Physiologie
Herz-Kreislauf-System

Stoffaustausch im Kapillarsystem

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Der Stoffaustausch zwischen Blut und Interstitium erfolgt im Kapillarsystem über Diffusion, Filtration und Reabsorption.

Austausch fett- und wasserlöslicher Substanzen

Fettlösliche Substanzen (wie O₂ und CO₂) können die Endothelmembran mittels einfacher Diffusion passieren. Die Transportrate ist durchblutungslimitiert.

Der Transport wasserlöslicher Substanzen (z.B. Ionen, Glucose, Proteine) erfolgt parazellulär (über Interzellularspalten) oder transzellulär mittels erleichterter Diffusion (über Kanalproteine oder Carrier). Die transzelluläre Passage der Endothelmembran wird mit steigender Molekülmasse schwieriger (diffusionslimitierter Transport).

Austausch von Flüssigkeiten

Der Flüssigkeitsaustausch geschieht zusätzlich zur Diffusion auch mithilfe von Filtration und Reabsorption. Der effektive Filtrationsdruck ergibt sich aus der Differenz von hydrostatischem und kolloidosmotischem Druck innerhalb und außerhalb der Kapillare (Starling-Gesetz):

(Hierbei ist: = effektiver Filtrationsdruck, und = hydrostatischer Druck innen bzw. außen, und = kolloidosmotischer Druck innen bzw. außen.)

Das filtrierte Flüssigkeitsvolumen ergibt sich aus dem effektiven Filtrationsdruck und dem Filtrationskoeffizienten (dieser ist das Produkt aus der Permeabilität der Gefäßwand und der Austauschfläche):

Image description — Filtration und Reabsorption an einer Kapillare
Beim Flüssigkeitsaustausch in den Kapillaren überwiegt im arteriellen Schenkel die Filtration, im venösen Schenkel hingegen die Reabsorption. = effektiver Filtrationsdruck, = Differenz des hydrostatischen Druckes innerhalb und außerhalb der Kapillare, = Differenz des kolloidosmotischen Druckes innerhalb und außerhalb der Kapillare.
(aus Gekle et al., Taschenlehrbuch Physiologie, Thieme, 2015)

Ödeme

Wenn das Gleichgewicht zwischen Filtration und Reabsorption gestört ist, können sich pathologische Flüssigkeitsansammlungen im Interstitium (Ödeme) bilden. Ursächlich kann eine Steigerung des hydrostatischen Kapillardrucks, eine Erniedrigung des kolloidosmotischen Druckes im Plasma oder eine gesteigerte Permeabilität der Kapillaren sein.

Zwischen Blut und Interstitium erfolgt der Austausch von Gasen, Nährstoffen und Stoffwechselendprodukten vorwiegend über Diffusion.

Fettlösliche Substanzen

Fettlösliche (lipophile) Substanzen, wie Steroidhormone oder die Blutgase O₂ und CO₂, können Membranen leicht mittels einfacher Diffusion passieren. Ihr Austausch erfolgt transzellulär über die gesamte Oberfläche der Kapillaren und postkapillären Venolen. Die Transportrate ist dabei praktisch nur von der Kapillardurchblutung abhängig (durchblutungslimitierter Transport).

Wasserlösliche Substanzen

Zu den wasserlöslichen (hydrophilen) Substanzen gehören geladene Teilchen (Ionen), Glucose und Proteine. Die Endothelmembran ist für diese Substanzen kaum durchlässig. Der Transport erfolgt parazellulär (über Interzellularspalten) oder transzellulär mittels , d.h. über Kanalproteine ( oder Kanäle) oder .