Transport im kardiovaskulären System (Kreislauf, Blut, Lymphe)

Physiologie der Mikrozirkulation und des Interstitiums, lymphatischer Transport


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© H. Hinghofer-Szalkay

Cadherine: nach engl. calcium adhering
Dekubitus: cubitare = liegen
Epiphyse: ἐπί-φυσις = aufsitzendes Gewächs
Filtration: filtrum = Matratze, Seihtuch (Filtrat = Durchgeseihtes)
Kapillare: capillus (lat) = Haar ("Haarnadelgefäß")
Lymphe: lympha = klares Wasser
Ödem: οἴδημα = Schwellung (schwellen =
οἴδαινειν)
onkotischer Druck: ὄγκος = Anschwellung
Starling-Gleichgewicht: Ernest Henry
Starling
Tanyzyten: τανύ = langgestreckt


Druckunterschiede treiben Flüssigkeit durch die Wand der kleinsten Blutgefäße (Mikrozirkulation) - Ultrafiltrat wird zwischen Geweberäumen (Interstitium) und Blutplasma ausgetauscht: Bei höherem Druck aus dem Blut in das Gewebe, bei niedrigerem zurück in die Kapillare. Das sorgt für den Austausch von im Filtrat gelösten Stoffen zwischen Kreislauf und Zellen.

Die Kräfte, welche die Filtration der Flüssigkeit steuern, sind einerseits durch den Blut- und Gewebedruck bestimmt (hydrostatisch), andererseits durch unterschiedliche Eiweißkonzentration an den Kapillarwänden, die wie Dialysemembranen wirken (kolloidosmotisch). Diese Drucke sind in der Starling-Filtrationsgleichung aufgezählt. Als Permeabilität bezeichnet man die Durchlässigkeit der Kapillarwände, sie ist regional sehr unterschiedlich - je nach Kapillartyp - und lässt sich über die hydraulische Leitfähigkeit quantifizieren.

Einige Mikrozirkulationen weisen besonders dichte Kapillaren auf: So spricht man von einer Blut-Hirn-Schranke, die außer Wasser, Atemgasen und einigen kleineren Molekülen nur an besonderen Stellen (zirkumventrikulären Organen) auch größere Moleküle hindurchtreten lässt. Spezielle Transporter (Carrier) stehen für den Übertritt weiterer (vor allem polarer) Stoffe zur Verfügung (Selektivität).

Ultrafiltrat nimmt Plasmaproteine in das Interstitium mit (in geringerer Konzentration als im Blut, aber mehr als 200 g/d); diese gelangen über das Lymphgefäßsystem in den Kreislauf zurück. Die tägliche Lymphproduktion wird bei einer erwachsenen Person auf rund 10 l/d geschätzt und lässt sich durch Anregung der Propulsion (rhythmisch kontrahierende "Lymphherzen", Gefäßklappen) stark steigern.

Funktioniert diese "Lymphdrainage" nicht, dann verursachen die zurückgebliebenen Eiweiße einen steigenden kolloidosmotischen (=onkotischen) Effekt, und Flüssigkeit staut sich im Gewebe zurück (Lymphödem).

Mikrozirkulation und Interstitium Starling-Gleichgewicht Permeabilität und Endotheltyp Vasokonstriktorische / vasodilatatorische lokale Einflüsse Blut-Hirn-, Blut-Liquor-, und arachnoidale Schranke Lymphsystem


>Abbildung: Organisation der Mikrozirkulation
Nach: Schulte-Merker S et al, Lymphatic vascular morphogenesis in development, physiology, and disease. J Cell Biol 2011; 193: 607-18

Lymphkapillaren nehmen Flüssigkeit (die aus Kapillaren des Blutkreislaufs filtriert wird), Makromoleküle und Zellen durch Spalten zwischen den Endothelzellen aus dem Interstitium auf. Verankerungsfilamente stellen sicher, dass die Flüssigkeit im Lymphkompartiment verbleibt und von hier weitertransportiert werden kann

Blutkapillaren (geschätzte Zahl im Körper: 10 bis 30 Milliarden, Länge je etwa 0,5 mm, Durchmesser ≈5 µm) versorgen den Körper mit Blut, d.h. den darin gelösten Gasen, Mineralien, Spurenelementen, Substrat-, Informations-, Abwehrmolekülen.

Bei körperlicher Ruhe ist nur jede dritte Kapillare
durchströmt, die gesamte Austauschoberfläche der kleinsten Blutgefäße im Körper beträgt etwa 100 bis 300 m2. Ihr Gesamtquerschnitt ist mit ≈0,3 m2 größer als bei der Summe aller anderen Gefäße, die Strömungsgeschwindigkeit niedrig (≈1 mm/s), die Kontaktzeit des Blutes mit der Kapillarwand (Dicke durchschnittlich ≈1 µm) beträgt zumindest einige Zehntelsekunden und ist damit ausreichend für den Gasaustausch.
 
     Über Gewebeversorgung, perikapillären Sauerstoffpartialdruck und Krogh'schen Zylinder s. dort.

Das aus den Blutkapillaren netto ausgepresste Filtrat (≈10 Liter pro Tag
- die renale Filtration mit 150-200 l/d nicht mitgerechnet) wird großteils durch Lymphkapillaren aus dem Interstitium abtransportiert (>Abbildung). Dabei werden auch Makromoleküle (vor allem Proteine) weiterbefördert, um über die großen Lymphgefäße wieder in den Blutkreislauf zurück zu gelangen. Das interstitielle Flüssigkeitsvolumen macht ≈15% des Körpergewichts aus, bei Entwicklung von Ödemen (=Flüssigkeitsansammlungen im Gewebe) nimmt dieser Prozentsatz zu.
 
     Über die Zusammensetzung der interstitiellen Flüssigkeit s. dort.
 
Endothelzellen bilden zusammen mit der Basalmembran die Kapillarwand. Die Zellen sind durch mechanische Kontakte miteinander verknüpft, die über einen speziellen Typus von Kontaktmolekülen zusammengehalten werden. Zu diesen zählt VE-Cadherin (vaskulär-endothelial) an Kontaktstellen benachbarter Endothelzellen (diese haben keine Desmosomen). Cadherine kommen auch in anderen Geweben vor und weisen spezifische Expressionsmuster auf.

Die Kapillarwände können sehr unterschiedliche Permeabilität aufweisen - kontinuierlich mit geringster Durchlässigkeit (z.B. im Gehirn, s. unten), diskontinuierlich, oder fenestriert (z.B. in der Leber oder Milz).

Je dichter das Kapillarnetz, desto leichter der Stoffaustausch. Die Blutströmung schwankt je nach Erfordernissen, kann in einzelnen Kapillarästen vorübergehend “ausgeschaltet” sein oder ihre Richtung ändern, abhängig vom Zustand der glatten Muskelzellen der Kapillarnetze.

Die Kapillarwand besteht aus zwei Schichten, beide beeinflussen den Stoffaustausch. Dabei gilt das Starling-sche Filtrationsgesetz: Flüssigkeit bewegt sich durch die Gefäßwand entsprechend dem effektiven Filtrationsdruck und der Permeabilität (Durchlässigkeit) der Gefäßwand.

  Der effektive Filtrationsdruck ergibt sich aus dem Druckprofil: Hydrostatisch (Druck innen minus Druck außen) und kolloidosmotisch (Druck außen minus Druck innen; der kolloidosmotische - oder onkotische - Effekt entsteht durch Diffusion kleiner Moleküle durch eine Dialysemembran, welche Makromoleküle wie Proteine nicht passieren lässt).

  Die Permeabilität ist umgekehrt proportional dem transmuralen (=quer durch die Kapillarwand wirkenden) Strömungswiderstand. Sie wird für einzelne Kapillaren als hydraulische Leitfähigkeit bezeichnet (>Abbildung unten) und kann aus dem Durchtritt von Flüssigkeit durch die Kapillarwand pro Zeit bei gegebenem effektiven Filtrationsdruck errechnet werden. Die Filtration (grüne Pfeile in Abbildung) folgt dem effektiven (Netto-) Filtrationsdruck.
 
<Abbildung: Filtrationskräfte (Starling-Gleichgewicht )
Nach einer Abbildung bei Pearson education / Benjamin Cummings

Gelbe Pfeile: hydrostatischer Anteil, orange Pfeile: kolloidosmotischer Anteil (Plasmaeiweiß!) des Filtrationsdrucks. Grün: Effektiver (Netto-) Druck


Filtrationsgleichgewicht: Nur selten liegt die "Umkehrzone" (Filtration zu Rückresorption) - wie hier und in den meisten Lehrbüchern gezeigt - in der Mitte einer Kapillare; meist überwiegt zur Gänze entweder die Filtration (untere Körperpartien, Blutdruck übersteigt kolloidosmotischen Druck in gesamter Kapillare - z.B. "Knöchelödem") oder die Rückresorption (obere Körperpartien), s. hydrostatische Schichtung)


Die Starling-sche Filtrationsgleichung postuliert das Zusammenwirkung der Kräfte, die zu Ein- oder Auswärtsbewegung von Flüssigkeit durch die Kapillarwand führen:



  Der Filtrationskoeffizient ist eine Umrechnungszahl, die aus dem effektiven Filtrationsdruck die Errechnung einer Strömung (Filtration = Volumen / Zeit) erlaubt.

  Die hydrostatischen Drucke in der Kapillare (Blutdruck) und außerhalb der Kapillare (Gewebedruck) bestimmen den hydrostatischen Netto-Filtrationsdruck.

  Der kolloidosmotische Druck hängt vom Unterschied der Eiweißkonzentration (innen - außen) und dem Betrag des Reflexionskoeffizienten ab. Er beträgt maximal ≈25 mmHg (≈3,3 kPa), eine normale Konzentration von Plasmaeiweiß (≈70 g/l) vorausgesetzt; Albumin macht etwa 90% des gesamten kolloidosmotischen Effekts aus. In den vasa recta der Nierentubuli ist der Betrag des kolloidosmotischen Drucks aufgrund der starken glomerulären Filtration höher als 25 mmHg.

  Der Reflexionskoeffizient (σ) ist ein Gewichtungsfaktor, der durch die Proteindurchlässigkeit der Kapillarwand gegeben ist. Ist die Kapillare (theoretisch) völlig undurchlässig für Eiweiß, ist der Reflexionskoeffizient = 1 (volle Auswirkung des kolloidosmotischen Effekts); ist sie für Eiweiß durchlässig (Milz, Leber), ist der Reflexionskoeffizient nahe bei null, es tritt praktisch kein kolloidosmotischer Effekt auf und die Filtration ist nur durch den hydrostatischen Druckunterschied gesteuert.
 
Die Eiweißkonzentration im Plasma ist höher als in der Gewebeflüssigkeit, daraus ergibt sich ein kolloidosmotischer (onkotischer) Druck, der bis zu bis 25 mm Hg betragen kann - je nach Durchlässigkeit der Gefäßwand. Hauptverantwortlich für den kolloidosmotischen Druck ist die Anwesenheit von Albumin (Molekulargewicht knapp 70 kDa), Globuline tragen zum kolloidosmotischen Druck wesentlich weniger bei (höheres Molekulargewicht, relativ geringe Molekülzahl). Albuminmangel (z.B. im chronischen Hungerzustand) äußert sich besonders durch abnehmenden kolloidosmotischen Druck und damit überschießende kapilläre Filtration, was (bei Überforderung des Lymphabflusses) zu Ödemen führen kann (Hungerödem).

  Permeabilität: Die Basalmembran liegt den Endothelzellen außen an und hat Stütz-, Filter- und Leitfunktion. Endothelzellen und Basalmembran haben unterschiedliche Stoffdurchlässigkeit. Fettlösliche Stoffe können die Kapillarwände relativ leicht durchdringen. Manche Kapillaren lassen nur kleine Moleküle passieren, andere auch große; teils erfolgt der Austausch selektiv durch spezielle Transporter.

Fürt den Durchtritt von Substanzen zwischen Blutbahn und extravasalem Kompartiment stehen üblicherweise zwei Wege zur Verfügung: Durch die Endothelzellen (transzellulär) oder durch das Schlussleistensystem zwischen den Zellen (parazellulär).

      Für den Transport durch die Endothelzellen müssen transmembranale Möglichkeiten genutzt werden (Vorteil: große Membranfläche): Die Zellmembran ist für lipophile (Lösung in der Membran) oder auch sehr kleine hydrophile Moleküle relativ leicht permeabel (Membranporen: ≈0,3 nm Durchmesser, das funktioniert z.B. für Harnstoff mit 0,2 nm, aber nicht mehr z.B. für Zucker- oder Aminosäuremoleküle); größere polare Stoffe sind auf die zahlreichen "Kanäle", Transporter und "Pumpen" angewiesen, um durch die Membranbarriere zu gelangen.

      Eine weitere Möglichkeit ist die des "Shuttlings" durch die Zelle mittels rezeptor-mediierter Endozytose und anschließender Exozytose am anderen Zellpol. Auf diese Weise können z.B. Lipoproteine oder Transferrin aus dem Blut in das Interstitium gelangen.

      Auch der parazelluläre Weg zwischen den Endothelzellen steht nicht nur kleinen, sondern auch größeren Molekülen offen; die vorhandene Austauschfläche ist allerdings gering. Kapillaren mit diskontinuierlichem Endothel haben große parazelluläre Austauschflächen, durch die Moleküle durchtreten können. Dies hängt allerdings von den Ladungsverhältnissen ab: So werden Albuminmoleküle von der Glomerulumkapillare aufgrund deren negativer Aufladung von der Filtrierung weitgehend ausgeschlossen.
 

>Abbildung: Drei Kapillartypen

Nach: Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 1st ed. Saunders 2003

Kontinuierliche Kapillarwände (z.B. im Gehirn) weisen die niedrigste, diskontinuierliche (z.B. in der Leber) die höchste Permeabilität auf

Nach dem Feinaufbau der Kapillarwand unterscheidet man (>Abbildung):

  Kontinuierliche Kapillarwände - dieser Typus findet sich am häufigsten im Körper (z.B. in der Skelettmuskulatur oder im Fettgewebe). Die Spalten zwischen den Endothelzellen sind nur 10-15 nm weit. Das Starling-Gleichgewicht ist stark von unterschiedlicher Eiweißkonzentration geprägt, weil der Betrag des Reflexionskoeffizienten (σ) nahe bei 1,0 ist.

In manchen Geweben mit besonders selektiven Permeabilitätsansprüchen fehlen diese Spalten ganz, stattdessen sind die Endothelzellen durch tight junctions eng miteinander verknüpft (Blut-Hirn-Schranke, Blut-Hoden-Schranke).
 
  Fenestrierte Kapillarwände - diese umgeben oft Epithelzellen, z.B. in der Niere (glomeruli), in exokrinen Drüsen, im Darm, in den plexus chorioidei. Fenestrierungen (≈50-80 nm Durchmesser) erleichtern den Durchtritt auszutauschender Stoffe; einige sind offen, einige mit einer dünnen Membran versehen (z.B. im Darm). Die Permeabilität solcher Kapillaren ist wesentlich höher als bei solchen mit kontinuierlichem Wandtyp, der Betrag des Reflexionskoeffizienten (σ) liegt deutlich unter 1,0.
 
  Diskontinuierliche Kapillarwände - hier finden sich neben Fenestrierungen auch große Spalträume zwischen den Endothelzellen. Die Basalmembran ist nicht durchgehend; folglich können nicht nur Makromoleküle (Leber), sondern u.U. auch Blutkörperchen zwischen Intra- und Extravasalraum durchtreten (Milz). Man spricht von Sinusoiden; die Permeabilität ist extrem hoch, der Betrag des Reflexionskoeffizienten (σ) ist nahe Null.

Leber und Milz liegen etwa auf der Höhe des venösen hydrostatischen Indifferenzpunktes; Veränderungen der Körperlage bewirken an ihrem anatomischen Ort nur geringe Druckschwankungen - und damit kaum Filtrationseffekte. Da der
Betrag des Reflexionskoeffizienten in diesen Organen extrem niedrig ist, hängt das Ausmaß der Filtration so gut wie ausschließlich von hydrostatischen Filtrationskräften ab - Kolloidosmose spielt hier keine Rolle.
 

<Abbildung: Ermittlung der Kapillarpermeabilität über die hydraulische Leitfähigkeit (Methode nach Landis und Michel)
Nach Harper SJ, Bates DO. Endothelial permeability in uremia. Kidney International 2003; 63: S41-4

Links: Eine Mikropipette wird in eine Blutkapillare eingeführt. Diese wird am anderen Ende abgedichtet (Blockierstelle). Die druckabhängige Passage von Flüssigkeit durch die Kapillarwand wird anhand der Abstandsänderung von Erythrozyten in der Kapillare ermittelt. Das Bild deutet den parazellulären Durchtritt von Flüssigkeit an (transendotheliale Strömung, transendothelial flux)

Rechts: Die Neigung der Regressionsgeraden zwischen transendothelialem Flux (Filtration) und Kapillardruck ergibt die hydraulische Leitfähigkeit (Lp), der Schnittpunkt (grün) den Kapillardruck, bei dem Kräftegleichgewicht herrscht, d.h. keine Flüssigkeit durch die Gefäßwand passiert


  Filtration und Rückresorption von Flüssigkeit. Die meisten gelösten Stoffe werden durch diese druckabhängige Bewegung von Flüssigkeit transportiert. Der Blutdruck in den Kapillaren ist abhängig von Körperlage, Sympathikustonus, Autoregulation und metabolischen Faktoren; das Ausmaß, in dem der kolloidosmotische Effekt zum Tragen kommt, hängt vom Betrag des Reflexionskoeffizienten ab. Ist der hydrostatische Druck (netto) größer als der (effektive) onkotische, wandert Flüssigkeit aus der Kapillare in das Gewebe (und wird von Lymphgefäßen weitertransportiert); überwiegt der Betrag des kolloidosmotischen Effekts, wird Flüssigkeit aus dem Interstitium in das Blut resorbiert.

  Diffusion transportiert täglich geschätzte 80,000 Liter Wasser und 20 kg Glukose über die Kapillarwände einer erwachsenen Person (zum Vergleich: der tägliche Glukoseverbrauch des Körpers beträgt ≈0,4 kg). Aber die meisten dieser Moleküle hüpfen lediglich durch die Kapillarwand mehrfach hin und her, ohne tiefer in das Gewebe einzudringen. Physiologisch bedeutsam ist die Bewegung über das Interstitium zu den Zellen. Diese ist vorwiegend durch Filtration bedingt (≈10 l/d), denn das Filtrat nimmt die gelösten Stoffe mit sich (solvent drag). Dieser Transport erfolgt im Wesentlichen parazellulär, d.h. über Spalten zwischen den Endothelzellen hindurch.

  Eiweißmoleküle wandern kontinuierlich aus dem Plasma ins Gewebe. Das tun sie durch transepithelial-vesikulären Transport ( s. dort), der langsam aber stetig, parallel zum - und unabhängig vom - kolloidosmotischen Effekt erfolgt. Kapillaren mit diskontinuierlicher (offener) Wand, wie in Leber, Milz oder Knochenmark lassen allerdings freien Durchtritt von Proteinen zu.

  Weiters findet je nach Erfordernis ein Austritt von Leukozyten (weißen Blutkörperchen) in das Interstitium statt (Diapedese). Dieser Vorgang ist komplex reguliert.
 
  Endothelzellen besitzen Rezeptoren, transportieren Stoffe oder wandeln sie um, und beeinflussen die Muskelschicht der Gefäßwände über
 
  Kontrahierende (vasokonstriktorische) Faktoren (Angiotensin II, auf Thromboxan-Rezeptoren wirkende Prostaglandine, Endothelin) - diese Faktoren wirken auch mitogen auf glatte Gefäßmuskelzellen,

  Relaxierende (vasodilatatorische) Faktoren (NO, Natriuretische Peptide vom C-Typ, Adrenomedullin, Prostazyklin, oder der Endothelium-derived hyperpolarizing factor EDHF) - diese wirken teils auf glatte Muskelzellen in der Gefäßwand, teils auf Endothelzellen selbst ein. Viele beeinflussen weiters die Mitosebereitschaft der Gefäßmuskelzellen und spielen damit eine Rolle bei Gefäßaussprossung (Neovaskularisierung) und Wundheilung.
 
  Mehr über Vasokonstriktion und Vasodilatation s. dort.
 

>Abbildung: Zirkumventrikuläre Organe
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 3rd ed., Elsevier 2016

 Zirkumventrikuläre Gewebe sind Stellen, an denen die Blut-Hirn-Schranke aufgehoben ist - ihr Ependym ist fenestriert (Ependymzellen: Tanyzyten ). Epiphyse = Zirbeldrüse   area postrema, chemorezeptives Organ am Boden der Rautengrube, nahe dem nucl. tractus solitarii eminentia mediana, Teil des Hypophysenstiels   Hypophysenhinterlappen OVLT = organum vasculosum laminae terminalis, liegt vor dem Hypothalamus, enthält Osmorezeptoren und ist vermutlich an der Einstellung von Hunger und Durst beteiligt Das Subfornikalorgan liegt unterhalb der Fornix im 3. Ventrikel und ist das zentrale Organ für die Steuerung des Durstgefühls (exzitatorische Neuronen fördern, inhibitorische hemmen das Trinkverhalten). Seine Zellen sind angiotensinempfindlich und mit dem Hypothalamus verbunden (nucl. praeopticus) Das Subkommissuralorgan liegt unter der hinteren Kommissur, ist Teil des Epithalamus (zu dem auch die Zirbeldrüse gehört) und ist wahrscheinlich für die Liquorströmung bedeutsam

  Blut-Hirn-Schranke, Blut-Liquor-Schranke und arachnoidale Schranke.

   
   Die Blut-Hirn-Schranke findet sich an
besonders undurchlässigen Kapillaren im Gehirn: Abgesehen von Wasser und Atemgasen (Sauerstoff und Kohlendioxid) können nur wenige Stoffe (z.B. Glukose) in das Hirngewebe übertreten. Grundlage ist die Struktur der Kapillarwände: Endothelzellen sind durch tight junctions dicht aneinander geschmiegt, was (im Gegensatz zu den meisten Kapillaren im Körper) den Durchtritt polarer Stoffe enorm erschwert (die maximale Molekülgrenze für die Passage beträgt 400-500 Da).

Auch der Transzytose-Weg ist weitgehend versperrt, da
die Endothelzellen des ZNS eine niedrige Pinozytoserate aufweisen. Weiters ist die Basalmembran relativ dick ausgeführt, gelegentlich finden sich Perizyten, und schließlich umgeben Astrozytenfortsätze die Kapillaren. Diese können die Ausbildung von tight junctions zwischen Endothelzellen induzieren, steuern also die Kapillarpermeabilität. Auf intensiven Stoffwechsel deutet eine hohe Mitochondriendichte in den Kapillarwandzellen hin.

Aus diesen Eigenschaften der Gehirnkapillaren (tight junctions, geringe Transzytose, dicke Basalmembran, zusätzliche Barrieren bildende Begleitzellen) ergibt sich eine niedrige hydraulische Leitfähigkeit bzw. Permeabilität.
So ist die Blut-Hirn-Schranke für die meisten im Plasma gelösten Stoffe nur schwer zu überwinden. Beispielsweise wird Kalium, das bei Erregung der Nervenzellen in den Extrazellulärraum austritt, von vorbeiströmendem Blut nur langsam “ausgewaschen” und kann das Membranpotential umliegender Nerven- und Gliazellen deutlich beeinflussen (d.h. wegen des geringeren transmembranalen Kaliumgradienten depolarisieren).

Sie beruht weiters auf selektiven Transportmechanismen. S
pezielle Transporter (SLCs, OCTs, OATs, ABC transporter) erlauben auch größeren, polaren Molekülen - u.a. Medikamenten - die Passage (carrier-mediated transport). Der Eintritt benötigter Substanzen wird erleichtert, Abfallprodukte und potentiell toxische Stoffe werden entfernt. Ein Beispiel ist das P-Glykoprotein 1, auch genannt: Permeability glycoprotein (P-gp), Multidrug resistance protein 1 (MDR1), ATP-binding cassette sub-family B member 1 (ABCB1), Cluster of differentiation 243 (CD243). Diese ATP-abhängige Membranpumpe kommt auch in der Leber vor, wo sie z.B. Fremdsubstanzen (Medikamente) in die Galle exportiert, sowie in Darm und Niere, wo sie die Ausscheidung in Tubuli bzw. Darmlumen befördert. Über die Blut-Hirn-Schranke transportiert P-Glykoprotein 1 u.a. Zytokine und Steroide, aber auch Pharmaka.

Die Diffusionsstrecken sind sehr gering: Die Kapillaren sind nirgends weiter als ≈25 µm von Parenchymzellen entfernt.

Die Blut-Hirn-Schranke ist im Bereich der zirkumventrikulären Organe aufgehoben (>Abbildung). Das ermöglicht Chemorezeption, neuronale Messung von Hormonkonzentrationen im Blut (Rückkopplung durch Istwert-Messung) und Neurosekretion, aber auch die Wirkung von Medikamenten, die nur an solchen "undichten" Stellen ins Gewebe übertreten können (z.B. das Antiemetikum Domperidon).

Entzündungen können die
Blut-Hirn-Schranke öffnen, wodurch z.B. intravenös verabreichte Antibiotika in entzündeten Gehirnpartien (bakterielle Meningitis!) wirksam werden.

       Die Blut-Liquor-Schranke befindet sich an den plexus chorioidei der Ventrikel. Das Endothel ist hier fenestriert, die Schranke ergibt sich durch tight junctions zwischen Plexuszellen.

       Die arachnoidale Schranke umhüllt das gesamte Gehirn - an der Innenseite der dura mater, bestehend aus mehreren Epithelzell-Lagen. Die innerste Schicht verfügt über tight junctions, hier erfolgt die Abdichtung. Zwar ist diese Barriere nicht durch Gefäße aufgebaut, aber es stülpen sich villi arachnoidales in den sinus sagittalis, und liquor fließt hier aus dem Hirnraum ab.
 
  Mehr über Glia und Liquor s. dort.


<Abbildung: Extrazellulärer Kreislauf von Flüssigkeit und Protein


  Das Lymphgefäßsystem hat Klappen, und die Gefäßanschnitte zwischen den Klappen ziehen sich rhythmisch zusammen (daher “Lymphherzen”). Lymphgefäße haben eine Drainagewirkung auf das Gewebe.

Der Lymphabfluss richtet sich nach dem Bedarf: Er kann bei vermehrtem Flüssigkeitsausstrom aus den Blutkapillaren bis auf das Zehnfache des Ruhewertes ansteigen (diese Druckabhängigkeit der Transportrate kann als Parallelität zum Frank-Starling-Mechanismus des Herzens gesehen werden: Die Pumpleistung steigt mit dem Volumenangebot).

Unter Ruhebedingungen stammt etwa die Hälfte der im ganzen Körper produzierten Lymphflüssigkeit aus der Leber. Bei Druckerhöhungen im Bereich der hepatischen Mikrozirkulation kann dieser Anteil um mehr als das Zehnfache ansteigen.

Pro Tag bildet ein Erwachsener mehrere (vermutlich um die 10) Liter Lymphe (<Abbildung). Täglich gelangen etwa 200 Gramm Plasmaeiweiß durch die Kapillarwände ins Gewebe ( vgl. dort) und werden vom Lymphsystem ins Blut zurückgebracht.


>Abbildung: Blut- und Lymphkreislauf
Aus: Praktische Physiologie, 1. Auflage, Brüder Hollinek 1982

Lymphflüssigkeit ähnelt in ihrer Zusammensetzung dem Blutplasma, nur enthält sie weniger Proteine: Beträgt die Gesamteiweiß-Konzentration im Plasma etwa 70 g/l, liegt dieser Wert im Interstitium im Schnitt vermutlich bei 20-30 g/l (<Abbildung).

In den Lymphknoten wird ein Teil der primären Lymphflüssigkeit (8-12 Liter pro Tag, was einem Eiweißtransport von ca. 10 g/h entspricht) in das Blut rückresorbiert
(4-8 Liter pro Tag), Plasmaproteine bleiben zurück und liegen dadurch in der verbleibenden Lymphe konzentriert vor (≈60 g/l, ein Betrag nur etwas geringer als im Blutplasma).

Vielleicht ≈4 Liter sekundäre Lymphe gelangen pro Tag über den Venenwinkel in das Blut, diese Zahl hängt sehr vom Grad der Aktivität ab, welche den Lymphfluss
(bis um eine Zehnerpotenz) steigert (zur Ventilfunktion der Endothelien beim "Pumpen" von Lymphe - das durch Lymphklappen unterstützt wird, daher der Begriff "Lymphherzen" für die pulsierenden Abschnitte dazwischen - s. >Abbildung ganz oben).

Bedenkt man die Bedeutung der Plasmaeiweiße sowohl für den Transport verschiedener Stoffe zu den Zellen als auch für den kolloidosmotischen Effekt an der Kapillarwand, wird klar, wie wichtig die Lymphdrainage aus dem Gewebe (=dem interstitiellen Flüssigkeitsraum) ist.





<Abbildung: Gesunder vs. lymphödematöser Fuß


Versagt der lymphatischer Drainagemechanismus, bleibt Eiweiß im Interstitium liegen und blockiert das Flüssigkeitsgleichgewicht an den Kapillarwänden. Dies kann zu Lymphödemen führen (<Abbildung). Meist handelt es sich um sekundäre Lymphödeme (9 von 10 Fällen), d.h. der Lymphabfluss ist durch eine Primärerkrankung (Entzündung, Tumor), Bestrahlung oder auf Grund operativer Entfernung von Lymphknoten behindert.

Bei übermäßiger Filtration und Überforderung des Lymphabflusses kommt es ebenfalls zu Ödembildung und eventuell zu Hämokonzentration (“Bluteindickung”, Anstieg des Hämatokrit). Umgekehrt kann herabgesetzter Filtrationsdruck (z.B. nach Blutverlust) zu Einwärtsfiltration und Hämodilution führen, d.h. “Verdünnung” des Blutes und Abnahme des Hämatokrit.
Die Mikrozirkulation kann durch äußere mechanische Krafteinwirkung behindert werden. Längere Druckeinwirkung auf die Haut führt infolge mangelnder Versorgung mit Sauerstoff und Nährstoffen zu Gewebeschädigung bis hin zur Geschwürbildung (Wundliegen, Dekubitus
) und stellt bei immobilisierten Patienten ein pflegerisches Problem dar.

Mobilisierung (regelmäßige Umlagerung) und Hautpflege (Salben, Massage, Hygiene, Pflege wunder Hautstellen) gehören zu den Standardmaßnahmen.

Spezielle Auflagen (hydrostatische Betten oder aufblasbare Matratzen, deren Innendruck segmental automatisch wechselt) sowie Bewegungstherapie kommen ebenfalls in Frage. Anzustreben ist eine möglichst rasche Mobilisierung der Patienten.

Entstauungstherapie (z.B. manuelle Lymphdrainage) kann Linderung der Symptomatik von Lymphödemen bringen. Um die Gefäße nicht zu überfordern und den Lymphstrom anzuregen, werden zunächst zentrale Partien "entstaut" und anschließend die Peripherie behandelt. Solche Maßnahmen bringen temporäre Erleichterung und Abschwellung.



Eine Reise durch die Physiologie


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