II. Kreislaufregulation. Kreislaufregulation

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1 Kreislaufregulation Voraussetzungen In diesem Praktikum sollen einige Reaktionen des Herz-Kreislauf-Systems auf Änderungen der Körperlage und körperliche Arbeit untersucht werden. Für die Interpretation der Ergebnisse ist eine gute Kenntnis der entsprechenden Lehrbuchkapitel der Herz-Kreislaufphysiologie (Stichworte: Herznerven, FRANK-STARLING-Mechanismus, Kontraktilität, Windkesselfunktion der Aorta, peripherer Widerstand, Venensystem, Blutdruckregulation), der Arbeitsphysiologie (körperliche Belastung) und des vegetativen Nervensystems notwendig. Inhaltsübersicht 1. Blutdruck- und Pulsbestimmung in Ruhe 2. Stehversuch (Orthostase) 3. Kreislaufparameter bei Provokationstests 4. Kreislaufparameter bei körperlicher Arbeit 5. Bestimmung des Stop-Flow-Druckes 6. Venendruck-Messung Übungsablauf Einteilung in 3 Gruppen, die nacheinander die einzelnen Versuche durchführen. 1. Blutdruck- und Pulsbestimmung in Ruhe Es wird erwartet, dass jeder Teilnehmer die Blutdruckmessung zum Übungsende durchführen kann. Der Blutdruck im zentralen und peripheren Bereich des arteriellen Systems Die Druckschwankungen in den großen Gefäßen des Hochdrucksystems während einer Herzaktion werden durch die Angabe der Extremwerte, des systolischen und des diastolischen Blutdruckes, gekennzeichnet. Bei jungen Erwachsenen beträgt unter Normalbedingungen der systolische Blutdruck (P s ) ca. 120 mmhg ( 16,0 kpa) und der diastolische Blutdruck (P d ) ca. 80 mmhg ( 10,5 kpa); die Blutdruckamplitude (P s -P d ) beträgt somit ca. 40 mmhg ( 5,5 kpa). Die Blutdruckamplitude wird im Wesentlichen durch die Größe des Schlagvolumens und die elastischen Eigenschaften der Gefäße beeinflusst. Arterielle Hypertonie Epidemiologische Untersuchungen haben gezeigt, dass die Morbidität und Mortalität bei kardiovaskulären Erkrankungen um so größer sind, je höher der Blutdruck ist (koronare Herzkrankheit mit Angina pectoris oder Myokardinfarkt, linksventrikuläre Hypertrophie, Herzinsuffizienz, chronische Nierenerkrankung, periphere arterielle Verschlusskrankheit, Schlaganfall). Voraussetzung für die Diagnose und die Beurteilung der Schwere einer Hypertonie sind mindestens 3 Blutdruckmessungen an 2 verschiedenen Tagen. Dabei soll der Blutdruck nach 2-3 Minuten im Sitzen oder Liegen unter Ruhebedingungen gemessen werden. Eine Hypertonie liegt vor, wenn der Blutdruck bei wiederholten Messungen in Ruhe systolisch über 140 mmhg 1

2 und/oder diastolisch über 90 mmhg erhöht ist. In der Altersgruppe der 35- bis 65jährigen haben in Deutschland > 50 % bei Gelegenheitsmessungen solche Werte. (Klassifikation in Tabelle 1). Tabelle 1a: Klassifikation normaler und erhöhter Blutdruckwerte (gemäß WHO) Kategorie systolisch diastolisch optimal <120 <80 normal <130 <85 hochnormal Hypertonie Grad 1 (leicht) Hypertonie Grad 2 (mäßig) Hypertonie Grad 3 (schwer) isolierte systolische Hypertonie 140 < 90 Tabelle 1b: Blutdruckwerte bei Kindern und Jugendlichen (Deutsche Hochdruckliga 2010) Alter (Jahre) systolisch diastolisch Beginn Hypertonie Neugeborene / / / / / 80 > / 85 Methodik der Blutdruckmessung nach RIVA-ROCCI (RR) Die luftleere Manschette wird ca. 2,5 cm über der Ellenbeuge fest angelegt, so dass das aufblasbare Gummiteil den gesamten Oberarm umschließt (bei Oberarmumfängen über 38 cm ergeben sich mit der Normalmanschette regelmäßig zu hohe Blutdruckwerte). Der Arm soll bei der Messung leicht gebeugt sein und in Herzhöhe liegen. Um die Höhe des systolischen Druckes abzuschätzen, wird der Manschettendruck unter Palpation des Radialispulses auf einen Wert aufgepumpt, der ca. 30 mmhg oberhalb des Manometerdruckes liegt, bei dem der Radialispuls verschwindet. Anschließend wird der Manschettendruck um 2 bis 3 mmhg pro Sekunde verringert und gleichzeitig die A. brachialis in der Ellenbeuge auskultiert. Beim ersten KOROTKOFF- Geräusch wird der systolische Blutdruck-Wert abgelesen. Die Werte sind (leitliniengerecht) auf 2 mmhg genau anzugeben! Der diastolische Wert wird abgelesen, wenn die Geräusche deutlich leiser werden. 2

3 1.1. Blutdruckmessung im Sitzen Bestimmen Sie den Blutdruck am rechten und linken Arm (abwechselnd und jeweils 2mal). Ergebnis: Blutdruck Amplitude syst. diast. Rechter Arm 1. Messung 2. Messung Mittelwert Linker Arm 1. Messung 2. Messung Mittelwert Notieren und erklären Sie, welche Ursachen Seitendifferenzen haben könnten. 2. Kreislaufreaktion bei Orthostase (Stehversuch) Beim Übergang vom Liegen zum Stehen sinkt der zentrale Venendruck. Füllungsdruck, diastolische Füllung und Schlagvolumen verringern sich zunächst rechts- und anschließend auch linksventrikulär (FRANK-STARLING-Mechanismus). Durch die Gravitationskraft steigt der Druck in den Beinvenen und sie speichern mehr Volumen. Dadurch verbleibt dieses Volumen (1/2 Liter) in diesen Gefäßen und fehlt in den großen intrathorakalen. Es kommt zunächst zu einem Blutdruckabfall. Diese Frühphase kann unter Praktikumsbedingungen nicht erfasst werden, da innerhalb weniger Sekunden eine Gegenregulation erfolgt. Die sich daran anschließende Spätphase ist Gegenstand des Praktikumsversuches. Im Vergleich zum Liegen ergeben sich in der kompensierten Steh-Phase normalerweise folgende Veränderungen: systolischer Blutdruck: 0 (± 5 mmhg) diastolischer Blutdruck: + 5 mmhg Herzfrequenz: + 15 bis 20 min -1 Schlagvolumen: - 30 %. Durchführung: Es werden benötigt: Versuchsperson, Messperson für den Blutdruck, Messperson für die Herzfrequenz, Protokollant. Die Versuchsperson liegt auf dem Kipptisch auf dem Rücken. Der Versuch beginnt nach einer 3minütigen Entspannungsphase. Bei der liegenden Person werden 3mal in Abständen von je 1 min Blutdruck und Herzfrequenz gemessen. Anschließend wird die Versuchsperson aufgerichtet. Herzfrequenz und Blutdruck werden weiterhin im Minutenabstand gemessen. Nach der 5. Messung wird die Versuchsperson wieder hingelegt, und die Messungen werden 4 min fortgesetzt. 3

4 Ergebnis: Herzfrequenz Blutdruck Amplitude (min -1 ) syst. diast. Liegen 1. min 2. min 3. min sofort Stehen 1. min 2. min 3. min 4. min 5. min _ Liegen sofort 1. min 2. min 3. min 4. min _ 4

5 Beurteilen Sie Ihre Ergebnisse: 1. Warum steigt die Herzfrequenz? 2. Warum steigt der diastolische Druck? 3. Was geschieht mit der Druckamplitude? 3. Kreislaufparameter bei unterschiedlichen Provokationstests Mit Hilfe des Finapress -Gerätes wird Blutdruck, Herzfrequenz und Herzminutenvolumen kontinuierlich gemessen. Die Manschette zur Druckmessung wird am Mittelfinger so angebracht, dass die Schläuche auf der ventralen Seite liegen. Die Messeinheit wird mittels des Bandes am Unterarm fixiert und am Oberarm wird durch den Klettverschluss nach vorheriger Kalibration die Wassersäule, die dem hydrostatischen Druckausgleich dient, fixiert. Vor jeder Provokation wird eine 5minütige Kontrollmessung durchgeführt. Die verschiedenen Manöver werden durch Markierungen in der Software gekennzeichnet, so dass eine nachfolgende Auswertung möglich ist Valsalva Manöver Nach einer 5minütigen Ruhephase wird ein VALSALVA-Manöver durchgeführt. Hierbei wird gegen die verschlossene Stimmritze forciert ausgeatmet, wodurch sich der intrathorakale Druck erhöht. Wie ändert sich der Blutdruck während des Manövers und nach Beendigung, also nach Wiederherstellung der Atmung? Was geschieht mit der Herzfrequenz? Welche Reflexe sind hier beteiligt? 5

6 3.2. Eiswasser Provokationstest Nach einer 5minütigen Ruhephase wird die Hand, an der die Blutdruckmessung nicht durchgeführt wird, bis zum Knöchel in Eiswasser getaucht. Notieren Sie die Zeit, die dies toleriert wird, und beobachten Sie die Änderungen des Blutdrucks und der Herzfrequenz. Erklären Sie die Phänomene Statische Muskelanspannung Nach einer 5minütigen Kontrollphase soll eine isometrische Muskelanspannung in Beinen und dem nicht an der Messung beteiligten Arm durchgeführt werden. Hierzu werden die Beine bis zur Waagerechten angehoben und mit der Hand ein mit Wasser gefülltes Gefäß angehoben. Bei der isometrischen Anspannung soll der Proband nicht den Atem anhalten, sondern kontinuierlich weiteratmen. Notieren Sie die Zeit, wie lange diese Provokation durchgeführt werden kann, und beobachten Sie wiederum die Änderung der Kreislaufparameter. Erklären Sie die Phänomene. 4. Blutdruck und Herzfrequenz bei körperlicher Arbeit Muskelarbeit führt zu einer lokalen Durchblutungssteigerung, die als funktionelle oder aktive Hyperämie bezeichnet wird. Die lokale Durchblutungssteigerung kommt durch metabolische Faktoren zustande, die eine Kopplung der Durchblutung an den Bedarf ermöglichen. Die lokale Regulation bewirkt eine Senkung des totalen peripheren Widerstandes und würde somit zu einem Abfall des Blutdrucks führen. Damit dies nicht geschieht, wird das sympathische Nervensystem im Vorweg aktiviert. Der erhöhte Sympathikotonus führt zu einer Vergrößerung des Herzminutenvolumens durch Steigerung der Herzfrequenz und der Kontraktionskraft. Gleichzeitig kommt es zu einer Vasokonstriktion, v.a. im Gastrointestinaltrakt, die dazu beiträgt, dass das Blut vermehrt dem arbeitenden Muskel zur Verfügung gestellt wird. Die Erhöhung der Kontraktionskraft des Herzens geht meist mit einer Zunahme des Schlagvolumens einher, die dann zu einer Erhöhung des systolischen Blutdrucks führt. Der diastolische Druck ist bei dynamischer Arbeit meist unverändert, da er vom Abstrom des Blutes in die Peripherie während der Diastole abhängt. Durch die Absenkung des totalen peripheren Widerstandes ist dies besser möglich als in Ruhe, so dass der diastolische Druck meist nicht ansteigt. Dieses ist bei statischer Arbeit anders, da die lang dauernde Muskelspannung die Blutgefäße abdrückt, die Absenkung des totalen peripheren Widerstandes verhindert und eine adäquate Perfusion nicht zulässt. Gleichzeitig wird durch die Sympathikusaktivierung der Tonus in der glatten Muskulatur der Kapazitätsgefäße erhöht, so dass der Blutrückstrom zum rechten Herzen begünstigt wird. Zusätzlich wird dies durch die Effekte der Atmung und der rhythmischen Kontraktion der Skelettmuskulatur unterstützt. Im Anschluss an die Belastung kehrt der Blutdruck innerhalb weniger Minuten zu den Ruhewerten zurück. Die Pulsfrequenz erreicht nach mäßiger körperlicher Belastung im Normalfall nach spätestens 5 min ihren Ausgangswert. Zur Charakterisierung der körperlichen Leistungsfähigkeit wird häufig die Erholungspulssumme (= Anzahl der Herzschläge, die nach der Belastung über dem Ruheniveau liegt) herangezogen. Während leichter körperlicher Belastung nimmt die Herzfrequenz in Abhängigkeit vom Trainingszustand und dem Belastungsgrad zu. Die Atemfrequenz ist erhöht. 6

7 Achtung! Die Untersuchung darf nicht an Personen durchgeführt werden, die an einer hämodynamischen Störung leiden. Durchführung: (mit dem Finapress - System) Herzfrequenz (min -1 ) Blutdruck syst. diast. Herzminutenvolumen (ml) 3 min Sitzen auf dem Fahrradergometer je 2 min Treten mit 25 W Belastungszunahme Ausgangslast: 25 W Höchstlast: 200 W (vorheriger Abbruch bei Erschöpfung oder Herzfrequenz > 180 min -1 ) 25 W: 50 W: 75 W: 100 W: 125 W: 150 W: 175 W: 200 W: Die Ergebnisse werden in folgendes Diagramm eingetragen. 220 RR HF (min -1 ) Belastung (W)

8 5. Bestimmung des Stop-Flow-Druckes Mithilfe des DOPPLER-Ultraschall-Gerätes wird der Fluss in der Arterie akustisch kontrolliert. Nach Auftragen des Ultraschallgels wird mit der Messsonde die A. radialis aufgesucht erkennbar an einem scharfen Geräusch während der Systole. Nun wird eine am Oberarm angebrachte Manschette über den systolischen Druck aufgeblasen. Notieren Sie den Druck, an dem das Geräusch verschwindet, und lassen Sie den Druck langsam ab. Wie ändert sich das DOPPLER- Signal? Nach einer kurzen Ruheperiode wird das Gefäß erneut aufgesucht, die Manschette nun zügig über den systolischen Druck aufgeblasen und für 5 min die Blutzufuhr unterbrochen. Lassen Sie nun rasch den Druck aus der Oberarmmanschette ab, und beurteilen Sie das Geräusch. Was hat sich verändert? Welche Variablen und physiologischen Vorgänge verursachen diese Änderungen? Nun wird der Stop-Flow-Druck an der Fußarterie (A. dorsalis pedis) untersucht. Bestimmen Sie den Druck, der mit einer Manschette in der Mitte der Wade aufgebracht werden muss, um den Fluss zu unterbrechen. Diese Untersuchung wird zunächst im Liegen und dann am stehenden Probanden durchgeführt. Nach der Messung am stehenden Probanden wird an diesem Probanden im Stehen der Blutdruck am Oberarm gemessen. Vergleichen Sie die Werte, und erklären Sie Ihre Beobachtungen. 8

9 Seminarthemen Kreislaufregulation 1. Biophysikalische Parameter, die die Höhe des Blutdrucks determinieren 2. Baroreflex und akute Blutdruckregulation 3. Regulationsmechanismen des Kreislaufsystems bei körperlicher Arbeit 9