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Gefäßsystem

Ohne Gefäße wäre es unmöglich, Blut zu allen Stellen im Körper zu transportieren. Blutgefäße bilden dabei ausgedehnte Netzwerke, über die das Blut das Herz verlässt, um die verschiedenen Gewebe zu versorgen. Das sauerstoffarme Blut aus dem Gewebe gelangt dann ebenso durch Gefäße zurück zum Herzen.

Embryologie

Das Gefäßsystem ist ein mesodermales Derivat, welches sich durch Vaskulogenese und Angiogenese vermehrt. Ersteres, die Vaskulogenese, bezieht sich auf die Differenzierung von Vorläufer-Angioblasten in Endothelzellen und die anschließende de novo-Bildung von Blutgefäßen. Angiogenese, andererseits, beschreibt die Bildung neuer Blutgefäße aus bereits bestehenden Gefäßen.

Während die Vaskulogenese in erster Linie ein embryonaler Prozess ist, bleibt die Angiogenese bis ins Erwachsenenalter bestehen und ist der Mechanismus, durch den neue Gefäße gebildet werden, um durch Bypässe verschlossene Arterien zu umgehen (d.h. Bildung einer kollateralen Blutversorgung).

Um die dritte Schwangerschaftswoche herum bindet der Fibroblasten-Wachstumsfaktor 2 (fibroblast growth factor 2, FGF2) an dessen Rezeptor (fibroblast growth factor receptor, FGFR) auf mesodermalen Zellen, um die Differenzierung dieser Zellen in Hämangioblasten zu induzieren. Sie aggregieren in den Wänden des Dottersackes und bilden dort Blutinseln.

Die Hämangioblasten differenzieren sich später unter dem Einfluss des vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors (vascular endothelial growth factor, VEGF), der auf vaskuläre endotheliale Wachstumsfaktorrezeptoren (VEGF-R2) wirkt, zu Endothelzellen. Um Blutgefäße zu bilden, ordnen sich die Endothelzellen unter dem Einfluss von VEGF in ihrer charakteristischen Rohrform an.

Die im Gefäß verbleibenden Hämangioblasten haben zwei Schicksale. Diejenigen, die sich in der Peripherie befinden, differenzieren sich zu Angioblasten (und nehmen somit an der Angiogenese teil), während die, die sich im Zentrum befinden, sich zu hämatopoetische Stammzellen differenzieren (die der Vorläufer für alle Blutzellen sind).

VEGF ist der primäre Initiator der Angiogenese, da er die Differenzierung von Angioblasten zu Endothelzellen fördert. Er leitet dann auch die Endothelzellen während ihres Zusammenschlusses, um primitive Blutgefäße zu bilden. Neue Gefäße werden anschließend vom primären Gefäßweg zu ihren Bestimmungsorten abzweigen.

Die weitere Reifung dieser neuen Gefäße wird durch den platelet-derived growth factor (PDGF) sowie den transforming growth factor beta (TGF-β) vermittelt. Die Differenzierung der Gefäße in arterielle, venöse und lymphatische Derivate beginnt ebenfalls kurz nach der Induktion von Angioblasten.

Wandaufbau

Blutgefäße lassen sich lichtmikroskopisch mit Hilfe von Hämatoxylin- und Eosin-Färbungen leicht darstellen. Die Wände von Arterien und Venen werden von drei verschiedenen Schichten gebildet.

Arterie und Vene (Färbung: Hämatoxylin-Eosin)

Tunica intima

Die innerste Schicht ist die Tunica intima.

Diese Schicht wird von Endothel gesäumt, welches aus einschichtigen Plattenepithelzellen besteht. Direkt unter dem Endothel befinden sich eine Basalmembran und eine Schicht aus subendothelialem Bindegewebe, die den darüber liegenden Zellen Unterstützung bieten.

Tunica media

Die mittlere, muskuläre Schicht der Blutgefäße ist die Tunica media. Sie besteht aus glatten Muskelzellen, die mit alpha- und beta-adrenergen Rezeptoren ausgestattet sind. Diese Rezeptoren werden vor allem durch das sympathische Nervensystem innerviert.

Die Stimulation der alpha-Rezeptoren bewirkt eine Kontraktion der glatten Muskelzellen und damit des Gefäßes. Im Gegensatz dazu führt die Stimulation der Beta-Rezeptoren zu einer Erweiterung der Gefäße. Dies ermöglicht eine sympathische Regulierung des Blutdrucks. Zusätzlich sezernieren die glatten Muskelzellen auch extrazelluläre Matrix.

Tunica adventitia

Die äußerste Schicht der Blutgefäße ist die Tunica adventitia, auch bekannt als Tunica externa. Diese Schicht besteht in erster Linie aus Kollagen Typ I und, in Arterien, zusätzlich noch elastischem Bindegewebe. Diese äußere Schicht ist für die Verankerung der Gefäße an angrenzende Strukturen verantwortlich.

Arterien

Im Vergleich zu Venen, Kapillaren und Lymphgefäßen, besitzen Arterien den größten Durchmesser aller Gefäße. Der Durchmesser des Lumens wird jedoch mit zunehmender Verzweigung der Gefäße immer kleiner. Arterien können anhand der Fülle an elastischen Fasern in den Wänden klassifiziert werden.

Elastische Arterien

Die größeren Gefäße, die das Herz verlassen - nämlich Aorta, Truncus pulmonalis, A. carotis communis, A. subclavia, A. vertebralis und A. iliaca communis  - sind elastische Arterien.
 
Diese größeren Gefäße enthalten zwei zusätzliche Schichten - die Membrana elastica interna sowie externa (innere/äußere elastische Membran). Erstere ist ein gewelltes Band aus elastischen Fasern zwischen Intima und Media, während letztere zwischen Media und Adventitia zu finden ist. Die elastischen Arterien sind so konzipiert, dass sie den hohen Drücken des Herzens standhalten.

Muskuläre Arterien

Die größeren, oben genannten Gefäße verzweigen sich in mittelgroße, muskuläre Arterien. Im Vergleich zu den elastischen Arterien, haben diese Gefäße einen höheren Anteil an glatter Muskulatur in der Intima. Sie sind die häufigsten arteriellen Gefäße im ganzen Körper.

Arteriolen

Die muskulösen, mittelgroßen Arterien verzweigen sich anschließend in kleinere Arteriolen. Sie haben den kleinsten Durchmesser des arteriellen Netzes. Die Tunica media der Arteriolen hat weniger Muskelfasern als bei anderen Arterien.

Vasa vasorum

In großen Gefäßen ist es schwierig für Nährstoffe, vom Lumen aus bis in die Intima und Adventitia zu diffundieren. Diese Gefäße benötigen deshalb zusätzliche Blutgefäße, um von außen die Gefäßwände zu versorgen. Diese Strukturen werden als Vasa vasorum bezeichnet.

Es ist zu beachten, dass diese Art der Gefäße auch bei einigen großen Nerven gefunden werden kann, die nicht alle erforderlichen Nährstoffe durch Diffusion aus benachbarten Arterien erhalten können. Sie benötigen daher auch Vasa nervorum, um eine ausreichende Perfusion sicherzustellen.

Kapillaren

Arteriolen verzweigen sich und bilden damit Kapillaren. Sie sind die kleinsten Gefäßstrukturen des Körpers und versorgen die verschiedenen Gewebe des Körpers mit Blut. Die Einteilung von Kapillaren erfolgt nach der Anordnung des Endothels entlang der Gefäßwände.

Fenestrierte Kapillaren

In den Kapillarbetten der Bowman-Kapsel der Nieren, im endokrinen Gewebe und in gewissen Teilen des Dünndarms bedecken Endothelzellen nicht durchgängig die Gefäßwände. Dies erleichtert einen schnellen molekularen Austausch zwischen dem Kapillarlumen und dem umgebenden Gewebe. Sie werden als fenestrierte Kapillaren bezeichnet.

Diskontinuierliche Kapillaren

Im Knochenmark, in der Leber und der Milz haben die Kapillaren entweder unvollständig ausgebildete oder völlig fehlende Basalmembranen. Auch hier liegen die Endothelzellen weit auseinander.

Zwischen den Endothelzellen gibt es in der Regel keine gap junctions, womit ein direkter Transport vom Gefäßlumen zu den umgebenden Zellen ermöglicht wird. Diese gewundenen Gefäße werden als diskontinuierliche (sinusoidale) Kapillaren bezeichnet.

Kontinuierliche Kapillaren

Die am häufigsten vorkommenden Kapillaren sind die kontinuierlichen Kapillaren. Die Endothelzellen in diesen Gefäßen sind klassisch angeordnet: die Zellen stehen dicht beieinander und sind durch gap junctions miteinander verbunden. Kontinuierliche Kapillaren sind so konzipiert, dass sie den luminalen Inhalt vom Interstitialraum trennen können. Sie sind häufig in Haut, Muskeln, Bindegewebe, Nervengewebe und Atemwegen zu finden.

Venen

Die terminalen Kapillaren verschmelzen zu postkapillären Venen. Diese postkapillären Venen verbinden sich dann zu Venolen, die dann in größere Venen übergehen. Diese transportieren dann das sauerstoffarme Blut zurück zum Herzen. Venen besitzen die gleiche Dreischichtung wie Arterien, allerdings ist hier die Tunica media viel dünner als man sie bei Arterien der gleichen Größe finden würde.
 
Zusätzlich haben Venen ein weiteres Lumen als Arterien, was venös zu einem niedrigeren Blutdruck führt. Es gibt mehr Venen als Arterien im Kreislaufsystem. Sie werden in kleine, mittlere und große Venen eingeteilt. Eine weitere Besonderheit der meisten Venen (mit Ausnahme der Venae cavae, Venen der viszeralen Organe und des zentralen Nervensystems) ist, dass sie Klappen im Lumen besitzen. Diese verhindern den Rückfluss von Blut im venösen Niederdrucksystem.

Lymphgefäße

Lymphgefäße sind aus blinden Enden („cul-de-sac“) beginnende Rohrstrukturen im Bindegewebsstroma verschiedener Organe, die die Lymphe (überschüssige Interstitialflüssigkeit) sammeln und weiter transportieren. Die endotheliale Auskleidung von Lymphgefäßen und Kapillaren ist dünn genug, um ihre Durchlässigkeit zu erhöhen und damit die Aufnahme von Lymphe zu vereinfachen.

Wie auch Venen, ist das Lymphgefäßsystem ein Niederdrucksystem und daher enthalten auch Lymphgefäße Klappen um den Reflux von Lymphe im Gefäß zu verhindern. Darüber hinaus besitzen Lymphgefäße keine Tunica media, so dass sie auf die umgebende Skelettmuskulatur angewiesen sind, um die Vorwärtsbewegung der Lymphe zurück in den Primärkreislauf zu fördern.
 
Die Lymphgefäße verschmelzen schließlich zum Ductus thoracicus und dem Ductus lymphaticus dexter, welche die Lymphe dann in den venösen Arm des Kreislaufsystems zurückführen. Mit Ausnahme von Knochen und Knochenmark, Knorpel, Plazenta, Zähnen und Thymus sind Lymphgefäße im ganzen Körper allgegenwärtig.

Nachdem du dich mit dem mikroskopischen Aufbau zu den Blutgefäßen vertraut gemacht hast, kannst du dein Wissen zur makroskopischen Anatomie vertiefen. Die folgenden Lernheiten können dir dabei helfen:

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