Cadherine: nach engl. calcium adheringDruckunterschiede 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). |
Starling-Gleichgewicht Permeabilität und Endotheltyp Vasokonstriktorische / vasodilatatorische lokale Einflüsse Blut-Hirn-, Blut-Liquor-, und arachnoidale Schranke Lymphsystem
ist der Raum, der zwischen den Zellen (Intrazellulärraum) einerseits,
den Gefäßen (Intravasalraum) andererseits liegt. Es ist ein
"Marktplatz" des Stoffaustausches über die interstitielle Flüssigkeit.
Blutkreislauf und Zellen bringen Stoffe in dieses Austauschkompartiment
ein (z.B. Nährstoffe, Syntheseprodukte der Zellen) und transportieren
Stoffe aus ihm ab (z.B. Stoffwechselendprodukte, Hormone). Der
Hauptbestandteil der extrazellulären (interstitiellen) Matrix sind Glykosaminoglykane. 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. 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. (vaskulär-endothelial)
an Kontaktstellen benachbarter Endothelzellen (diese haben keine
Desmosomen). Cadherine kommen auch in anderen Geweben vor und weisen
spezifische Expressionsmuster auf.
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 )
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. 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. 
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.
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. 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. 
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. ). 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). 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.
Das
Lymphgefäßsystem hat Klappen, und die Gefäßanschnitte zwischen den
Klappen ziehen sich rhythmisch zusammen (daher “Lymphherzen”).
Lymphgefäße haben eine Drainagewirkung auf das Gewebe. (<Abbildung). Täglich gelangen etwa 200 Gramm
Plasmaeiweiß durch die Kapillarwände ins Gewebe ( vgl. dort) und werden vom
Lymphsystem ins Blut zurückgebracht.
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. 
Die Informationen in dieser Website basieren auf verschiedenen Quellen:
Lehrbüchern, Reviews, Originalarbeiten u.a. Sie
sollen zur Auseinandersetzung mit physiologischen Fragen, Problemen und
Erkenntnissen anregen. Soferne Referenzbereiche angegeben sind, dienen diese zur Orientierung; die Grenzen sind aus biologischen, messmethodischen und statistischen Gründen nicht absolut. Wissenschaft fragt, vermutet und interpretiert; sie ist offen, dynamisch und evolutiv. Sie strebt nach Erkenntnis, erhebt aber nicht den Anspruch, im Besitz der "Wahrheit" zu sein.
