11 Kreislauforgane. aus: Lüllmann-Rauch, Histologie (ISBN ) 2009 Georg Thieme Verlag KG. 11 Kreislauforgane 241

Transkript

1 Kreislauforgane 241 Kreislauforgane Blut ist das wichtigste Transportmittel, mit dem Wärme, Gase, Nährstoffe, Stoffwechselprodukte, Hormone usw. sowie Zellen der Abwehr rasch im Körper verteilt werden können. Dabei fungieren die Blutgefäße als Transportröhren, das Herz als Umlaufpumpe, und zwar der linke Ventrikel für den Körperkreislauf (Versorgung der einzelnen Organe), der rechte für den Lungenkreislauf (Abgabe von CO 2, Aufnahme von O 2 ). Abb..1 zeigt ein stark vereinfachtes Schema der Kreisläufe; für Einzelheiten sei auf Bücher der Makroskopischen Anatomie und Physiologie verwiesen. Das Blut verlässt die Ventrikel durch je eine Arterie (Aorta bzw. Truncus pulmonalis). Durch fortgesetzte Verzweigung entsteht eine zunehmende Zahl von immer kleineren Arterien, kleinsten Arterien und schließlich Arteriolen. Von hier erreicht das Blut das Kapillarnetz, wo der Stoff- und Gasaustausch zwischen Blut und Geweben stattfindet. Der Rückweg zum Herzen beginnt mit den Venolen, die zu immer größeren Venen konvergieren. Aus dem großen Kreislauf gelangt das Blut schließlich über die untere und obere V. cava in das rechte Atrium, aus dem Lungenkreislauf über die Vv. pulmonales in das linke Atrium. Arteriolen, Kapillaren und Venolen werden als Endstrombahn oder Gebiet der Mikrozirkulation zusammengefasst. Diese Gefäße haben aufgrund ihrer ungeheuren Anzahl den größten Anteil an der Gesamtquerschnittsfläche des Gefäßsystems. V. pulmonalis Ductus thoracicus V. cava. inf. Leber Verdauungskanal Lymphgefäße Lungenkreislauf Kopf Arme Truncus pulmonalis Aorta descendens V. portae Niere Beckenorgane Beine Abb.. 1 Blutkreislauf (Schema). Körperkreislauf: Arterien rot, Venen blau, mit Ausnahme der V. portae. Lungenkreislauf: Arterie rosa, Vene hellblau. Das System der Lymphgefäße (grün) liegt im Nebenschluss zum Körperkreislauf und mündet am Venenwinkel in die Blutbahn.

2 242 Kreislauforgane Im Nebenschluss zum Körperkreislauf liegt das blind beginnende System der Lymphgefäße. Es nimmt überschüssige Flüssigkeit auf, die aus den Kapillaren ins Interstitium ausgetreten ist, und führt sie dem venösen Schenkel des Körperkreislaufs wieder zu..1 Blutgefäße Die wichtigsten histologischen Komponenten der Gefäßwände sind: Endothel (einzelne Lage aus platten Zellen), das alle Gefäße auskleidet und die entscheidende Barriere zwischen Intra- und Extravasalraum darstellt; glatte Muskulatur, die für die Einstellung der Wandspannung und der Gefäßweite verantwortlich ist und Extrazellulärmatrix produziert; Extrazellulärmatrix (kollagene und elastische Fasern, Proteoglykane), die die mechanischen Eigenschaften der Gefäßwand mitbestimmen. Die Wände der meisten Gefäße (außer einigen Segmenten der Endstrombahn) lassen drei Schichten erkennen (Abb..2): Intima (Tunica intima): Endothel und subendotheliale Schicht, Media (Tunica media): glatte Muskulatur, Adventitia (Tunica adventitia oder externa): Bindegewebe. An der Grenze zwischen Intima und Media bzw. Media und Adventitia kann je eine elastische Lamelle (Membrana elastica interna bzw. externa) liegen. Kapillaren (Ort des Stoff- und Gasaustauschs) bestehen nur aus Endothel plus Basallamina und einigen Perizyten. Variationen des Bauprinzips. Je nach den physiologischen Bedingungen in den einzelnen Gefäßsegmenten ist der Schichtenbau der Wände regional unterschiedlich klar ausgebildet. Je höher der mittlere Druck in einem Gefäß, desto dicker und muskelreicher die Media. In den Arterien des Körperkreislaufs beträgt der mittlere Blutdruck ca. 100 mmhg, in den Arteriolen fällt er steil ab und beträgt in den Kapillaren im Mittel 25 mmhg. In den peripheren Venen herrscht im Liegen ein Druck von ca. 5 mmhg, in der V. cava inf. oberhalb des Zwerchfells ca. 3 mmhg. Im Stand ist außerdem der hydrostatische Druck der Blutsäule zu berücksichtigen. Dies bedeutet z.b. für die Unterschenkelgefäße bei ruhigem Stehen einen Zuwachs von ca. 90 mmhg, d.h. für die Arterien eine Druckerhöhung um knapp das Doppelte, für die Venen um mehr als das 10fache. In den Venen oberhalb des Herzens dagegen erhöht sich der Druck im Stehen nicht oder wird sogar negativ. Diese Zusammenhänge machen verständlich, warum (a) Arterienwände in der Regel recht einheitlich gebaut sind und eine dicke Media besitzen, (b) Venenwände regional sehr unterschiedlich organisiert sind und in der Regel eine dünnere Media besitzen als die entsprechende Arterie.

3 .1 Blutgefäße 243 Adventitia Media Intima Membrana elastica externa Endothel Membrana elastica interna Abb.. 2 Wandschichten der Arterien vom muskulären Typ (Schema). Intima blau. Media rot. Adventitia grün. Elastische Membranen und Fasern schwarz..1.1 Arterien Nach dem in der Media vorherrschenden Baumaterial werden zwei Typen von Arterien unterschieden: Arterien vom elastischen Typ, Arterien vom muskulären Typ. Zum elastischen Typ gehören die großen herznahen Arterien (Aorta und Truncus pulmonalis samt ihren großen Abgängen). Die daran anschließenden Arteriensegmente sind vom muskulären Typ. Da ihre Wand den oben erwähnten Schichtenbau am deutlichsten erkennen lässt, sollen sie zuerst besprochen werden. Arterien vom muskulären Typ In diese Gruppe gehören die allermeisten Arterien, also die mittelgroßen, die zu den einzelnen Regionen und Organen ziehen (z.b. Aa. brachialis, femoralis, facialis) sowie die namenlosen kleinen und kleinsten Arterien (Abb..3). Arterielle Gefäße mit nur 1-2 Muskelschichten und einem inneren Durchmesser von < 100 µm sind Arteriolen. Es sei darauf hingewiesen, dass abweichend von dem Schema in Abb..2 in menschlichem Untersuchungsgut die Intima und Membrana elastica interna meist stark gewellt sind. Dieses Artefakt kommt durch postmortale Verkürzung der Mediamuskulatur zustande und entspricht nicht dem lebenden Zustand. Intima Die Intima besteht aus dem Endothel und einer subendothelialen Schicht, die vorwiegend Extrazellulärmatrix (EZM) und kaum Zellen enthält. Die Membrana elastica interna zählt formal auch zur Intima, wird aber zusammen mit der Media besprochen (S. 246).

4 244 Kreislauforgane Ad Med V A Med a b V A Med Int Med Ad Ad Membr.el.ext. Membr.el.int. c d Venole V En Med Ad Nerv A e f Arteriole Abb.. 3 Arterien und Venen. a A. und V. femoralis, Resorcin-Fuchsin. Ad, Adventitia der Arterie. Med, Media. b, c, d A. und V. tibialis posterior von einem 13-Jährigen. In der Vene geronnenes Blut. Die Media der Arterie ist dicker und kompakter als die der Vene. Die Intima (Int) ist wegen ihrer geringen Dicke kaum zu erkennen. Membr. el. int. bzw. ext., Membrana elastica interna bzw. externa. H.E.-Resorcin-Fuchsin. e Kleine Arterie und Vene (Mundschleimhaut). En, Endothelzellkerne. Goldner. f Arteriole und Venole (Wange). Goldner. Vergr. 30fach (a, b), 100fach (c, d), 300fach (e, f). Das Endothel ist ein einschichtiger, lückenloser Belag aus platten, polygonalen Zellen, die mit ihrer Längsachse parallel zum Blutstrom ausgerichtet sind und auf einer Basallamina sitzen. Das Endothel ist mit Adhärenskontakten (VE-Cadherin), Tight junctions und Gap junctions ausgestattet. Es trennt den Intravasalraum von tieferen Wandschichten, kontrolliert den Durchtritt von Plasmabestandteilen und verhindert den Kontakt zwischen Blutzellen und EZM. Die apikale Oberfläche ist mit

5 .1 Blutgefäße 245 einer bis zu 500 nm dicken Glykokalyx versehen. Diese verleiht dem Endothel reichlich Negativladungen, was für die selektive Permeabilität des Endothels Bedeutung hat (z.b. glomeruläre Kapillaren, S. 455). Die Glykokalyx dient außerdem der Bindung und lokalen Konzentrierung diverser Moleküle (z.b. antithrombotische Stoffe, Wachstumsfaktoren, Zytokine, Chemokine, Enzyme), die insgesamt das intravaskuläre Geschehen beeinflussen. Luminale und basale Plasmamembran der Endothelzellen weisen zahlreiche Caveolae auf (S. 57, 252). Die Endothelzellen der Arterien bilden an der basalen Fläche Fokalkontakte mit der EZM; auf der Innenseite der Kontaktstellen inserieren kontraktile Bündel von Aktinfilamenten, die parallel zur Blutstromrichtung orientiert sind (Stressfasern, S. 20, 36). Durch diese Konstruktion können die Zellen den hier herrschenden starken Scherkräften standhalten. Die Funktionen des Endothels sind vielfältig und im Einzelnen je nach Gefäßsegment unterschiedlich. Nur einige werden hier aufgeführt (ohne Beschränkung auf Arterien): (1) Diffusionsbarriere: In vielen Gefäßsegmenten behindern Tight junctions den passiven Durchtritt von makromolekularen Plasmabestandteilen in die subendotheliale Schicht (Näheres s. Kapillaren ). (2) Adhäsion: Die lumenwärtige Oberfläche des normalen Endothels verhindert durch die Glykokalyx die Anheftung von Blutzellen. Nach entsprechender Stimulation jedoch wird das Endothel (der postkapillären Venolen) durch Oberflächenexpression von Selektinen und anderen Adhäsionsmolekülen zu einem wichtigen Regulator der Leukozytenemigration (Abb. 12.6, S. 276). (3) Blutgerinnung: Aufgrund der Oberflächenexpression und Sekretion diverser Proteine, Proteoglykane und Gerinnungsfaktoren hat das Endothel Anteil an den Mechanismen, die die Bildung von Blutgerinnseln normalerweise verhindern und nach Gefäßverletzung fördern (S. 270). Dazu gehört u.a. die Sekretion von Prostacyclin (Hemmung der Thrombozytenaggregation) sowie des von Willebrand-Faktors (vwf, Förderung der Thrombozytenadhäsion), der in Endothel-spezifischen Organellen (Weibel- Palade-Granula) gespeichert liegt. In den Membranen dieser Granula sitzen außerdem die P-Selektin-Moleküle, die bei der Exozytose des Granulum-Inhalts an der Zelloberfläche exponiert werden (Abb. 12.6, S. 276). (4) Gefäßweite: Die Endothelzellen sind mit den innersten Media-Muskelzellen durch myoendotheliale Kontakte verbunden; diese haben den Charakter von Gap junctions und vermitteln vermutlich einen Gefäß-erweiternden Einfluss auf die Muskulatur. Außerdem sezerniert das Endothel Gefäß-erweiternde (z.b. Stickstoff-Monoxid = NO, Prostacyclin) und Gefäß-verengende Stoffe (z.b. das Peptid Endothelin). (5) Synthese von EZM-Bestandteilen der subendothelialen Schicht und konstitutive, nach basal gerichtete Sekretion des vwf als Vermittler der Adhäsion zwischen Endothel und der subendothelialen EZM. Die subendotheliale Schicht weist altersabhängige Unterschiede auf. Bei Kindern ist sie so schmal, dass das Endothel im lichtmikroskopischen Bild fast der Membrana elastica interna anzuliegen scheint (Abb..3). Die Schicht enthält kaum Zellen und nur wenig Extrazellulärmatrix. Später (schon im Laufe der 3. Lebensdekade) können hier stellenweise glatte Muskelzellen auftauchen, die wahrscheinlich aus der Media einwandern. Sie sind weniger auf Kontraktion als auf Proliferation und Produktion von EZM ausgerichtet, was langfristig zu individuell und regional sehr unterschiedlich starken Intimaverdickungen führt. Die subendotheliale Schicht ist auch der

6 246 Kreislauforgane Schauplatz von atherosklerotischen Gefäßwandveränderungen (S. 248). Die Grenze zwischen altersbedingter normaler und krankhafter Intimaverdickung ist fließend. Zur Extrazellulärmatrix der normalen subendothelialen Schicht gehören Hyaluronan, verschiedene Proteoglykane, kollagene und elastische Fasern sowie Mikrofibrillen aus Fibrillin und aus Kollagen Typ VI. Die Mikrofibrillen sind Bindungspartner für den von Willebrand- Faktor (s.o.), der nach Endothelverletzung die feste Adhäsion der Thrombozyten an der EZM vermittelt (Abb. 12.4, S. 270). Media Die Media ist die breiteste Schicht der Arterienwand. Sie besteht aus glatten Muskelzellen und Extrazellulärmatrix (elastische und kollagene Fasern, Proteoglykane), die von den glatten Muskelzellen hergestellt wird (Fibroblasten kommen hier nicht vor). Die Muskelzellen sind zirkulär oder in flachen Spiralen angeordnet und durch zahlreiche Gap junctions funktionell gekoppelt. Die Membrana elastica interna ist ein zweidimensionales Flechtwerk aus elastischen Fasern (synthetisiert von den Media-Muskelzellen). Die Membran ist von Öffnungen durchsetzt, was die Diffusion von Stoffen durch die Gefäßwand begünstigt. Hier und da reichen Endothelzellfortsätze durch die Öffnungen und bilden mit der Mediamuskulatur myoendotheliale Kontakte (s.o.). Eine Membrana elastica externa ist nur bei den größeren Arterien deutlich zu erkennen. Adventitia Die Adventitia ist eine Bindegewebsschicht, die das Gefäß in der Umgebung verankert. Sie enthält Fibroblasten, Proteoglykane, elastische Fasern (vorwiegend längs orientiert) und Kollagenfasern (scherengitterartig angeordnet). Außerdem beherbergt die Adventitia die Versorgungseinrichtungen (Blut- und Lymphgefäße, Nerven) der Gefäßwand. Vasa vasorum (Blutgefäße der Gefäße) versorgen die äußeren Mediaschichten, während die inneren Schichten vom Lumen der Arterie aus ernährt werden. Die Vasa vasorum bilden an der Grenze zwischen Media und Adventitia ein Geflecht von Arteriolen, Kapillaren und Venolen, sie dringen bei größeren Gefäßen auch in die Media ein. Außerdem kommen Lymphgefäße in der Adventitia vor. Für die efferente Innervation sind vor allem postganglionäre Axone des Sympathikus (S. 210) zuständig. Ein dichtes Netz von Nervenfasern rankt sich um die Arterien, ohne jedoch in die Media einzudringen. Daher liegen nur die äußersten Muskelzellen den Axonvarikositäten benachbart (Abb b, S. 236), die übrigen werden indirekt über Gap junctions oder durch Diffusion des Transmitters erreicht. Die dichteste Innervation ist an den kleinsten Arterien zu finden.

7 .1 Blutgefäße 247 Arterien mit atypischer Muskelarchitektur sind z.b. die Aa. coronariae sowie die Arterien von Uterus, Ovar und Corpus cavernosum penis. Die Muskelzellen der inneren Media erscheinen longitudinal, die weiter außen liegenden zirkulär orientiert. Dieses Bild kommt dadurch zustande, dass die Muskelzellen in einer Spirale mit wechselnd steilem Steigungswinkel verlaufen. Arterien vom elastischen Typ Die großen herznahen Arterien (S. 243) erfüllen Windkesselfunktion (Umwandlung des vom Herzen stoßweise betriebenen Blutauswurfes in eine kontinuierliche Strömung, s. Physiologiebücher). Dazu ist eine reversibel dehnbare Wand erforderlich. Weiter peripher geht der Wandaufbau allmählich in den muskulären Typ über. Die Intima besitzt eine deutliche subendotheliale Schicht (Abb..4), diese enthält longitudinal ausgerichtete glatte Muskelzellen und Extrazellulärmatrix (u.a. das Chondroitinsulfat-Proteoglykan Versican, S. 125). Die gesamte Media besteht aus konzentrischen elastischen Lamellen und jeweils dazwischengelagerten Schichten von glatten Muskelzellen (z.b. in der Aorta thoracica des Erwachsenen ca. 50 Schichten). Die glatten Muskelzellen inserieren über Fibrillin-Mikrofibrillen an den Lamellen und verbinden diese in schrägem Verlauf miteinander. Je nach Kontraktionszustand verleihen die Muskelzellen dem elastischen Lamellensystem eine bestimmte Vorspannung. Das Ganze wird durch Kollagenfibrillen stabilisiert und ist in eine Proteoglykan-reiche Grundsubstanz eingebettet. Membrana elastica En Intima SEn el el gmz gmz b KF a Abb.. 4 Aorta (Katze) a En, Endothel. SEn, Subendotheliale Schicht. el, elastische Lamellen (dunkelblau gefärbt). KF, Kollagenfasern. gmz, glatte Muskelzellen. Semidünnschnitt, Toluidinblau. b Schema. Die Muskelzellen der Media inserieren an zahlreichen Vorsprüngen der elastischen Membranen. Vergr. 800fach (a).

8 248 Kreislauforgane interna und externa sind nicht klar von den übrigen elastischen Lamellen zu unterscheiden. Die Adventitia ist reich an Vasa vasorum, die auch in die äußere Hälfte der Media eindringen. Unter dem Begriff Arteriosklerose werden krankhafte Wandveränderungen zusammengefasst, die zur Versteifung und Einengung von Arterien führen. Die häufigste Form ist die Atherosklerose (im deutschen Sprachgebrauch oft mit Arteriosklerose gleichgesetzt). Sie betrifft vor allem die elastischen und die größeren und mittelgroßen muskulären Arterien und spielt sich in der Intima ab. Wahrscheinlich als Folge eines Endothelschadens bilden sich in der subendothelialen Schicht atheromatöse Plaques: zunehmende Anhäufung von aus dem Blut eingedrungenen Lipiden (LDL), Cholesterin und Makrophagen sowie von glatten Muskelzellen, die aus der Media einwandern, proliferieren und Extrazellulärmatrix produzieren. Folge: Einengung des Lumens (Stenose) und Minderdurchblutung (Ischämie) des abhängigen Gewebes. Wenn sich aufgrund einer Endothelläsion über der Plaque zusätzlich noch ein Thrombus bildet (S. 270), der das Gefäß verschließt, kommt es zur Nekrose des abhängigen Gewebes (Infarkt). Erste Anfänge von atheromatösen Gefäßveränderungen sind schon bei jungen Menschen (meist an den Teilungsstellen von Arterien) histologisch nachweisbar. Durch diverse Risikofaktoren (z.b. Bluthochdruck, Diabetes mellitus, Hypercholesterinämie, Nikotinabusus, genetische Disposition) wird das Fortschreiten der Atherosklerose beschleunigt..1.2 Venen Die Venenwände zeigen eine weniger deutliche Schichtengliederung und sind in der Regel dünner als die Wände der entsprechenden Arterien (Abb..3). Die Intima ist grundsätzlich ähnlich gebaut wie in den Arterien. Eine Membrana elastica interna kann ausgebildet sein, ist aber oft diskontinuierlich. Die Media weist große regionale Unterschiede auf. Sie kann sehr dünn und muskelschwach sein (z.b. bei den Venen des Bauchraumes und des Halses), in den Bein- und Armvenen ist sie dicker als in den Rumpfvenen. Die Muskelarchitektur ist sehr variabel. Manche Venen besitzen mehr longitudinale als zirkuläre Muskelzellen. Die zirkuläre Muskulatur ist nie so dicht gepackt wie in Arterienwänden, sondern mit reichlich elastischen und kollagenen Fasern durchsetzt. Die Adventitia kann longitudinale glatte Muskulatur enthalten. Dies gilt besonders für die Venen des Bauchraumes (z.b. V. cava inf., V. portae), bei denen die Adventitia die dickste Schicht überhaupt ist. Die Venen sind reichlicher als die Arterien mit Vasa vasorum versorgt, diese können bis weit in die Media vordringen. Die Innervation ist weniger dicht als die der Arterien. Viele Venen, besonders die der Extremitäten, besitzen in regelmäßigen Abständen Ventile (Venenklappen). Dies sind Intimaduplikaturen nach Art der Taschenklappen (S. 260), meist bilden zwei Taschen ein Ventil. Die Taschen sind so gestellt, dass sie den Blutstrom zum Herzen freigeben, sich aber bei Strömungsumkehr ent-

9 .1 Blutgefäße 249 falten (Ventil geschlossen). Direkt proximal vom Ansatz einer jeden Tasche zeigt die Vene eine Ausbuchtung (Sinus), die auch im Phlebogramm (radiologische Venendarstellung) deutlich sichtbar ist. Besonderheiten. Einige intrakranielle Venen (z.b. die venösen Sinus der harten Hirnhaut, S. 200) besitzen gar keine Muskulatur. In den Wänden der größeren Nebennierenmark- Venen (Drosselvenen) kommen dicke subintimale, longitudinale Muskelpolster vor, die als Drosseleinrichtungen gelten. Die herznahen Segmente der Vv. pulmonales und Vv. cavae besitzen in der Adventitia Herzmuskelzellen. Diese können, wenn sie elektrisch spontanaktiv sind, zur Quelle von Herzrhythmusstörungen werden..1.3 Endstrombahn (Mikrozirkulation) Die wichtigsten Gefäßsegmente der Endstrombahn sind Arteriolen, Kapillaren und postkapilläre Venolen. Arteriolen sind morphologisch definiert als arterielle Gefäße mit 1-2 geschlossenen Schichten glatter Muskulatur (Abb..3f,.5) und einem Durchmesser von < 100 µm. Eine Membrana elastica interna fehlt meist. Die Weite der Arteriolen, zusammen mit derjenigen der kleinsten Arterien (Durchmesser µm), ist bestimmend für den peripheren Widerstand im Gefäßsystem ( Widerstandsgefäße ). Kapillaren (mittlere lichte Weite 7 μm) sind Endothelrohre, die nur von der Basallamina und einzelnen Perizyten (s.u.) bedeckt sind. Kapillaren mit größerem Durchmesser (> 10 μm) werden als Sinusoide bezeichnet (S. 253). Das Kapillarnetz ist in vielen Geweben so dicht, dass die meisten Zellen höchstens μm, in manchen Geweben noch weniger (Abb..6a) von der nächsten Kapillare entfernt liegen. En Arteriole BL Cav gmz a FZ FZ b Abb.. 5 Arteriole im Fettgewebe (Maus). Die Wand besteht aus Endothel (En) und einer Schicht von glatten Muskelzellen (gmz). BL, Basallamina. Cav,Caveolae.DiePfeile weisen auf einen Zellkontakt. FZ, Fettzellen. Vergr. 3000fach (a), fach (b).

10 250 Kreislauforgane Postkapilläre Venolen (Durchmesser ca. 30 μm). Die Wand besteht aus Endothel, Basallamina und Perizyten. Sammelvenolen (Durchmesser ca. 50 μm) besitzen Perizyten und einzelne glatte Muskelzellen. Sie konvergieren zu muskulären Venolen und kleinsten Venen. Die Organisation der Endstrombahn in den einzelnen Organen weist je nach den Erfordernissen erhebliche Unterschiede auf. In manchen Organen (z.b. Skelettmuskeln, Haut) wird das Kapillarbett unter bestimmten Bedingungen nur zu einem kleinen Teil durchflossen, kann aber je nach Bedarf abgestuft geöffnet werden; in anderen Organen (z.b. Herz) ist ein größerer Teil des Kapillarbettes ständig durchströmt. Auf den ganzen Körper bezogen, sollen in Ruhe nur ca. 25 % des Kapillarbettes offen sein. In vielen Regionen entspringen die Kapillaren in großer Zahl aus den Metarteriolen (Fortsetzungen der Arteriolen, mit lückenhaftem Muskelmantel). Die Abgangsstellen der Kapillaren sollen jeweils mit einer glattmuskulären Schlinge, einem präkapillären Sphinkter, versehen sein, der den Zugang zu der Kapillare reguliert. Arteriovenöse Anastomosen sind regulierbare Kurzschlüsse zwischen einer kleinsten Arterie und Vene zwecks Umgehung des Kapillargebietes. Sie können als eine einfache, gerade Gefäßstrecke (z.b. in der Haut von Nase, Lippen, Ohrmuscheln) oder als Glomusanastomosen ausgebildet sein. Diese bestehen aus verzweigten, aufgeknäuelten Gefäßen, sind von einer eigenen Bindegewebskapsel umgeben und reich innerviert. Die Media der Anastomosenstrecke enthält glatte Muskelzellen, die hell und geschwollen erscheinen und wahrscheinlich für den regulierten Verschluss der Anastomose verantwortlich sind. Glomusanastomosen kommen z.b. in der Haut der Finger und Zehen vor, wo sie im Dienste der Thermoregulation stehen. Kapillaren Eine typische Kapillare (Abb..6,.7) ist meist gerade so weit, dass ein Erythrozyt, manchmal unter vorübergehender Verformung, hindurchpasst (Abb. 12.2, S. 267). Die Bestandteile der Wand sind Endothel, Basallamina und Perizyten. Das Endothel kann (außer in der Kernregion) 0,2 μm dünn sein. Die Zellen sind durch Adhärens-Kontakte, Tight junctions und Gap junctions verbunden. Außen sitzen den Kapillaren Perizyten auf. Dies sind Zellen mit eigener Basallamina, die mit zahlreichen Ausläufern das Gefäßrohr teilweise umfassen. Die Perizyten haben in Abhängigkeit vom Gefäßsegment, dem Organ und der Körperregion unterschiedliche Eigenschaften und Funktionen. Am Beginn und Ende der Kapillarstrecke sind sie kontraktil und können die Gefäßweite regulieren. Außerdem stabilisieren die Perizyten die Kapillarwand, fördern die Differenzierung des Endothels und verhindern die überschießende Neubildung von Kapillaren (Angiogenese, S. 254). Endothel und transendothelialer Stoffaustausch Die Kapillaren sind der Ort für den Gas- und Stoffaustausch. Dieser wird durch die geringe Schichtdicke und die riesige Gesamtoberfläche des Kapillarendothels (für den Gesamtorganismus auf 700 m 2 geschätzt) sowie die langsame Strömung (ca. 0,5 mm/sec) begünstigt. Gase und Stoffe mit ausschließlich hydrophoben Eigen-

11 .1 Blutgefäße 251 N N Perizyt K K N a b Abb.. 6 Kapillaren. a Herzmuskulatur (Maus). Die Kapillaren (K) sind in diesem Präparat gut sichtbar, weil sie leer und nicht kollabiert sind (Durchspülung mit der Fixierlösung). Die dunklen Punkte in den Kardiomyozyten sind Mitochondrien. N, Zellkern. Semidünnschnitt, Toluidinblau. b Perizyten (rot) auf Kapillaren sitzend (halbschematisch). Vergr. 600fach (a), ca. 800fach (b). Lumen Glyk P N e Diaphragma d BL b a c 200 nm e BL BL Gr b d Abb.. 7 Kapillaren, Ultrastruktur. a, b Geschlossener Bautyp (in Skelettmuskulatur). N, Endothelzellkern. P, Perizytenfortsatz. Eine dem Kasten entsprechende Region ist in b gezeigt. Das Endothel zeigt Caveolae (Pfeile) und Vesikel. BL, Basallamina. c e Fenestrierter Typ (in Pankreas-Insel, Ratte). Der in c markierte Ausschnitt ist in d gezeigt. Die Pfeile weisen auf Fenster mit Diaphragma. Gr, Insulin-Speichergranulum. e Fenster (Ausschnitt aus d, Schema). Die chemische Beschaffenheit des Diaphragmas ist nicht geklärt. Das Endothel trägt wie alle Endothelien eine dicke Glykokalyx (Glyk), die mit ihren langen Molekülen auch das Fenster überdeckt. ( ) soll auf die vielen negativ geladenen Bestandteile der Glykokalyx hinweisen. Vergr. 7000fach (a, c), fach (b, d).

12 252 Kreislauforgane schaften können, dem Konzentrationsgefälle folgend, ohne Hindernis durch das Endothel diffundieren. Die folgenden Ausführungen betreffen daher den Austausch von Wasser und hydrophilen Stoffen, die bekanntlich nicht passiv durch Membranen dringen können. Grundsätzlich sind zwei Routen für den Durchtritt denkbar: (a) transzellulärer Weg (durch die Endothelzellen hindurch, wobei diese über spezielle Durchtrittsstellen oder Transportmechanismen verfügen müssen), (b) parazellulärer Weg (zwischen den Endothelzellen hindurch, wobei die Beschaffenheit der Tight junctions entscheidend ist). Der Grad der Kapillarpermeabilität ist in den einzelnen Organen so unterschiedlich, dass eine pauschale Beschreibung nicht möglich ist. Diese enormen Unterschiede sind wenigstens zum Teil durch die unterschiedliche Bauweise der Endothelien bedingt. Es gibt drei ultrastrukturell verschiedene Grundtypen von Kapillarendothelien (Abb..7); dabei ist bemerkenswert, dass das umliegende Gewebe Einfluss hat auf den Endotheltyp und den Grad der Kapillarpermeabilität. Kontinuierliches (geschlossenes) Endothel (Permeabilität je nach Organ sehr unterschiedlich) Fenestriertes Endothel (hohe Permeabilität für Wasser und kleine hydrophile Moleküle) Diskontinuierliches Endothel (völlige Permeabilität für alle Plasmabestandteile). Kontinuierliches Endothel ist am weitesten verbreitet (z.b. in Muskel-, Binde- und Nervengewebe, Lunge, Haut). Die Endothelzellen sind meist charakterisiert durch zahlreiche zytoplasmatische Vesikel sowie adluminale und basale Caveolae, die allgemein mit dem transzellulären Durchtritt von großen Molekülen in Verbindung gebracht werden. Dies könnte entweder nach Art der Transzytose (S. 58) geschehen, oder Caveolae und Vesikel könnten vorübergehend zu einem transzellulären Kanal fusionieren, der Makromolekülen die Passage erlaubt. Die Caveolae haben aber möglicherweise noch andere Funktionen, z.b. Oberflächenvergrößerung zwecks Unterbringung von Kanalproteinen (z.b. Aquaporin-1), Pumpen, Transportern und Rezeptoren. Die Tight junctions bestehen meist aus wenigen Verschlussleisten (S. 37), die unregelmäßige Lücken (4 8 nm) aufweisen. Daher steht für Wasser und kleinere hydrophile Moleküle, in beschränktem Maße auch für Albumin (Molekülradius 3,6 nm) aus dem Blutplasma der parazelluläre Weg offen. Der relative Beitrag der einzelnen Durchtrittsmechanismen ist nicht endgültig geklärt und außerdem je nach den aktuellen lokalen Bedingungen und je nach Organ unterschiedlich. Ein Sonderfall ist das kontinuierliche Endothel der Hirnkapillaren, deren Permeabilität ca. 100fach niedriger ist als die anderer Kapillaren. Der parazelluläre Weg ist durch wirklich dichte Tight junctions verschlossen. Transzytose findet nur geringfügig statt. Der transzelluläre Weg steht nur wenigen ausgewählten Stof-

13 .1 Blutgefäße 253 fen (z.b. Glucose, Aminosäuren) zur Verfügung, die mittels selektiver Transporter durchgeschleust werden. Diese Eigenschaften des Endothels tragen wesentlich zur Blut-Hirn-Schranke bei (S. 204). Fenestriertes Endothel kommt z.b. in allen endokrinen Drüsen, Darm-Mukosa, peritubulären Kapillaren der Niere, neurohämalen Regionen des ZNS vor. Es ist mit den gleichen Zellkontakten, Vesikeln und Caveolae ausgestattet wie das kontinuierliche Endothel. Zusätzlich weist es siebplattenartige Ansammlungen von Fenstern auf (Durchmesser ca. 70 nm). Jedes Fenster (Ausnahme: Fenster der glomerulären Kapillaren, S. 455) ist mit einem Diaphragma versehen, dessen chemische Beschaffenheit bis heute nicht endgültig geklärt ist. Sicher ist nur, dass die Fenster mit vielen Negativladungen versehen sind (wahrscheinlich weil die langen Moleküle der Glykokalyx die Fenster überdecken). Die Fenster sind Stellen, an denen Wasser und kleine hydrophile Moleküle rasch durchtreten können, Plasmaproteine wegen ihrer negativen Ladung (und Größe) jedoch kaum. Diskontinuierliches Endothel kommt nur in wenigen Organen vor, z.b. in den Sinusoiden der Leber (Abb. 17.6, S. 400). Die Endothelzellen sind hier von großen transzellulären Poren (Durchmesser ca. 100 nm) ohne Diaphragma durchsetzt, eine Basallamina fehlt. Dieses Endothel ist für nahezu alle Plasmabestandteile frei durchgängig. Das Endothel der Knochenmark-Sinusoide (S. 279) weist ebenfalls Poren auf, so groß, dass sogar Blutzellen in Richtung Intravasalraum hindurchsteigen können. Ob diese Poren aber dauerhaft sind oder nur vorübergehend durch die Transmigration der Blutzellen entstehen, ist nicht völlig geklärt. Ein diskontinuierliches Endothel ganz anderer Art ist in den venösen Milz-Sinusoiden zu finden (Abb , S. 318): Hier bestehen echte interzelluläre Lücken, durch welche die Butzellen, aus dem Extravasalraum kommend, wieder in das Gefäßsystem gelangen. Postkapilläre Venolen Die Kapillaren münden in postkapilläre Venolen. Dies ist derjenige Gefäßabschnitt, in dem die Permeabilität des Endothels aufgrund undichter Zellkontakte besonders hoch ist und bei akut-entzündlichen Vorgängen noch enorm gesteigert werden kann, sodass Flüssigkeit und Plasmaproteine leicht austreten. Außerdem ist hier der Ort der Leukozytenemigration (S. 276). Die akute Entzündung ist eine lokal und zeitlich (Stunden bis Tage) begrenzte Schutzreaktion, die sich im Bereich der Endstrombahn, insbesondere an den postkapillären Venolen abspielt. Sie zielt darauf ab, eine Noxe (Schädlichkeit) zu beseitigen (z.b. Krankheitserreger an einem Infektionsherd, nekrotische Zellen als Folge einer physikalischen oder ischämischen Läsion). Zu diesem Zweck werden zelluläre und chemische Abwehrkräfte am Ort der Schädigung konzentriert: Bakterienbestandteile, Stoffe aus nekrotischen Zellen usw. induzieren die lokale Entstehung und Freisetzung diverser Wirkstoffe (Entzündungsmediatoren, Zytokine, S. 305), die die folgenden Teilschritte der Entzündungsreaktion in Gang setzen: (a) Gefäßerweiterung, dadurch Hyperämie (regional vermehrte Blutfülle); (b) Erhöhung der Endothelpermeabilität, dadurch vermehrter Austritt (Exsudation) von Flüssigkeit und Plasmaproteinen ins

14 254 Kreislauforgane Interstitium (Folge: entzündliches Ödem); (c) Auswanderung von Leukozyten aufgrund einer Kooperation zwischen Endothel und Leukozyten (S. 276), dadurch Infiltration des Interstitiums mit Leukozyten. Die Permeabilitätssteigerung des Endothels betrifft vor allem die postkapillären Venolen und kommt durch vorübergehende Lösung der Zellkontakte zustande. Verschiedene Entzündungsmediatoren (z.b. Histamin, Bradykinin) verursachen durch Störung der VE-Cadherin-vermittelten Haftung die Öffnung der Adhärens-Kontakte (molekulare Mechanismen nicht endgültig geklärt). Danach halten auch die Tight junctions nicht mehr, zwischen den Endothelzellen entstehen weite Lücken, durch die Wasser und Plasmaproteine aller Art austreten..1.4 Bildung neuer Kapillaren und Kollateralarterien Unter Angiogenese versteht man die Bildung neuer Kapillaren von einem vorhandenen Kapillarnetz aus: Vom Endothel sprosst ein solider Gewebszapfen seitwärts aus und fusioniert mit anderen Sprossen zu einer Schlinge. Durch Ausbildung eines durchgehenden Lumens und einer Basallamina sowie Besetzung mit Perizyten entsteht eine neue Kapillarschlinge. Angiogenese geht immer mit dem lokalen Umbau der EZM einher (z.b. durch Matrixmetalloproteinasen, MMPs, S. 130). Die Angiogenese wird durch Faktoren stimuliert, die von minderversorgten und von schnell wachsenden Geweben abgegeben werden, der wichtigste proangiogenetische Faktor ist VEGF (vascular endothelial growth factor). Die Angiogenese ist für viele physiologische Vorgänge unerlässlich, z.b. Wachstum, endochondrale Ossifikation (S. 164), Wundheilung (S. 130), aber auch maligne Tumoren beschaffen sich durch Sekretion von VEGF und anderen Faktoren ihre Gefäßversorgung. Kapillaren in malignen Tumoren haben eine stark erhöhte Permeabilität. Die Bildung von Kollateralarterien (Arteriogenese) ist wichtig für die Umgehung von Verschlüssen einer größeren Arterie. Kollateralarterien entstehen durch Ausbau von bereits vorhandenen kollateralen Arteriolen, Auslöser ist die verstärkte Strömung in den kleinen Kollateralen. Sie induziert die Freisetzung diverser Wachstums- und Differenzierungsfaktoren sowie MMPs, wodurch die Proliferation von Endothel und Media-Muskulatur sowie der notwendige Umbau der Gefäßwand gesteuert werden. In der Praxis gelingt dies nur, wenn der Arterienverschluss langsam entsteht, sodass für die Entwicklung effizienter Kollateralen genug Zeit zur Verfügung steht..1.5 Chemorezeptoren (Glomusorgane) im Kreislaufsystem Glomusorgane sind bis 5 mm große Gebilde mit Chemorezeptor-Funktion, die in den Kreislauf eingebaut sind. Die Rezeptoren (Sensoren) sprechen auf Abfall des

15 .2 Lymphgefäße 255 po 2 sowie Anstieg des pco 2 und der Protonenkonzentration im Blut an, die Afferenzen beeinflussen Kreislauf- und Atemzentrum (Steigerung von Blutdruck, Pulsfrequenz und Atmung). Die Glomusorgane werden zu den Paraganglien (S. 432) gezählt. Regelmäßig vorkommende Organe sind z.b. das Glomus caroticum nahe der Teilungsstelle der A. carotis communis und die Glomera aortica am Aortenbogen. Die wichtigsten histologischen Bestandteile sind: viele fenestrierte Kapillaren; Hauptzellen mit chromaffinen Granula (Inhalt u.a. Dopamin, Serotonin und Neuropeptide); gliale Hüllzellen, die die Hauptzellen partiell umgeben; sensorische Axonenden (mit synaptischen Vesikeln, Inhalt wahrscheinlich Dopamin), die mit den Hauptzellen reziproke Synapsen bilden. Es wird angenommen, dass die Hauptzellen die eigentlichen Rezeptoren sind, die den chemischen Reiz in eine elektrische Erregung übersetzen..2 Lymphgefäße Lymphe ist eine Flüssigkeit, die u.a. Plasmaproteine und Zellen der Abwehr (vor allem Lymphozyten) enthält. Die meisten Bestandteile der Lymphe stammen aus dem Blut. Sie sind aus der Endstrombahn ins Interstitium ausgetreten und werden über die Lymphgefäße in den Blutkreislauf zurücktransportiert (Abb..1). Das System beginnt mit Lymphkapillaren, in die die interstitielle Flüssigkeit hineinsickert. Über etwas größere Zwischensegmente (Präkollektoren) gelangt die Lymphe in Sammelgefäße (Kollektoren), die die Lymphe einem regionalen Lymphknoten zuführen (S. 3). Nach Passage mehrerer hintereinander geschalteter Lymphknoten gelangt die Lymphe über Lymphstämme und Lymphgänge (Ductus lymphatici) schließlich in große Venen des Körperkreislaufes. Der Lymphfluss kommt durch rhythmische Kontraktionen der glatten Muskulatur in den Lymphgefäßwänden sowie durch Bewegungen in der Umgebung zustande. Die Lymphgefäße besitzen Klappen, die dem Lymphstrom die Richtung vorgeben. Bildung der Lymphe. Aus den Kapillaren werden, bezogen auf den gesamten Organismus, täglich mehrere Liter Flüssigkeit abfiltriert. Davon wird der größere Teil bereits im Bereich der Mikrozirkulation wieder ins Blut aufgenommen, der Rest wird über das Lymphgefäßsystem abgeführt. Für diesen stetigen Flüssigkeitsstrom sind Druckgradienten maßgebend, die sich aus den hydrostatischen Drücken in den Kapillaren und im Interstitium sowie den kolloidosmotischen Drücken (Wasserbindungsvermögen der gelösten Proteine in Kapillaren bzw. Interstitium) ergeben (Näheres s. Bücher der Physiologie). Die Zusammensetzung der Lymphe ähnelt zunächst derjenigen der interstitiellen Flüssigkeit in der Umgebung, bei Passage durch die Lymphknoten ändert sie sich. Über den Zellgehalt s. S Der Proteingehalt der Lymphe hängt von der Herkunftsregion ab (durchschnittlich etwa halb so hoch wie im Blutplasma), die aus der Leber kommende Lymphe ist besonders proteinreich. Die Lymphe aus der Darm-Mukosa wird als Chylus bezeichnet, sie enthält Chylomikronen, die bei der Fettresorption entstehen (S. 383).