Kapillare

Wenn von Kapillaren (Haargefäßen) die Rede ist, so sind meistens die Blutkapillaren gemeint, wobei man nicht vergessen darf, dass es auch noch die Lymphkapillaren gibt.

Blutkapillaren sind einer von drei Gefäßtypen, die beim Menschen unterschieden werden können. Es gibt die Arterien, die das Blut vom Herzen weg transportieren und die Venen, die das Blut zum Herzen zurückbringen. Am Übergang zwischen dem arteriellen und dem venösen System liegen die Kapillaren.

Diese sind mit Abstand die kleinsten Gefäße, im Schnitt sind sie etwa 0,5 mm lang und haben einen Durchmesser von 5 bis 10 µm. Da dies teilweise kleiner ist als die roten Blutzellen (Erythrozyten), die durchschnittlich 7 µm groß sind, müssen diese sich in der Regel verformen, um durch die Kapillaren hindurchzupassen.

Kapillaren entstehen aus den kleinsten Arterien, den Arteriolen, bilden dann mithilfe vieler Verzweigungen eine netzartige Struktur aus, weshalb man auch manchmal vom Kapillarnetz spricht, und sammeln sich anschließend wieder, um in die Venolen zu münden.

Je nach Einteilung unterscheidet man zwei beziehungsweise drei Formen von Kapillaren. Zunächst einmal gibt es die kontinuierlichen Kapillaren. Das bedeutet, dass das Endothel, die innerste Zellschicht der Gefäße, geschlossen ist, weshalb nur sehr kleine Moleküle durch die Gefäßwand hindurchtreten können. Diesen Typ von Kapillaren findet man unter anderem in der Haut, der Skelettmuskulatur, dem Herzen, dem ZNS und der Lunge.

Dann gibt es die fenestrierten (gefensterten) Kapillaren. Diese haben Poren (die normalerweise etwa 60 bis 80 nm groß sind) im Endothel, sodass das Lumen an diesen Stellen nur von der sehr dünnen Basalmembran von seiner Umgebung getrennt wird. Durch die Poren passen bereits kleinere Proteine hindurch. Diese Art von Kapillaren gibt es unter anderem in der Niere (wo die Poren am größten sind), in endokrinen Drüsen und dem Magen-Darm-Trakt.

Als letztes werden von manchen noch die Sinusoide als extra Gruppe von Kapillaren aufgeführt. Dies sind erweiterte Kapillaren, die nicht nur in der Endothelzellschicht, sondern auch in der Basalmembran Poren aufweisen. Diese Poren sind weitaus größer als die der fenestrierten Kapillaren, nämlich bis zu 40 µm groß, wodurch ein Durchtritt von größeren Proteinen und sogar Blutkörperchen möglich ist. Sinusoide findet man unter anderem in Leber, Milz, Lymphknoten, Knochenmark und Nebennierenmark.

Das Kapillarendothel ist eine Schicht aus Epithelzellen, welche das Innere eines Blutgefäßes auskleiden. Endothelzellen sind flache Zellen und stellen die Wand einer Kapillare dar. Sie liegen der sogenannten Basalmembran auf. Je nach Art der Kapillare kann das Endothel kontinuierlich, gefenstert oder diskontinuierlich sein und entsprechend für verschieden große Moleküle passierbar sein. In unterschiedlichen Gewebe kommen je nach Aufgabe der Kapillare einer der drei oben genannten Kapillartypen vor.

Das Endothel hat neben der Barrierefunktion für den Stoffaustausch eine weitere Aufgabe. Die Zellen können Stickstoffmonoxid produzieren. Wird Stickstoffmonoxid von den Endothelzellen der Blutgefäße ausgeschüttet, hat dies einen erweiternden Effekt auf den Durchmesser des Gefäßes. Durch die Vergrößerung des Durchmessers wird das Gewebe besser durchblutet und erhält beispielsweise mehr Sauerstoff oder Nährstoffe. Gleichzeitig werden durch den erhöhten Blutstrom vermehrt Abfallprodukte und Kohlenstoffmonoxid abtransportiert.

Der Aufbau einer Kapillare gleicht einem Rohr. Der Durchmesser einer Kapillare beträgt etwa fünf bis zehn Mikrometer. Da die roten Blutkörperchen (Erythrozyten), welche durch die Kapillaren strömen, etwa einen Durchmesser von circa sieben Mikrometer haben, müssen diese sich beim Durchströmen der kleinen Blutgefäße etwas verformen. Dadurch wird die Strecke, über welche der Stoffaustausch zwischen Blutkörperchen und Gewebe stattfindet, minimiert.

Da über die Wand der Kapillaren ein stetiger Stoffaustausch zwischen Blut und Gewebe stattfindet, muss die Wand möglichst dünn sein (0,5 Mikrometer). Die Dicke der Wand von größeren Gefäßen, wie Arterien oder Venen, über die kein Stoffaustausch stattfinden muss, ist wesentlich größer. Arterien und Venen setzen sich aus drei Wandschichten zusammen. Die Wand von Kapillaren hingegen besteht lediglich aus einer Schicht. Diese Schicht wird aus sogenannten Endothelzellen aufgebaut.

Zusätzlich verstärkt von außen die sogenannte Basalmembran die Wand. Die Basalmembran befindet sich überall im Körper, wo Epithelzellen vom Bindegewebe abgegrenzt werden.

Außerdem beteiligen sich sogenannte Perizyten am Aufbau der Kapillarwand. Dies sind verzweigte Zellen, deren Funktion momentan noch umstritten ist.

Man unterscheidet zwischen drei verschiedenen Arten von Kapillaren, den kontinuierlichen, den fenestrierten und den diskontinuierlichen Kapillaren. Je nach Aufgabe, die den einzelnen Kapillaren zukommt, kann deren Aufbau variieren.

Die kontinuierlichen Kapillaren sind hauptsächlich in Herz, Lunge, Haut, Gehirn und Muskulatur zu finden. Sie bestehen, wie der Name schon sagt, aus einer kontinuierlichen Schicht aus Endothelzellen. Diese sind ohne Lücken aneinander gereiht und liegen vollständig der Basalmembran auf. Durch diese geschlossene Schicht können nur sehr kleine Moleküle und Gase durch die Wand ausgetauscht werden.

Die gefensterten Kapillaren besitzen zwischen den Endothelzellen kleine Lücken, welche etwa 60 bis 80 Nanometer groß sind und liegen nur einer dünnen Basalmembran auf. Dieser Typ von Kapillaren kommt im Magen-Darm-Trakt, in den Nieren und in Hormon produzierenden Drüsen vor. Durch die vorhandenen Poren können größere Moleküle zwischen dem Blutgefäß und dem Gewebe ausgetauscht werden.

Der dritte Typ von Kapillaren ist gekennzeichnet durch Lücken (bis zu 100 Nanometer) in der Wand, welche nicht nur die Endothelschicht, sondern auch die Basalmembran betreffen. Diese diskontinuierlichen Kapillaren werden auch „Sinusoide“ genannt. Durch diese Poren können wesentlich größere Stoffe, wie Proteine oder Blutbestandteile, ins Gewebe übertreten. Sie kommen in der Leber, der Milz, im Knochenmark und in Lymphknoten vor.

Die Funktion der Kapillaren ist hauptsächlich der Stoffaustausch. Je nachdem, wo sich das Kapillarnetz befindet, werden Nährstoffen, Sauerstoff und Stoffwechselendprodukten zwischen dem Blutkreislauf und dem Gewebe ausgetauscht. Nährstoffe werden dem Gewebe zugeführt, Abfallstoffe werden aufgenommen und weggetragen. Entsprechend des Bedarfs an Sauerstoff eines bestimmten Gewebes und der dort zu findenden Stoffwechselaktivität ist dieses Gewebe mehr oder weniger dicht mit Kapillaren besetzt.  

Im Gewebe kommt über die Kapillaren sauerstoff- und nährstoffreiches Blut an. Dieses wird dann über die dünne Kapillarwand vom Inneren des Blutgefäßes in das Gewebe abgegeben. Das Gewebe benötigt stets neue Nährstoffe und Sauerstoff. Zu den stoffwechselaktiven Geweben gehören zum Beispiel das Gehirn, die Skelettmuskulatur und das Herz, weshalb diese von vielen Kapillaren durchzogen sind. Gewebe, die weniger stoffwechselaktiv sind, besitzen hingegen nur wenige oder sogar gar keine Kapillaren. Hierzu zählen vor allem Knorpelgewebe, die Augenlinse und die Hornhaut.

Gleichzeitig nimmt das Blut in den Kapillaren verbrauchte Abfallprodukte des Gewebes und Kohlenstoffdioxid auf und transportiert es zur Lunge. In der Lunge werden im Vergleich zum Gewebe Kohlenstoffdioxid vom Blut abgegeben und Sauerstoff aufgenommen. Das abgegebene Kohlenstoffdioxid wird über die Lunge abgeatmet und der aufgenommene Sauerstoff wird ins Gewebe transportiert.

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Wichtig für den Stoffaustausch ist der Konzentrationsunterschied eines Moleküls, welcher zwischen den Blutgefäßen und dem Gewebe herrscht. Der Gas- oder der Stoffaustausch findet immer dorthin statt, wo weniger von dem entsprechenden Stoff vorhanden ist. Dadurch, dass ein Kapillarnetz aus sehr vielen Kapillaren besteht, steht eine sehr große Fläche für den Stoffaustausch zur Verfügung. Außerdem fließt das Blut in den Kapillaren langsamer, sodass genügend Zeit zum Stoffaustausch vorhanden ist. Zusammen mit dem dünnen Wandaufbau sind die optimalen Voraussetzungen für einen möglichst effektiven Stoffaustausch gegeben.

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Der Stoffaustausch ist die Hauptaufgabe von Kapillaren. Je nach Gewebe können unterschiedliche Stoffe ausgetauscht werden. Entscheidend für den Stoffaustausch ist der Konzentrationsunterschied des entsprechenden Stoffes. Ein Stoff wird immer in das Gewebe wandern, wo weniger davon vorhanden ist. Beispielsweise wird der Sauerstoff vom sauerstoffreichen Blut in das Gewebe ausgetauscht, in dem Sauerstoff benötigt wird. Dies gilt auch für Nährstoffe. Im Gegensatz dazu wird das Kohlenstoffdioxid oder Abfallprodukte, die im Gewebe entstehen, vom Gewebe ins Blut abgegeben und von dort abtransportiert.

In der Lunge kehrt sich dieser Gasaustausch um. In der Lunge wird Sauerstoff aufgenommen und Kohlenstoffdioxid abgeatmet. Von den Kapillaren der Lunge wird dementsprechend Sauerstoff entsprechend des Konzentrationsunterschiedes aufgenommen und das Kohlenstoffdioxid, das vom Gewebe abgegeben wurde, passiert die Kapillarwand in Richtung der Lunge.

Weiterhin wichtig für den Stoffaustausch sind der Blutdruck, der in den Kapillaren herrscht, und der hydrostatische Druck. Durch die Druckunterschiede, die dadurch zwischen dem anströmenden Teil der Kapillare und Gewebe entstehen, werden Flüssigkeit und kleine Moleküle ins Gewebe transportiert. Im abfließenden Teil der Kapillare spielt der sogenannte kolloidosmotische Druck, der durch die Proteine im Blut entsteht, eine entscheidende Rolle. Durch diesen Druck findet eine leichte Rückresorption von Flüssigkeit in das Blut statt. Dies ist zur Regulierung des Flüssigkeitsaustausches wichtig.

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Als Kapillareffekt wird das Verhalten von Flüssigkeiten bezeichnet, bei dem diese in einem dünnen Röhrchen beispielsweise entgegen der Schwerkraft nach oben gezogen werden. Stellt man ein dünnes Glasröhrchen senkrecht in das Wasser, beobachtet man, wie das Wasser im Röhrchen ein Stück nach oben wandert.

Dieser Effekt kann durch die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten erklärt werden. Zusätzlich spielt die Grenzflächenspannung zwischen der Flüssigkeit und der festen Wand des Röhrchens bzw. die Adhäsionskraft eine entscheidende Rolle.

Auch in den menschlichen Kapillaren ist der Kapillareffekt von Bedeutung. Da in diesen kleinen Blutgefäßen der Blutdruck sehr niedrig ist, hilft der Kapillareffekt das Blut in den Kapillaren weiter zu transportieren.

Eine Entzündung von Blutgefäßen wird als Vaskulitis bezeichnet. Eine Vaskulitis kann jede Art von Blutgefäßen betreffen, ob groß oder klein. Diese entzündlichen Erkrankungen der Gefäße sind meist Autoimmunerkrankungen. Das heißt, dass das eigene Immunsystem eine falsche Reaktion auf körpereigenes Gewebe aufweist und es zu einer Entzündungsreaktion kommt. Selten können auch Medikamente oder Infektionen durch Bakterien oder Pilze Entzündungen der Blutgefäße hervorrufen. Vaskulitiden können auch aufgrund von anderen Krankheiten entstehen, wie beispielsweise bei rheumatischen Erkrankungen.

Lesen Sie mehr zu diesem Thema unter: Vaskulitis - Wenn sich die Blutgefäße entzünden