Kapillare - Capillary

Kapillar
Ein rotes Blutkörperchen in einem kapillaren Pankreasgewebe - TEM.jpg
Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme eines Querschnitts einer Kapillare, die von einem roten Blutkörperchen besetzt ist .
Kapillarsystem CERT.jpg
Eine vereinfachte Darstellung eines Kapillarnetzwerks
Einzelheiten
Aussprache US : / k æ p ə l ɛr i / , UK : / k ə p ɪ l ər i /
System Kreislauf
Identifikatoren
Latein Gefäßkapillare
Gittergewebe D002196
TA98 A12.0.00.025
TA2 3901
NS H3.09.02.0.02001
FMA 63194
Anatomische Terminologie

Eine Kapillare ist ein kleines Blutgefäß mit einem Durchmesser von 5 bis 10 Mikrometer (μm) und einer Wand mit einer Dicke von einer Endothelzelle . Sie sind die kleinsten Blutgefäße des Körpers: Sie transportieren Blut zwischen Arteriolen und Venolen . Diese Mikrogefäße sind der Ort des Austauschs vieler Substanzen mit der sie umgebenden interstitiellen Flüssigkeit . Zu den kapillaren Substanzen gehören Wasser, Sauerstoff , Kohlendioxid , Harnstoff , Glucose , Harnsäure , Milchsäure und Kreatinin . Lymphkapillaren verbinden sich mit größeren Lymphgefäßen, um die in der Mikrozirkulation gesammelte Lymphflüssigkeit abzuleiten .

Während der frühen Embryonalentwicklung werden neue Kapillaren gebildet durch Vaskulogenese , der Prozess der Bildung von Blutgefäßen , die durch einen tritt de novo Herstellung von Endothelzellen , die dann vaskuläre Röhren bilden. Der Begriff Angiogenese bezeichnet die Bildung neuer Kapillaren aus bereits bestehenden Blutgefäßen und bereits vorhandenem sich teilendem Endothel.

Etymologie

Kapillare kommt vom lateinischen Wort capillaris , was "von oder ähnlich dem Haar" bedeutet und im Englischen ab Mitte des 17. Jahrhunderts verwendet wird. Die Bedeutung ergibt sich aus dem winzigen, haarähnlichen Durchmesser einer Kapillare. Während Kapillare normalerweise als Substantiv verwendet wird, wird das Wort auch als Adjektiv verwendet, wie in „ Kapillarwirkung “, bei der eine Flüssigkeit ohne Einfluss äußerer Kräfte, wie der Schwerkraft, fließt .

Struktur

Diagramm einer Kapillare

Das Blut fließt vom Herzen durch Arterien , die sich in Arteriolen verzweigen und verengen und sich dann weiter in Kapillaren verzweigen, in denen Nährstoffe und Abfallstoffe ausgetauscht werden. Die Kapillaren dann verbinden und erweitern werden Venolen , die wiederum erweitern und zusammenlaufen werden , Venen , die dann Blut zurück zum Herzen durch die Rückkehr Hohlvene . Im Mesenterium bilden Metaarteriolen eine zusätzliche Stufe zwischen Arteriolen und Kapillaren.

Einzelne Kapillaren sind Teil des Kapillarbettes , einem ineinander verwobenen Netzwerk von Kapillaren, die Gewebe und Organe versorgen . Je stoffwechselaktiver ein Gewebe ist, desto mehr Kapillaren werden benötigt, um Nährstoffe zuzuführen und Stoffwechselprodukte abzutransportieren. Es gibt zwei Arten von Kapillaren: echte Kapillaren, die von Arteriolen abzweigen und für den Austausch zwischen Gewebe und Kapillarblut sorgen, und Sinusoide , eine Art offenporiger Kapillare, die in der Leber , im Knochenmark , im Hypophysenvorderlappen und in den zirkumventrikulären Organen des Gehirns vorkommt . Kapillaren und Sinusoide sind kurze Gefäße, die die Arteriolen und Venolen an gegenüberliegenden Enden der Betten direkt verbinden. Metarteriolen finden sich hauptsächlich in der mesenterialen Mikrozirkulation .

Lymphkapillaren haben einen etwas größeren Durchmesser als Blutkapillaren und haben geschlossene Enden (im Gegensatz zu den Blutkapillaren, die an einem Ende zu den Arteriolen und am anderen Ende zu den Venolen offen sind). Diese Struktur ermöglicht es, dass interstitielle Flüssigkeit in sie hinein, aber nicht heraus strömt. Lymphkapillaren haben aufgrund der höheren Konzentration von Plasmaproteinen in der Lymphe einen höheren onkotischen Innendruck als Blutkapillaren .

Typen

Es gibt drei Arten von Blutkapillaren:

Darstellung der drei Arten von Kapillaren. Der gefensterte Typ in der Mitte zeigt kleine Poren, die Fenestrationen genannt werden; der sinusförmige Typ rechts zeigt interzelluläre Lücken und eine unvollständige Basalmembran und wird auch als diskontinuierliche Kapillare bezeichnet.

Kontinuierlich

Kontinuierliche Kapillaren sind in dem Sinne kontinuierlich, dass die Endothelzellen eine ununterbrochene Auskleidung bilden und nur kleinere Moleküle wie Wasser und Ionen durch ihre interzellulären Spalten passieren lassen . Lipidlösliche Moleküle können entlang von Konzentrationsgradienten passiv durch die Endothelzellmembranen diffundieren. Kontinuierliche Kapillaren können weiter in zwei Untertypen unterteilt werden:

  1. Solche mit zahlreichen Transportbläschen, die hauptsächlich in der Skelettmuskulatur , den Fingern, den Gonaden und der Haut zu finden sind.
  2. Diejenigen mit wenigen Bläschen, die hauptsächlich im zentralen Nervensystem zu finden sind . Diese Kapillaren sind Bestandteil der Blut-Hirn-Schranke .

gefenstert

Fenestrierte Kapillaren haben in den Endothelzellen Poren, die als Fenestrae ( lateinisch für „Fenster“) bekannt sind und einen Durchmesser von 60–80  nm haben. Sie werden von einem Diaphragma aus radial ausgerichteten Fibrillen überspannt , das die Diffusion kleiner Moleküle und begrenzter Proteinmengen ermöglicht. Im Nierenglomerulus gibt es Zellen ohne Zwerchfell, sogenannte Podozyten- Fußfortsätze oder Pedikel, die Schlitzporen mit einer dem Zwerchfell der Kapillaren analogen Funktion aufweisen. Beide Arten von Blutgefäßen haben durchgehende Basallaminae und befinden sich hauptsächlich in den endokrinen Drüsen , im Darm , in der Bauchspeicheldrüse und in den Glomeruli der Niere .

Sinusförmig

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Lebersinusoids mit gefensterten Endothelzellen.  Fenestræ haben einen Durchmesser von ca. 100 nm.
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Lebersinusoids mit gefensterten Endothelzellen. Fenestrae haben einen Durchmesser von etwa 100 nm.

Sinusförmige Kapillaren oder diskontinuierliche Kapillaren sind eine spezielle Art von offenporigen Kapillaren, auch Sinusoid genannt , die einen größeren Durchmesser von 30–40 µm und breitere Öffnungen im Endothel aufweisen. Fenestrierte Kapillaren haben Diaphragmen, die die Poren bedecken, während Sinusoide kein Diaphragma haben und nur eine offene Pore haben. Diese Art von Blutgefäßen lassen rote und weiße Blutkörperchen (7,5 µm – 25 µm Durchmesser) und verschiedene Serumproteine passieren, unterstützt durch eine diskontinuierliche Basallamina. Diesen Kapillaren fehlen pinocytotische Vesikel und sie verwenden daher Lücken, die in Zellverbindungen vorhanden sind, um den Transfer zwischen Endothelzellen und damit über die Membran zu ermöglichen. Sinusoide sind unregelmäßige, mit Blut gefüllte Räume, die hauptsächlich in der Leber , im Knochenmark , in der Milz und in den zirkumventrikulären Organen des Gehirns zu finden sind .

Funktion

Vereinfachtes Bild, das den Blutfluss durch den Körper zeigt, der auf seinem Weg durch Kapillarnetzwerke fließt.

Die Kapillarwand erfüllt eine wichtige Funktion, indem sie Nährstoffe und Abfallstoffe passieren lässt. Moleküle, die größer als 3 nm sind, wie Albumin und andere große Proteine, durchlaufen einen transzellulären Transport , der in Vesikeln transportiert wird , ein Prozess, bei dem sie die Zellen durchlaufen müssen, die die Wand bilden. Moleküle, die kleiner als 3 nm sind, wie Wasser und Gase, durchqueren die Kapillarwand durch den Raum zwischen den Zellen in einem Prozess, der als parazellulärer Transport bekannt ist . Diese Transportmechanismen ermöglichen einen bidirektionalen Stoffaustausch in Abhängigkeit von osmotischen Gradienten. Kapillaren, die Teil der Blut-Hirn-Schranke sind , ermöglichen nur den transzellulären Transport, da Tight Junctions zwischen Endothelzellen den parazellulären Raum abdichten.

Kapillarbetten können ihren Blutfluss durch Autoregulation steuern . Dies ermöglicht es einem Organ, trotz einer Änderung des zentralen Blutdrucks einen konstanten Fluss aufrechtzuerhalten. Dies wird durch myogene Reaktion und in der Niere durch tubuloglomeruläres Feedback erreicht . Wenn der Blutdruck ansteigt, werden die Arteriolen gedehnt und anschließend verengt (ein Phänomen, das als Bayliss-Effekt bekannt ist ), um der erhöhten Tendenz des Bluthochdrucks entgegenzuwirken, den Blutfluss zu erhöhen.

In der Lunge wurden spezielle Mechanismen angepasst, um dem erhöhten Bedarf an Blutfluss während des Trainings gerecht zu werden. Wenn die Herzfrequenz ansteigt und mehr Blut durch die Lunge fließen muss, werden Kapillaren rekrutiert und auch aufgedehnt, um Platz für einen erhöhten Blutfluss zu schaffen. Dadurch kann der Blutfluss erhöht werden, während der Widerstand abnimmt.

Kapillar - Durchlässigkeit kann durch die Freigabe bestimmter erhöht werden Cytokine , Anaphylatoxine oder andere Mediatoren (wie Leukotriene, Prostaglandine, Histamin, Bradykinin, etc.) stark beeinflusst durch das Immunsystem .

Darstellung der Filtration und Resorption in Kapillaren.

Starlinggleichung

Die Transportmechanismen können durch die Starling-Gleichung weiter quantifiziert werden . Die Starling-Gleichung definiert die Kräfte über eine semipermeable Membran und ermöglicht die Berechnung des Nettoflusses:

wo:

  • ist die Nettoantriebskraft,
  • die Proportionalitätskonstante ist und
  • ist die Netto-Flüssigkeitsbewegung zwischen den Kompartimenten.

Konventionell wird die nach außen gerichtete Kraft als positiv und die nach innen gerichtete Kraft als negativ definiert. Die Lösung der Gleichung ist als Nettofiltration oder Nettofluidbewegung ( J v ) bekannt. Bei positivem Ergebnis neigt Flüssigkeit dazu , die Kapillare zu verlassen (Filtration). Bei negativem Ergebnis neigt Flüssigkeit dazu, in die Kapillare einzudringen (Absorption). Diese Gleichung hat eine Reihe wichtiger physiologischer Implikationen, insbesondere wenn pathologische Prozesse eine oder mehrere der Variablen stark verändern.

Nach der Starling-Gleichung hängt die Bewegung der Flüssigkeit von sechs Variablen ab:

  1. Kapillarer hydrostatischer Druck ( P c )
  2. Interstitieller hydrostatischer Druck ( P i )
  3. Kapillaronkotischer Druck ( π c )
  4. Interstitieller onkotischer Druck ( π i )
  5. Filtrationskoeffizient ( K f )
  6. Reflexionskoeffizient ( σ )

Klinische Bedeutung

Störungen der Kapillarbildung als Entwicklungsdefekt oder erworbene Störung sind ein Merkmal vieler häufiger und schwerwiegender Erkrankungen. Innerhalb einer breiten Palette von zellulären Faktoren und Zytokinen scheinen Probleme mit der normalen genetischen Expression und Bioaktivität des vaskulären Wachstumsfaktors und des Permeabilitätsfaktors des vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors (VEGF) bei vielen der Erkrankungen eine Hauptrolle zu spielen. Zelluläre Faktoren umfassen eine verringerte Anzahl und Funktion von aus dem Knochenmark stammenden endothelialen Vorläuferzellen . und verringerte Fähigkeit dieser Zellen, Blutgefäße zu bilden.

  • Die Bildung zusätzlicher Kapillaren und größerer Blutgefäße ( Angiogenese ) ist ein wichtiger Mechanismus, durch den ein Krebs sein eigenes Wachstum fördern kann. Störungen der Netzhautkapillaren tragen zur Pathogenese der altersbedingten Makuladegeneration bei .
  • Eine verminderte Kapillardichte (kapillare Rarefaction) tritt in Verbindung mit kardiovaskulären Risikofaktoren und bei Patienten mit koronarer Herzkrankheit auf .

Therapeutika

Zu den Hauptkrankheiten, bei denen eine Veränderung der Kapillarbildung hilfreich sein könnte, gehören Zustände, bei denen eine übermäßige oder abnormale Kapillarbildung vorliegt, wie Krebs und Sehstörungen; und medizinische Zustände, bei denen die Kapillarbildung entweder aus familiären oder genetischen Gründen oder als erworbenes Problem reduziert ist.

  • Bei Patienten mit Netzhauterkrankungen, neovaskulärer altersbedingter Makuladegeneration , hat sich gezeigt , dass eine lokale Anti-VEGF-Therapie zur Begrenzung der Bioaktivität des vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors das Sehvermögen schützt, indem sie das Fortschreiten begrenzt. Bei einer Vielzahl von Krebsarten wurden Behandlungsansätze untersucht oder befinden sich in der Entwicklung, die darauf abzielen, das Tumorwachstum durch eine Verringerung der Angiogenese zu verringern .

Blutprobe

Kapillarblutproben können verwendet werden, um Blutzucker (z. B. bei der Blutzuckermessung ), Hämoglobin , pH-Wert und Laktat zu testen . Es wird im Allgemeinen durch die Schaffung eines kleinen Schnitt durchgeführt unter Verwendung einer Blutlanzette , gefolgt von Abtasten durch Kapillarwirkung auf den Schnitt mit einem Teststreifen oder kleine Pipette .

Geschichte

Entgegen einem weit verbreiteten Missverständnis hat William Harvey die Existenz von Kapillaren nicht explizit vorhergesagt, aber er sah eindeutig die Notwendigkeit einer Verbindung zwischen dem arteriellen und venösen System. 1653 schrieb er: „...das Blut dringt in jedes Glied durch die Arterien ein und kehrt durch die Venen zurück, und dass die Venen die Gefäße und Wege sind, durch die das Blut zum Herzen selbst zurückgeführt wird; und das das Blut in den Gliedmaßen und Extremitäten fließt von den Arterien in die Venen (entweder mittelbar durch eine Anastomose oder sofort durch die Porositäten des Fleisches oder auf beide Weisen) wie zuvor im Herzen und Thorax aus den Venen in die die arterien..."

Marcello Malpighi war der erste, der Kapillaren direkt beobachtete und richtig beschrieb, und entdeckte sie 8 Jahre später, 1661, in einer Froschlunge.

Siehe auch

Verweise

Externe Links