Was ist der unterschied zwischen arterien venen und kapillaren

Abstract

Die Gefäße des menschlichen Körpers haben zwei grundlegende Aufgaben: Einerseits sollen sie das Blut vom Herzen zu den Organen und zurück transportieren, andererseits ermöglichen sie in den Organen den Stoffaustausch zwischen den Zellen und dem Blut. Die größeren Gefäße wie Arterien und Venen dienen vor allem dem Transport des Blutes. Sie verzweigen sich, sobald sie ein Organ erreicht haben, zu einer Vielzahl kleiner Kapillaren und Venolen (sog. Endstrombahn). Dort findet der eigentliche Stoffaustausch statt.

Diese verschiedenen Funktionen spiegeln sich auch in einem unterschiedlichen Aufbau der Gefäße wider: Venen und Arterien zeigen als Transportgefäße einen grundlegend ähnlichen, dreischichtigen Aufbau (Intima, Media, Adventitia), der dem sicheren und verlustfreien Transport des Blutes dient. Die Gefäße der Endstrombahn sollen hingegen einen Stoffaustausch ermöglichen, daher ist ihre Wand nur einschichtig und größtenteils besonders durchlässig.

Der Stoffaustausch in der Endstrombahn muss in beide Richtungen stattfinden, d.h. von der Kapillare zum Gewebe und vom Gewebe zur Kapillare. Im Verlauf des Stoffaustausches kommt es daher zu einer Veränderung der zwischen Kapillare und Gewebe wirkenden Kräfte. Die sog. Starling-Formel stellt diese Kräfte gegenüber, um einerseits das filtrierte Volumen und andererseits dessen Flussrichtung (aus dem bzw. in das Blutgefäß) zu bestimmen.

Übrigens findest du auch eine Histo-Trainer-Folge zur Histologie der Blut- und Lymphgefäße im Abschnitt zu den Wandschichten großer Blutgefäße.

Kreislaufelemente

Das Herz ist der Motor des Lungen- und Körperkreislaufes, die Gefäße sind das Transport- und Austauschsystem. Die Kapillaren sind die feinsten Verästelungen dieses Transportsystems und dienen dem Stoffaustausch. Da es beim Stoffaustausch zu einem Austritt von Flüssigkeit ins Gewebe kommt, wird ein zweites Transportsystem (das Lymphgefäßsystem) benötigt, das diese Gewebsflüssigkeit wieder dem Blutkreislauf zuführt.

Anatomische Bestandteile des Kreislaufes

1. Herz: Jede Herzkammer dient als Motor „ihres“ Kreislaufes
2. Blutgefäße
   1. Arterien
      • Funktion: Transportieren das arterielle (sauerstoffreiche) Blut vom Herzen weg
      • Verlauf: Werden sukzessive kleiner (Arterien → Arteriolen → Metarteriolen → Kapillaren)
      • Besonderheit: Arteriolen dienen als sog. Widerstandsgefäße
   2. Blutkapillaren
      • Funktion: Vermitteln den Gas- und Stoffaustausch
      • Verlauf: Gehen in Venolen über (Kapillare → Venole)
      • Besonderheit: Extrem hohe Querschnittsfläche bei niedriger Fließgeschwindigkeit und kurzer Diffusionsstrecke
   3. Venen
      • Funktion: Transportieren das venöse (sauerstoffarme) Blut aus der Peripherie zum Herzen
      • Verlauf: Bilden sich nach dem Kapillarbett → Werden sukzessive größer (→ Kapillare → Venole → Vene → Hohlvene)
      • Besonderheit: Können ein großes Blutvolumen speichern (werden daher als sog. Kapazitätsgefäße bezeichnet)
3. Lymphgefäße
   • Funktion: Dienen unter anderem der Drainage von Flüssigkeit aus dem Gewebe
   • Verlauf: Lymphgefäße werden sukzessive größer und münden letztlich im Venensystem (→ Venenwinkel → obere Hohlvene) → Kein eigenständiger Kreislauf

Funktionelle Einteilung der Gefäßabschnitte

Je nach Funktion kann man die Gefäßabschnitte einem Transport- oder einem Austauschsystem zuteilen.

Aufbau großer Gefäße

Alle großen Gefäße sind ähnlich aufgebaut und bestehen aus drei Schichten (von innen nach außen): Intima, Media und Adventitia. Die genaue Zusammensetzung dieser Gefäßschichten variiert in Abhängigkeit von der konkreten Funktion des Gefäßes. Arterien besitzen beispielsweise eine sehr muskelreiche Media, um dem hohen arteriellen Blutdruck standzuhalten. Venen müssen nur dem niedrigen venösen Blutdruck widerstehen, weshalb ihre Media deutlich weniger Muskeln enthält. Aufgrund der nur spärlich ausgebildeten Muskeln, weisen Venen ein größeres Lumen auf als Arterien und sind in der Lage größere Mengen Blut zu speichern.

Große Gefäße zeigen einen dreischichtigen Aufbau, wohingegen sehr kleine Gefäße wie Kapillaren und Venolen nur aus einer Endothelzellschicht bestehen!

Arteriosklerose
Der Begriff Arteriosklerose bezeichnet eine krankhafte Veränderung von Arterienwänden, die zur Versteifung und Lumeneinengung von Arterien führen kann. Die häufigste Form der Arteriosklerose ist die Atherosklerose, bei der die Gefäßintima krankhaft verändert ist. Ausgangspunkt ist i.d.R. ein Endothelschaden, der zur Ablagerung von im Blut zirkulierenden Lipiden (bspw. LDL) führt. Hierdurch wandern Entzündungszellen aus dem Blut und Muskelzellen aus der Gefäßmedia in das Stratum subendotheliale der Intima ein. Das Zusammenspiel aus lokaler Entzündung, fortschreitender Lipidablagerung und der Produktion von Extrazellulärsubstanz durch die eingewanderten Muskelzellen führt zur Bildung von atheromatösen Plaques in der Gefäßintima. Diese ragen in das Gefäßlumen und engen es somit ein. Allein diese Lumeneinengung kann durch den stark erhöhten Gefäßwiderstand (Hagen-Poiseuille-Gesetz) bereits eine Minderperfusion des nachfolgenden Gewebes verursachen. Dies kann zur Entwicklung von chronischen Erkrankungen wie der koronaren Herzkrankheit (KHK) und der peripheren arteriellen Verschlusskrankheit (pAVK) führen. Auf der atheromatösen Plaque können sich zusätzlich noch mehrere Schichten von Plättchenthromben ablagern, die die Plaque instabiler machen. Eine Ruptur der Plaque kann das Gefäß akut verschließen. Dies ist bspw. ursächlich für akute ischämische Ereignisse wie den Schlaganfall oder den Herzinfarkt. Hauptrisikofaktoren zur Entstehung der Atherosklerose sind Tabakkonsum, Diabetes mellitus und arterielle Hypertonie.

Besonderheiten von Arterien

Arterien sind im Gegensatz zu Venen Teil des sog. Hochdrucksystems. Das heißt, sie müssen dem arteriellen Blutdruck standhalten, weshalb sie deutlich mehr glatte Muskeln besitzen als Venen.

Besonderheiten von Venen

Venen dienen in erster Linie der Speicherung und dem Rücktransport des Blutes zum Herzen. Diese Funktionen spiegeln sich in ihrem speziellen Aufbau wider: Zur Speicherung von Blut besitzen Venen ein großes Lumen und eine verhältnismäßig dünne und muskelarme Media. Um das Blut nur in Richtung Herz zu transportieren, besitzen Venen sog. Venenklappen, die wie Ventile funktionieren.

Varizen
Varizen, volkstümlich oft auch „Krampfadern“ genannt, beschreiben erweiterte und geschlängelte Hautvenen. Ursächlich ist häufig eine Kombination aus genetischer Veranlagung und vermehrtem hydrostatischem Druck bspw. in den Beinen bei ausgedehnten stehenden Tätigkeiten. Hierdurch kommt es zu einer sukzessiven Erweiterung der Vene. Ab einer gewissen Lumengröße schließen die Taschen der Venenklappen nicht mehr dicht ab, sodass die Blutsäule nun nicht mehr von einer Venenklappe unterbrochen wird. Hierdurch wird eine vermehrte hydrostatische Belastung auf den nächst tiefergelegenen Venenabschnitt bzw. die tiefer gelegene Venenklappe ausgeübt. Dieser Vorgang kann sich langsam fortsetzen und zu langstreckigen Venenerweiterungen, sprich Varizen, führen. Da der Blutfluss in den großvolumigen Varizen reduziert ist (siehe Kontinuitätsgesetz), sind sie anfällig für die Ausbildung von sog. oberflächlichen Venenthrombosen (Virchow-Trias). Diese Venenthromben begünstigen entzündliche Reaktionen der Vene, was als Thrombophlebitis bezeichnet wird.

Histo-Trainer Blut- und Lymphgefäße

Gefäßmechanik

Der Zusammenhang zwischen dem Aufbau und den Anforderungen an ein Gefäß lässt sich anhand einiger physikalischer Gesetzmäßigkeiten verstehen. Hier soll einerseits die Spannung in der Gefäßwand und andererseits die Elastizität von Gefäßen beleuchtet werden. So erzeugt beispielsweise der hohe arterielle Blutdruck eine Spannung in den Wänden von Arterien (sog. tangentiale Wandspannung, s.u.), der sie nur aufgrund ihrer dicken und muskelreichen Wand und ihres kleinen Innendurchmessers standhalten können. Bei größerem Innendurchmesser und gleichem Blutdruck, wie bspw. bei einem Aneurysma, entstehen deutlich höhere Wandspannungen. Venen müssen dahingegen nur dem niedrigen venösen Blutdruck standhalten, weshalb ihre Wände dünner und muskelärmer sind und ihr Lumen größer ist.

Transmuraler Druck und tangentiale Wandspannung

Wird Blut vom Herzen in die Gefäße gepumpt, erzeugt es dabei ein Innendruck (Pi) im Gefäß. Diesem wirkt der sog. extravasale Druck (Pe) entgegen, der sich aus allen von außen auf das Gefäß wirkenden Kräften zusammensetzt (bspw. Gewebe, enge Hose, Kompressionsstrümpfe). Die Differenz dieser beiden Drücke wird als transmuraler Druck (Ptm) bezeichnet. Normalerweise ist der Innendruck eines Gefäßes deutlich höher als der extravasale Druck, weshalb der transmurale Druck positiv ist. Daher werden das Gefäß und seine Wand von innen nach außen gedehnt. Hierdurch wird in der Wand eine Gegenkraft erzeugt, die tangentiale Wandspannung. Stellt man sich ein längs eröffnetes Gefäß vor, so wirkt der transmurale Druck von der Innenseite des Gefäßes flächig auf seine Wände und lässt diese auseinanderstreben. Die tangentiale Wandspannung wirkt dem transmuralen Druck entgegen und stellt die Kraft dar, mit der die auseinanderstrebenden Wandanteile sich aneinander „festhalten“. Ähnlich wie die Berechnung der Wandspannung einer Kugel mittels La Place'schem Gesetz, lassen sich mithilfe einer abgewandelten Formel auch die Wandspannungen in Röhren bzw. Gefäßen berechnen. Die Höhe der erzeugten Wandspannung hängt dabei maßgeblich vom Aufbau und den Eigenschaften des Gefäßes ab, wie bspw. seiner Volumendehnbarkeit (s.u.).

Transmuraler Druck

• Definition: Der transmurale Druck (Ptm) ist die Differenz zwischen dem im Gefäß herrschenden Druck (Pi) und dem von außen auf das Gefäß wirkenden Druck (Pe)
• Formel: Ptm = Pi − Pe
  • Einheiten: Ptm/i/e [mmHg]

Tangentiale Wandspannung

• Grundüberlegung: Der transmurale Druck ist i.d.R. positiv, so dass ein Gefäß von innen nach außen gedehnt wird, wodurch die Gefäßwandteile auseinander streben und eine entgegengerichtete Kraft erzeugen - die tangentiale Wandspannung.
• Definition: Kraft innerhalb der Gefäßwand, die dem Auseinanderstreben bei Dehnung entgegenwirkt und die Gefäßwand „zusammenhält“
• Formel (in Anlehnung an das Gesetz von Laplace) σt = (Ptm × r) / h
  • Einheiten: σt = Tangentiale Wandspannung [mmHg]; Ptm = Transmuraler Druck [mmHg]; r = Innenradius [cm]; h = Gefäßwanddicke [cm]
• Schlussfolgerungen:
  • Tangentiale Wandspannung nimmt bei sinkender Gefäßwanddicke und steigendem transmuralen Druck und/oder Innendurchmesser zu
  • Je kleiner der Gefäßradius und je dicker die Gefäßwand ist, desto weniger tangentiale Wandspannung wird bei gleichem transmuralem Druck erzeugt

Anhand der tangentialen Wandspannung lässt sich der Grund für den unterschiedlichen Aufbau von Gefäßen nachvollziehen. Arterien müssen einem hohen Innendruck standhalten, daher haben sie eine dicke Gefäßwand und einen kleinen Innendurchmesser. Venen müssen dagegen nur einem geringen Innendruck standhalten, weshalb ihr Durchmesser größer und ihre Wand dünner ist!

Elastizität von Gefäßen

Die Elastizität ist eine Materialeigenschaft, die beschreibt, dass ein Körper nach einer Verformung wieder in seinen Ausgangszustand zurückstrebt. Diese Eigenschaft besitzen auch Organe und Gefäße des menschlichen Körpers in unterschiedlicher Ausprägung. Sie sind unterschiedlich elastisch, je nachdem, ob sie vor allem aus wenig elastischen Bestandteilen (bspw. Muskeln) oder vor allem aus sehr elastischen Bestandteilen (bspw. elastische Fasern) bestehen.

In der Medizin wird die Elastizität von Gefäßen und Organen auf zwei Arten beschrieben: Einerseits wird beschrieben, wie sehr sich das Volumen eines Gefäßes bei einer Druckänderung anpasst, was als sog. Compliance bzw. Nachgiebigkeit bezeichnet wird. Andererseits wird anhand des sog. Volumenelastizitätskoeffizienten beschrieben, wie sich der Innendruck verändert, wenn das Volumen sinkt oder steigt. Die Compliance entspricht dem Kehrwert des Volumenelastizitätskoeffizient.

Gefäßcompliance (von engl. compliance = „Nachgiebigkeit“)

• Definition: Die Gefäßcompliance ist ein Maß für die Veränderung des Gefäßvolumens bei einer Blutdruckänderung (Volumendehnbarkeit)
• Formel: C = ΔV / ΔP
  • Einheiten: C = Compliance [mL/mmHg]; ΔV = Volumenänderung [mL]; ΔP = Druckänderung [mmHg]
• Schlussfolgerungen
  • Je höher die Gefäßcompliance, desto leichter vergrößert sich das Gefäßvolumen bei einer Druckänderung (bspw. Arterien vom elastischen Typ mit Windkesselfunktion) bzw. desto niedriger ist die Druckänderung bei gleichem Volumen
  • Je niedriger die Gefäßcompliance, desto weniger vergrößert sich das Gefäßvolumen bei einer Druckänderung (bspw. Arterien vom muskulären Typ) bzw. desto höher ist der Druck bei gleichem Volumen
• Rechenbeispiel: Compliance der Aorta ascendens
  • Gegeben: Schlagvolumen (ΔV = 40 mL) und Druckänderung (ΔP = 40 mmHg)
  • Gesucht: Compliance der Aorta ascendens
  • Berechnungsvorschrift
    • C = ΔV / ΔP
    • C = 40 mL / 40 mmHg
    • C = 1 mL/mmHg

Die Gefäßcompliance wird vor allem durch die Muskulatur eines Gefäßes bestimmt. Besonders muskelreiche Arteriolen zeigen eine niedrige Compliance und gelten als Widerstandsgefäße. Venen besitzen wenig glatte Muskulatur, weshalb ihre Compliance bis zu 200fach größer ist. Sie gelten daher als Kapazitätsgefäße!

Volumenelastizitätskoeffizient

• Definition: Der Volumenelastizitätskoeffizient eines Gefäßes ist ein Maß für die Blutdruckveränderung, die sich aus der Veränderung des Gefäßvolumens ergibt. Mathematisch handelt es sich hierbei um den Kehrwert der Compliance (Nachgiebigkeit)
• Formel
  • E' = 1 / C
  • E' = ΔP / ΔV
    • Einheiten: E' = Volumenelastizitätskoeffizient [mmHg/mL], C = Compliance [mL/mmHg], ΔP = Druckänderung [mmHg], ΔV = Volumenänderung [mL]
• Schlussfolgerungen
  • Je höher der Volumenelastizitätskoeffizient (E') eines Gefäßes ist, desto stärker ändert sich dessen Blutdruck (ΔP) bei einer (Blut‑)Volumenänderung (ΔV)
  • Je niedriger der Volumenelastizitätskoeffizient (E') eines Gefäßes ist, desto weniger ändert sich dessen Blutdruck (ΔP) bei einer (Blut‑)Volumenvergrößerung (ΔV)
• Rechenbeispiel: Volumenelastizitätskoeffizient der Aorta ascendens
  • Gegeben: Schlagvolumen (ΔV = 40 ml) und Druckänderung (ΔP= 40 mmHg)
  • Gesucht: Volumenelastizitätskoeffizient der Aorta ascendens
  • Berechnungsvorschrift
    • E' = ΔP / ΔV
    • E' = 40 mmHg / 40 mL
    • E' = 1 mmHg/mL

Die Compliance und der Volumenelastizitätskoeffizient sind zwei verschiedene Arten die Elastizität eines Stoffes bzw. Organs zu beschreiben. Da der Volumenelastizitätskoeffizient der Kehrwert der Compliance ist, verhalten sich ihre Werte gegensätzlich! (bspw. Compliance↑ → Volumenelastizitätskoeffizient↓)

Aufbau der Endstrombahn (Kapillaren und Venolen)

Die sog. Endstrombahn besteht aus Kapillaren und Venolen und ist für den Stoffaustausch zwischen dem Blut und dem Gewebe verantwortlich. Da die Organe unterschiedliche Ansprüche an den Stoffaustausch stellen, variiert der Aufbau der Kapillaren und Venolen in den Organen leicht. Die Durchblutung der Endstrombahn wird unter anderem durch spezialisierte Gefäßeinrichtungen, wie bspw. Sperrarterien, beeinflusst.

Die Endstrombahn

• Definition: Kreislaufabschnitt, der für den Stoffaustausch verantwortlich ist
• Aufbau: Besteht v.a. aus präkapillären Arteriolen, Kapillaren und postkapillären Venolen
• Verteilungsdichte von Kapillaren: Anzahl der Kapillaren pro Fläche variiert je nach Region/Organ
• Durchblutung der Endstrombahn: Stark reguliert → Zu jedem Zeitpunkt wird nur ca. ⅓ der Kapillaren und Venolen perfundiert

Gemeinsamer Wandaufbau von Kapillaren

Kapillaren grenzen sich im Gegensatz zu großen Gefäßen nur durch eine einzige Wandschicht von der Umgebung ab. Der grundsätzliche Aufbau ist bei allen Kapillaren gleich, wobei der spezielle Aufbau davon abhängt, in welchem Organ sich die Kapillare befindet und welche Aufgabe sie genau zu erfüllen hat.

• Gemeinsame Wandschichten (von innen nach außen)
  1. Endothelzellen (eine Lage)
  2. Perizyten
     • Liegen dem Endothel von außen auf und umgeben es mit ihren Fortsätzen als diskontinuierliche Wand
     • Kontraktil am Beginn und Ende einer Kapillarstrecke → Regulierung der Gefäßweite
     • Basallamina der Perizyten verschmilzt teilweise mit der Basallamina der Endothelzellen
  3. Basalmembran

Kapillartypen

Es gibt drei verschiedene Kapillartypen: Kontinuierliche, fenestrierte und diskontinuierliche Kapillaren. In den Organen kann sich je nach Anforderung ein Kapillartyp häufiger als die anderen finden.

Kontinuierliche Kapillaren

Fenestrierte Kapillaren

Diskontinuierliche Kapillaren / Sinusoide

Die kontinuierlichen Kapillaren des Gehirns weisen besonders viele und dichte Tight junctions auf, so dass der parazelluläre Transportweg verschlossen ist. Auf diese Weise ist das Endothel maßgeblich an der Blut-Hirn-Schranke beteiligt!

Venolen

• Definition: Venöse Gefäße, die sich zwischen den Kapillaren und dem Venensystem befinden
• Aufbau: Verändert sich kontinuierlich im Verlauf
  1. Postkapilläre Venolen: Aufbau ähnelt eher Kapillaren (→ Hohe Permeabilität → Stoffaustausch)
  2. Sammelvenolen : Aufbau kann bereits größeren Blutgefäße ähneln (dreischichtig)
• Funktionell besondere Venolen: Hochendotheliale Venolen besitzen spezielle Oberflächenmoleküle zur Erkennung von Leukozyten → Ort der Leukozytenmigration in bzw. aus lymphatischen Organen

Gefäßstrukturen zur Durchblutungsregulation

Neben „globalen“ Mechanismen der Durchblutungsregulation, wie bspw. der Veränderung des gesamten Blutvolumens (Gauer-Henry-Reflex), gibt es lokale Gefäßstrukturen, die an der Regulation der Durchblutung des nachgeschalteten Organs beteiligt sind. Das Grundprinzip ist bei allen Strukturen ähnlich: Kontraktion von glatter Gefäßmuskulatur zur Erhöhung des Strömungswiderstandes. Je nach Struktur wird hierdurch der Blutfluss durch ein Kapillarbett gesteigert (arteriovenöse Anastomose) oder gemindert (präkapilläre Sphinkter).

Funktion: Stoffaustausch

Die Endstrombahn ist der Teil des Kreislaufs, der für den Stoffaustausch verantwortlich ist. Sie besteht daher vor allem aus Kapillaren und Venolen. Hier fließt das Blut aufgrund des enormen Gefäßquerschnitts sehr langsam , um optimalen Stoffaustausch zu gewährleisten. Ob es dabei zur Filtration oder zur Reabsorption von Flüssigkeit in bzw. aus dem Kapillargebiet kommt, hängt maßgeblich vom Blutdruck ab.

Stoffaustausch in der Endstrombahn

Allgemeines

Das Blut ist eine Suspension aus verschiedenen darin gelösten „Teilchen“ bzw. Kolloiden. Wird es mit dem Blutdruck durch eine Kapillare gedrückt, wirken daher vor allem zwei Kräfte auf die Flüssigkeit in den Kapillaren: der kolloidosmotische und der hydrostatische Druck. Die Kapillarwand trennt das Innere der Kapillare vom umliegenden Gewebe wie eine semipermeable Membran. Die kolloidosmotischen und hydrostatischen Drücke auf beiden Seiten der Kapillarwand wirken also gegeneinander. Die einwärts wirkenden und die auswärts wirkenden Kräfte werden gegeneinander zum sog. effektiven Filtrationsdruck zusammengefasst.

• Grundlegender Mechanismus: Der Austausch verschiedener Stoffe in der Endstrombahn basiert vor allem auf Diffusion, stoffabhängig auch auf Filtration und Reabsorption
• Effektiver Filtrationsdruck: Peff = (PKap+ πGew − PGew − πKap)
  • Einheiten: Peff = Effektiver Filtrationsdruck [mmHg]; PKap = Hydrostatischer Druck in den Kapillaren [mmHg]; PGew = Hydrostatischer Druck im Gewebe/Interstitium [mmHg]; πKap = Kolloidosmotischer Druck in den Kapillaren [mmHg]; πGew = Kolloidosmotischer Druck im Gewebe/Interstitium [mmHg]
  • Bestimmung der Flussrichtung beim Stoffaustausch
    • Filtration bei: (PKap + πGew) > (PGew +πKap)
    • Reabsorption bei: (PKap + πGew) < (PGew +πKap)

Das Vorzeichen des effektiven Filtrationsdrucks gibt quasi die Flussrichtung beim Stoffaustausch an. Ist das Vorzeichen des effektiven Filtrationsdruck positiv, wird Flüssigkeit aus dem Gefäß ins Gewebe filtriert. Ist das Vorzeichen hingegen negativ, wird Flüssigkeit aus dem Gewebe in das Gefäß reabsorbiert!

Bestimmung des Filtrationsvolumens mittels Starling-Formel

Mit der Starling-Gleichung berechnet man das Filtrationsvolumen pro Zeiteinheit in Abhängigkeit der hydrostatischen und kolloidosmotischen Drücke auf beiden Seiten des Kapillarendothels. Unter physiologischen Bedingungen spielt der sich im Verlauf der Kapillare verändernde hydrostatische Blutdruck in der Kapillare die größte Rolle.

• Starling-Filtrationsformel: V = Peff × K = (PKap + πGew − PGew − πKap) × K
  • Einheiten: V = pro Minute filtriertes Volumen [l/min]; Peff = Effektiver Filtrationsdruck [mmHg]; PKap = Hydrostatischer Druck in den Kapillaren [mmHg]; PInt = Hydrostatischer Druck im Gewebe/Interstitium [mmHg]; πKap = Kolloidosmotischer Druck in den Kapillaren [mmHg]; πInt = Kolloidosmotischer Druck im Gewebe/Interstitium [mmHg]; K = Filtrationskoeffizient
• Vereinfachungen unter physiologischen Bedingungen
  • Hydrostatischer Druck in der Kapillare (PKap) sinkt durch die Filtration von Flüssigkeit im Verlauf der Kapillare ab
  • Kolloidosmotischer Druck in den Kapillaren (πKap) bleibt im Verlauf der Kapillaren in etwa konstant (bei ∼ 25mmHg)
  • Hydrostatischer (PGew) und kolloidosmotischer Druck (πGew) im Gewebe/Interstitium sind vernachlässigbar gering
• Schlussfolgerungen
  • Filtrationsvolumen und Flussrichtung (Filtration vs. Reabsorption) hängen vor allem vom hydrostatischen Druck in der Kapillare (PKap) ab
  • Änderung der Flussrichtung im Verlauf der Kapillare, durch Absinken des hydrostatischen Drucks in der Kapillare (PKap)
    • Hydrostatischer Druck im arteriellen Schenkel der Endstrombahn ist hoch (∼30 mmHg) → Filtration
    • Hydrostatischer Druck im venösen Schenkel der Endstrombahn ist niedrig (∼15 mmHg) → Reabsorption

Im Rahmen des Stoffaustausches in der Endstrombahn werden lediglich 90% der filtrierten Flüssigkeit auch wieder reabsorbiert. Die verbleibenden 10% Flüssigkeit werden über das Lymphsystem aus dem Gewebe abtransportiert und dem venösen Gefäßsystem wieder zugeführt!

Besonderheiten beim Stoffaustausch

Das Kapillarendothel ist unterschiedlich permeabel für Flüssigkeiten, wasser- und fettlösliche Stoffe. Fettlösliche Substanzen können transzellulär über die gesamte Fläche der Lipidmembran des Endothels diffundieren. Flüssigkeiten und wasserlösliche Substanzen können hingegen nicht frei durch die Lipidmembran der Endothelzellen diffundieren. Sie benötigen Spalten, Poren und Transporter.

• Flüssigkeiten: Zusätzlich zur Diffusion werden Flüssigkeiten auch in einem Fließgleichgewicht filtriert und reabsorbiert → Berechnung des Filtrations-/Reabsorptionsvolumens pro Zeit mittels Starling-Formel
• Fettlösliche Substanzen: Können durch die gesamte Endothelfläche (transzellulär) diffundieren (einfache Diffusion) → Transportrate hängt vor allem von der Durchblutung ab (sog. durchblutungslimitierter Transport )
• Wasserlösliche Substanzen: Benötigen Poren, Interzellularspalten und/oder Transporter (erleichterte Diffusion) → Transportrate hängt u.a. von der Größe der Poren, der Anzahl der Transporter und der Molekülgröße der zu transportierenden Substanz ab → Durchblutungssteigerung führt bei Stoffen, die nicht frei diffundieren können, auch nicht zu einer erhöhten Transportrate (sog. diffusionslimitierter Transport )

Grundlagen der Ödementstehung
Krankhafte Wassereinlagerungen im Gewebe werden als Ödeme bezeichnet und entstehen entweder aufgrund eines Missverhältnisses von Filtration und Reabsorption beim Stoffaustausch oder durch einen gestörten Abtransport der Lymphe.

• Definition des Ödems: Pathologische Einlagerung von Wasser im Gewebe
• Mögliche Ursachen
  1. Missverhältnis von Filtration und Reabsorption
     1. Steigerung des hydrostatischen Drucks in den Kapillaren (PKap)
     2. Senkung des kolloidosmotischen Drucks in den Kapillaren (πKap)
     3. Steigerung der Permeabilität der Kapillaren (K)
  2. Störung des Abtransports der Lymphe

Kompressionsstrümpfe
Im Rahmen von Krankheiten (bspw. chronisch-venöse Insuffizienz) kann es zu pathologischen Einlagerungen von Flüssigkeit ins Gewebe (Ödem) der Beine kommen. Um diesem vermehrten Austritt von Flüssigkeit ins Gewebe entgegenzuwirken, müssen die Drücke, die die Flüssigkeit in die Kapillare „drücken/ziehen“ (PGew und πKap), erhöht werden. Das heißt, die gestörte Gleichgewichtslage von Filtration und Resorption muss zugunsten der Resorption verändert werden. Da der kolloidosmotische Druck in der Kapillare schwer veränderlich ist, wird therapeutisch der Gewebedruck (PGew) erhöht. Dies wird meist durch das Tragen von sehr engen „Kompressionsstrümpfen“ gewährleistet, die von außen einen kräftigen Druck auf das Gewebe ausüben und so den Gewebedruck (PGew) erhöhen.

Wiederholungsfragen zum Kapitel Aufbau und Funktion der Blutgefäße

Kreislaufelemente

Was ist die Funktion der arteriellen Gefäße?

Beschreibe Aufbau und Funktion der Kapillaren!

Aufbau großer Gefäße

Beschreibe zunächst den grundsätzlichen Wandaufbau der großen Gefäße und nenne dann Unterschiede zwischen Arterien und Venen!

Welche Arterientypen kennst du und wo kommen sie jeweils vor?

Welches Signalmolekül vermittelt die Bildung neuen Gefäßendothels?

Aufbau der Endstrombahn (Kapillaren und Venolen)

Welche drei Kapillartypen gibt es und wo kommen sie typischerweise vor?

Funktion: Stoffaustausch

Was beschreibt der effektive Filtrationsdruck und wovon hängt er ab?

Eine Sammlung von allgemeineren und offeneren Fragen zu den verschiedenen prüfungsrelevanten Themen findest du im Kapitel Beispielfragen aus dem mündlichen Physikum.

Quellen

Was ist der Unterschied zwischen Arterien und Venen?

Welche Unterschiede gibt es zwischen dem Wandaufbau der Venen der Arterien und der Kapillaren?

Welche Funktion Aufgabe haben Venen Arterien und kapillare?

Wie unterscheiden sich Venen und Arterien in ihrem Aufbau?