Die Physiologie des Arterien- und Venensystems sollte jedem Mediziner geläufig sein. Die Funktionsweise der arteriellen Hämodynamik und der Pulswellen ist dabei ebenso wichtig wie anatomische Grundkenntnisse. Von Aufbau und Mechanik der Gefäße lesen Sie in diesem Artikel. 
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Bild: „Lichtmikroskopisches Schnittbild kleiner Blutgefäße, 1 Arteriole, 2 Venole mit einmündender Kapillare 3.“ von Rollroboter. Lizenz: CC BY-SA 3.0


Aufbau und Mechanik von Gefäßen

Aufbau

Arterien und Venen haben eine dreischichtige Wand. Sie sind grundsätzlich gleich aufgebaut, außer dass die Venenwände generell dünner und muskelschwächer sind als die der Arterien.

Die äußere Schicht, die Adventitia, ist eine bindegewebige Schicht mit kollagenen und teilweise elastischen Fasern.

Daraufhin nach innnen folgend kommt die Media. Diese dickste Schicht besteht zum Großteil aus elastischen Fasern und glatter Muskulatur. Je nach den relativen Anteilen dieser Bestandteile kann man zwischen Arterien vom elastischen und muskulären Typ unterscheiden. Generell sind herznahe Arterien elastisch und periphere Arterien muksulär.

Die innerste Schicht wird Intima genannt. Hier ist das Endothel, die Basalmembran und die Elastica interna.

Mechanik

Um die mechanischen Eigenschaften eines Gefäßes quantitativ darzustellen sind zwei Größen gebräuchlich: die Volumenelastizität und das Volumenelastizitätsmodul.

Die erste Größe, die Volumenelastizität (E‘), wird wie folgt definiert: das Verhältnis der Druckänderung (delta p) zur zugehörigen Volumenänderung (delta V)

E‘= dp / dV

Daraus folgt, dass je größer die Volumenelastizität eines Gefäßes ist, desto steifer ist es bzw. desto größer ist der Druckanstieg in ihm bei Füllung.

Die Volumenelastizität E‘ hängt aber nicht nur von mechanischen Eigenschaften des Gefäßes ab, sondern auch von seinem Ausgangsvolumen. Um dies auch zu berücksichtigen ist das Volumenelastizitätsmodul K gebräuchlich:

K= dp / dV x V = E‘ x V

Die Gleichung beschreibt das Verhältnis der Druckänderung zur relativen Druckänderung dV / V. Hieraus folgt, dass bei kleinem Volumen die gleiche Volumenänderung eine größere Druckänderung zur Folge hat als bei einem großen Ausgangsvolumen.

Eine weitere wichtige Größe ist hier das Elastizitätsmodul (E). Dieses ist definiert als die Spannungsänderung (delta q) durch das Verhältnis der Längenänderung (delta l) zur absoluten Länge eines Muskelstreifens ( l ), der gedehnt wird.

E= dq / (dl / l)                                   (Hookesches Gesetz)

Bei Arterien schwankt das Elastizitätsmodul zwischen 0,1 MPa bei kleinen Dehnungen und 1 MPa bei starken Dehnungen. Der Anstieg ist nicht linear. Dies ist dadurch bedingt, dass bei kleiner Dehnung, also geringem Blutdruck,  zunächst nur die kürzesten Fasern gespannt werden, bei steigendem Blutdruck dann auch die längeren Fasern.

Bei Venen ist das Elastizitätsmodul deutlich geringer, das hier auch der Blutdruck geringer ist als im arteriellen System.  Wenn der Druck in den Venen zu gering wird und der Druck im umgebendem Interstitium zu groß, dann kann es auf Grund des so geringen Elastizitätsmoduls auch zum Kollabieren der Venen kommen. Es verbleiben lediglich kleine Öffnungen in der Vene, durch die das Blut fließen kann.

Auch wichtig ist die tangentiale Wandspannung von Gefäßen (qt).

Qt= Druck X Innenradius  /  Wanddicke

Arterielle Hämodynamik

Wenn das Herz sich kontrahiert, dann wird bei geöffneter Aortenklappe das Blut zuerst mit schnell ansteigender, dann mit langsamer werdender Stromstärke in die Aorta gepumpt. Die maximale Stromstärke wird circa am Ende des ersten Viertels der Austreibungszeit erreicht.

Übersteigt der Druck in der Aorta nun den im linken Ventrikel, so fließt ein klein wenig Blut zurück ins Herz (negative Stromstärke im Diagramm: Inzisur) und es folgt der Schluss der Aortenklappe. Dies ist das Ende der Systole.

Nun folgt die Diastole. Diese besteht in der arteriellen Hämodynamik aus der Erschlaffungs- und Füllungsphase, wie auch bei der Herzdynamik, aber zusätzlich auch noch aus der Anspannungsphase. Dieser zählt in der Herzdynamik schon zur Systole.

Das Blut steht zunächst während der Diastole in der Aorta ascendens still. Der Druck in der Aorta sinkt nun kontinuierlich ab, bis er wieder niedriger ist als der Druck im linken Ventrikel und sich eine erneute Austreibungsphase anschließt, die das Blut weiter treibt.

Der Druck zu Beginn eines Pulses ist normalerweise so hoch wie am Ende der Diastole. Dieses wird als diastolischer Blutdruck (DAP) bezeichnet. Er wird beim Angeben des Blutdrucks als zweiter Wert genannt. Es ist also der niedrigste Druckwert während eines Pulszyklus, der in einer Arterie auftritt.

Der systolische Blutdruck (SAP) hingegen ist der höchste Druckwert, der während eines Pulszyklus in einer Arterie auftritt.

Die Blutdruckamplitude ist die Differenz zwischen SAP und DAP. Der mittlere Blutdruck (MAP) ist der über einen Pulszyklus gemittelte Druck.

Pulswellen

Das Herz wirft nicht kontinuierlich Blut in die Aorta aus, sondern in rhythmischen Abständen. Dies erzeugt Pulswellen, die sich von der Aorta in das arterielle Gefäßsystem ausbreitet mit der sogenannten Pulswellengeschwindigkeit.

Das Blut bewegt sich auf Grund von Druckdifferenzen im Gefäß fort. Fließt Blut aus dem Herz in die Aorta, so ist im Anfangsteil der Aorta ein höherer Druck als im folgenden Abschnitt. Das Blut fließt also in Richtung des geringeren Drucks. Nun steigt in diesem Abschnitt der Druck an. Und der Vorgang wiederholt sich immer wieder. Es kann als Speicherung und Entspeicherung von Blut angesehen werden, die sich kontinuierlich im Arteriensystem abspielt.

Die sich so fortpflanzende Pulswelle äußert sich in dreierlei Hinsicht:

  • Druckänderung (Druckpuls)
  • Stromstärkeänderung (Stromänderung)
  • Querschnittsänderung (Volumenpuls; dieser ist als Puls an den Arterien zu tasten)

Die Pulswellen unterscheiden sich in ihrer Form je nach dem wo sie abgeleitet werden, da es zu unterschiedlichsten Reflexionen und Überlagerungen kommen kann

Beliebte Fragen

Die Antworten befinden sich unterhalb der Quellenangaben.

1. Wie unterscheiden sich die Volumenelastizität (E‘) und das Volumenelastizitätsmodul (K)?

  1. E‘ = K x p
  2. Die Volumenelastizität ist relevanter, da hier auch das Ausgangsvolumen des Gefäßes berücksichtigt wird.
  3. K = E‘ x V
  4. Es gibt keinen Unterschied zwischen den beiden Größen, es sind lediglich unterschiedliche Bezeichnungen für die selbe Sache.

2. Welche Phase gehört nicht zur Systole bei der arteriellen Hämodynamik?

  1. Austreibungsphase
  2. Anspannungsphase
  3. Erschlaffungsphase
  4. Füllungsphase

3. Welcher Bestandteil der Pulswelle im arteriellen System ist als Puls am Körper tastbar?

  1. Volumenpuls
  2. Druckpuls
  3. Stromänderung
  4. Spannungspuls

 



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