z. B. zum Beispiel
1. Einleitung
Bei der kongenitalen Ichthyose handelt es sich um eine heterogene, beim Menschen und bei verschiedenen Tierspezies auftretende, angeborene, hereditäre Verhor- nungsstörung der Haut. Ichthyose ist durch makroskopisch sichtbare Hautschuppen mit unterschiedlichem Ausprägungsgrad und histologisch durch eine Hyperkeratose gekennzeichnet. Das klinische Erscheinungsbild der Haut betroffener Patienten ist namensgebend für die Erkrankung, die im allgemeinen Sprachgebrauch auch unter der Bezeichnung Fischschuppenkrankheit bekannt ist. Auf Basis der aktuellen wis- senschaftlichen Erkenntnisse gibt es insbesondere für Menschen mit Ichthyose viel- fältige, lebenslang begleitende Therapieoptionen, eine Heilung ist jedoch ausge- schlossen.
Derzeit werden in der Humanmedizin mehr als 30 verschiedene Formen der Ichthyo- se unterschieden. Es wurde ein Klassifizierungssystem etabliert, mittels dessen die Ichthyose-Formen anhand der klinischen Befunde, des Vererbungsmodus und des zugrundeliegenden Gendefektes eingeteilt werden. Das Klassifizierungssystem un- terscheidet verschiedene Ichthyose-Gruppen. Die größte Gruppe bilden die autoso- mal rezessiven kongenitalen Ichthyosen (autosomal recessive congenital ichthyoses, ARCI). Weitere Gruppen sind die hereditären Ichthyosen sowie die erworbenen, se- kundären Verhornungsstörungen.
Für mehrere Ichthyose-Formen des Menschen wurden bestimmte Genmutationen als Ursache nachgewiesen. Art und Schweregrad der klinischen Symptome korrelieren mit der zugrundeliegenden Genmutation.
Bei Hunden und anderen Haustierspezies werden verschiedene Formen der Ichthyo- se beschrieben, wobei vor allem bei Hunden Rassedispositionen und Gendefekte für bestimmte Ichthyose-Formen nachgewiesen wurden.
Ziel dieser Arbeit war es eine bei Doggenwelpen mit hochgradiger kutaner Falten- und Schuppenbildung einhergehende, angeborene und bisher unbekannte Hauter- krankung mit Ichthyose-ähnlichen Merkmalen pathologisch-anatomisch, histologisch, histochemisch und ultrastrukturell zu charakterisieren sowie den Vererbungsmodus aufzuklären.
2. Publikationen
Diese Dissertation basiert auf einer Veröffentlichung in einer international erschei- nenden Wissenschaftszeitschrift mit Gutachtersystem:
HOFFMANN A., J. METZGER, A. WÖHLKE, M. PETERS, J. JUNGINGER, R.
MISCHKE, O. DISTL, M. HEWICKER-TRAUTWEIN (2016):
Congenital ichthyosis in 14 Great Dane puppies with a new presentation.
Vet Pathol 53(3):614-620
Die Ergebnisse der Untersuchungen zum Gendefekt der Krankheit wurden in folgen- der Publikation dargelegt:
METZGER J., A. WÖHLKE, R. MISCHKE, A. HOFFMANN, M. HEWICKER- TRAUTWEIN, E. KÜCH, H. Y. NAIM, O. DISTL (2015):
A novel SLC27A4 slice acceptor site mutation in Great Danes with ichthyosis.
PLoS One 10(10); Epub
DOI:10.1371/journal.pone.0141514
Teilergebnisse wurden als Posterdemonstration auf der 57. Jahrestagung der Fach- gruppe Pathologie der Deutschen Veterinärmedizinischen Gesellschaft in Fulda vor- gestellt:
HOFFMANN A., O. DISTL, A. WÖHLKE, M. PETERS, M. HEWICKER-TRAUTWEIN (2014):
Kongenitale Hautfalten bei Doggenwelpen mit Ablagerungen einer alcianophilen Substanz in der Haarfollikel-Talgdrüsen-Einheit.
Abstracts zur 57. Jahrestagung der Fachgruppe Pathologie der Deutschen Veteri- närmedizinischen Gesellschaft, 08.-09.03.2014, Fulda, Tierärztl. Prax. K 2, A24
3. Literaturübersicht
3.1 Funktion und physiologische Eigenschaften der Haut
Die Haut ist Bestandteil der Körperdecke (Integumentum commune), das größte Or- gan des Säugetierkörpers und dient als lebenswichtiges Schutzorgan (HABERMEHL, 2005; NOLI und SCARAMPELLA, 2014). Neben weiteren physiologischen Funktionen dient sie als Abgrenzung sowie als breite Kontaktfläche zwischen Umwelt und Körper (HABERMEHL,2005; LIEBICH et al., 2010; SCOTT et al., 2013).
Als äußere, den Körper umschließende Hülle und Barriere-Schicht bietet sie Schutz gegenüber mechanischen, thermischen, chemischen und biologischen Expositionen (LIEBICH et al., 2010; SCOTT et al., 2013; NOLI und SCARAMPELLA,2014). Spezialisierte Hautbereiche, und zwar die verhornte, oberflächliche Epidermisschicht sowie ad- nexale Strukturen vermitteln und unterstützen die primäre Schutzwirkung (HABER-
MEHL,2005). Durch Melanin-Pigmentierung und die Ausbildung von Haaren wird der Körper vor ultravioletter Strahlung geschützt und die passive Flüssigkeitsverdunstung (Perspiratio insensibilis), die aktive Schweißbildung und die Verdunstung (Perspiratio sensibilis) positiv beeinflusst (HABERMEHL, 2005; SCOTT et al., 2013). Somit wird die Körpertemperatur durch die physiologischen Funktionen der Haut reguliert und kon- stant gehalten (HABERMEHL,2005; SCOTT et al., 2013).
Eine weitere wichtige Aufgabe der Haut ist die Homöostase, also die Erhaltung eines konstanten, inneren Milieus, indem der Verlust von Wasser, Elektrolyten und anderen Molekülen reguliert wird (HABERMEHL,2005; NOLI und SCARAMPELLA,2014). Die Haut dient auch als Speicherorgan für Wasser, Elektrolyte, Fette, Vitamine und andere Stoffe und ist an der Bildung von Vitamin D wesentlich beteiligt (HABERMEHL, 2005;
SCOTT et al., 2013; NOLI und SCARAMPELLA,2014). Zu den weiteren wichtigen Funkti- onen der Haut gehören die Blutverteilung und die dadurch erfolgende Regulation des Blutdrucks sowie die Thermoregulation (HABERMEHL, 2005; SCOTT et al., 2013; NOLI
und SCARAMPELLA, 2014). Eine weitere Funktion der Haut ist die Beteiligung an der immunologischen Abwehr des Organismus (SCOTT et al., 2013).
Die Haut enthält zudem Sinnesorgane, die als Rezeptoren für Schmerz, Temperatur, Druck, Juckreiz und Spannung dienen und den Kontakt mit dem zentralen Nerven-
system des Organismus herstellen (HABERMEHL, 2005; SCOTT et al., 2013; NOLI und SCARAMPELLA,2014).
Zudem erfüllt die Haut soziale Aufgaben im Sinne der innerartlichen Kommunikation der Tierspezies, insbesondere bei Fleischfressern, indem die Haare aktiv aufgestellt werden können. Die dadurch erfolgende optische Vergrößerung der Körpersilhoutte dient der Abschreckung von Aggressoren (NOLI und SCARAMPELLA,2014).
Die eigentliche Haut (Cutis) der Säugetiere besteht aus drei Schichten, die von au- ßen nach innen als Oberhaut (Epidermis), Lederhaut (Dermis, Corium) und Unter- haut (Tela subcutanea, Subcutis) bezeichnet werden (HABERMEHL,2005).
Embryologisch gehen Epidermis und Haare aus dem Epidermisblatt des Ektoderms hervor. Leder- und Unterhaut entstehen während der embryonalen Entwicklung aus Teilen des Mesoderms (LIEBICH et al., 2010).
Bei Säugetieren, wie dem Hund, sind große Bereiche von behaarter Haut bedeckt.
An diesen Stellen ist die Hautdicke reduziert (LIEBICH et al., 2010). Die Hautdicke, die Ausprägung des Haarkleides und die Verteilung von Hautdrüsen sind individuell un- terschiedlich und variieren im Hinblick auf Merkmale, wie genetische Anlage, Rasse, Körperregion, Geschlecht, Alter, Ernährung und Klima (HABERMEHL,2005; LIEBICH et al., 2010). Einige Hautbereiche, wie der Anus, der Nasenspiegel, die Lippen und die Ballen sind nicht behaart. Andere Hautareale weisen besondere Modifikationen, wie z. B. die Krallen an den Pfoten von Hunden auf (LIEBICH et al., 2010). Bei den Krallen handelt es sich um einen Bereich spezialisierter Haut, der einen besonderen, funkti- onell an die mechanische Belastung angepassten Aufbau aufweist (HABERMEHL, 2005; LIEBICH et al., 2010).
3.2 Aufbau der Haut und Hautanhangsgebilde
Die Haut lässt sich in drei Schichten untergliedern: die oberflächlich gelegene Ober- haut (Epidermis), die darunter angrenzende Lederhaut (Dermis) und die darunter befindliche Unterhaut (Subcutis).
3.2.1 Oberhaut (Epidermis)
Die Epidermis, als epithelialer Anteil der Haut, ist ektodermalen Ursprungs. Sie be- steht aus einem mehrschichtigen, oberflächlich verhornten Plattenepithel (Epithelium
stratificatum squamosum cornificatum), welches sich ständig erneuert (KALININ et al., 2001; HABERMEHL,2005; LIEBICH et al., 2010).
Den größten Teil der epidermalen Zellpopulation, insgesamt ca. 90%, machen Kera- tinozyten mit unterschiedlichem Differenzierungsgrad aus (LIEBICH et al., 2010). Die restlichen 10% der epidermalen Zellpopulation bestehen aus Melanozyten, Langer- hans- und Merkel-Zellen.
In mehreren Differenzierungsschritten entstehen aus den einzelnen Keratinozyten die oberflächliche Hornschicht der Epidermis, die für den Schutz des Organismus vor Wasserverlust sowie vor diversen exogenen Noxen essentiell ist (siehe Kapitel 3.2.2).
Histologisch ist die Epidermis anhand der Differenzierungsstadien der Keratinozyten von innen nach außen in die vier folgenden Schichten (Strata) untergliedert: Stratum basale (Basalzellschicht), Stratum spinosum (Stachelzellschicht), Stratum granulo- sum (Körnerschicht) und das oberflächlich gelegene Stratum corneum (Hornschicht) (HABERMEHL, 2005; LIEBICH et al., 2010; MÜLLER et al., 2014) (siehe Abbildung 1).
Jede Schicht hat essentielle Aufgaben beim Prozess der ständigen Neubildung, Ke- ratinisierung, Verhornung und finalen Desquamation (LIEBICH et al., 2010). Die Aus- prägung der einzelnen Schichten variiert mit der Epidermisdicke. Die Epidermis des Hundes weist 3 bis 5 Schichten auf. In Bereichen behaarter Haut variiert die Epider- misdicke beim Hund von 30 bis 40 µm (LOVELL und GETTY, 1957; JASMIN, 2006).
Beim Hund gehören epidermale Papillen zur normalen Anatomie der Haut (LOVELL
und GETTY,1957).
Die Stabilität der Epidermis wird durch bestimmte intrazelluläre Keratine bedingt, die Tonofilamente bilden und sich schließlich in einem Geflecht aus Tonofibrillen organi- sieren (THELEN, 2012). Im Epithelverband sind die Zellen der Epidermis, die Kera- tinozyten, durch Desmosomen miteinander verbunden. Desmosomen (Maculae ad- herentes) sind scheibenförmige Kontaktstellen zwischen den einzelnen Keratinozy- ten und dienen der mechanischen Stabilität des Zellverbandes (LIEBICH et al., 2010;
MÜLLER et al., 2014) (siehe Abbildung 1). Sie stehen mit intrazellulären Intermediär- filamenten (Keratine) in Verbindung und sind die einzigen verbindenden Strukturen zwischen den Zellen im mehrschichtigen Hautepithel (LIEBICH et al., 2010). Die Aus- bildung dieser Verbindungsstellen ist an die Expression verschiedener Proteine ge-
bunden, welche sich in den Intermediärfilamenten verankern und auf diese Weise ein Zytoskelett bilden (LIEBICH et al., 2010).
Abbildung 1: Schematischer Aufbau der Epidermis, modifiziert nach MÜLLER et al.
(2014).
SC: Stratum corneum; SG: Stratum granulosum; SS: Stratum spinosum; SB: Stratum basale
Die Basalzellschicht, das Stratum basale, ist einschichtig aufgebaut. Sie besteht aus wenig differenzierten, proliferativen Keratoblasten (Basalzellen), die vertikal ange- ordnet sind (THELEN,2012). Im Zytoplasma der Basalzellen werden Keratine synthe- tisiert (THELEN, 2012). Die iso- bis hochprismatischen Basalzellen sind über Hemi- desmosomen in der Basalmembran verankert (HABERMEHL, 2005) (Abbildung 1).
Hemidesmosomen sind spezielle Verbindungen zwischen epithelialen Zellen und der extrazellulären Matrix. Sie sind aus Strukturproteinen, wie z.B. Involucrin aufgebaut
und stehen intrazellulär mit intermediären Filamenten (Keratine) in Verbindung und bilden eine stabile Verankerung mit dem umliegenden Bindegewebe (LIEBICH et al., 2010). In den meisten Zellen des Stratum basale, den Keratoblasten, finden ständige Zellteilungen statt. Durch diese progressiven Teilungs- und Differenzierungsvorgänge entstehen Tochterzellen, die eigentlichen Keratinozyten, die in die suprabasal gele- genen Epidermisschichten gelangen (PIERARD et al., 2000; HABERMEHL, 2005). Ne- ben den Keratoblasten befinden sich auch pigmentbildende Melanoblasten bzw. die pigmententhaltigen Melanozyten in der Basalzellschicht, welche primär der Absorpti- on von ultravioletter Strahlung dienen (LIEBICH et al., 2010). Darüber hinaus verfügt das Stratum basale über eine geringe Zahl an sogenannten Merkelzellen, die diffus verteilt sind und mit Standardfärbungen histologisch kaum sichtbar gemacht werden können. Merkelzellen fungieren als Mechanorezeptoren, die mit anderen Zellen in- teragieren können (HABERMEHL,2005).
Suprabasal grenzt das Stratum spinosum (Stachelzellschicht) an das Stratum basa- le an (Abbildung 1). Im Stratum spinosum findet die Differenzierung der basalen Ke- ratinozyten zu Akanthozyten, sogenannte Stachelzellen, statt, die über stachelartige Fortsätze auf der Zelloberfläche desmosomal miteinander in Kontakt stehen (SUTER
et al., 1990; PIERARD et al., 2000). Die zytoplasmatischen Keratinfilamente der Akanthozyten vernetzen sich ebenfalls, was in einer deutlichen Abflachung der Zel- len resultiert (siehe Abbildung 1). Die Tonofilamente stehen ebenfalls mit den Sta- chelzellen in Verbindung und sorgen auf diese Weise für eine stabile Matrix (THELEN, 2012).
Das Stratum basale und das Stratum spinosum werden als Keimschicht (Stratum germinativum) bezeichnet (LIEBICH et al., 2010). In den Zellen der beiden Schichten sind Granula enthalten, die Lipide in den Interzellularraum ausschleusen und auf die- se Weise eine lipidhaltige Barriere zwischen den Keratinozyten bilden (THELEN, 2012). Des Weiteren befinden sich in beiden Strata die Langerhans-Zellen. Langer- hans-Zellen sind dendritische Zellen, die zum mononukleären Phagozytensystem gehören und in der Lage sind, lokale Antigene zu phagozytieren und diese T- Lymphozyten zu präsentieren (LIEBICH et al., 2010).
Es schließt sich das Stratum granulosum (Körnerzellschicht) an (Abbildung 1). Na- mensgebend für diese Schicht sind Keratinozyten mit intrazellulär gelegenen, stark basophilen Keratohyalinkörnchen (Keratohyalingranula), die durch die Granulierung
ein körnerähnliches Aussehen haben (LIEBICH et al., 2010) (Abbildung 1). Das in der Körnerzellschicht gebildete und aggregierte Keratohyalin ist in den unlöslichen Keratohyalingranula gespeichert. Es handelt sich um ein histidinreiches Protein, das im weiteren Verlauf der Differenzierung u. a. in Keratin umgewandelt wird, welches wiederum für die weitere Keratinisierung notwendig ist (LIEBICH et al., 2010) (siehe Kapitel 3.2.2). Die Körnerzellen sind zudem durch verdichtete Tonofilamente und ei- ne beginnende Degeneration der Zellkerne und Organellen gekennzeichnet (LIEBICH et al., 2010). Im Übergangsbereich vom Stratum granulosum zum sich anschließen- den Stratum corneum sind Lipidlamellen angeordnet. Diese bilden die Barriere gegen den endogenen Wasserverlust.
Bei der Haut von Nasenspiegel und Fußballen des Hundes kommt noch eine weitere, schmale Zellschicht, das Stratum lucidum (Glanzzellschicht) vor. In dieser Schicht sind die Zellkerne kaum anfärbbar und das eosinophile Zytoplasma dominiert das histologische Bild (LIEBICH et al., 2010). Dadurch ist die Schicht stark lichtbrechend (LIEBICH et al., 2010). Das Stratum lucidum dient der Abdichtung tieferer Strukturen vor exogenen Noxen und Flüssigkeitsverlust (LIEBICH et al., 2010).
Die Differenzierung der Keratinozyten führt final zum programmierten Zelltod mit Apoptose (CANDI et al., 2005) (siehe Kapitel 3.2.2). Dieser Prozess wird auch als Kornifikation bzw. synonym als Keratinisierung bezeichnet (CANDI et al., 2005).
Das Stratum corneum (Hornschicht) besteht aus mehreren Lagen abgeflachter, kernloser Keratinozyten, den sogenannten Korneozyten, die ziegelsteinartig überei- nander angeordnet sind (ELIAS und FRIEND, 1975; NISHIFUJI und YOON, 2013) (Abbildung 1). Bei den Korneozyten handelt sich um tote Zellen, die keine Zellorga- nellen aufweisen (THELEN, 2012). Das sogenannte Ziegelstein-Mörtel-Modell veran- schaulicht den strukturellen Aufbau des Stratum corneum (ELIAS und FRIEND, 1975;
NEUBERT und WEPF, 2008; KHNYKIN et al., 2011; NISHIFUJI und YOON, 2013) (Abbildung 2). Dabei stellen die Keratinozyten die Ziegelsteine dar, die durch interzel- luläre Lipidlamellen, welche den Mörtel repräsentieren, stabil miteinander verbunden sind. Die Lipide bestehen aus drei Hauptlipiden, nämlich zu etwa 50% aus Cerami- den, zu 15% aus freien Fettsäuren, sowie zu 25% aus Cholesterol bzw. Cholesterol- derivaten und zu 10% aus nicht näher bezeichneten Derivaten (NEUBERT und WEPF, 2008; KHNYKIN et al., 2011). Sie bilden Bilayer bzw. eine Barriereschicht, durch wel- che jedoch lipophile Moleküle diffundieren können. Dadurch schützt die Barriere-
schicht zum einen vor dem Eindringen von wasserlöslichen Substanzen und zum anderen sorgt sie für eine Wasserbindung, was den Organismus vor einem übermä- ßigen Wasserverlust schützt (ELIAS und FRIEND,1975; NEUBERT und WEPF,2008).
Abbildung 2: Ziegelstein-Mörtel-Modell des Stratum corneum, modifiziert nach NEU- BERT und WEPF (2008).
Im oberflächlich gelegenen Stratum corneum disjunctum findet eine kontinuierliche Abschilferung (Desquamation) der Korneozyten statt (HABERMEHL, 2005) (Abbildung 1).
Das Stratum basale, das Stratum spinosum sowie das Stratum granulosum werden in der Gesamtheit als Stratum profundum bezeichnet (LIEBICH et al., 2010). Das Stra- tum superficiale besteht aus dem Stratum lucidum (nur an Nasenspiegel und Ballen des Hundes) und dem Stratum corneum (LIEBICH et al., 2010).
Die Dicke der Epidermis ist spezies-, rasse- und geschlechtsspezifisch sowie geo- graphisch (Klima, Umwelteinflüsse) unterschiedlich ausgeprägt. Bei Karnivoren kann sie eine Dicke von 10-45 µm aufweisen (HABERMEHL,2005). Die quantitative Ausbil- dung der Hautdicke korreliert zudem mit dem Grad der mechanischen Beanspru- chung (z.B. der Bodenbeschaffenheit) und wird von kontinuierlichen Umwelteinflüs- sen (z.B. Klima, Chemikalien, Strahlen) beeinflusst (HABERMEHL,2005).
3.2.2 Keratinozyten und Keratine
In der Keimschicht, dem Stratum basale, werden aus Keratoblasten durch zyklische mitotische Zellteilungen die Keratinozyten generiert (PIERARD et al., 2000; LIEBICH et al., 2010). Keratinozyten bilden mit einem Anteil von mehr als 85% der gesamten Zellpopulation die Hauptzellart der Epidermis (PIERARD et al., 2000; LIEBICH et al., 2010). Die Keratinozyten gelangen von den basalen bis zu den oberflächlichen Epi- dermisschichten und durchlaufen dabei mehrere Differenzierungsprozesse (LIEBICH
et al., 2010). Es handelt sich um zeitlich und örtlich organisierte, physiologische Zyk- len der Proliferation (Epidermopoese) und Maturation (Keratinisierung), die in der terminalen Differenzierung (Verhornung, Kornifikation) und schließlich in der finalen Desquamation resultieren (PIERARD et al., 2000; CANDI et al., 2005). Die Einhaltung eines Gleichgewichtes zwischen Proliferation, Differenzierung und Desquamation ist von essentieller Bedeutung für die Aufrechterhaltung der lebenswichtigen, epiderma- len Funktionen (SUTER et al., 1997). Die zyklische Erneuerung der Epidermis ist durch die Expression von Genen, die für Regulatoren des Zellzyklus (cell cycle regu- lators) und Strukturkomponenten wie Keratine und Adhäsionsproteine kodieren, streng reguliert (MÜLLER et al., 2008). Während der einzelnen Differenzierungsschrit- te findet eine Expression charakteristischer und essentieller Proteinstrukturen statt (CANDI et al., 2005; LIEBICH et al., 2010). Die Bildung des Stratum corneum lässt sich in 4 wesentliche Schritte untergliedern (ELIAS, 1983): (1) Keratinisierung mit Bildung von Strukturproteinen; (2) Keratohyalinproduktion; (3) Ausbildung einer Hornzellhülle (cornified envelope) und (4) Anordnung von neutralen Lipiden in dem Gerüst.
Der komplette Erneuerungsprozess der Epidermis dauert unter physiologischen Be- dingungen circa 40-56 Tage bei Menschen, 8-10 Tage bei gesunden Mäusen und etwa 22 Tage bei Hunden (MÜLLER et al., 2008).
Die Keratinisierung (Verhornung) ist ein komplexer Vorgang, der im Stratum spino- sum beginnt (LIEBICH et al., 2010). In den Keratohyalingranula ist Profilaggrin enthal- ten (THELEN,2012). Profilaggrin wird in Filaggrin umgewandelt, wodurch die Keratin- filamente zusammen gehalten werden (DALE et al., 1985; THELEN, 2012). Keratine sind unlösliche, Cystein-reiche Strukturproteine, die bei der Keratinisierung über Disulfidbrücken akkumulieren (PIERARD et al., 2000). Keratinfilamente gehören zu den Intermediärfilamenten, die insgesamt in mehr als 50 unterschiedliche Iso- und Subtypen gegliedert werden (LIEBICH et al., 2010). Bisher sind mehr als 30 verschie- dene Keratine bekannt, von denen 20 den epithelialen Keratinen zugeordnet werden (THELEN,2012). Die Keratinozyten der Epidermis bestehen bis zu 85% aus Zytokera- tinen (cytokeratins, CK). In der Epidermis gesunder Hunde wurde die Expression fol- gender 6 Zytokeratine nachgewiesen: CK1, 5, 6, 10/11, 14 und 16 (WALTER, 2001).
Während der Keratinisierung verbinden sich die Zytokeratine mit Filaggrinen zu Fila- ment-Matrix-Komplexen und sorgen für Zellstabilität (SUTER et al., 1990; PIERARD et al., 2000; LIEBICH et al., 2010). Die Vernetzung erfolgt durch epidermale Transgluta-
minasen (THELEN, 2012). Diese Komplexe sind durch die Filaggrine so stabil, dass sie unter in-vitro-Bedingungen durch Proteolyse nicht löslich sind (DALE et al., 1985).
Beim Filaggrin handelt es sich um das filament aggregating protein. Das Filaggrin bündelt Keratine bzw. Intermediärfilamente innerhalb der Keratinozyten und sorgt für die Abflachung der Keratinozyten. Daher wird dem Filaggrin eine Schlüsselrolle bei der Keratinisierung zugesprochen (CANDI et al., 2005).
In den Keratinozyten der basalen Abschnitte des Stratum spinosum befinden sich sogenannte membrane-coated granules (Lamellarkörperchen, Odland- Körperchen), die das membrane-coating material (MCM, Interzellularkitt) sowie Enzyme enthalten und speichern. Der Inhalt dieser Granula wird im oberen Stratum spinosum in den Interzellularspalt abgegeben (LIEBICH et al., 2010). Das membrane coating material besteht zu einem großen Teil aus Phospholipiden (LIEBICH et al., 2010). Im oberen Bereich des Stratum spinosum beginnen die Keratinozyten bereits mit der Synthese von Involucrin und Transglutaminase, welche für die spätere Bil- dung der Hornzellhülle (cornified cell envelope) essentiell sind (CANDI et al., 2005).
Im Anschluss an die Keratinisierung findet die Verhornung am Übergang zwischen dem Stratum granulosum und dem Stratum corneum statt (LIEBICH et al., 2010). Es erfolgt das Absterben der Keratinozyten, indem die Zellorganellen und der Zellkern durch Proteolyse zerfallen (LIEBICH et al., 2010). Zeitgleich werden die bereits beste- henden Quervernetzungen zwischen den Zytokeratinfilamenten und den Filaggrinen verfestigt (HOHL, 1990). In den Keratinozyten werden Proteine, wie Involucrin gebil- det, die sich an der zytoplasmaseitigen Oberfläche der Zellmembran durch Transglu- taminasen zu einer Hornzellhülle (cornified envelope) arrangieren (HOHL, 1990;
SUTER et al., 1990; PIERARD et al., 2000; LIEBICH et al., 2010; NISHIFUJI und YOON, 2013). Die Hornzellhülle ersetzt die Plasmamembran der Keratinozyten und besteht aus einer unlöslichen Proteinmatrix, die von einer Lipidhülle umgeben wird (KALININ et al., 2002; CANDI et al., 2005; NISHIFUJI und YOON,2013). Die Lipide dieser äußeren Hülle stammen zum einen aus kleinen Vesikeln, den sogenannten Lamellarkörper- chen und zum anderen aus den lipidreichen Sekreten der Talgdrüsen (ELIAS, 1983;
HOHL, 1990; KALININ et al., 2002; WERTZ, 2018). Lamellarkörperchen sind sekretori- sche Zellorganellen der Keratinozyten des Stratum granulosum mit einem Durch- messer von circa 0,2 bis 0,3 µm (ELIAS,1983). Der lipidreiche Inhalt wird an der Zell- oberfläche durch Exozytose in den Interzellularraum abgegeben. Bei den Lipiden aus
den Lamellarkörperchen handelt es sich um eine enzymatisch modifizierte Mischung aus Cholesterol, langkettigen Fettsäuren und Ceramiden (KALININ et al., 2002).
Die kernlosen, verhornten Zellen des Stratum corneum bilden einen Hornzellverband und werden als Korneozyten bezeichnet. Die Korneozyten sind durch Desmosomen und MCM miteinander verbunden (LIEBICH et al., 2010). MCM besteht hauptsächlich aus Acylglykosylceramiden, die zur Stabilität des Zellverbandes beitragen, aber auch als Barriere für die Migration von hydrophilen Molekülen wirken (LIEBICH et al., 2010).
An der oberflächlichen Epidermis, im Stratum corneum disjunctum, werden die Kor- neozyten kontinuierlich abgeschilfert (Desquamation) bzw. mechanisch abgerieben (LIEBICH et al., 2010). Bei der Desquamation werden die Korneodesmosomen, wel- che die Verbindung der Korneozyten untereinander vermitteln, durch bestimmte Pro- teasen zerstört und die toten Zellen lösen sich ab (KALININ et al., 2002). Die Neubil- dungsrate der Keratinozyten im Stratum basale ist an die Abschilferung und mecha- nische Abnutzung der Korneozyten angepasst und wird durch einen Feedback- Mechanismus gesteuert (LIEBICH et al., 2010).
3.2.3 Epidermale Fettsäuren und Fettsäurentransporter
Fettsäuren haben vielfältige Aufgaben in der Haut, insbesondere in der Epidermis.
Sie dienen neben der Energiegewinnung und -speicherung und der Ausbildung der Doppelmembranbildung auch der Aufrechterhaltung der Permeabilitätsbarriere. Zu- dem sind sie Bestandteil des in den Talgdrüsen produzierten Sebums. Die Fettsäu- ren der Haut haben eine wichtige Signalgeberrolle gegenüber Keratinozyten zur Re- gulation der epidermalen Homöostase. Durch die Fettsäuren wird die strukturelle In- tegrität und Barrierefunktion des Stratum corneum aufrecht erhalten (LIN und KHNYKIN,2014).
Fettsäuren können in der Epidermis durch die Keratinozyten mit Hilfe von Enzymen des Fettsäure-Synthase-Komplexes de novo synthetisiert werden und werden zu- sätzlich über Fettsäuretransporter aus der Nahrung bzw. aus körpereigenen Fettde- pots von Keratinozyten aufgenommen (KHNYKIN et al., 2011; LIN und KHNYKIN,2014).
Die Keratinozyten besitzen zur Synthese der Fettsäuren spezielle Enzyme, wozu u.a.
die fatty acid synthase gehört. Diese Enzyme sind in den oberen Epidermisschichten sowie in den Talgdrüsen lokalisiert. Zu den Fettsäuretransportern der Epidermis ge- hören u.a. die Fettsäuretransportproteine (fatty acid transport protein, FATP), welche
maßgeblich an der Aufnahme sehr langer Fettsäuren beteiligt sind (SCHMUTH et al., 2005; KHNYKIN et al., 2011; NISHIFUJI und YOON,2013)
3.2.4 Dermis und Subcutis
Die Lederhaut (Corium, Dermis) schließt sich subepidermal an die Epidermis an und besteht aus kollagenem Bindegewebe (HABERMEHL,2005). Als Teile der Dermis wer- den das Stratum papillare und das Stratum reticulare, die jeweils vaskularisiert und teilweise auch nervenführend sind, voneinander unterschieden. Die Verbindung zwi- schen Corium und Epidermis erfolgt über das Stratum papillare (Papillarkörper), wel- ches über papillen-, zungen- oder leistenförmige Vorsprünge in die jeweiligen Vertie- fungen der Epidermis greift (LIEBICH et al., 2010). Durch die Fortsätze kommt es zu einer Oberflächenvergrößerung der Haftfläche zwischen Dermis und Epidermis, die an die mechanische Beanspruchung angepasst ist. Besonders ausgeprägte Papillar- körper sind an den Ballen des Hundes zu finden (HABERMEHL, 2005). Das Stratum reticulare ist zellärmer, aber faserreicher als das Stratum papillare. Darin verlaufen Kollagenfaserbündel und damit verflochtene elastische Fasern vorwiegend parallel zur Hautoberfläche (LIEBICH et al., 2010). In der Dermis befinden sich die Haarwur- zeln sowie Talg- und Schweißdrüsen. Die im Corium der Haarfollikel verankerten Haare (Pili) verlaufen mit ihrem Schaft durch die darüber liegenden epidermalen Hautschichten und gelangen auf diese Weise an die Körperoberfläche (HABERMEHL, 2005; LIEBICH et al., 2010).
Die Subcutis (Unterhaut) dient als Verbindungsstück zwischen Haut und der Unter- lage (HABERMEHL, 2005; LIEBICH et al., 2010). Sie besteht aus lockerem Binde- und Fettgewebe und bedingt die Tierart-spezifische, unterschiedlich ausgeprägte Ver- schieblichkeit der Haut. Einige Körperregionen, wie der Nasenrücken, die Vulva und die Augenlider besitzen keine Subcutis und folglich ist die Haut dort nicht verschieb- lich. Auch die Unterhaut enthält Gefäße und Nerven (HABERMEHL,2005).
3.2.5 Haare, Haarbalg/Haarfollikel und Haarfollikel-Talgdrüsen-Einheit
Die Hautanhangsgebilde (Adnexe, Epidermalorgankomplex) stellen in der Dermis und Epidermis verankerte Strukturen dar (HABERMEHL, 2005). Zu den Adnexen zäh- len die Haare (Pili), die Haarbalgmuskeln, die Schweißdrüsen (Glandulae sudorifera- e) und die Talgdrüsen (Glandulae sebaceae). Sie bilden als Epidermalkomplex eine funktionelle Einheit (HABERMEHL,2005; LIEBICH et al., 2010).
Die Haare (Pili) bilden das Fell der Säugetiere. Die Haare entstehen aus Einstülpun- gen der Epidermis und bestehen größtenteils aus zugfestem Keratin (LIEBICH et al., 2010). Die Ausprägung der Behaarung ist spezies-, rasse- sowie geschlechtsspezi- fisch und geographisch unterschiedlich (HABERMEHL,2005). Bei den meisten Hunde- rassen kommt es zu einem saisonalen Haarwechsel, beeinflusst durch Tageslicht- länge und Hormone (JASMIN,2006). Bei Hunden unterscheidet man Deck- oder Fell- haare (Capilli, Leit- und Grannenhaare) und Vibrissen (Sinus- oder Tasthaare).
Die Haare haben ihren Ursprung im Haarbalg und werden durch einen Haarfollikel gestützt (NOLI und SCARAMPELLA,2014). Haarfollikel können teilweise im subkutanen Fettgewebe beginnen und durchziehen die weiteren Schichten der Haut (LOVELL und GETTY, 1957; HARDY, 1992). Der größte Anteil befindet sich in der Dermis (LOVELL
und GETTY, 1957). Haarfollikel bestehen aus mehreren Zellschichten mit konzentri- schem Aufbau. Im Längsschnitt werden insgesamt 3 Abschnitte unterschieden (LIE- BICH et al., 2010; WELLE und WIENER,2016). Der untere Abschnitt besteht aus einem Bulbus (Haarbalggrund, Wurzel) (NOLI und SCARAMPELLA, 2014). Der Bulbus be- steht aus Melanozyten und Matrix-Epithelzellen (NOLI und SCARAMPELLA, 2014). Es schließt sich eine darüber liegende suprabulbäre Region an, in der die innere und äußere Wurzelscheide den neu gebildeten Haarschaft umschließen (NOLI und SCARAMPELLA,2014). Darauf folgt der proximal liegende Isthmus. In diesem Bereich ist die innere Wurzelscheide bereits keratiniert und der Haarschaft ist starr genug.
Die äußere Wurzelscheide stützt den Haarschaft bis zu dessen Austritt am Ostium des Haarbalgs. Der Isthmus steht über den Haarfollikelkanal mit dem Haarbalgtrich- ter (Infundibulum) in Verbindung (NOLI und SCARAMPELLA,2014). Das Infundibulum schließt sich oberhalb des kleinen Ausführungsganges der Talgdrüse an und bildet die oberflächliche Öffnung des Haarfollikels (WELLE und WIENER, 2016). Der Aufbau des Infundibulums gleicht dem der Epidermis (NOLI und SCARAMPELLA,2014).
Bei Hunden liegen die Haarfollikel in Gruppenverbänden zusammen (compound hair follicle) (LOVELL und GETTY, 1957; WELLE und WIENER, 2016). Dabei entwickeln sich aus einzelnen Haarfollikeln, die zum Zeitpunkt der Geburt vorherrschen, zusätzliche Haarfollikel. Diese Haarfollikel arrangieren sich in Gruppenverbänden von bis zu vier einzelnen Follikeln und sind im Alter von circa 28 Wochen ausgebildet (LOVELL und GETTY,1957). Im Welpenalter entwickeln sich mit zunehmendem Alter weitere Haar- follikel, wobei es sich meist um Dreiergruppen handelt (LOVELL und GETTY, 1957).
Jedes Haarfollikelinfundibulum besteht bei adulten Hunden aus einer Gruppe von bis zu 15 Haarfollikeln, die jeweils mehrere Haarschäfte bündeln und mit einzelnen Se- kundärhaaren die Unterwolle bilden (LOVELL und GETTY, 1957; SCOTT et al., 2013;
NOLI und SCARAMPELLA,2014). Dabei wird ein großes zentrales Haar, das sogenann- te Leit- oder Primärhaar, von mehreren kleinen primären Haaren umgeben und diese werden wiederum von noch kleineren sekundären Haaren umgeben (NOLI und SCARAMPELLA, 2014; WELLE und WIENER,2016). Das Leithaar besitzt eine Talg- und eine Schweißdrüse (NOLI und SCARAMPELLA, 2014). Die Primärhaare bilden in ihrer Gesamheit das Deckfell (NOLI und SCARAMPELLA,2014). Die sekundären Haare wer- den als Wollhaare bezeichnet (NOLI und SCARAMPELLA, 2014). Das Haarorgan, be- stehend aus der Haarwurzel und dem Haarfollikel, wird von einem feinen Kapillar- und Innervationsnetz umgeben. Glatte Muskelzellen des Musculus arrector pili be- gleiten das Haarorgan (LIEBICH et al., 2010).
An Stellen mit behaarter Haut befinden sich die sogenannten (Haar-)Follikel- Talgdrüsen-Einheiten (pilosebaceous units) (NIEMANN, 2009). Die Follikel- Talgdrüsen-Einheiten bestehen jeweils aus einem Haarfollikel und einer angrenzen- den Talgdrüse, die mit dem Haarfollikel in Verbindung steht (JENKINSON, 1990; NIE- MANN und HORSLEY, 2012). Bei den Talgdrüsen handelt es sich um alveoläre Drü- sen. Sie können solitär vorkommen oder z. B. als Meibom‘sche Drüse des Augenlids spezialisiert sein (NIEMANN und HORSLEY, 2012). Die Talgdrüsen der Follikel- Talgdrüsen-Einheiten sind kranzförmig um die Haarbälge herum lokalisiert. An Stel- len behaarter Haut von Hunden sind die Talgdrüsen analog zum Haarfollikel in Grup- penverbänden angeordnet (LOVELL und GETTY, 1957). Die Anzahl der Talgdrüsen- gruppen entwickelt sich im Welpenalter und steigt mit zunehmendem Alter der Hunde bis zum adulten Stadium an (LOVELL und GETTY, 1957). Embryologisch entwickeln sich Talgdrüsen aus dem äußeren Teil des Haarfollikels, indem undifferenzierte Sebozyten (Drüsenzellen) aus basalen Randbereichen in zentrale Bereiche rücken (NIEMANN,2009).
Talgdrüsen weisen einen multilobulären Aufbau auf. Jeder Lobus besteht aus Sebozyten mit unterschiedlichen Differenzierungsgraden. Die Sebozyten produzieren ein lipidreiches Sekret (Sebum, Talg), welches durch holokrine Sekretion in den Haarkanal abgegeben wird (LIEBICH et al., 2010; NIEMANN und HORSLEY,2012; NOLI
und SCARAMPELLA,2014). Die Talgdrüsen regenerieren im Laufe eines Lebens, wobei
spezielle Signalwege zur Differenzierung von Progenitorzellen zu Sebozyten führen (NIEMANN,2009).
Die Talgdrüsen stehen mit dem proximalen Teil der Haarfollikel in Verbindung (NIE- MANN und HORSLEY, 2012). Dort wird das Sekret in den Haarkanal abgegeben und der Talg wird zusammen mit den wachsenden Haaren an die Hautoberfläche trans- portiert (NOLI und SCARAMPELLA,2014). In der Hundehaut stehen Ausführungsgänge der Talgdrüsengruppen mit dem proximalen Teil des Haarfollikels in Verbindung, in welchem auch die einzelnen Haare gemeinsam an die Hautoberfläche gelangen (LO-
VELL und GETTY,1957).
Der Talg an der Oberfläche sorgt für Wasserundurchlässigkeit und Geschmeidigkeit des Stratum corneum (JENKINSON,1990; HABERMEHL,2005; LIEBICH et al., 2010). Zu- dem wird dem Talg durch die darin enthaltenen Fettsäuren eine bakterienabwehren- de Wirkung zugesprochen (JENKINSON,1990).
Die Vibrissen unterscheiden sich sowohl in ihrer Funktion als auch anatomisch von den übrigen Haaren des Körpers. Die Tasthaare sind an den Lefzen und Augenlidern lokalisiert. Jedes einzelne Sinushaar liegt in einem blutgefüllten Sinus, welcher mit sensiblen Rezeptoren, die mit dem Nervus trigeminus in Verbindung stehen, ausge- stattet ist. Bei Berührung kommt es zur Aussendung eines Impulses über die Ner- venbahn, weshalb sie auch als Tasthaare bezeichnet werden (LIEBICH et al., 2010).
3.2.6 Haarzyklus
Die Haarfollikel durchlaufen physiologischerweise verschiedene, ein Leben lang in einer geregelten Abfolge stattfindende, aufeinanderfolgende Stadien. Der Haarzyk- lus umfasst eine Wachstumsphase (Anagen), eine Rückbildungsphase (Katagen) und eine Ruhephase (Telogen) (HARDY,1992; WELLE und WIENER,2016).
In der Anagenphase findet das eigentliche Haarwachstum statt (NOLI und SCARAM-
PELLA,2014). Dabei befinden sich in der Wurzel viele, meist pigmentierte, produzie- rende Matrixzellen. Die Wurzel legt sich fingerhutförmig um die Dermalpaille, welche die Zellen mit Nährstoffen versorgt (NOLI und SCARAMPELLA,2014). Nach Abschluss des Längenwachstums des Haares löst sich die Wuzel von der Dermalpaille (NOLI
und SCARAMPELLA, 2014). In dieser Phase, der Katagenphase, befindet sich der Haarfollikel in einem Zustand der Regression und verengt sich. Die anschließende Telogenphase dient der Regeneration des Haarfollikelepithels. Dabei ist das Haar
durch amorphes, trichilemmales Keratin im Haarbalg verankert (NOLI und SCARAM- PELLA,2014). Im Anschluss an das Telogenstadium fällt das Haar aus und der Haar- follikel befindet sich in der sogenannten Kenogenphase. Dabei erscheint der Haarfol- likel optisch leer, bevor die nächste Anagenphase eintritt (WELLE und WIENER,2016).
Häufig verbleibt das abgestorbene Haar noch solange im Haarfollikel bis es durch ein nachwachsendes Haar herausgdrängt wird (JASMIN, 2006). Die einzelnen Phasen haben bei Hunden und Mäusen jeweils noch Subphasen (MÜNTENER et al., 2011;
WELLE und WIENER,2016). Die Phasen werden durch spezielle Stammzellen mit mi- totischer Aktivität im Haarfollikel induziert (MESSENGER,1993; GERHARDS et al., 2016).
Sie finden bei Mensch, Maus und Hund exakt gleicher Reihenfolge statt (GERHARDS
et al., 2016). Bei Menschen regenerieren sich die einzelnen Haarfollikel während des Lebens bis zu 10mal (WELLE und WIENER,2016). Hunde wechseln das Haar circa 3- 4mal jährlich (JASMIN,2006). Während sich der untere Abschnitt in der Katagenphase in Regression befindet und während der Telogenphase verschwunden ist, sind Isth- mus und Infundibulum die Bestandteile des Haarfollikels, die ständig vorhanden sind (WELLE und WIENER,2016).
3.3 Verhornungsstörungen
Beim Vorliegen von Keratinisierungsstörungen liegt ein Missverhältnis zwischen Neubildung und Abschilferung der Korneozyten vor. Die Haut durchläuft ständige Prozesse der Selbsterneuerung, indem Keratinozyten innerhalb der Epidermis diffe- renzieren und von basalen Schichten bis zur Oberfläche der Epidermis wandern (siehe Kapitel 3.2.2). Die epidermale Erneuerung dauert beim Hund circa 20-21 Tage bzw. 3 Wochen (JASMIN,2006; THELEN,2012).
3.3.1 Klinik, Ätiologie und Pathogenese von Verhornungsstörungen
Unter dem Begriff Verhornung oder Keratinisierung werden alle Prozesse verstan- den, die in der Ausbildung der epidermalen Hornschicht resultieren und an der Funk- tionalität dieser Schicht als Barriere beteiligt sind (GROSS et al., 2008). Die Keratini- sierung ist die Abfolge von programmierten Prozessen, bei der die basalen Kera- tinoblasten zu reifen Keratinozyten ausdifferenzieren und letztlich als anukleäre Kor- neozyten das Stratum corneum sowie den cornified envelope bilden (siehe Kapitel 3.2.2) (GROSS et al., 2008). Die abgestorbenen Korneozyten werden in regelmäßigen Abständen abgeschilfert. Die Abschilferung der oberflächlichen, anukleären Korneo- zyten wird als Desquamation bezeichnet (SCHMUTH et al., 2013). Es handelt sich um
einen kontinuierlichen, zyklischen Prozess der Proliferation und Differenzierung der Keratinozyten (SCHMUTH et al., 2013). Physiologischerweise stehen die Proliferati- onsrate im Stratum basale und die Rate der Desquamation im Stratum corneum in einem präzise ausbalanzierten Verhältnis (CANDI et al., 2005). Die einzelnen Diffe- renzierungsprozesse sind an die Expression charakteristischer Proteine gekoppelt und werden auf diese Weise gesteuert (CANDI et al., 2005).
Störungen in dem komplizierten Prozess der Verhornung führen zu exfoliativen Haut- veränderungen, die mit einer ausgeprägten Hornschicht einhergehen (GROSS et al., 2008). Verhornungsstörungen können in zwei Gruppen untergliedert werden, die Desquamationsstörungen (z. B. Retentionshyperkeratose) und die Proliferationshy- perkeratose (GROSS et al., 2008; BEINEKE et al., 2015). Die (hyper)proliferativen Ver- hornungsstörungen werden wiederum in Untergruppen untergliedert (GROSS et al., 2008). Die Untergliederung richtet sich vor allem nach der Ursache. Es werden pri- märe Defekte des epidermalen Wachstums von sekundären Ursachen, die auf De- fekten bei der Ausbildung der Barrierefunktion durch fehlerhafte Strukturkomponen- ten beruhen, unterschieden (GROSS et al., 2008). Bei primären Störungen sind die einzelnen Schritte der Korneozytendifferenzierung direkt betroffen, weshalb die In- tegrität der Hautstruktur als Resultat insgesamt gestört ist. Meist handelt es sich da- bei um Genmutationen, welche die Strukturproteine der Korneozyten oder Enzyme, die am Prozess der Verhornung beteiligt sind, verändern (MAULDIN,2013). Liegt die Ursache der verbreiterten Hornschicht in einer Veränderung des physiologischen Differenzierungsprozesses der Keratinozyten, wird der Begriff Keratinisierungsstö- rung verwendet (GROSS et al., 2008).
Klinisch und histologisch gehen viele, jedoch nicht alle Verhornungsstörungen mit einer Hyperkeratose einher (GROSS et al., 2008). Bei der Hyperkeratose handelt es sich um eine Verdickung des Stratum corneum, die entweder absolut mit einer tat- sächlichen Dickenzunahme oder relativ, nur als scheinbare Zunahme durch Ver- schmälerung der darunter liegenden Strata auftreten kann (THELEN,2012; BEINEKE et al., 2015). Die Hyperkeratose muss nicht zwingend mit Schuppenbildung einherge- hen (SCHMUTH et al., 2013). Klinisch erscheint die hyperkeratotische Hautoberfläche derb (SCHMUTH et al., 2013).
Die Hyperkeratose wird histologisch in zwei Formen unterteilt. Eine regelhafte Ver- hornung mit anukleären Korneozyten wird als orthokeratotische Hyperkeratose
(Orthokeratose) bezeichnet (GROSS et al., 2008; LIEBICH et al., 2010; BEINEKE et al., 2015). Sind jedoch in den Zellen des Stratum corneum Zellkerne sichtbar, handelt es sich um eine parakeratotische Hyperkeratose (Parakeratose) (GROSS et al., 2008;
LIEBICH et al., 2010; BEINEKE et al., 2015). Es werden außerdem die Proliferationshy- perkeratose und die Retentionshyperkeratose unterschieden. Der Proliferationshy- perkeratose liegt eine beschleunigte Epidermopoese zugrunde, das heißt, dass pro Zeiteinheit mehr Keratinozyten als normalerweise im Stratum basale gebildet werden (THELEN, 2012). Bei der Retentionshyperkeratose findet eine verminderte Abschilfe- rung der oberflächlichen Hornzellen statt, sodass es zur Verdickung des Stratum corneum kommt (THELEN,2012; BEINEKE et al., 2015).
Meist sind bei Verhornungsstörungen zudem Akkumulationen von abnormalem Kera- tin auf der Epidermisoberfläche und auch in den oberflächlich gelegenen Haarfolli- keln zu finden (GROSS et al., 2008). Häufig ist diese Keratinschicht kompakt oder la- minar aufgebaut, was einen Hinweis für eine Verhornungsstörung darstellt (MULLER
et al., 1993; GROSS et al., 2008). Kompaktes Keratin ist sehr dicht und die Zwischen- räume sind nicht oder nur kaum sichtbar, während in Lamellen angeordnetes Keratin ebenfalls verdichtet ist, aber dennoch einen geschichteten Aufbau zeigt (GROSS et al., 2008). Eine Verbreiterung des Stratum spinosum (Akanthose) kann bei Verhor- nungsstörungen ebenfalls häufig histologisch festgestellt werden. Das Stratum gra- nulosum kann beim Vorliegen einer Verhornungsstörung verbreitert (Hypergranulose) oder verschmälert (Hypogranulose) sein (GROSS et al., 2008).
Verhornungssstörungen äußern sich klinisch in Schuppenbildung mit variablem Cha- rakter (THELEN, 2012). Andererseits gibt es weitere Hauterkrankungen, die nicht in die Gruppe der Verhornungsstörungen gehören, aber dennoch durch eine Hyper- keratose gekennzeichnet sind (GROSS et al., 2008). Hyperkeratosen können durch unterschiedliche Ursachen, wie entzündliche, hormonelle oder neoplastische Reakti- onen induziert werden (GROSS et al., 2008). So können zum Beispiel entzündliche Veränderungen der Talgdrüsen zu einer sekundären Hyperkeratose führen (GROSS et al., 2008). Eine follikuläre Hyperkeratose tritt beispielsweise häufig bei Störungen des Haarfollikelwachstums, wie z.B. bei der endokrinen Alopezie auf (GROSS et al., 2008). Es werden primäre Verhornungsstörungen von sekundären Verhornungsstö- rungen unterschieden. Beispiele für primäre Verhornungsstörungen bei Haustieren sind die primäre Seborrhö sowie die Vitamin-A-responsive Dermatose, die aufgrund
einer bislang ungeklärten Pathogenese bei Hunden vorkommt (THELEN, 2012). Eine weitere primäre Verhornungsstörung ist die Ichthyose (THELEN,2012).
Zu den sekundären Verhornungsstörungen gehört die Zink-responsive Dermatose bei Hunden, die auf einem genetisch bedingten Defekt in der Zink-Absorption beruht (THELEN,2012). Eine weitere sekundäre Verhornungsstörung ist die hereditäre nasa- le Parakeratose (HNPK) beim Labrador Retriever (JAGANNATHAN et al., 2013). Bei der HNPK ist handelt es sich um eine Dermatose, die auf eine autosomal rezessiv ver- erbte Genmutation zurückzuführen ist. Betroffene Hunde zeigen Krusten und Fissu- ren am Planum nasale (JAGANNATHAN et al., 2013).
Verhornungsstörungen entstehen, wenn ein oder mehrere Schritte der epidermalen Hornbildung gestört sind. Sind Proteine, z. B. Strukturproteine der Keratinozyten oder Enzyme, die für den Prozess der Verhornung essentiell sind, fehlerhaft, so kann der physiologische Prozess nicht ungestört ablaufen und es kommt zur Verbreiterung des Stratum corneum (ELIAS et al., 2008; SUTER et al., 2009). Meist sind es Genmu- tationen, die für die Expression defekter Proteine verantwortlich sind. Für einige die- ser Verhornungsstörungen wurden bei betroffenen Menschen und auch bei Tieren ursächliche Gendefekte entschlüsselt. Je nach Ausmaß und Folge der Genmutation auf die Proteinexpression sind unterschiedliche Pathomechanismen für die Verhor- nungsstörung verantwortlich. Sind z. B. Strukturproteine defekt, so ist die Barriere- funktion der Haut gestört und es kommt zu Permeabilitätsstörungen mit Wasserver- lust (ELIAS et al., 2008). Bei einer gestörten Hautbarriere reguliert der Körper die De- fekte durch eine verstärkte Lipidbildung und die Epidermis wird hyperplastisch, um dem Stratum corneum mehr Lipide zur Verfügung zu stellen (ELIAS et al., 2008). Dar- aus können sekundäre Entzündungen resultieren, die möglichweise darauf zurückzu- führen sind, dass die Lipide als Nährboden für bakterielles Wachstum fungieren (ELI-
AS et al., 2008).
3.4 Ichthyose
Definitionsgemäß handelt es sich bei der Ichthyose um eine hereditäre, generalisier- te, nicht-entzündliche Dermatose, die mit einer Verhornungsstörung (disorder of cor- nification) einhergeht (OJI et al., 2010). Verhornungsstörungen stellen eine klinisch und ätiologisch heterogene Gruppe von Dermatosen dar, die sich aufgrund einer ab- normalen epidermalen Kornifizierung manifestieren. Charakteristisches Merkmal der Ichthyose ist daher eine meist generalisierte trockene Haut mit Hautschuppen und
Hyperkeratose (OJI et al., 2010). Die klinischen Symptome beruhen auf Störungen der terminalen Differenzierung der Keratinozyten in der Epidermis, die mit einer ge- störten Barrierefunktion und Permeabilitätsstörung einhergehen (ELIAS et al., 2008;
OJI et al., 2010).
Die Bezeichnung Ichthyose wird von Ichthys, dem griechischen Wort für Fisch abge- leitet. Daran angelehnt ist als deutsche Bezeichnung für diese Dermatose der Begriff Fischschuppenkrankheit üblich (PSCHYREMBEL, 2014). Die Ichthyosen werden an- hand ihrer klinischen Merkmale, dem Vererbungsmodus sowie der zugrundeliegen- den Genmutationen in verschiedene Untegruppen untergliedert (OJI et al., 2010).
Ichthyosen kommen beim Menschen und verschiedenen Säugetierspezies vor. Be- troffene Individuen sind meist ab dem Zeitpunkt der Geburt ein Leben lang betroffen und eine Heilung ist nicht möglich. Bei einigen Formen tritt mit zunehmendem Alter oder unter einer lebenslangen Therapie eine Abmilderung der Symptome ein (OJI et al., 2010).
Ichthyosen gehen oft mit genetisch bedingten Fehlfunktionen der Permeabilitäts- Barriere der Haut einher (ELIAS et al., 2008). Der Grund für die Permeabilitätsstörun- gen der Haut bei der Ichthyose liegt sehr häufig in einer hereditären Störung des Lip- idmetabolismus (ELIAS et al., 2008). Für das Krankheitsbild der Ichthyose sind ver- schiedene Gendefekte verantwortlich. Derzeit sind ca. 40 Gene bekannt, die im kau- salen Zusammenhang mit Ichthyoseformen stehen (OJI et al., 2010). Dennoch sind nicht alle beschriebenen Ichthyosefälle auf die bereits bekannten Genmutationen zurückzuführen (GRALL et al., 2012). Bei den Ichthyosen der Tiere, insbesondere de- nen der Hunde sind Mutationsvarianten in 7 Genen als Ursache festgestellt worden (CREDILLE et al., 2005; FORMAN et al., 2012; GRALL et al., 2012; MAULDIN et al., 2015;
BAUER et al., 2017).
3.4.1 Ichthyose des Menschen
Die verschiedenen Ichthyoseformen des Menschen gehören zu den erblich beding- ten Dermatosen. In vielen medizinischen Fallberichten wurde das Auftreten diverser Ichthyose-Formen des Menschen unter Berücksichtigung der klinischen Symptome, des Vererbungsmodus und der Ätiologie beschrieben. Dabei wurden teils ehrhebli- che Unterschiede in der Terminologie und Klassifizierung festgestellt und teilweise identische Krankheitsbilder mit unterschiedlicher Nomenklatur beschrieben (OJI et al., 2010).
Insbesondere in den letzten Jahren sind erhebliche Fortschritte in der dermatologi- schen Forschung, auch im Hinblick auf die molekulargenetische Ätiologie und Patho- physiologie, von Ichthyosen zu verzeichnen. Daraufhin wurde die Terminologie und die Klassifizierung der Ichthyose-Formen von einer internationalen Forscher- und Expertengruppe seit 2007 überarbeitet, international vereinheitlicht und während der Ersten Ichthyose-Konsensus-Konferenz im Jahre 2009 in Soreze, Frankreich, veröf- fentlicht (OJI et al., 2010).
Die bis zu dem genannten Jahr bekannten 36 verschiedenen Formen der hereditären Ichthyose bilden aufgrund ihrer Ätiologie und dem klinischen Erscheinungsbild eine sehr heterogene Gruppe und werden den mendelian disorders of cornification (ME- DOC) zugeordnet (OJI et al., 2010). Die verschiedenen Formen der Ichthyose wer- den in der humanmedizinischen Literatur anhand der klinischen Symptomatik, der pathologischen Befunde, der genetischen Hintergründe und molekularen Ursachen sowie der Zellkinetik in mehrere Untergruppen unterteilt.
Des Weiteren werden gemäß internationaler Nomenklatur die syndromischen Icht- hyosen, bei denen Hautbefunde, zusammen mit Veränderungen weiterer Organe auftreten, von den nicht-syndromischen Ichthyosen, bei denen ausschließlich Hautsymptome vorliegen, unterschieden (OJI et al., 2010). Zudem werden kongeni- tale Ichthyosen von Ichthyosen mit späterem Auftreten abgegrenzt (OJI et al., 2010). Bei den kongenitalen Ichthyosen sind die klinischen Symptome bereits zum Zeitpunkt der Geburt oder kurze Zeit danach, und zwar seit weniger als eine Woche post natum, manifest (OJI et al., 2010).
3.4.1.1 Syndromische Ichthyosen
Zu den erblich bedingten syndromischen Ichthyosen, die als Teil eines Syndroms vorkommen, gehören z.B. das Chanarin-Dorfman-Syndrom, das Sjögren-Larsson Syndrom und das Ichthyosis prematurity syndrome, die als die bekanntesten Formen gelten.
Bei dem Chanarin-Dorfman-Syndrom (neutral lipid storage disease) handelt es sich um ein Syndrom, bei dem eine Ichthyose, eine Myopathie und eine Hepatomegalie gemeinsam auftreten (DEMERJIAN et al., 2006; OJI et al., 2010). Diese Ichthyoseform ist durch eine ichthyoseartige Erythrodermie mit Pruritus gekennzeichnet. Die Ursa-
che dieser Erkrankung liegt in einer Genmutation einer Lipid-Hydrolase (DEMERJIAN
et al., 2006).
Das Sjögren-Larsson Syndrom wurde erstmals 1956 bei Patienten im nördlichen Schweden identifiziert, wo die Erkrankung endemisch vorkommt (RIZZO, 2007). Der Erkrankung liegt eine Genmutation zugrunde, die einen Defekt einer Aldehydehydro- genase verursacht. Dadurch kommt es zur Akkumulierung von Aldehyden und Lipi- den in verschiedenen Organen wie Haut, Gehirn und Augen und zur klinischen Mani- festation (RIZZO, 2007; CHO et al., 2018). Vom Sjögren-Larsson Syndrom betroffene Patienten zeigen eine milde lamellare Ichthyose verbunden mit einer fortschreitenden spastischen Parese, mentalen Retardierung und Netzhautveränderungen mit Photo- phobie (CHO et al., 2018).
Bei dem Ichthyosis prematurity syndrome (IPS) handelt es sich um eine selbstlimi- tierende Hauterkrankung. Sie muss von dem selbstheilenden Kollodion-Baby (Harle- kin-Ichthyose, HI) differenziert werden. IPS ist eine relativ selten auftretende Form der kongenitalen Ichthyose, die gehäuft bei Menschen in Skandinavien diagnostiziert wird (BYGUM et al., 2008; KLAR et al., 2009). Hauptbefunde des IPS sind Komplikatio- nen im zweiten Trimester der Schwangerschaft aufgrund eines Polyhydramnion (KLAR et al., 2009). Diese führen zu Frühgeburten, wobei die Neugeborenen eine neonatale Asphyxie, eine verdickte, trockene Haut mit Schuppenbildung sowie eine transiente Eosinophilie aufweisen (KLAR et al., 2009). Betroffene Neugeborene zei- gen die Symptome bereits unmittelbar post natum. Bei einer entsprechenden pädiat- rischen, intensivmedizinischen Betreuung entwickeln sich die Patienten meistens normal. Die klinischen Hautbefunde mildern im Laufe einiger Monate fortlaufend ab und/oder es kommt zu einer atopischen Manifestierung (BYGUM et al., 2008; KLAR et al., 2009). Unmittelbar nach der Geburt ist die Haut der Neugeborenen zunächst ge- neralisiert gerötet, ödematös, leicht schuppig und schwammartig. An der Kopfhaut sowie im Gesicht und an den Extremitäten ist eine Hyperkeratose feststellbar (BYGUM et al., 2008).
Elektronenmikroskopisch sind eine verdickte Epidermis, membranartige Aggregatio- nen sowie multi- bzw. trilamelläre Strukturen in geschwollenen Korneozyten des Stra- tum corneum und Stratum granulosum nachweisbar (BYGUM et al., 2008; KLAR et al., 2009). Mittels Spezialfärbungen konnten KLAR et al. (2009) Veränderungen im Vertei- lungsmuster von Lipiden in der Epidermis feststellen. KLAR et al. (2009) gehen daher
