Kapillaren

Allgemeine Eigenschaften

Definition

Die Kapillaren sind die kleinsten Blutgefäße. Sie sind die primären Strukturen des Kreislaufsystems, die den Austausch von Gas, Nährstoffen und anderen Molekülen zwischen dem Blut und dem umliegenden Gewebe ermöglichen.

Aufbau

• Einfache Gefäße, die aus einer einzelnen Schicht Endothelzellen bestehen
• Durchmesser:
  • Ca. 5 µm Durchmesser am arteriellen Ende
  • Ca. 9 µm Durchmesser am venösen Ende
  • Erythrozyten-Durchmesser von ca. 7 µm → Erythrozyten Erythrozyten Erythrozyten werden hintereinander durch die Kapillaren gepresst
• Trennung der Endothelzellen vom umgebenden Gewebe durch die Basallamina
• Umfassung der Kapillaren durch Perizyten – Epithelzellen innerhalb der endothelialen Basallamina, die eine Rolle bei der neurovaskulären Signalübertragung spielen
• Anordnung in Kapillarbetten – Netzwerken aus 10–100 einzelnen Kapillargefäßen, die von einer einzigen Metarteriole versorgt werden
• Große Gesamtoberfläche: Geschätzt > 6.300 m^²

Blutfluss durch und um Kapillaren

• Blut fließt durch die Arteriolen → Metaarteriolen → Kapillaren in die Kapillarbetten
• Blut fließt in die postkapillären Venolen → Sammelvenolen
• Präkapilläre Sphinkter am Übergang zwischen Metarteriole und Kapillaren:
  • Regulierung des Blutflusses in das Kapillarbett
  • Umgehung der Kapillaren bei Sphinkterschluss mit direktem Blutfluss in die Venolen
• Arteriovenöse (AV)Anastomosen: Gefäße, die die Kapillarbetten umgehen und Arteriolen und Venolen direkt verbinden.
  • Ausbildung von AV-Shunts, bei Schluss der präkapillären Sphinkter
  • Zahlreiches Vorkommen in der Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion zur Regulierung der Körperwärme

Vorkommen

• Kapillaren sind die Verbindung zwischen den kleinsten Arterien Arterien Arterien (Arteriolen) und den kleinsten Venen Venen Venen (Venolen).
• Vorkommen im Umkreis von 60–80 µm praktisch jeder Zelle des Körpers
• Vorkommen von Kapillarbetten in allen Geweben außer:
  • Knorpelgeweben
  • Epithelien
  • Cornea und Augenlinse
• Sehnen und Bänder verfügen über einige Kapillaren, aber über viel weniger als die meisten anderen Gewebe.

Physiologie

• Funktionen:
  • Gasaustausch: Abgabe von Sauerstoff und Kohlendioxidaufnahme durch Erythrozyten Erythrozyten Erythrozyten
• Austauschmechanismen:
  • Transzytose/Pinozytose: Endozytotische Aufnahme von Stoffen in Vesikeln in die Endothelzellen, Transport durch die Zelle und Freisetzung auf der anderen Seite
  • Filtration und Reabsorption: Abhängig von hydrostatischen und onkotischen Druckverhältnissen
• Effektiver Filtrationsdruck:
  • Relativ höherer hydrostatischer Druck in den Arteriolen presst Flüssigkeit, Nährstoffe und anderes Zellmaterial in das umgebende Gewebe.
  • I. d. R. keine Passage von Plasmaproteine durch die Kapillarwände → onkotischer Plasmadruck am venösen Ende der Kapillare erhöht
  • Relativ höherer onkotischer Druck in den Venolen ermöglicht die Reabsorption in die Gefäße

Kapillartypen

3 Haupttypen von Kapillaren:

1. Kontinuierliche Kapillaren
2. Fenestrierte Kapillaren
3. Diskontinuierliche Kapillaren / Sinusoide

Kontinuierliche Kapillaren

Kontinuierliche Kapillaren sind die häufigste Art von Kapillaren.

• Struktur:
  • Verbindung der Endothelzellen durch abdichtende Tight Junctions
  • Kontinuierliche Basallamina
  • Blockade der Diffusion von Flüssigkeiten, Proteinen und anderen Molekülen
  • Vorkommen kleiner Lücken (ca. 4 nm breit) in einigen Geweben, die den Transport von sehr kleinen Molekülen (z. B. Glukose) ermöglichen
• Primärer Transportmechanismus: Transzytose/Pinozytose
• Vorkommen (v. a. in Organen, in denen ausgewählte Moleküle transportiert werden):
  • Zentrales Nervensystem Zentrales Nervensystem Nervensystem: Aufbau, Funktion und Erkrankungen
  • Lunge Lunge Lunge: Anatomie
  • Muskulatur: Herzmuskulatur, Skelettmuskulatur Skelettmuskulatur Muskelphysiologie der Skelettmuskulatur und glatte Muskulatur glatte Muskulatur Arten von Muskelgewebe
  • Bindegewebe Bindegewebe Bindegewebe
  • Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion

Fenestrierte Kapillaren

Fenestrierte Kapillaren sind wichtig in Organen, die eine schnelle Resorption erfordern oder eine hohe Stoffwechselaktivität aufweisen.

• Struktur:
  • Fenestrierung der Kapillarwand durch Poren mit durchgehender Basallamina
  • Porendurchmesser von etwa 20–100 nm
  • Ermöglichen des Transportes kleiner Moleküle und Zurückhalten von Proteinen und größeren Molekülen im Blutgefäß
• Primärer Transportmechanismus: Filtration
• Vorkommen:
  • Nieren Nieren Niere
  • Endokrine Drüsen (z. B. Bauchspeicheldrüse)
  • Darmtrakt

Diskontinuierliche Kapillaren / Sinusoide

Diskontinuierliche Kapillaren erlauben die Passage größerer Proteinen und ganzer Zellen.

• Struktur:
  • Große Lücken (bis 0,5 µm) im Endothel
  • Lückenhafte oder fehlende Basallamina
  • Ggf. Erscheinung als größere, blutgefüllte Zwischenräume
• Transportmechanismus: Direkte Filtration/Diffusion
• Vorkommen:
  • Leber Leber Leber
  • Milz Milz Milz
  • Knochenmark Knochenmark Knochenmark: Zusammensetzung und Hämatopoese
• Besondere Funktionen:
  • Ermöglichen des Kreislauf-Eintritts von:
    • In der Leber Leber Leber synthetisierten Proteinen (z. B. Albumin und Gerinnungsfaktoren)
    • Im Knochenmark Knochenmark Knochenmark: Zusammensetzung und Hämatopoese synthetisiertem Blut
  • Ermöglichen Interaktion zwischen den perivaskulären Zellen und dem Blut

Klinische Relevanz

Thrombotische Mikroangiopathien

Thrombotische Mikroangiopathien (TMA) sind Erkrankungen, die durch Anomalien in den Gefäßwänden von Arteriolen und Kapillaren gekennzeichnet sind und zu mikrovaskulären Thrombosen führen. Die häufigsten TMA sind die thrombotisch-thrombozytopenische Purpura (TTP) und das hämolytisch-urämische Syndrom (HUS). Auch einige Medikamente können eine TMA auslösen.

• Thrombotische thrombozytopenische Purpura Thrombotische thrombozytopenische Purpura Thrombotisch-thrombozytopenische Purpura (TTP): Lebensbedrohliche Erkrankung mit einem angeborenen oder erworbenen Mangel an ADAMTS-13 – einer Metalloprotease, die den Von-Willebrand-Faktor (vWF) spaltet. Ohne Metalloproteinasen akkumulieren große vWF-Multimere, die zur Thrombozytenaggregation, mikrovaskulärer Thrombose und einem Verbrauch an Thrombozyten Thrombozyten Thrombozyten führen. Klinischen zeigen sich klassischerweise Thrombozytopenie Thrombozytopenie Thrombozytopenie, hämolytische Anämie hämolytische Anämie Anämie: Überblick und Formen, Nierenerkrankungen, neurologische Symptome und Fieber Fieber Fieber.
  • ADAMTS-13 = a disintegrin and metalloproteinase with a thrombospondin type 1 motif, member 13
• Hämolytisch-urämisches Syndrom Hämolytisch-urämisches Syndrom Hämolytisch-urämisches Syndrom bei Kindern: Ein klinisches Phänomen, das am häufigsten bei Kindern beobachtet wird und aus einer Trias mikroangiopathischer hämolytischer Anämie Anämie Anämie: Überblick und Formen, Thrombozytopenie Thrombozytopenie Thrombozytopenie und akuter Nierenschädigung besteht. Das hämolytisch-urämische Syndrom tritt häufig nach einer vorangegangener Diarrhö auf, die durch Shiga-like-Toxin-produzierende Bakterien verursacht wird.

Erhöhter hydrostatischer Druck in den Kapillaren

Jeder Zustand, der den Blutfluss behindert, kann zu einem Anstieg des hydrostatischen Drucks in den Gefäßen führen, der schließlich auf die Kapillaren übertragen wird. Eine Erhöhung des hydrostatischen Drucks innerhalb der Kapillaren beeinflusst den Stoffaustausch, sodass Flüssigkeit und andere Stoffe vermehrt in das umliegende Gewebe gepresst werden. Mögliche Ursachen sind:

• Herzinsuffizienz: Unfähigkeit des Herzens, einen ausreichenden Blutfluss herzustellen. Typische Symptome sind eine Dyspnoe Dyspnoe Dyspnoe (Atemnot/Luftnot) bei Belastung und/oder in Ruhe, Orthopnoe Orthopnoe Atemwegsobstruktion und periphere Ödeme. Da das Blut nicht effektiv aus dem Herzen gepumpt wird, steigt der Druck im venösen Kreislauf, sodass es zu einem venösen Rückstau kommt (Rückwärtsversagen). Das Basisdiagnostikum ist die Echokardiografie.
• Leberzirrhose Leberzirrhose Leberzirrhose: Spätstadium vieler chronischer Lebererkrankungen mit Zerstörung der Gewebearchitektur und Fibrosierung. Chronische Zellschäden Zellschäden Zellschäden und Zelltod verursachen eine Zerstörung der normalen Gewebearchitektur, was zu einer Beeinträchtigung des normalen Blutflusses durch die Leber Leber Leber führen kann. Die häufigsten Ursachen einer Leberzirrhose Leberzirrhose Leberzirrhose sind chronischer, übermäßiger Alkoholkonsum, Virushepatitiden und die nicht-alkoholische Steatohepatitis (NASH). Eine dekompensierte Leberzirrhose Leberzirrhose Leberzirrhose manifestiert sich u. a. durch Ikterus Ikterus Ikterus, Aszites Aszites Aszites, portale Hypertension Portale Hypertension Portale Hypertension und/oder Leberversagen.
• Tiefe Beinvenenthrombose (TVT): Verschluss einer tiefen Vene durch eine Thrombose, der am häufigsten im Wadenbereich auftritt. Es können die Femoral-, Popliteal-, Iliofemoral- oder Beckenvenen betroffen sein. Distal der TVT steigt der hydrostatische Druck an und führt zu Ödemen und Schmerzen. Diagnostischer Goldstandard ist die Kompressionssonografie, therapeutisch werden antikoagulative oder rekanalisierende Maßnahmen ergriffen.

Verminderter onkotischer Druck

Ein verringerter onkotischer Kapillardruck (normalerweise aufgrund eines Albuminverlusts) führt zur Kapillarleckage, da die Flüssigkeit nicht in den Kapillaren gehalten werden kann. Ursachen einer Hypoalbuminämie umfassen:

• Nephrotisches Syndrom Nephrotisches Syndrom Nephrotisches Syndrom: Kombination aus schwerer Proteinurie, Hypalbuminämie, Ödemen und Hyperlipidämie. Zur Diagnosesicherung ist eine Nierenbiopsie erforderlich. Die Behandlung variiert je nach Ätiologie.
• Leberzirrhose Leberzirrhose Leberzirrhose (s. o.): Schwere Lebererkrankungen können zu einer Abnahme der Albuminsynthese führen.

Erhöhte Kapillarpermeabilität

Eine erhöhte Kapillarpermeabilität kann auch unabhängig von Änderungen der hydrostatischen oder onkotischen Druckverhältnisse vorliegen. Ursächlich ist dies oft auf die Freisetzung von proinflammatorischen Zytokinen zurückzuführen. Mögliche Ursachen umfassen:

• Sepsis Sepsis Sepsis und septischer Schock: Organdysfunktion aufgrund einer fehlregulierten, systemischen Reaktion auf eine Infektion. Die systemische Freisetzung von Entzündungsmediatoren führt zu einer Aktivierung von Endothelzellen und einer Steigerung der Kapillarpermeabilität. Eine Sepsis Sepsis Sepsis und septischer Schock führt auch zu einer signifikanten Abnahme funktionierender Kapillaren (wahrscheinlich aufgrund einer Kompression durch umgebendes, ödematöses Gewebe) und zu einer Obstruktion der Kapillaren durch Erythrozyten Erythrozyten Erythrozyten, die ihre Verformbarkeit verlieren.
• Angioödem Angioödem Angioödem: Lokal begrenztes, selbstlimitierendes, potenziell lebensbedrohliches, asymmetrisches Ödem, das in den tiefen Schichten der Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion und der Schleimhäute auftreten kann. Ursache sind oft Entzündungsmediatoren, die eine signifikante Vasodilatation und eine erhöhte Kapillarpermeabilität auslösen. Angioödeme können Schwellungen an Augen, Lippen, Zunge Zunge Mundhöhle: Lippen und Zunge, Mund, Darmwand, Extremitäten oder Genitalien bedingen. Darüber hinaus können die Atemwege verengt sein.
• Kapillarlecksyndrom: Seltene Erkrankung, die durch Episoden schwerer Hyptension, Hypoalbuminämie und Hypovolämie gekennzeichnet ist. Die Ätiologie ist unbekannt. Die Klinik resultiert aus einem generalisierten Austritt von proteinhaltiger Flüssigkeit aus den Kapillaren und einer Retention größerer Moleküle in die Gefäße.

Andere klinische Zustände im Zusammenhang mit abnormalen Kapillaren

• Diabetes Diabetes Diabetes Mellitus mellitus: Chronische Hyperglykämie Hyperglykämie Diabetes Mellitus kann diabetische Mikroangiopathien mit Verdickung der kapillaren Basallamina verursachen, die den Stoffaustausch zwischen Blut und Gewebe behindern. Dies kann letztendlich zu einer Gewebeischämie (insbesondere in Nieren Nieren Niere, Augen und Extremitäten) und zu Nierenversagen, Blindheit oder der Amputation Amputation Amputation von Gliedmaßen führen.
• Teleangiektasien Teleangiektasien Ataxie-Teleangiektasien: Kleine, erweiterte Blutgefäße (normalerweise Arteriolen, Venolen oder Kapillaren), die als dünne, rote Linien auf der Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion oder den Schleimhäuten erscheinen.