Grundlagen der Krankheitserkennung - Exam

Aufgabe 1)

Zellschädigung und Zellsterben

Zellschädigung (Cell-Damage): Irreversible oder reversible Beeinträchtigung der Zellfunktion. Zellsterben: Apoptose (programmiert) oder Nekrose (pathologisch).

• Zellschädigung durch physikalische, chemische oder biologische Einflüsse
• Reversibilität hängt von Schwere und Dauer der Schädigung ab
• Zellsterben (Apoptose) regulierter Prozess, wichtig für Entwicklung und Homöostase
• Apoptose: kontrollierter Abbau der Zelle, keine Entzündungsreaktion
• Nekrose: ungeordneter Zelltod, oft durch äußerliche Schädigung, führt zu Entzündung
• Störungen können zu Krankheiten führen, z.B. Krebs bei gestörter Apoptose
• Diagnose durch histologische und biochemische Methoden

a)

a) Physikalische und chemische Zellschädigung:

Erkläre die möglichen Mechanismen, durch die physikalische und chemische Einflüsse Zellschädigungen verursachen können. Nenne je ein Beispiel für eine physikalische und eine chemische Zellschädigung.

Lösung:

a) Physikalische und chemische Zellschädigung:

Mechanismen physikalischer Zellschädigung:

• Mechanischer Schaden: Durch starken Druck oder direkte Einwirkung von Kräften, wie zum Beispiel bei einem Stoß oder Verletzungen, kann die Zellmembran zerstört werden.
• Thermischer Schaden: Extreme Temperaturen (Hitze oder Kälte) führen zu Denaturierung von Proteinen und Schäden an der Zellmembran. Beispielsweise können Verbrennungen durch heiße Gegenstände oder Erfrierungen durch extreme Kälte verursachen.
• Strahlungsschaden: UV-Strahlung oder ionisierende Strahlung (z.B. Röntgenstrahlen) kann DNA-Schäden, Mutationen und letztendlich den Tod der Zelle verursachen. Ein Beispiel ist Hautkrebs, der durch UV-Strahlung der Sonne ausgelöst werden kann.

Beispiel einer physikalischen Zellschädigung: Ein Sonnenbrand ist ein gutes Beispiel. Hierbei führt die UV-Strahlung der Sonne zu DNA-Schäden in Hautzellen, was zu Rötungen, Schmerzen und manchmal Blasenbildung führt.

Mechanismen chemischer Zellschädigung:

• Oxidativer Stress: Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) können Lipide, Proteine und DNA in der Zelle schädigen. Dies geschieht oft durch Umweltgifte oder Substanzen wie Zigarettenrauch.
• Toxische Chemikalien: Bestimmte Chemikalien können direkt die Zellmembran oder Organellen angreifen und schädigen, wie beispielsweise Schwermetalle oder Lösungsmittel. Diese Stoffe können in den Zellstoffwechsel eingreifen und ihn stören.
• Pharmaka oder Drogen: Einige Medikamente oder Drogen haben bei Überdosierung toxische Effekte auf Zellen und können deren Funktion beeinträchtigen oder zum Tod führen.

Beispiel einer chemischen Zellschädigung: Eine Vergiftung durch Schwermetalle, wie z.B. Quecksilbervergiftung, führt zu schwerwiegenden Zellschäden in verschiedenen Körpergeweben, da Quecksilber stark mit Zellproteinen und Enzymen interagiert.

b)

b) Unterschiede zwischen Apoptose und Nekrose:

Vergleiche die Prozesse der Apoptose und der Nekrose hinsichtlich ihrer Mechanismen, ihrer morphologischen Merkmale und ihrer physiologischen Folgen für das Gewebe. Erläutere, warum Apoptose als 'sauberer' Zellsterbenprozess betrachtet wird.

Lösung:

b) Unterschiede zwischen Apoptose und Nekrose:

• Mechanismen:

• Apoptose: Apoptose ist ein programmierter Zellsterbenprozess, der durch spezifische Signale innerhalb der Zelle ausgelöst wird. Dieser Prozess ist fein reguliert durch eine Reihe von Proteinen und Enzymen, wie den Kaspasen. Die Zelle schrumpft, das Chromatin kondensiert, und die Zellmembran bleibt intakt. Am Ende werden Apoptosekörperchen gebildet, die von benachbarten Zellen oder Makrophagen phagozytiert werden.
• Nekrose: Nekrose ist ein ungeordneter und meist durch äußere Faktoren (z.B. physikalische oder chemische Verletzungen) ausgelöster Zelltod. Der Prozess ist unreguliert und führt zum Anschwellen und Platzen der Zelle. Die Zellmembran zerstört sich, was zur Freisetzung des Zellinhalts in das umliegende Gewebe führt.

• Morphologische Merkmale:

• Apoptose: Schrumpfen der Zelle, Kondensation des Chromatins, Bildung von apoptotischen Körperchen, Intakte Zellmembran, Keine Entzündungsreaktion.
• Nekrose: Zellschwellung, Zelllyse (Auflösung der Zelle), Zerstörte Zellmembran, Entzündungsreaktion im umliegenden Gewebe durch Freisetzung des Zellinhalts.

• Physiologische Folgen für das Gewebe:

• Apoptose: Keine entzündliche Reaktion, da die intakte Zellmembran und die Phagozytose apoptotischer Körperchen einen 'sauberen' Abbau ermöglichen. Apoptose ist notwendig für die Homöostase und Entwicklung des Organismus, z.B. die Elimination von überflüssigen oder beschädigten Zellen.
• Nekrose: Entzündungsreaktion durch Freisetzung des Zellinhalts, möglicherweise Schädigung des umliegenden Gewebes. Nekrose kann zu einer Kettenreaktion führen, bei der benachbarte Zellen ebenfalls geschädigt werden.

Warum Apoptose als 'sauberer' Zellsterbenprozess betrachtet wird:

• Apoptose wird als 'sauberer' Zellsterbenprozess angesehen, da die Zellmembran während des gesamten Prozesses intakt bleibt, was eine Freisetzung von Zellinhalt in das umgebende Gewebe verhindert.
• Apoptotische Körperchen werden schnell von benachbarten Zellen oder Makrophagen phagozytiert, ohne Entzündungen auszulösen.
• Durch die kontrollierte Entfernung der Zellen werden die Funktionen des umliegenden Gewebes und die Homöostase des Organismus kaum beeinträchtigt.

c)

c) Diagnosemethoden zur Erkennung von Zellschädigungen:

Erläutere, wie Zellschädigungen und unterschiedliche Zellsterbenprozesse durch histologische und biochemische Methoden diagnostiziert werden können. Beschreibe mindestens zwei spezifische Methoden und wie diese zur Differenzierung zwischen Apoptose und Nekrose beitragen.

Lösung:

c) Diagnosemethoden zur Erkennung von Zellschädigungen:

Zellschädigungen und unterschiedliche Zellsterbenprozesse können durch verschiedene histologische und biochemische Methoden diagnostiziert werden. Hier sind zwei spezifische Methoden zur Differenzierung zwischen Apoptose und Nekrose:

• TUNEL-Assay (Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling):

• Ziel: Der TUNEL-Assay dient zur Identifikation von DNA-Fragmentierung, die ein charakteristisches Merkmal der Apoptose ist.
• Verfahren: In diesem Assay werden DNA-Bruchstellen mit markierten dUTP-Nukleotiden durch das Enzym Terminale Desoxynukleotidyltransferase (TdT) markiert. Die markierten Nukleotide können dann mittels Fluoreszenz- oder Lichtmikroskopie sichtbar gemacht werden.
• Beitrag zur Differenzierung: Eine hohe Anzahl von markierten Zellen im TUNEL-Assay deutet auf Apoptose hin, da Nekrose normalerweise keine spezifische und kontrollierte DNA-Fragmentierung aufweist.

• Immunhistochemie für Caspase-Aktivierung:

• Ziel: Diese Methode dient zur Detektion aktivierter Caspasen, die Schlüsselproteine im Apoptoseprozess sind.
• Verfahren: Gewebeproben werden mit Antikörpern behandelt, die spezifisch für aktivierte Formen von Caspasen, wie Caspase-3, sind. Diese Antikörper werden dann mit fluoreszenzmarkierten oder enzymgekoppelten Sekundärantikörpern nachgewiesen.
• Beitrag zur Differenzierung: Die Anwesenheit von aktivierten Caspasen in den Zellen zeigt Apoptose an. Da Nekrose durch unkontrollierte Zellschädigung und nicht durch eine regulierte Aktivierung von Caspasen gekennzeichnet ist, sind diese Proteine in nekrotischen Zellen normalerweise nicht aktiviert.

• Lactatdehydrogenase (LDH)-Freisetzungsassay:

• Ziel: Bestimmung der LDH-Freisetzung aus Zellen, ein Indikator für Zellmembranschädigung und Nekrose.
• Verfahren: LDH ist ein Enzym, das in allen Zellen vorhanden ist. Bei Nekrose wird die Zellmembran zerstört, und LDH wird in das umgebende Medium freigesetzt. Die Enzymaktivität im Medium kann mittels eines kolorimetrischen Assays gemessen werden.
• Beitrag zur Differenzierung: Eine erhöhte LDH-Konzentration im Medium weist auf Nekrose hin, da Apoptose die Zellmembran intakt hält und somit keine signifikante LDH-Freisetzung verursacht.

Die Kombination dieser Methoden ermöglicht eine differenzierte Diagnose von Apoptose und Nekrose in Gewebeproben und hilft bei der Identifikation der spezifischen Art des Zellsterbens.

Aufgabe 2)

Entzündungsprozesse und Heilung

Entzündungsprozesse sind Abwehrreaktionen des Körpers auf schädliche Reize wie Pathogene oder Verletzungen, die zur Heilung führen.

• Akute Entzündung: schnell einsetzend, kurze Dauer, typische Zeichen: Rötung, Schwellung, Hitze, Schmerz, Funktionsverlust
• Chronische Entzündung: lange andauernd, durch ständiges Vorhandensein des Reiz ausgelöst, kann zu Gewebeschaden führen
• Phasen der Entzündung: Initiale Reaktion, Abwehrreaktion, Abbau, Reparatur
• Zelluläre Komponenten: Makrophagen, Neutrophile, Lymphozyten
• Mediatoren: Zytokine, Histamine, Prostaglandine
• Heilung: Wiederherstellung der Gewebefunktion, besteht aus Regeneration und Narbenbildung
• Wichtige biochemische Parameter: CRP, ESR, Leukozytenanzahl

a)

Erkläre die typischen Zeichen einer akuten Entzündung und beschreibe den Nutzen dieser Zeichen für den Heilungsprozess. Nutze dabei die Begriffe aus der Entzündungslehre (z.B. Rubor, Calor, Tumor, Dolor, Functio laesa).

Lösung:

Typische Zeichen einer akuten Entzündung und ihr Nutzen für den Heilungsprozess

Eine akute Entzündung zeigt sich durch fünf klassische Zeichen: Rubor, Calor, Tumor, Dolor und Functio laesa.

• Rubor (Rötung): Die Rötung entsteht durch die Erweiterung der Blutgefäße (Vasodilatation) und die erhöhte Durchblutung im betroffenen Gebiet. Dies hilft dabei, mehr Immunzellen und Nährstoffe an den Ort der Entzündung zu bringen, um den Heilungsprozess zu unterstützen.
• Calor (Hitze): Die erhöhte Temperatur in dem betroffenen Bereich wird ebenfalls durch die verstärkte Durchblutung verursacht. Die Hitze kann dabei helfen, Krankheitserreger zu hemmen und die Aktivität von Immunzellen zu steigern.
• Tumor (Schwellung): Die Schwellung entsteht durch die Ansammlung von Flüssigkeit (Exsudat) im Gewebe, was die Einwanderung von Immunzellen und Proteinen zur Bekämpfung der Infektion erleichtert.
• Dolor (Schmerz): Schmerz wird durch die Freisetzung von Entzündungsmediatoren wie Prostaglandinen und durch den Druck, den die Schwellung auf Nerven ausübt, verursacht. Schmerz signalisiert dem Körper, vorsichtig zu sein und das betroffene Gebiet zu schonen, um weitere Verletzungen zu vermeiden.
• Functio laesa (Funktionsverlust): Der Funktionsverlust des betroffenen Gewebes ist oft eine Folge der Rötung, Schwellung und des Schmerzes. Diese temporäre Einschränkung trägt dazu bei, das Gewebe zu schonen und den Heilungsprozess zu unterstützen.

Insgesamt sind diese Zeichen Teil eines koordinierten biologischen Prozesses, der darauf abzielt, schädliche Reize zu beseitigen, das betroffene Gewebe zu schützen und die Heilung zu fördern.

b)

Analysiere den Unterschied zwischen einer akuten und einer chronischen Entzündung hinsichtlich der Ursachen, des Verlaufs und möglicher Folgen. Erläutere zudem, wie ein ständiges Vorhandensein des Reizes zu einer chronischen Entzündung führen kann.

Lösung:

Unterschied zwischen akuter und chronischer Entzündung: Ursachen, Verlauf und mögliche Folgen

• Ursachen:
  • Akute Entzündung: Die akute Entzündung wird durch plötzliche und schädliche Reize wie Pathogene (Bakterien, Viren) oder Verletzungen (Trauma, Verbrennungen) ausgelöst. Sie ist eine unmittelbare Reaktion des Körpers, um diese Reize zu bekämpfen und zu beseitigen.
  • Chronische Entzündung: Eine chronische Entzündung wird durch anhaltende und dauerhafte Präsenz eines schädlichen Reizes verursacht. Dies kann durch unbehandelte akute Entzündungen, Autoimmunerkrankungen, dauerhafte Infektionen oder durch chronische Exposition gegenüber Schadstoffen (z.B. Rauchen, Umweltgifte) geschehen.
• Verlauf:
  • Akute Entzündung: Der Verlauf einer akuten Entzündung ist in der Regel kurz und intensiv. Sie durchläuft die Phasen der initialen Reaktion, der Abwehrreaktion, des Abbaus und der Reparatur. Ziel ist es, den schädlichen Reiz schnell zu beseitigen und die Heilung zu initiieren.
  • Chronische Entzündung: Der Verlauf einer chronischen Entzündung ist hingegen langwierig und weniger intensiv. Der Körper befindet sich in einem ständigen Zustand der Abwehr und Reparatur, was zu einer anhaltenden Aktivierung des Immunsystems führt. Dies kann zu dauerhaften Gewebsschäden und Funktionsverlust führen.
• Mögliche Folgen:
  • Akute Entzündung: Wenn die akute Entzündung erfolgreich verläuft, wird das Gewebe vollständig geheilt oder es kommt zu einer geringfügigen Narbenbildung. Langfristige negative Folgen sind selten.
  • Chronische Entzündung: Bei chronischen Entzündungen kann es aufgrund der ständigen Gewebeschäden zu erheblichen gesundheitlichen Problemen kommen. Dazu gehören chronische Krankheiten wie Arthritis, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs. Die andauernde Entzündungsreaktion kann auch zu einer Erschöpfung des Immunsystems und zu systemischen Auswirkungen führen.

Wie ein ständiges Vorhandensein des Reizes zu einer chronischen Entzündung führen kann

Wenn ein schädlicher Reiz ständig vorhanden ist, wird das Immunsystem kontinuierlich aktiviert, um gegen diesen Reiz anzukämpfen. Dies führt zu einer andauernden Produktion von Entzündungsmediatoren wie Zytokinen, Histaminen und Prostaglandinen. Die Immunzellen (Makrophagen, Neutrophile, Lymphozyten) sind ständig im Einsatz, wodurch keine vollständige Heilung erfolgen kann.

Die dauerhafte Präsenz des Reizes bewirkt, dass der Körper immer wieder versucht, den Schaden zu reparieren. Diese chronische Belastung des Gewebes führt zu anhaltenden Entzündungsreaktionen, die das Gewebe weiter schädigen und letztendlich zu einer Funktionsbeeinträchtigung führen können. Dieser Teufelskreis der ständigen Entzündung und des Gewebeschadens kennzeichnet die chronische Entzündung.

c)

Beschreibe die Phasen des Entzündungsprozesses und die Rolle der verschiedenen Zelltypen (Makrophagen, Neutrophile, Lymphozyten) sowie die Wirkung der Mediatoren (Zytokine, Histamine, Prostaglandine) in jeder Phase. Gehe dabei besonders auf die biochemischen Parameter ein, die zur Diagnose einer Entzündung genutzt werden, und erläutere ihre Bedeutung.

Lösung:

Phasen des Entzündungsprozesses und die Rolle der verschiedenen Zelltypen sowie die Wirkung der Mediatoren

Entzündungsprozesse sind komplexe biologische Reaktionen, die in mehreren Phasen ablaufen. Jede Phase hat spezifische Merkmale, an denen verschiedene Zelltypen und Mediatoren beteiligt sind. Hier sind die Phasen im Detail beschrieben:

• Initiale Reaktion:
  • Zu Beginn einer Entzündung erkennt das Immunsystem den schädlichen Reiz. Diese Erkennung führt zur Aktivierung verschiedener Immunzellen und zur Freisetzung von Entzündungsmediatoren.
  • Zelltypen: Die ersten Zellen, die aktiviert werden, sind in der Regel Makrophagen und Mastzellen. Makrophagen phagozytieren Pathogene und Zelltrümmer, während Mastzellen Histamin und andere Mediatoren freisetzen.
  • Mediatoren: Histamine verursachen die Vasodilatation (Erweiterung der Blutgefäße) und die Erhöhung der Gefäßpermeabilität, was die Rötung (Rubor) und Schwellung (Tumor) fördert. Zytokine wie TNF-α und IL-1 verstärken die Entzündungsreaktion und rekrutieren weitere Immunzellen.
• Abwehrreaktion:
  • In dieser Phase wandern Neutrophile in großen Mengen zum Entzündungsort ein. Sie phagozytieren Pathogene und setzen antibakterielle Substanzen frei.
  • Zelltypen: Neutrophile sind die Hauptzellen in dieser Phase, gefolgt von weiteren Makrophagen und Lymphozyten. Lymphozyten (T-Zellen und B-Zellen) spielen eine Rolle bei der spezifischen Immunantwort.
  • Mediatoren: Prostaglandine und weitere Zytokine (wie IL-6 und IL-8) verstärken die Immunantwort und fördern die Bekämpfung der Infektion. Prostaglandine verursachen auch Schmerz (Dolor) und Fieber (Calor).
• Abbau:
  • Nach der Bekämpfung des schädlichen Reizes beginnt der Körper mit der Beseitigung von Zelltrümmern und Pathogenen.
  • Zelltypen: Makrophagen spielen eine zentrale Rolle beim Abbau durch Phagozytose. Sie reinigen das Entzündungsgebiet von Zelltrümmern.
  • Mediatoren: Anti-entzündliche Zytokine wie IL-10 und TGF-β fördern die Auflösung der Entzündung und verhindern eine übermäßige Immunreaktion.
• Reparatur:
  • In der letzten Phase der Entzündung wird das Gewebe regeneriert und eine Heilung eingeleitet.
  • Zelltypen: Fibroblasten und Endothelzellen sind an der Wiederherstellung des Gewebes beteiligt. Fibroblasten produzieren Kollagen und andere Elemente der extrazellulären Matrix, die zur Narbenbildung führen kann.
  • Mediatoren: Wachstumsfaktoren wie VEGF und PDGF fördern die Regeneration von Blutgefäßen und Gewebe.

Biochemische Parameter zur Diagnose einer Entzündung

• C-reaktives Protein (CRP): CRP ist ein Akutphasenprotein, dessen Spiegel im Blut bei Entzündungen stark ansteigt. Ein hoher CRP-Wert weist auf eine aktive entzündliche Erkrankung hin.
• Erythrozytensedimentationsrate (ESR): ESR misst die Geschwindigkeit, mit der rote Blutkörperchen in einer Blutprobe absinken. Ein erhöhter ESR-Wert kann auf eine Entzündung, Infektion oder andere krankhafte Zustände hinweisen.
• Leukozytenanzahl: Eine erhöhte Anzahl von weißen Blutkörperchen (Leukozytose) im Blut ist ein typisches Anzeichen für eine Entzündung oder Infektion. Bestimmte Leukozytenarten, wie Neutrophile, können gezielt untersucht werden.

Diese biochemischen Parameter sind entscheidend für die Diagnose und das Monitoring von Entzündungsprozessen und bieten wertvolle Informationen über den Zustand des Immunsystems und die Schwere der Entzündung.

Aufgabe 3)

Du bist ein Mitglied eines multidisziplinären medizinischen Teams, das an der Diagnose und Klassifikation eines Tumors bei einem Patienten arbeitet. Der Tumor ist in der Brust des Patienten nachgewiesen worden und es wurden mehrere diagnostische Untersuchungen bereits durchgeführt. Deine Aufgabe ist es, basierend auf den Ergebnissen der histologischen, zytologischen und molekularbiologischen Untersuchungen den Tumor zu klassifizieren und einen Behandlungsplan vorzuschlagen. Berücksichtige dabei sowohl benigne als auch maligne Tumore sowie das TNM-Staging und das Grading des Tumors.

a)

Erstelle eine Tabelle, die die grundlegenden Unterschiede zwischen benignen und malignen Tumoren darstellt. Berücksichtige dabei mindestens fünf charakteristische Merkmale.

Lösung:

Unterschiede zwischen benignen und malignen Tumoren

Hier ist eine Tabelle, die die grundlegenden Unterschiede zwischen benignen (gutartigen) und malignen (bösartigen) Tumoren darstellt:

b)

Basierend auf den folgenden fiktiven Untersuchungsergebnissen, führe ein TNM-Staging für den Brusttumor durch und erkläre Deine Schlussfolgerungen:

• Der Tumor hat einen Durchmesser von 3 cm und hat sich bis in die Brustraummuskulatur ausgebreitet.
• Es wurden 3 von 15 entfernte Lymphknoten befallen.
• Keine Fernmetastasen wurden nachgewiesen.

Lösung:

TNM-Staging für den Brusttumor

Das TNM-Staging ist ein weltweit anerkanntes System zur Klassifizierung der Ausbreitung von Krebserkrankungen. Das Akronym TNM steht für:

• T (Tumor): Beschreibt die Größe und das Ausmaß des Primärtumors.
• N (Nodes): Beschreibt das Ausmaß der Ausbreitung auf regionale Lymphknoten.
• M (Metastasis): Beschreibt das Vorhandensein von Fernmetastasen.

Basierend auf den fiktiven Untersuchungsergebnissen werden wir das TNM-Staging für diesen Brusttumor durchführen.

Untersuchungsergebnisse

• Der Tumor hat einen Durchmesser von 3 cm und hat sich bis in die Brustraummuskulatur ausgebreitet.
• Es wurden 3 von 15 entfernte Lymphknoten befallen.
• Keine Fernmetastasen wurden nachgewiesen.

TNM-Staging

• T (Tumor): Der Tumor hat einen Durchmesser von 3 cm und hat die Brustraummuskulatur infiltriert. Dies fällt unter die Kategorie T2 oder T3, abhängig davon, ob die Infiltration als geringfügig oder signifikant angesehen wird. Für dieses Beispiel nehmen wir T2 an, da keine genaue Definition der Infiltrationstiefe gegeben ist.
• N (Nodes): Es wurden 3 von 15 entfernte Lymphknoten befallen. Dies fällt unter die Kategorie N1, da zwischen 1 und 3 Lymphknoten befallen sind.
• M (Metastasis): Keine Fernmetastasen wurden nachgewiesen, was als M0 klassifiziert wird.

Zusammenfassend ergibt sich für den Brusttumor das TNM-Staging: T2 N1 M0.

Schlussfolgerung

Das TNM-Staging T2 N1 M0 zeigt, dass der Tumor eine lokale Ausdehnung hat (Durchmesser von 3 cm und Infiltration der Brustraummuskulatur) sowie eine begrenzte Ausbreitung auf regionale Lymphknoten (3 von 15 befallene Lymphknoten), aber keine Fernmetastasen.

c)

Erkläre den Unterschied zwischen Staging und Grading eines Tumors. Warum sind beide Prozesse wichtig für die Behandlung und Prognose von Tumorerkrankungen?

Lösung:

Unterschied zwischen Staging und Grading eines Tumors

Das Staging und das Grading eines Tumors sind zwei entscheidende Prozesse in der onkologischen Diagnostik, die unterschiedliche Aspekte der Tumorerkrankung bewerten und somit verschiedene Informationen bezüglich der Behandlung und Prognose liefern.

Staging

Staging beschreibt das Ausmaß und die Ausbreitung des Tumors im Körper. Dabei wird insbesondere untersucht:

• Größe des Primärtumors (T): Wie groß ist der Tumor und wie tief ist er in das umliegende Gewebe eingedrungen?
• Lymphknotenbefall (N): Hat sich der Tumor auf die regionalen Lymphknoten ausgebreitet? Wenn ja, wie viele Lymphknoten sind betroffen?
• Fernmetastasen (M): Hat der Tumor Metastasen in anderen Körperteilen gebildet?

Ein häufig verwendetes System für das Staging ist das TNM-Staging-System, das die oben genannten Kategorien kombiniert, um eine globale Bewertung der Tumorausbreitung zu geben.

Grading

Grading beschreibt die mikroskopischen Eigenschaften der Tumorzellen und deren Wachstumsrate. Folgende Merkmale werden dabei bewertet:

• Zellstruktur und Differenzierung: Wie ähnlich sind die Tumorzellen den normalen Zellen des Ursprungsgewebes? Tumoren werden oft in Graden von G1 bis G4 eingeteilt, wobei G1 gut differenzierte (weniger aggressive) und G4 schlecht differenzierte (aggressivere) Tumoren beschreibt.
• Mitotische Aktivität: Wie schnell teilen sich die Tumorzellen?

Ein höherer Grad (z.B. G3 oder G4) deutet auf eine höhere Aggressivität und ein schlechteres Verhalten des Tumors hin.

Wichtigkeit beider Prozesse

Beide Prozesse sind entscheidend für die Behandlung und Prognose einer Tumorerkrankung aus den folgenden Gründen:

• Behandlungsplanung: Das Staging hilft bei der Entscheidung über die beste Behandlungsstrategie, z.B. ob eine Operation, Strahlentherapie, Chemotherapie oder eine Kombination dieser Methoden erforderlich ist. Das Grading beeinflusst die Auswahl der medikamentösen Therapien und kann Hinweise auf die Notwendigkeit einer aggressiveren Behandlung geben.
• Prognose: Das Staging gibt Informationen über das Fortschreiten der Krankheit und hilft, die Überlebenschancen und die Wahrscheinlichkeit von Rezidiven einzuschätzen. Ein höheres Grading weist auf aggressivere Tumorzellen hin, die zu einem schnelleren Fortschreiten der Krankheit führen können.
• Vergleich und Forschung: Durch die Standardisierung von Staging- und Grading-Systemen können Ärzte und Forscher Daten und Behandlungsergebnisse besser vergleichen, was zur Verbesserung der Therapien und der patientenspezifischen Anpassungen der Behandlungen führt.

Zusammenfassend sind sowohl das Staging als auch das Grading essenziell, um eine umfassende Bewertung des Tumors zu ermöglichen, die Behandlungsstrategie zu bestimmen und die Prognose des Patienten einzuschätzen.

d)

Ein Patient wurde mit einem invasiven duktalen Karzinom diagnostiziert. Erläutere, welche diagnostischen Methoden verwendet wurden, um zu dieser Diagnose zu kommen und warum jede Methode wichtig ist. Insbesondere sollte auf Biopsie, histopathologische Untersuchung, Immunhistochemie und molekularbiologische Methoden eingegangen werden.

Lösung:

Diagnostische Methoden zur Diagnose eines invasiven duktalen Karzinoms

Das invasive duktale Karzinom (IDC) ist die häufigste Form von Brustkrebs und die Diagnose erfordert eine Reihe von präzisen und spezifischen diagnostischen Methoden. Im Folgenden werden die wichtigsten diagnostischen Methoden erläutert, die zur Diagnose eines IDC verwendet werden:

1. Biopsie

Die Biopsie ist eine entscheidende Methode zur Diagnose eines IDC. Dabei wird eine Gewebeprobe aus dem verdächtigen Bereich der Brust entnommen.

• Warum wichtig: Die Biopsie ermöglicht es, tatsächliches Tumorgewebe zu gewinnen, das dann weiteren detaillierten Untersuchungen unterzogen werden kann, um das Vorhandensein von Krebszellen zu bestätigen und deren Eigenschaften zu analysieren.

2. Histopathologische Untersuchung

Nach der Entnahme der Gewebeprobe durch eine Biopsie wird diese einer histopathologischen Untersuchung unterzogen. Dabei wird das Gewebe mikroskopisch untersucht.

• Warum wichtig: Diese Untersuchung dient dazu, die Zellstruktur und die Eigenschaften der Tumorzellen zu bewerten. Hierbei können Ärzte feststellen, ob die Zellen bösartig sind, welche Tumorart vorliegt und wie differenziert die Zellen sind. Dies ist essenziell für das Grading des Tumors.

3. Immunhistochemie (IHC)

Immunhistochemie ist eine spezielle Technik, bei der Antikörper verwendet werden, um spezifische Proteine in den Tumorzellen zu identifizieren.

• Warum wichtig: IHC hilft dabei, die genaue Art des Tumors zu bestimmen und wichtige Marker wie Hormonrezeptoren (Östrogen- und Progesteronrezeptoren) und HER2 (humaner epidermaler Wachstumsfaktor-Rezeptor 2) zu identifizieren. Diese Informationen sind entscheidend für die Planung der Therapie, da sie die Empfindlichkeit des Tumors gegenüber bestimmten Behandlungsmethoden beeinflussen.

4. Molekularbiologische Methoden

Molekularbiologische Methoden wie die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und die Gensequenzierung werden verwendet, um genetische Veränderungen und Mutationen in den Tumorzellen zu analysieren.

• Warum wichtig: Diese Methode erlaubt eine tiefere Analyse der genetischen Grundlagen des Tumors und hilft, spezifische Mutationen und Biomarker zu identifizieren, die für gezielte Therapien verwendet werden können. Molekulare Tests können auch zur Prognose des Krankheitsverlaufs und zur Vorhersage des Therapieansprechens beitragen.

Schlussfolgerung

Die Kombination dieser diagnostischen Methoden ermöglicht eine umfassende und präzise Diagnose eines invasiven duktalen Karzinoms. Jede Methode liefert spezifische und unverzichtbare Informationen, die zusammen ein vollständiges Bild der Tumorart, des Tumorgrades und der optimalen Behandlungsstrategien ergeben. Eine frühzeitige und genaue Diagnose ist entscheidend, um die bestmögliche Behandlung für den Patienten zu planen und die Prognose zu verbessern.

Aufgabe 4)

Bildgebende Verfahren in der medizinischen DiagnoseIn dieser Aufgabe betrachten wir die verschiedenen Bildgebungsverfahren, die in der medizinischen Diagnose zur Anwendung kommen: Röntgen, MRT (Magnetresonanztomographie) und CT (Computertomographie). Jedes dieser Verfahren hat seine spezifischen Anwendungsgebiete und technische Grundlagen. Röntgenstrahlen werden hauptsächlich zur Darstellung von Knochen und dichten Geweben genutzt. Die MRT verwendet Magnetfelder und Radiowellen, um detaillierte Bilder von Weichteilen und Organen zu erstellen. Die CT kombiniert Röntgenstrahlen und Computertechnik, um Querschnittsbilder des Körpers zu erzeugen.

a)

1. Vergleich der Bildgebungsverfahren:

• Erkläre die physikalischen Prinzipien hinter der Röntgentechnologie, der MRT und der CT. Gehe dabei auf die Art der verwendeten Strahlung bzw. Magnetfelder ein.
• Diskutiere die Vor- und Nachteile der drei Verfahren in Bezug auf die Bildqualität, die Patientensicherheit und die diagnostischen Möglichkeiten.

Lösung:

1. Vergleich der Bildgebungsverfahren:

• Erklärung der physikalischen Prinzipien:
  • Röntgentechnologie:Röntgenstrahlen sind eine Form der elektromagnetischen Strahlung mit einer sehr kurzen Wellenlänge, die in der Lage ist, durch den Körper zu dringen. Bei der Röntgentechnologie wird eine Röntgenquelle eingesetzt, die Strahlen durch den Körper sendet. Diese Strahlen werden unterschiedlich stark absorbiert, je nachdem, welches Gewebe sie durchdringen. Dichte Strukturen wie Knochen absorbieren mehr Strahlung und erscheinen daher auf dem Röntgenbild weiß, während weniger dichte Strukturen wie Weichteile dunkler erscheinen.
  • MRT (Magnetresonanztomographie):Die MRT nutzt starke Magnetfelder und Radiowellen, um detaillierte Bilder von Weichteilen und Organen zu erzeugen. Im Körper befinden sich Wasserstoffatome, die in einem Magnetfeld ausgerichtet werden. Durch das Senden von Radiowellen werden diese Atome angeregt und kehren anschließend in ihre ursprüngliche Ausrichtung zurück, wobei sie Radiowellen aussenden. Diese Signale werden gemessen und in Bilder umgewandelt. Da verschiedene Gewebearten unterschiedliche Wassermengen enthalten, entstehen kontrastreiche Bilder der inneren Strukturen.
  • CT (Computertomographie):Die Computertomographie kombiniert Röntgenstrahlen und Computertechnik, um Querschnittsbilder des Körpers zu erzeugen. Ein CT-Scanner dreht sich um den Patienten und nimmt eine Vielzahl von Röntgenbildern aus verschiedenen Winkeln auf. Diese Bilder werden dann von einem Computer verarbeitet und zu detaillierten Querschnittbildern zusammengesetzt. Der Vorteil der CT liegt in der Fähigkeit, komplexe Strukturen dreidimensional darzustellen.
• Vor- und Nachteile der Verfahren:
  • Röntgentechnologie:Vorteile:
    • Schnell und weitverbreitet
    • Besonders nützlich für die Darstellung von Knochen und dichten Geweben
    • Relativ kostengünstig
    Nachteile:
    • Liefert weniger detaillierte Bilder von Weichteilen
    • Exposition gegenüber ionisierender Strahlung, die ein Gesundheitsrisiko darstellen kann
  • MRT:Vorteile:
    • Hervorragende Bildqualität von Weichteilen und Organen
    • Keine ionisierende Strahlung, daher sicherer für den Patienten
    • Ermöglicht detaillierte Darstellung von Gehirn, Muskeln, Gelenken und anderen Weichteilstrukturen
    Nachteile:
    • Teurer und zeitaufwendiger
    • Patienten mit metallischen Implantaten oder Klaustrophobie können Probleme haben
  • CT:Vorteile:
    • Schnelle und detaillierte Bilder, besonders nützlich in Notfallsituationen
    • Gute Darstellung von Knochen, Blutgefäßen und Weichteilen
    • Ermöglicht dreidimensionale Rekonstruktionen der Körperstrukturen
    Nachteile:
    • Hohe Exposition gegenüber ionisierender Strahlung
    • Teurer als konventionelle Röntgenuntersuchungen

b)

2. Anwendungsszenarien und mathematische Grundlagen:

• Ein Radiologe entscheidet sich, für einen Patienten nacheinander drei Röntgenbilder aufzunehmen, um Frakturen besser beurteilen zu können. Angenommen, die Wahrscheinlichkeit, eine Fraktur im ersten Bild zu erkennen, beträgt 0,75, im zweiten Bild 0,80 und im dritten Bild 0,85. Berechne die Wahrscheinlichkeit, dass mindestens eines der drei Bilder die Fraktur korrekt darstellt.
• Analyse eines MRT-Bildes: Beschreibe, wie die Magnetfelder und Radiowellen im MRT verwendet werden, um Bilder zu erzeugen, und welche Rolle die Fourier-Transformation in diesem Prozess spielt. Formuliere hierzu die relevante mathematische Gleichung für die Fourier-Transformation.

Lösung:

2. Anwendungsszenarien und mathematische Grundlagen:

• Berechnung der Wahrscheinlichkeit: Angenommen, die Wahrscheinlichkeit, eine Fraktur in den Röntgenbildern zu erkennen, beträgt:
  • Erstes Bild: 0,75
  • Zweites Bild: 0,80
  • Drittes Bild: 0,85
  Zuerst berechnen wir die Wahrscheinlichkeit, dass die Fraktur in keinem der Bilder erkannt wird. Dazu multiplizieren wir die Gegenwahrscheinlichkeiten:
  • Gegenwahrscheinlichkeit für das erste Bild: (1 - 0,75 = 0,25)
  • Gegenwahrscheinlichkeit für das zweite Bild: (1 - 0,80 = 0,20)
  • Gegenwahrscheinlichkeit für das dritte Bild: (1 - 0,85 = 0,15)
  Die Wahrscheinlichkeit, dass in keinem der drei Bilder die Fraktur erkannt wird, ist:\[ P(\text{keine Erkennung}) = 0,25 \times 0,20 \times 0,15 = 0,0075 \]Die Wahrscheinlichkeit, dass mindestens eines der drei Bilder die Fraktur korrekt darstellt, ist:\[ P(\text{mindestens eine Erkennung}) = 1 - P(\text{keine Erkennung}) = 1 - 0,0075 = 0,9925 \]Demnach beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass mindestens eines der Bilder die Fraktur korrekt darstellt, 0,9925 oder 99,25%.
• Analyse eines MRT-Bildes:Beschreibung der Magnetfelder und Radiowellen: Bei der Magnetresonanztomographie (MRT) werden starke Magnetfelder und Radiowellen verwendet, um detaillierte Bilder von Weichteilen und Organen zu erzeugen. Der Ablauf ist folgendermaßen:
  • Ein starkes Magnetfeld richtet die Wasserstoffprotonen im Körper des Patienten entlang der Magnetfeldachsen aus.
  • Radiowellen in Form von Hochfrequenzimpulsen werden gesendet, um die Ausrichtung dieser Protonen zu stören und sie in einen energetischeren Zustand zu versetzen.
  • Nach dem Abschalten der Radiowellen kehren die Protonen in ihren ursprünglichen, niedrigeren Energiezustand zurück und senden dabei Radiowellen aus.
  • Diese ausgesendeten Signale werden von Empfangsspulen aufgefangen und gemessen.
  Die empfangenen Signale werden dann mittels Fourier-Transformation in ein Bild umgewandelt.Rolle der Fourier-Transformation: Die Fourier-Transformation ist ein mathematisches Verfahren, das eine Funktion im Zeit- oder Ortsbereich in eine Funktion im Frequenzbereich umwandelt. Im Fall der MRT erlaubt sie die Umwandlung der gesammelten Signaldaten in Bilder, indem sie die Frequenzkomponenten der Signale analysiert.Die relevante mathematische Gleichung für die kontinuierliche Fourier-Transformation lautet:\[ F(k) = \int_{-\infty}^{\infty} f(x) e^{-2\pi i k x} \,dx \]Hierbei ist \( f(x) \) die ursprüngliche Funktion im Ortsbereich und \( F(k) \) die resultierende Funktion im Frequenzbereich.