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Blut-Gewebe-Schranken

Näheres zu Kapillaren und Filtration finden Sie hier.

Wirkstoffe aus Arzneimitteln werden mit dem Blutstrom überall im Körper verteilt und gelangen so an ihren Zielort. Der Austausch zwischen Blutgefäßen und Gewebe geschieht insbesondere in den Kapillaren. Kapillaren sind die feinen, hauchdünnen Verbindungen zwischen Arterien und Venen. Das Blut fließt in den Kapillaren sehr langsam. Das erleichtert den Austausch von Stoffen durch die dünne Kapillarwand in die Zellzwischenräume (Interstitium).

 

Der Aufbau der Kapillaren ist sehr unterschiedlich.

Die Kapillarwände bestehen aus einer Endothelzellschicht, die von einer Basalmembran umhüllt ist und bilden den Grundaufbau der Blut-Gewebe-Schranke. Die Membraneigenschaften der Kapillarwände sind nicht in allen Teilen des Körpers gleich ausgebildet. Die Durchlässigkeit ist von Ort zu Ort sehr verschieden.

 

Intra- und interzelluläre Verbindungen machen Membranen durchlässig für hydrophile Stoffe.

Biologische Membranen sind vor allem für lipophile Stoffe gut durchlässig (vgl. "Aufbau und Diffusionswege einer Membran"). Hydrophile Stoffe können eine Membran nur durch die "Poren" passieren, die in der Phospholipiddoppelschicht einer biologischen Membran zu finden sind. Neben den Poren existieren auch noch sogenannte Junctions (junction = Verbindung), die eine Verbindung bzw. Durchtrittspforte zwischen den Zellen (interzellulär) herstellen. Bei den Kapillaren in den Muskeln ist der Anteil der Junctions so hoch, dass eine 500 mal größere Fläche für die Passage lipophiler Stoffe zur Verfügung steht, als ohne Junctions. Beim Austritt von Wirkstoffen aus den Kapillaren in den interstitiellen Raum ist deshalb sowohl die Häufigkeit intrazellulärer Poren, als auch die Häufigkeit von interzellulärer Junctions von Bedeutung.

 

Die Wirkung von Arzneimitteln hängt von der Durchlässigkeit der Kapillarwände ab.

Um die Durchlässigkeit der unterschiedlichen Membranen in den Kapillaren zu unterscheiden, ist eine genaue Betrachtung der lipophilen Passageflächen und der Porenfläche als Durchtrittspforte für hydrophile Stoffe wichtig. Das Verhältnis dieser beiden Flächen ist entscheidend dafür, ob ausschließlich lipophile Substanzen passieren oder ob auch hydrophile Stoffe durchtreten können. Die Wirkung eines Arzneimittel ist wesentlich von der unterschiedlichen Durchlässigkeit der Blutgefäße in den einzelnen Organen abhängig.

 

Die Blut-Hirn-Schranke ist für hydrophile Stoffe nahezu undurchdringlich.

Die Blut-Gewebe-Schranke des Gehirns wird Blut-Hirn-Schranke genannt. Blut-Hirn-Schranke stellt einen besonderen Schutz für die empfindlichen Nervenzellen im Gehirn dar. Die Kapillaren im Gehirn sind durch ihren Aufbau für hydrophile Stoffe nahezu undurchdringlich. Die Endothelzellen und die Basalmembran der Kapillarwände besitzen keine Poren. Außerdem sind die Kapillaren im Gehirn von einer dicht anliegenden Schicht aus Gliazellen umgeben. Gliazellen sind ein spezielle Typ von Nervenzellen, die sowohl der Erregungsleitung dienen, als auch Stütz-, Ernährungs- und immunologische Schutzfunktionen für das Gehirn ausüben. Durch die dichte Anlagerung von Gliazellen sind die Kapillaren im Gehirn vom Blut aus nur durch lipophile Substanzen passierbar. Außerdem gibt es Transportmechanismen, die eine Passage ermöglichen.

 

Die Durchlässigkeit steigt bei bestimmten Erkrankungen.

Bei viele Substanzen, wie Giftstoffen, Stoffwechselprodukten oder Medikamenten, überwiegen die hydrophilen Eigenschaften. Sie können deshalb die Blut-Hirn-Schranke nicht passieren. Arzneimittel, die keine zentrale Wirkung haben sollen, müssen so aufgebaut sein, dass sie möglichst geringe lipophile Eigenschaften besitzen. Psychopharmaka oder Narkotika müssen in das Gehirn gelangen können, um zu wirken. Medikamente zur Muskelentspannung (Relaxantien) sollten die Blut-Hirn-Schranke nicht überwinden, ansonsten besteht die erhöhte Gefahr von unerwünschten zentralen Nebenwirkungen. Bei bestimmten Erkrankungen, etwa Gehirn- oder Hirnhautentzündungen oder auch bei Fieber ist die Blut-Hirn-Schranke durchlässiger als bei gesunden Menschen.

 

Herz- und Skelettmuskeln sowie die glatten Muskeln der inneren Organe sind nur wenig durchlässig für hydrophile Moleküle. Das liegt daran, dass sowohl das Endothel, als auch die Basalmembran keine Fenster aufweisen.

 

Die Kapillarmembran der Nieren besitzen große Fenster.

Im Magen-Darm-Trakt, den endokrinen Drüsen, in der Niere und im Adergeflecht der weichen Hirnhaut besitzen die Kapillaren eine Fensterung, die durch eine feine Membran (Diaphragma) verschlossen ist. Durch die Fester besteht eine sehr gute Durchlässigkeit für hydrophile Substanzen.

 

In Leber und Milz gibt es keine Hindernisse.

Die Schranken zwischen Blut und Leber sind dagegen sehr durchlässig und bedeuten für den Austausch von Stoffen praktisch kein Hindernis. In der Leber besitzen die Endothelzellen große Fenster, die nicht mit einem Diaphragma verbunden sind. Außerdem findet sich keine Basalmembran, die einen Stoffaustausch behindern könnte. Die Zellwände weisen einen hohen Porenanteil auf. Die Leber ist dadurch sowohl für hydrophile, als auch für lipophile Substanzen sehr leicht zugänglich. Das betrifft auch alle Arzneimittel.

 

Kapillaren unterscheiden sich in ihrem Aufbau erheblich voneinander.

In der nachfolgenden Grafik werden noch einmal alle Kapillartypen schematisch dargestellt.

Die Kapillaren sind je nach Lokalisation unterschiedlich durchlässig.

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