Physiologie des Blutkreislaufs

Das Blut fließt in einem geschlossenen, kontinuierlichen Kreislauf durch das Herz, die Arterien Arterien Arterien, Kapillaren Kapillaren Kapillaren und Venen Venen Venen. Es kann dabei zwischen einem Hochdruck- und einem Niederdrucksystem unterschieden werden. Im großen Kreislauf wird der Körper mit oxygeniertem Blut versorgt, während der kleine Kreislauf der erneuten Oxygenierung des Bluts dient. So können eine dauerhafte, angemessene Perfusion und Mikrozirkulation gewährleistet werden. Der Aufbau und die Mechanik von Gefäßen ist dabei sehr komplex, um den Anforderungen an die jeweiligen Gegebenheiten gerecht zu werden. Die Strömungslehre beinhaltet viele Begrifflichkeiten, auf die in diesem Artikel näher eingegangen wird, darunter u. a. die Volumenstromstärke, den Gefäßwiderstand, die Druckdifferenz, den mittleren arteriellen Blutdruck (MAD), das Herzzeitvolumen Herzzeitvolumen Herzmechanik (HZV) und den totalen peripheren Widerstand (TPR). Der Körper besitzt einige Mechanismen, die dazu dienen, den MAD und den TPR zu regulieren, die im Folgenden thematisiert werden. Merkmale der arteriellen Hämodynamik sind mitunter die Windkesselfunktion und Pulswellen.

Aktualisiert: 18.04.2023

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

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Aufbau des Blutkreislaufs

Der Blutkreislauf bildet ein geschlossenes System und besteht aus mehreren Komponenten:

  • 2 Ventrikel: Aufrechterhaltung der Druckdifferenz
  • 2 Aterien
  • In Reihe oder parallel geschaltete Blutgefäße
Blutkreislauf

Überblick des Kreislaufsystems im menschlichen Körper

Bild: „Cardiovascular Circulation“ von philschatz. Lizenz: CC BY 4.0

Blutkreislauf

  • Dauer für einmaliges Durchlaufen des Kreislaufs: 60 Sekunden
  • Großer Kreislauf (Körperkreislauf): Beginn im linken Ventrikel, Ende im rechten Ventrikel (Ziel: Versorgung des Körpers mit oxygeniertem Blut)
  • Kleiner Kreislauf (Lungenkreislauf): Beginn im rechten Ventrikel, Ende im linken Ventrikel (Ziel: Oxygenierung des Bluts)
  • Ventriculus cordis sinistrum (oxygeniertes Blut) → Aorta → Arterien Arterien Arterien → Arteriolen → Kapillaren Kapillaren Kapillaren (Stoffaustausch via Diffusion) → Venolen → Venen Venen Venen → V. cava sup./inf. → Atrium cordis dextrum → Ventriculus cordis dextrum → Truncus pulmonalis → Lungen → Vv. pulmonales → Atrium cordis sinistrum

Aufbau und Mechanik von Gefäßen

Aufbau

  • 3-schichtige Wand (von innen nach außen):
    • Intima: Endothel, Basalmembran Basalmembran Syndrom der dünnen Basalmembran, Elastica interna
    • Media:
      • Dickste Schicht
      • Größtenteils bestehend aus elastischen Fasern und glatter Muskulatur
      • Je nach Anteilen von elastischen Fasern (herznahe Aterien) und glatter Muskulatur (herzferne Aterien)
    • Adventitia: bindegewebige Schicht mit kollagenen und teilweise elastischen Fasern

Mechanik

Volumenelastizität (E‘):

  • Verhältnis der Druckänderung (ΔP) zur zugehörigen Volumenänderung (ΔV)
$$ E’ = \frac{\Delta P} {\Delta V} $$
  • Je größer die Volumenelastizität eines Gefäßes, desto steifer bzw. desto größer der Druckanstieg bei Füllung
  • Abhängigkeit von mechanischen Eigenschaften des Gefäßes und vom Ausgangsvolumen
  • Volumenelastizitätsmodul K: Bei kleinem Volumen hat die gleiche Volumenänderung eine größere Druckänderung zur Folge, als bei einem großen Ausgangsvolumen.
$$ K = \frac{\Delta P} {\Delta V} \times V = E’ \times V $$

Elastizitätsmodul (E):

  • Spannungsänderung (Δq) durch das Verhältnis der Längenänderung (Δl) zur absoluten Länge eines Muskelstreifens (l), der gedehnt wird (Hookesches Gesetz)
$$ E = \frac{\Delta q} {\frac{\Delta l} {l}} $$
  • Arterien Arterien Arterien:
    • Schwankung des Elastizitätmoduls:
      • Kleine Dehnung: 0,1 MPa
      • Starke Dehnung: 1 MPa
    • Kein linearer Anstieg, da zunächst nur die kurzen Fasern gespannt werden und bei steigendem Blutdruck auch die langen Fasern
  • Venen Venen Venen:
    • Geringeres Elastizitätsmodul als im arteriellen System aufgrund eines geringeren Blutdrucks
    • Kollabieren der Venen Venen Venen möglich, wenn der Druck im Interstitium zu groß und der Druck in den Venen Venen Venen zu gering ist

Tangentiale Wandspannung von Gefäßen:

$$ \sigma t = transmuraler Druck \times \frac{Innenradius} {Wanddicke} $$

Strömungslehre des Blutkreislaufs

Überblick

  • Blutfluss innerhalb eines geschlossenen, kontinuierlichen Kreislaufs durch das Herz, die Arterien Arterien Arterien, Kapillaren Kapillaren Kapillaren und Venen Venen Venen
  • Volumenstromstärke: Bewegung eines bestimmten Blutvolumens durch das Gefäßsystem über eine bestimmte Zeiteinheit (z. B. ml pro Minute)
  • Hämodynamik: physikalischen Prinzipien, die die Volumenstromstärke steuern
    • Druckdifferenz zwischen zwei Punkten
    • Gefäßwiderstand
Hinweis: Diese Animation hat keinen Ton.

Ohmsches Gesetz

Das Ohmsche Gesetz ist eine wichtige Grundformel der Physik. Eine Ableitung des Ohmschen Gesetzes kann verwendet werden, um die Volumenstromstärke zu berechnen.

Ohmsches Gesetz:

$$I= \frac{U}{R} $$

Stromstärke (I): Fluss geladener Teilchen
Spannung (U): Konzentrationsunterschied geladener Teilchen an 2 verschiedenen Punkten
Widerstand (R): Widerstand gegen den aktuellen Stromfluss

Verhältnis der Stromstärke (Elektronenfluss) innerhalb eines geschlossenen Systems:

  • Direkt proportional zur Spannung
  • Umgekehrt proportional zum Widerstand

Ohmsches Gesetz angewendet auf das Herz-Kreislauf-System:

$$Q= \frac{Δ P}{R} $$

Volumenstromstärke (Q): Volumen einer Flüssigkeit, das pro Zeiteinheit fließt
Druckdifferenz (ΔP): Druckänderung zwischen 2 verschiedenen Punkten (d. h. ΔP = P1 ‒ P2)
Strömungswiderstand (R): Widerstand gegen den Blutfluss

Volumenstromstärke

Definition: Volumen einer Flüssigkeit, das pro Zeiteinheit fließt

  • Verursacht durch ΔP zwischen 2 Punkten (ohne ΔP → keine Strömung)
  • 2 Strömungsarten: laminar und turbulent
  • Laminare Strömung:
    • Glattwandige Gefäße: reibungsloser Durchfluss eines Volumens durch das Gefäß
    • Strömungsgeschwindigkeit:
      • Mitte des Gefäßes: am schnellsten (weniger Reibung)
      • Gefäßwände: am langsamsten (mehr Reibung)
    • Zylindrische „Schichten“ mit unterschiedlichen Volumenstromstärken
    • Charakteristisch für gesunde Gefäße
  • Turbulente Strömung (hörbar als „Nonnensausen“):
    • Unregelmäßige Verwirbelung von Flüssigkeit im Gefäß
    • ↑ Kontakt mit Gefäßwänden → ↑ Reibung → ↑ Widerstand
    • → ↓ Volumenstromstärke bei gegebenem ΔP (im Vergleich zu laminarer Strömung)
    • Auftreten bei:
      • Zu viel Druck für ein bestimmtes Gefäß
      • Stenose im Gefäß
      • Atherosklerotische Gefäße

Gefäßwiderstand

Definition:

  • Kräfte, die der Strömung entgegenwirken
  • Verursachung durch Reibung zwischen dem sich bewegenden Blut und den Gefäßwänden

Exkurs Hagen-Poiseuille-Gesetz:

$$ Q = \frac{r^{4}\pi \Delta P} {8\eta l} $$

Q: Volumenstromstärke
ΔP: Druckdifferenz
r: Gefäßradius
l: Gefäßlänge
η: Viskosität (Zähflüssigkeit des Blutes, Quotient aus Schubspannung (τ = Kraft/Fläche) und Geschwindigkeitsgradient (Pa x s))

Adaptiertes Hagen-Poiseuille-Gesetz (zusätzliche Berücksichtigung des Ohmschen Gesetzes):

$$ R = \frac{8\eta l} {\pi r^{4}} $$

R: Gefäßwiderstand
r: Gefäßradius
l: Gefäßlänge
η: Viskosität (Zähflüssigkeit des Blutes, Quotient aus Schubspannung (τ = Kraft/Fläche) und Geschwindigkeitsgradient (Pa x s))

Viskosität:

  • Zähflüssigkeit des Blutes
  • Faktoren, die die Viskosität beeinflussen:
    • Erythrozytenzahl
    • Albuminspiegel
    • Hydratationsstatus
  • ↑ Viskosität bei: Polyzythämie, Hyperalbuminämie und Dehydratation
  • ↓ Viskosität bei: Anämie Anämie Anämie: Überblick und Formen, Hypoalbuminämie und ausreichender Flüssigkeitszufuhr
  • Relativ gleichbleibend innerhalb des Individuums → Unfähigkeit des Körpers, die Volumenstromstärke durch Anpassung der Viskosität schnell zu regulieren

Gefäßlänge:

  • Je länger das Gefäß, desto größer die kumulative Reibung
  • Keine Regulierung der Gefäßlänge möglich

Gefäßradius:

  • Erheblicher Einfluss auf den Widerstand
  • Starke Regulation durch glatte Muskulatur glatte Muskulatur Arten von Muskelgewebe innerhalb der Gefäßwände
  • ↑ Gefäßradius → ↓ Blut in Kontakt mit der Gefäßwand → ↓ Reibung → ↓ Gesamtwiderstand → ↑ Volumenstromstärke
  • Vasokonstriktion: Radius Radius Unterarm
  • Vasodilatation: Radius Radius Unterarm

Druckdifferenz (ΔP)

Definition: Druckunterschied zwischen zwei Punkten

  • Beeinflussung der Richtung des Blutflusses (Blutfluss von Hochdruck → Niederdruck)
  • Bei konstanter Volumenstromstärke (Versuch des Körpers, diese aufrechtzuerhalten) und Gefäßwiderstand ↑ (z. B. Vasokonstriktion) → ΔP ↑
  • Differentialdiagnose: Enge Gefäße bei Atherosklerose Atherosklerose Atherosklerose = ↑ Blutdruck
  • Arten von physiologischem ΔP:
    • Systemisch: arterieller Druck > venöser Druck
    • Lokal: proximaler Gefäßdruck > distaler Gefäßdruck
Druck in Abhängigkeit von Durchfluss und Widerstand

Druck in Abhängigkeit von Volumenstromstärke und Gefäßwiderstand:
Der Druck steht in direktem Zusammenhang mit der Volumenstromstärke und dem Gefäßwiderstand. Wenn entweder die Volumenstromstärke oder der Gefäßwiderstand ansteigt, steigt der Druck proportional an.
ΔP (Druckdifferenz) = R (Gefäßwiderstand) x Q (Volumenstromstärke)

Bild von Lecturio.

Dehnbarkeit (Compliance)

Definition: Ausmaß, das sich ein Gefäß ausdehnen kann, ohne den Druck signifikant zu erhöhen

  • Venöse Compliance > arterielle Compliance
  • 60–80 % des gesamten Blutvolumens im venösen Kreislauf befindlich
  • Compliance:
$$ C = \frac{\Delta V} {\Delta P} $$

C: Compliance
ΔV: Volumenänderung
ΔP: Druckänderung

Strömungsgeschwindigkeit

  • Zurückgelegte Strecke der Blutkörperchen pro Zeiteinheit
$$ V_{m} = \frac{\Delta s} {\Delta t} $$
  • Umgekehrt proportional zum Gefäßradius (d. h. Zunahme der Geschwindigkeit, wenn der Durchmesser abnimmt)
  • Unterschied zwischen Geschwindigkeit und Volumenstromstärke:
    • Geschwindigkeit: Distanzeinheit pro Zeiteinheit
    • Volumenstromstärke: Volumeneinheit pro Zeiteinheit
    • Differentialdiagnose: Zunahme der Geschwindigkeit, jedoch nicht der Volumenstromstärke, durch die Klappe bei stenotischen Klappen (kleinerer Durchmesser)
  • Zusammenhang zwischen Volumenstromstärke und Geschwindigkeit:
    • Volumenstromstärke = (Geschwindigkeit) x (Querschnittsfläche des Gefäßes)
    • Volumenstromstärke = (Geschwindigkeit) x (πr2)
Zusammenhang zwischen Strömung und Geschwindigkeit

Beziehung zwischen Volumenstromstärke und Geschwindigkeit:
Die Geschwindigkeit ist umgekehrt proportional zur Fläche. Wird der Radius des Zylinders (r) halbiert, erhöht sich die Geschwindigkeit um das 4-fache.
Q: Volumenstromstärke (Englische Abkürzung F)
vm: Strömungsgeschwindigkeit (Englische Abkürzung V)
A: Querschnittsfläche
r: Radius

Bild von Lecturio.

Kontinuitätsbedingung

  • Bei konstanter Volumenstromstärke nimmt die Strömungsgeschwindigkeit mit zunehmendem Querschnitt ab.
  • Q = (Δs/Δt) x ΔA = vm x A bzw. v= Q/A

Niederdrucksystem und Hochdrucksystem

Niederdrucksystem

  • Komponenten:
    • Alle Venen Venen Venen des Körperkreislaufs
    • Rechtes Herz
    • Lungengefäße
    • Atrium cordis sinistrum
    • Ventriculus cordis sinistrum während der Diastole Diastole Herzzyklus
  • Blutdruck ca. 20 mmHg
    • Höchster Druck in peripheren Venen Venen Venen mit 15–20 mmHg
    • Absinken im Liegen mit zunehmender Herznähe
    • Stehen: Berücksichtigung des hydrostatischen Drucks (Druck in Fußvenen am höchsten)
  • Zentraler Venendruck (ZVD): mittlerer Druck in den großen herznahen Venen Venen Venen (entspricht ca. dem Druck im Atrium cordis dextrum)
  • Gewährleistung des Rückflusses zum Herzen durch:
    • Gliederung der peripheren Venen Venen Venen in Muskellogen
    • Venenklappen
  • Venenpuls:
  • Größter physiologischer Druckabfall: Durchtritt der V. cava inf. durch das Diaphragma Diaphragma Zwerchfell (Diaphragma) wegen erhöhtem Widerstand durch die enge Durchtrittsstelle
  • Indifferenzebene:
    • 5–10 cm unterhalb des Diaphragmas
    • Blutdruck von der Körperlage der Person unabhängig
  • Orthostase: Volumenverlagerung des Blutes in die Beinvenen
    • Reduktion von venösem Rückstrom, ZVD, Schlagvolumen und SBP
    • Folge: Erhöhung von TPR und Herzfrequenz Herzfrequenz Herzphysiologie (HF)
Eine normale EKG-Kurve (oben) und Druckkurven der Jugularven (JV) (unten)

Physiologische EKG-Kurve (oben) und Venenpulskurve des zentralen Venendrucks (unten)

Bild: „Figure 1“ von Emily J. Lam Po Tang, Amir HajiRassouliha, Martyn P. Nash, Poul M. F. Nielsen, Andrew J. Taberner und Yusuf O. Cakmak. Lizenz: CC BY 4.0

Hochdrucksystem

  • Komponenten:
  • Blutdruck zwischen 70 und 120 mmHg
  • Hauptfunktion: Perfusion der Organe

Mikrozirkulation

  • Komponenten:

Stoffaustausch

  • Stoffaustausch zwischen Blut und Interstitium im Kapillarnetz
  • Diffusion lipidlöslicher Stoffe wie Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid durch die Plasmamembranen der einschichtigen Kapillaren Kapillaren Kapillaren
    • Durchblutungslimitierter Austausch: je geringer die Kapillardurchblutung, desto geringer der Stoffaustausch
  • Wasserlösliche Stoffe und Wasser: Porine nötig
  • Notwendigkeit eines Konzentrationsgefälles
    • Zunächst erhöhter Filtrationsdruck im arteriellen Schenkel
    • Filtrationsgeleichgewicht auf dem Weg zum venösen Schenkel
    • Anstieg der transmuralen Druckdifferenz gegen Ende des venösen Schenkels → von außen nach innen gerichteter effektiver Filtrationsdruck
    • Effektiver Filtrationsdruck:
$$ P_{eff} = \Delta P – \Delta \pi = \left ( P_{Kap} + \pi _{Gew} – P_{Gew} – \pi _{Kap} \right ) $$

P: hydrostatischer Druck
π: kolloidosmotischer Druck
Gew: Gewebe
Kap: Kapillaren Kapillaren Kapillaren

  • Starling-Filtrationsformel: filtriertes Volumen pro Zeiteinheit Jv (Einbeziehung des Filtrationskoeffizienten (K= hydraulische Leitfähigkeit*Austauschfläche))
    • Jv = Peff × Kf = (PKap + πGew − PGew − πKap) × Kf
    • Filtration: Jv > 0
    • Reabsorption: Jv < 0
  • Etwas weniger Reabsorption als Filtration im menschlichen Körper: Aufnahme der übrigen Flüssigkeit von frei endenden Lymphgefäßen und Rückführung in den Blutkreislauf über den linken Venenwinkel in den Ductus thoracicus
Kapillarer Austausch

Kapillarer Austausch

Bild: „Capillary Exchange“ von philschatz. Lizenz: CC BY 4.0

Mittlerer arterieller Blutdruck (MAD)

Gleichungen für den mittleren arteriellen Blutdruck

Der MAD ist der durchschnittliche systemische arterielle Blutdruck.

$$ MAD = \left ( HZV \times TPR \right ) + ZVD $$

HZV: Herzzeitvolumen Herzzeitvolumen Herzmechanik (Schlagvolumen x Herzfrequenz Herzfrequenz Herzphysiologie)
TPR: totaler peripherer Widerstand
ZVD: zentraler Venendruck (nahe 0; oft vernachlässigt)

  • Näherungsweise Verwendung des systolischen Blutdrucks (Englisches Akronym: SBP) und des diastolischen Blutdrucks (Englisches Akronym: DBP):
    • Längere Dauer der Diastole Diastole Herzzyklus als der Systole Systole Herzzyklus → größerer Beitrag des DBP zum MAD als des SBP zum MAD
    • Gleichung: MAD ≅ [⅓ (SBP ‒ DBP)] + DBP
  • Niedrigster Pulsdruck am Ende der Diastole Diastole Herzzyklus: DBP (ca. 80 mmHg)
  • Höchster in der Systole Systole Herzzyklus erreichter Druck: SBP (ca. 120 mmHg)
  • Blutdruckamplitude = SBP – DBP
  • Abnahme des MAD mit Erreichen der Widerstandsgefäße (terminale Arterien Arterien Arterien und Arteriolen), die durch Vasokonstriktion/Vasodilatation den totalen peripheren Widerstand beeinflussen können
Kartenzyklus

Mittlerer arterieller Blutdruck während des gesamten Herzzyklus
MAD: mittlerer arterieller Blutdruck (Englische Abkürzung MAP)
P: Druck
Sys: systolisch
Dias: diastolisch

Bild von Lecturio.

Faktoren, die den MAD beeinflussen

Der MAD wird hauptsächlich durch HZW und TPR beeinflusst:

HZV = HF x Schlagvolumen (SV)

Hauptsächliche Beeinflussung des TPR durch:

  • Gefäßanatomie:
    • Anordnung von Gefäßen in Reihe oder parallel
    • Anatomie der Gefäßwände
  • Lokale Mediatoren, die von Gefäßwänden sezerniert werden
  • Multiple neurohumorale Faktoren
Akteure, die den mittleren arteriellen Druck beeinflussen

Faktoren, die den mittleren arteriellen Blutdruck beeinflussen
MAD: mittlerer arterieller Blutdruck (Englische Abkürzung MAP)
HZV: Herzzeitvolumen (Englische Abkürzung CO)
TPR: totaler peripherer Widerstand
SV: Schlagvolumen
HF: Herzfrequenz (Englische Abkürzung HR)

Bild von Lecturio.

Gefäßanatomie, die den mittleren arteriellen Blutdruck beeinflusst

Die Gefäßanatomie hat erhebliche Auswirkungen auf den TPR, der sich direkt auf den MAD auswirkt.

Anordnung von Gefäßen in Reihe oder parallel

  • Reihenschaltung:
    • Blutfluss nacheinander durch die Gefäße: Addition des Widerstands entlang der Länge aller Gefäße
    • Beispiel: Widerstand entlang eines einzelnen Weges von Aorta → große Arterie → Arteriole → einzelne Kapillare
    • Gesamtwiderstand (Rg) = R1 + R2 + R3
  • Parallelschaltung:
    • Mehrere Fließrichtungen an Gefäßabzweigungen möglich
    • Vergrößerung der Gesamtfläche, durch die Blut fließen kann, auch wenn die einzelnen Gefäße einen kleineren Durchmesser haben
    • Abnahme des Widerstands mit jeder verfügbaren Gefäßabzweigung
    • Beispiel: Änderung des Widerstands, wenn sich das Blut weiter vom Herzen entfernt:
      • Blutfluss aus der Aorta (ein einzelnes Gefäß) → alle Kapillaren Kapillaren Kapillaren im systemischen Kreislauf (Millionen von Leitungsbahnen)
      • Querschnittsfläche der Aorta: ca. 3–5 cm2
      • Querschnittsfläche aller Kapillaren Kapillaren Kapillaren zusammen: ca. 4.500–6.000 cm2
    • Gesamtwiderstand für parallel geschaltete Gefäße: 1/Rg = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
  • Beispiel:
    • Angenommen: Kreislauf mit 3 Widerstandspunkten mit jeweils 10 (willkürliche Einheit)
    • Reihenschaltung: Rg = 10 + 10 + 10 = 30
    • Parallel: 1/Rg = 1/10 + 1/10 + 1/10 → 1/Rg = 3/10 → Rg = 3,3
    • Hinzufügen eines 4. Kreislaufs:
      • Reihenschaltung: Erhöhung des Widerstands auf 40
      • Parallelschaltung: Reduktion des Widerstands auf 2,5
Gefäßkreislauf

Links: Gefäßkreislauf in Reihenschaltung mit 3 verschiedenen Widerstandspunkten
Rechts: Gefäßkreislauf in Parallelschaltung

Bild von Lecturio.

Anatomie der Gefäßwände

Gefäße:

  • Unterschiedliche Funktionen an verschiedenen Stellen des Kreislaufs, beispielsweise:
    • Pulsdämpfung: Aorta
    • Blutverteilung im Körper: Aorta, große Arterien Arterien Arterien
    • Widerstand (Regulation von Druck und Volumenstromstärke): kleine Arterien Arterien Arterien und Arteriolen
    • Gas-, Nährstoff- und Abfallstoffaustausch: Kapillaren Kapillaren Kapillaren
    • Sammlung von Blutvolumen: Venolen
    • Compliance (Speicherung des Blutvolumens): Venolen, Venen Venen Venen und Vena cava
  • Je nach Funktion unterschiedlich viel glatte Muskulatur glatte Muskulatur Arten von Muskelgewebe in der Wand
  • Verschiedene Durchmesser

Druckverteilung:

  • Kontinuierliches Absinken des Drucks beim Kreislauf durch den Körper zurück ins Herz → ΔP als Antrieb für einen Vorwärtsfluss des Bluts durch den Kreislauf
  • Arterien Arterien Arterien: Wände dicker aufgrund mehr glatter Muskulatur
    • Schutz vor hohen Drücken
    • Fähigkeit, die Volumenstromstärke zu kontrollieren
  • Kapillaren Kapillaren Kapillaren:
    • Kapillarbetten als Parallelkreisläufe
    • Minimaler Widerstand, der niedrigere Drücke ermöglicht
    • Dickere Wände durch vermehrte Muskulatur nicht erforderlich zum Schutz vor hohem Druck
    • Gasaustausch durch dünne Wände
    • Druck am Ende der Arteriolen höher als am Ende der Venolen → Blutfluss durch die Kapillaren Kapillaren Kapillaren
  • Venen Venen Venen:
    • Dehnung der Venen Venen Venen (Compliance) durch dünnere Wände möglich
    • Niedrigste Drücke
Entsprechende intraluminale Drücke

Entsprechende intraluminale Drücke: Der intraluminale Druck sinkt, wenn das Blut vom arteriellen zum venösen System fließt.

Bild von Lecturio.

Lokale Faktoren, die den mittleren arteriellen Blutdruck beeinflussen

Endothelzellen, die die Blutgefäße auskleiden, können eine Reihe von Mediatoren ausschütten, die eine Vasodilatation oder Vasokonstriktion bewirken. Das Ändern des Gefäßradius ändert den TPR, der den MAD ändert.

Vasokonstriktion

  • Auftreten bei Erhöhung des intrazellulären Calciumspiegels (Ca2+), der für die Kontraktion der Myofilamente (Aktin und Myosin) innerhalb der Muskelzellen erforderlich ist
    • Bindung von Ca2+ an Calmodulin
    • Aktivierung der Myosin-leichte-Ketten-Kinase (MLCK)
    • Phosphorylierung von Myosin
    • Interaktion von Aktin und Myosin
  • Faktoren, die das intrazelluläre Ca2+ erhöhen:
    • Endotheline
    • Thromboxane
    • Angiotensin II
    • Trauma

Vasodilatation

  • Faktoren, die eine Vasodilatation bewirken:
    • ↓ Intrazelluläre Ca2+-Spiegel
    • ↑ Myosin-leichte-Ketten-(Englisches Akronym: MLC)-Phosphatase-Aktivität → ↑ Dephosphorylierung von kontrahiertem Aktin → Relaxation
  • Produktion von NO bei gesteigerter Schubspannung τ (Erkennung durch Endothelzellen):
    • Synthese durch
      • Endotheliale NO-Synthase (eNOS) in Endothelzellen (hauptsächlich)
      • Neuronale NO-Synthase (nNOS) in parasympathischen Neuronen Neuronen Nervensystem: Histologie
    • Stimulation der Guanylylcyclase (GC) durch NO
    • GC: Umwandlung von Guanosintriphosphat (GTP) in zyklisches Guanosinmonophosphat (cGMP)
    • cGMP → ↓ intrazelluläres Ca2+ und ↑ MLC-Phosphatase-Aktivität → Vasodilatation
  • Produktion von Prostacyclin:
    • Synthese durch Cyclooxygenase (COX)-Enzyme
    • ↑ cAMP-Spiegel
    • cAMP → ↓ intrazelluläres Ca2+ und ↑ MLC-Phosphatase-Aktivität → Vasodilatation
  • Faktoren, die die Produktion von NO und/oder Prostacyclin stimulieren:
    • Acetylcholin
    • ATP
    • Substanz P
    • Bradykinin
    • Thrombin
    • Histamin
    • Bakterielle Endotoxine
    • Scherkräfte
Chemische Wege führen zur Produktion von Stickoxid

Chemische Wege führen zur Produktion von Stickstoffmonoxid, das letztendlich zur Entspannung der glatten Muskulatur und zur Vasodilatation führt.
GTP: Guanosintriphosphat
Gq: Gq-Protein
GC: Guanylylcyclase
cGMP: zyklisches Guanosinmonophosphat
Ca2+: Calcium

Bild von Lecturio.

Überblick über neurohumorale Faktoren, die den mittleren arteriellen Blutdruck beeinflussen

Auswirkungen auf das arterielle System

Neurohumorale Faktoren können sowohl das HZV als auch den TPR beeinflussen. Zu ihnen gehören:

  • Stimulation durch das autonome Nervensystem Nervensystem Nervensystem: Aufbau, Funktion und Erkrankungen:
    • Sympathische Stimulation: ↑ HZV und TPR → ↑ MAD
    • Parasympathische Stimulation: ↓ HZV und TPR → ↓ MAD
  • Dehnungssensoren am Sinus caroticus beidseits, Aortenbogen und Truncus brachiocephalicus → Barorezeptorreflex Barorezeptorreflex Regulation des arteriellen Blutdrucks:
    • Messung der Drücke und Anpassung des HZV, um die Blutdruckhomöostase aufrechtzuerhalten
    • ↑ RR: ↑ Aktionspotentialfrequenz → Verarbeitung in der rostro ventrolateralen Medulla oblongata Medulla Oblongata Hirnstamm → Vagusstimulation
      • ↓ HF
      • ↓ RR
      • ↓ TPR
    • ↓ RR: ↓ Aktionspotentialfrequenz → Hemmung der Vagusaktivität → ↑ Sympathikus
      • ↑ HF
      • ↑ SV
      • Vasokonstriktion
  • Zirkulierende Katecholamine:
    • Vasokonstriktion über α1-Rezeptoren
    • Sekretion vom Nebennierenmark ins Blut
    • Ähnlicher Effekt wie sympathische Stimulation: ↑ HZV und TPR → ↑ MAD
    • Hormone Hormone Endokrines System: Überblick:
      • Adrenalin
      • Noradrenalin
  • RAAS:
    • Hauptmechanismus zur Kontrolle von Na+ und Wasserhaushalt im Körper
    • Aktivierung des RAAS → ↑ Na+– und Wasserretention durch die Nieren Nieren Niere → ↑ Blutvolumen → ↑ Vorlast Vorlast Herzmechanik → ↑ HZV → ↑ MAD
  • Antidiuretisches Hormon (ADH, Vasopressin):
    • Bindung an Rezeptoren Rezeptoren Rezeptoren der glatten Muskelzellen der Gefäße → Vasokonstriktion (außer im Gehirn und den Koronarien, dort Dilatation)
    • Sekretion von ADH aus der Neurohypophyse → ↓ Wasserausscheidung → ↑ Blutvolumen → ↑ HZV → ↑ MAD
  • Natriuretische Peptide Natriuretische Peptide Regulation des arteriellen Blutdrucks:

Auswirkungen auf das venöse System

Neurohumorale Faktoren (hauptsächlich über das autonome Nervensystem Nervensystem Nervensystem: Aufbau, Funktion und Erkrankungen) können die venöse Compliance beeinflussen, was wiederum die Vorlast Vorlast Herzmechanik und damit das HZV und den MAP beeinflussen kann:

  • Konstriktion der Venen Venen Venen → ↓ venöse Compliance → ↑ venöser Rückfluss zum Herzen → ↑ Vorlast Vorlast Herzmechanik → ↑ HZV → ↑ MAD
  • Dilatation der Venen Venen Venen → ↑ venöse Compliance → ↓ venöser Rückfluss zum Herzen → ↓ Vorlast Vorlast Herzmechanik → ↓ HZV → ↓ MAD
Veränderungen des venösen Tonus und der Einfluss der Kapazität

Veränderungen des venösen Tonus und die Auswirkung auf die Compliance
VSMC: vaskuläre glatte Muskelzelle

Bild von Lecturio.

Arterielle Hämodynamik

Windkesselfunktion der Aorta

  • Mechanismus: Speicherung eines Teils des Volumens in der Querschnittserweiterung (im Rahmen der Kontraktion des linken Ventrikels)
  • Ziel: Gewährleistung eines kontinuierlichen Blutflusses
  • Systole Systole Herzzyklus: Druckanstieg im Blutgefäßsystem kleiner als in einem starren Rohrsystem
  • Diastole Diastole Herzzyklus (Druckverringerung in der Aorta): Zusammenziehen der Aorta und Auspressen des gespeicherten Blutvolumens

Druckpuls, Strompuls und Querschnitts- oder Volumenpuls

  • Zusammensetzung der Pulswelle aus 3 Komponenten:
    • Druckpuls: Kurve mit Blutdruckverlauf während Systole Systole Herzzyklus und Diastole Diastole Herzzyklus
    • Strompuls: Kurvendarstellung der Strömungsgeschwindigkeit
    • Querschnitts-/Volumenpuls: pulsbedingte Variation des Volumens in einem Gefäßabschnitt
  • Pulswellengeschwindigkeit: 5 m/s (vgl. Strömungsgeschwindigkeit 0,2 m/s)
  • Strompuls in distalen Abschnitten der Aorta: frühdiastolische Rückstromphase und eine sich anschließende Vorwärtsströmung: Abnahme der Rückstromamplitude nach distal
  • Merkmale einer Druckpulskurve:

Pulswellengeschwindigkeit (PWG)

  • Zunahme nach distal, Ursachen:
    • Reduktion des Verhältnisses von Wanddicke zu Innenradius
    • Veränderter Wandbau kleiner Arterien Arterien Arterien und Arteriolen (erhöhtes Elastizitätsmodul der peripheren Arterien Arterien Arterien)
  • PWG = √(Eh/2rp)
    • E = Elastizitätsmodul
    • h = Wanddicke
    • r = Innenradius
    • p = Druck
  • Differentialdiagnose: Zunahme des Elastizitätsmoduls im Alter mit konsekutive höherer Pulswellengeschwindigkeit

Klinische Relevanz

Die nachstehenden Informationen erläutern sowohl Faktoren, die den Blutdruck bestimmen, als auch wie sich das Blut durch den Körper bewegt. Die grundlegenden Themen sind entscheidend, um zu verstehen, wie und warum sich der Körper an verschiedene Situationen anpasst, um eine angemessene Perfusion aufrechtzuerhalten.

  • Arterielle Hypertonie Hypertonie Arterielle Hypertonie: chronisch erhöhter Blutdruck im arteriellen System. Die erhöhten Drücke sind auf schmalere Gefäße (d. h. kleineren Radius Radius Unterarm) zurückzuführen. Der Druck kann empfindlichere Kapillaren Kapillaren Kapillaren schädigen, was besonders in den Nieren Nieren Niere und Augen problematisch ist. Darüber hinaus ist die arterielle Hypertonie Hypertonie Arterielle Hypertonie ein Zustand anhaltend erhöhter Nachlast Nachlast Herzmechanik, bei dem das Herz stärker pumpen muss, um das gleiche Blutvolumen auszustoßen, um die Flussmenge aufrechtzuerhalten. Daher ist die arterielle Hypertonie Hypertonie Arterielle Hypertonie ein Hauptrisikofaktor sowohl für Herzerkrankungen als auch für periphere Gefäßerkrankungen. Die Therapie besteht aus einer Kombination verschiedener Hypertensiva.
  • Hämorrhagie: übermäßiger Blutverlust, der zu einer Verringerung des Blutvolumens und zu einer Reduktion von Vorlast Vorlast Herzmechanik, Schlagvolumen, Herzzeitvolumen Herzzeitvolumen Herzmechanik, MAD und infolgedessen zu einer Reduktion der Perfusion lebenswichtiger Organe führt. Um die Perfusion aufrechtzuerhalten, versucht der Körper, den MAD zu erhöhen, indem er das HZV durch Erhöhung der Herzfrequenz Herzfrequenz Herzphysiologie und Kontraktilität erhöht und durch Vasokonstriktion den TPR erhöht. Intravenöse Volumengaben und/oder Bluttransfusionen können helfen, das Blutvolumen wiederherzustellen.
  • Arteriosklerose: Verengung von Blutgefäßen durch Ablagerungen. Risikofaktoren sind hier das Alter, das männliche Geschlecht, aber auch Bewegungsmangel, Rauchen, Adipositas Adipositas Adipositas, erhöhtes Cholesterin Cholesterin Cholesterinstoffwechsel und Bluthochdruck. Die Arteriosklerose verläuft zunächst symptomfrei, kann jedoch zu Folgeerkrankungen wie Infarkten, also dem Absterben von Gewebe infolge einer Durchblutungsstörung, führen. Therapiert wird meist mit einer Ernährungsumstellung, ausreichend Bewegung, Gerinnungshemmern oder operativen Gefäßaufdehnungen oder Bypässen.
  • Varizen (Krampfadern): Bildung bei kongenitaler Bindegewebsschwäche. Es handelt sich um erweiterte Venen Venen Venen, die meist im Subkutangewebe der unteren Extremitäten erkennbar sind. Bei längerem Sitzen oder Stehen wird das Blut nicht von der Muskelpumpe Richtung Herzen drainiert und sammelt sich in den Beinen an. Das führt zur Dehnung der Venen Venen Venen. Ist der Wandbau gestört, kann die Dehnung so weit stattfinden, dass die Venenklappen nicht mehr schließen können. Es kommt zum Blutstrom entgegen dem Herz durch die Schwerkraft. Das Blut kann durch Anastomosen der tiefen Venen Venen Venen mit den oberflächlichen in diese strömen und normal abfließen. Die oberflächlichen Venen Venen Venen sind daher stärker belastet als im Normalfall und treten sichtbar hervor. Zur Therapie kommen bei schwächeren Formen Kompressionsstrümpfe und kalte Umschläge zum Einsatz. Ist die Varikosis zu weit fortgeschritten werden die betroffenen Venen Venen Venen operativen entfernt.
  • Thrombose: intravasales Blutgerinnsel, das Gefäße verstopfen und damit zur Unterversorgung des anliegenden Gewebes führen kann. Es wird zwischen venösen und arteriellen Thrombosen unterschieden. Ursachen für Thrombosen sind Schädigungen des Endothels, Bettlägerigkeit, Blutbildungsstörungen und Veränderung von Gerinnungsfaktoren. Der Thrombus kann entweder an seinem Entstehungsort das Gefäß blockieren oder sich lösen und dann in Form einer Embolie einen Gefäßverschluss verursachen. Venöse Thrombosen führen häufiger zu Lungenembolie Lungenembolie Lungenarterienembolie (LAE), während arterielle Thrombosen für gewöhnlich zu Herz- oder Hirninfarkten führen. Um eine Thrombose zu verhindern, werden Gerinnungshemmer Gerinnungshemmer Medikamente gegen die pulmonale Hypertonie gegeben und bei Immobilität Kompressionsstrümpfe angelegt.
  • Schock Schock Schock: Überblick: Missverhältnis zwischen Sauerstoffangebot und Sauerstoffbedarf. Es kann eine Unterscheidung in hypovolämische, kardiogene, anaphylaktische und septische Schocks gemacht werden, die sich alle in ihrer Ätiologie unterscheiden. In erster Linie muss die Ursache behoben werden. Weitere Therapieverfahren variieren von der Schockform.

Quellen

  1. Mohrman, D. E., & Heller, L. J. (2018). Overview of the cardiovascular system. Cardiovascular physiology, 9. Auflage. New York, NY: McGraw-Hill Education. https://www.accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1153946098
  2. Mohrman, D. E., & Heller, L. J. (2018). Vascular control. Cardiovascular physiology, 9. Auflage. New York, NY: McGraw-Hill Education. https://www.accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1153946722
  3. Mohrman, D. E., & Heller, L. J. (2018). Regulation of arterial pressure. Cardiovascular physiology, 9. Auflage. New York, NY: McGraw-Hill Education. https://www.accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1153946898
  4. Baumann, B. M. (2016). Systemic hypertension. In J. E. Tintinalli, et al (Eds.). Tintinalli’s emergency medicine: A comprehensive study guide, 8. Auflage. New York, NY: McGraw-Hill Education. https://www.accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1121496251
  5. Klabunde R. E. (2021). Cardiovascular Physiology Concepts. https://www.cvphysiology.com/ (Zugriff am 10.06.2021)
  6. Saladin, K. S., Miller, L. (2004). Anatomy and physiology. (3. Auflage. S. 753–760).
  7. Hexal (2022). Das Kreislaufsystem. https://www.hexal.de/patienten/ratgeber/herz-kreislauf/kreislaufsystem (Zugriff am 05.02.2023)

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Simon Veiser

Simon Veiser beschäftigt sich seit 2010 nicht nur theoretisch mit IT Service Management und ITIL, sondern auch als leidenschaftlicher Berater und Trainer. In unterschiedlichsten Projekten definierte, implementierte und optimierte er erfolgreiche IT Service Management Systeme. Dabei unterstützte er das organisatorische Change Management als zentralen Erfolgsfaktor in IT-Projekten. Simon Veiser ist ausgebildeter Trainer (CompTIA CTT+) und absolvierte die Zertifizierungen zum ITIL v3 Expert und ITIL 4 Managing Professional.

Dr. Frank Stummer

Dr. Frank Stummer ist Gründer und CEO der Digital Forensics GmbH und seit vielen Jahren insbesondere im Bereich der forensischen Netzwerkverkehrsanalyse tätig. Er ist Mitgründer mehrerer Unternehmen im Hochtechnologiebereich, u.a. der ipoque GmbH und der Adyton Systems AG, die beide von einem Konzern akquiriert wurden, sowie der Rhebo GmbH, einem Unternehmen für IT-Sicherheit und Netzwerküberwachung im Bereich Industrie 4.0 und IoT. Zuvor arbeitete er als Unternehmensberater für internationale Großkonzerne. Frank Stummer studierte Betriebswirtschaft an der TU Bergakademie Freiberg und promovierte am Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe.

Sobair Barak

Sobair Barak hat einen Masterabschluss in Wirtschaftsingenieurwesen absolviert und hat sich anschließend an der Harvard Business School weitergebildet. Heute ist er in einer Management-Position tätig und hat bereits diverse berufliche Auszeichnungen erhalten. Es ist seine persönliche Mission, in seinen Kursen besonders praxisrelevantes Wissen zu vermitteln, welches im täglichen Arbeits- und Geschäftsalltag von Nutzen ist.

Wolfgang A. Erharter

Wolfgang A. Erharter ist Managementtrainer, Organisationsberater, Musiker und Buchautor. Er begleitet seit über 15 Jahren Unternehmen, Führungskräfte und Start-ups. Daneben hält er Vorträge auf Kongressen und Vorlesungen in MBA-Programmen. 2012 ist sein Buch „Kreativität gibt es nicht“ erschienen, in dem er mit gängigen Mythen aufräumt und seine „Logik des Schaffens“ darlegt. Seine Vorträge gestaltet er musikalisch mit seiner Geige.

Holger Wöltje

Holger Wöltje ist Diplom-Ingenieur (BA) für Informationstechnik und mehrfacher Bestseller-Autor. Seit 1996 hat er über 15.800 Anwendern in Seminaren und Work-shops geholfen, die moderne Technik produktiver einzusetzen. Seit 2001 ist Holger Wöltje selbstständiger Berater und Vortragsredner. Er unterstützt die Mitarbeiter von mittelständischen Firmen und Fortune-Global-500- sowie DAX-30-Unternehmen dabei, ihren Arbeitsstil zu optimieren und zeigt Outlook-, OneNote- und SharePoint-Nutzern, wie sie ihre Termine, Aufgaben und E-Mails in den Griff bekommen, alle wichtigen Infos immer elektronisch parat haben, im Team effektiv zusammenarbeiten, mit moderner Technik produktiver arbeiten und mehr Zeit für das Wesentliche gewinnen.

Frank Eilers

Frank Eilers ist Keynote Speaker zu den Zukunftsthemen Digitale Transformation, Künstliche Intelligenz und die Zukunft der Arbeit. Er betreibt seit mehreren Jahren den Podcast „Arbeitsphilosophen“ und übersetzt komplexe Zukunftsthemen für ein breites Publikum. Als ehemaliger Stand-up Comedian bringt Eilers eine ordentliche Portion Humor und Lockerheit mit. 2017 wurde er für seine Arbeit mit dem Coaching Award ausgezeichnet.

Yasmin Kardi

Yasmin Kardi ist zertifizierter Scrum Master, Product Owner und Agile Coach und berät neben ihrer Rolle als Product Owner Teams und das höhere Management zu den Themen agile Methoden, Design Thinking, OKR, Scrum, hybrides Projektmanagement und Change Management.. Zu ihrer Kernkompetenz gehört es u.a. internationale Projekte auszusteuern, die sich vor allem auf Produkt-, Business Model Innovation und dem Aufbau von Sales-Strategien fokussieren.

Leon Chaudhari

Leon Chaudhari ist ein gefragter Marketingexperte, Inhaber mehrerer Unternehmen im Kreativ- und E-Learning-Bereich und Trainer für Marketingagenturen, KMUs und Personal Brands. Er unterstützt seine Kunden vor allem in den Bereichen digitales Marketing, Unternehmensgründung, Kundenakquise, Automatisierung und Chat Bot Programmierung. Seit nun bereits sechs Jahren unterrichtet er online und gründete im Jahr 2017 die „MyTeachingHero“ Akademie.

Andreas Ellenberger

Als akkreditierter Trainer für PRINCE2® und weitere international anerkannte Methoden im Projekt- und Portfoliomanagement gibt Andreas Ellenberger seit Jahren sein Methodenwissen mit viel Bezug zur praktischen Umsetzung weiter. In seinen Präsenztrainings geht er konkret auf die Situation der Teilnehmer ein und erarbeitet gemeinsam Lösungsansätze für die eigene Praxis auf Basis der Theorie, um Nachhaltigkeit zu erreichen. Da ihm dies am Herzen liegt, steht er für Telefoncoachings und Prüfungen einzelner Unterlagen bzgl. der Anwendung gern zur Verfügung.

Zach Davis

Zach Davis ist studierter Betriebswirt und Experte für Zeitintelligenz und Zukunftsfähigkeit. Als Unternehmens-Coach hat er einen tiefen Einblick in über 80 verschiedene Branchen erhalten. Er wurde 2011 als Vortragsredner des Jahres ausgezeichnet und ist bis heute als Speaker gefragt. Außerdem ist Zach Davis Autor von acht Büchern und Gründer des Trainingsinstituts Peoplebuilding.

Wladislav Jachtchenko

Wladislaw Jachtchenko ist mehrfach ausgezeichneter Experte, TOP-Speaker in Europa und gefragter Business Coach. Er hält Vorträge, trainiert und coacht seit 2007 Politiker, Führungskräfte und Mitarbeiter namhafter Unternehmen wie Allianz, BMW, Pro7, Westwing, 3M und viele andere – sowohl offline in Präsenztrainings als auch online in seiner Argumentorik Online-Akademie mit bereits über 52.000 Teilnehmern. Er vermittelt seinen Kunden nicht nur Tools professioneller Rhetorik, sondern auch effektive Überzeugungstechniken, Methoden für erfolgreiches Verhandeln, professionelles Konfliktmanagement und Techniken für effektives Leadership.

Alexander Plath

Alexander Plath ist seit über 30 Jahren im Verkauf und Vertrieb aktiv und hat in dieser Zeit alle Stationen vom Verkäufer bis zum Direktor Vertrieb Ausland und Mediensprecher eines multinationalen Unternehmens durchlaufen. Seit mehr als 20 Jahren coacht er Führungskräfte und Verkäufer*innen und ist ein gefragter Trainer und Referent im In- und Ausland, der vor allem mit hoher Praxisnähe, Humor und Begeisterung überzeugt.

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