Wie Stoffe die Kapillarwand überqueren: Die 5 Transportmechanismen

Kapillaren sind der primäre Austauschort zwischen Blut und Gewebe. Ihre Struktur – einzelne Endothelschicht mit interzellulären Spalten, Fenestrationen und Vesikeln – ermöglicht mehrere Transportmechanismen, die an Molekülgröße, Ladung und Lipidlöslichkeit angepasst sind.

1. Diffusion (Primär für kleine Moleküle)

• Mechanismus: Passiver Transport den Konzentrationsgradient abwärts (Ficksches Gesetz).
• Substanzen: O₂, CO₂, Glukose, Aminosäuren, Ionen, Wasser (über Aquaporine).
• Geschwindigkeitsfaktoren: Oberfläche, Konzentrationsgradient, Diffusionsstrecke, Lipidlöslichkeit.
• Wege: Durch Endothelzellen (lipidlöslich), interzelluläre Spalte (klein hydrophil), Fenestrae (fenestrierte Kapillaren).

2. Filtration (Bulk-Flow nach außen)

• Treibkraft: Kapillarenhydrostatischer Druck (Pc ~25–30 mmHg am arteriellen Ende) > interstitieller hydrostatischer Druck (Pi ~0).
• Gegenspieler: Plasman-onkotischer Druck (πp ~25 mmHg, hauptsächlich Albumin) > interstitieller onkotischer Druck (πi ~5 mmHg).
• Netto-Filtrationsdruck (NFP): NFP = (Pc – Pi) – (πp – πi).
• Ergebnis: Filtration am arteriellen Ende; bildet Interstitialflüssigkeit (lymphatische Last).
• Starling-Gleichung: Jv = Kf × NFP (Kf = Filtrationskoeffizient).

3. Reabsorption (Bulk-Flow nach innen)

• Am venösen Ende sinkt Pc (~10–15 mmHg) → πp dominiert → Netto-Reabsorption.
• ~90 % der filtrierten Flüssigkeit werden reabsorbiert; ~10 % (2–4 L/Tag) kehren über die Lymphatik zurück.
• Albumin ist der zentrale onkotische Anker; Hypoalbuminämie → Ödem (↓ Reabsorption).

4. Vesikulärer Transport (Transzytose)

• Caveolae-vermittelt: 60–80 nm Vesikel transportieren Makromoleküle (Albumin, Insulin, Transferrin, LDL) über das Endothel.
• Rezeptor-vermittelt: Spezifische Aufnahme (z. B. LDL-Rezeptor, FcRn für IgG).
• Wichtig für: Große Proteine (>40 kDa), die Spalten/Fenestrae nicht passieren können.

5. Kanal-vermittelter Transport

• Aquaporine (AQP1, AQP4): Wasser-selektive Kanäle; erleichtern schnelle Wasserbewegung (osmotische Gradienten).
• Ionenkanäle: Endotheliale K⁺-, Cl⁻-, Ca²⁺-Kanäle regulieren Tonus, Permeabilität.
• Gap Junctions: Interzelluläre Kommunikation (Ca²⁺-Wellen, IP₃).

Kapillare Heterogenität: Struktur diktiert Funktion

Klinische Korrelationen

• Ödem: ↑ Pc (Herzinsuffizienz, venöse Obstruktion), ↓ πp (Nephrotisches Syndrom, Leberversagen), ↑ Kf (Entzündung, Verbrennungen).
• Arzneimittelabgabe: Nanopartikel nutzen den EPR-Effekt (undichte Tumor-Kapillaren); BBB begrenzt ZNS-Arzneimittel.
• Diabetische Mikroangiopathie: Basalmembran-Verdickung → gestörte Diffusion, Perizytverlust → Kapillarenverschluss.
• ARDS: Alveolär-kapillare Barrierestörung → proteinreiches Ödem.