Stichwortverzeichnis zur Vorlesungsreihe:

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1 Stichwortverzeichnis zur Vorlesungsreihe: Anatomie/ Physiologie II, LB-BF-GP; LRS - UF HHW ; 1. Sem. Hörsaal + Zeit: Mo 9:15-10:00, ZHS HS 1; Do 15:15-16:00, ZHS Aula Dozent/in: Dozent/in: Dr. Thorsten SCHULZ Wichtiger Hinweis: Inhalte wurden sorgfältig zusammengestellt. Dennoch sind Fehler nicht völlig ausgeschlossen. Im Zweifel sind daher immer die Angaben in einem einschlägigen Lehrbuch der Anatomie und Physiologie maßgeblich!!! Thema: Herz-Kreislauf-System Blutkreislauf Der Blutkreislauf besteht aus zwei hintereinander geschalteten Hauptabschnitten: o großer Kreislauf oder Körper-(Organ-)kreislauf mit dem linken Ventrikel als Pumpe o kleiner Kreislauf oder Lungenkreislauf mit dem rechten Ventrikel als Pumpe Ferner unterscheidet man: o Hochdrucksystem: Linker Ventrikel in der Systole, die großen Arterien, die als Windkessel und als Zuleitungen für die Organe und Gewebe dienen sowie die kleinen Arterien, die den größten Teil des Strömungswiderstands bedingen. o Niederdrucksystem: Venen, Lungenstrombahn, beide Herzvorhöfe, rechter Ventrikel, linker Ventrikel in der Diastole; dient auch als Volumenreservoir. Lage und Ansicht des Herzens Vorhöfe (Vorhof = Atrium), Kammern (Kammer = Ventrikel), Vorhof- und Kammerseptum (Septum = Scheidewand), Truncus pulmonalis, Aorta, Lungenvenen, Koronararterien, Herzklappen Herzklappen an den Herzein- und -ausgängen (Ostien) Zwei Atrioventrikularklappen (Segelklappen) zw. Vorhof und Ventrikel, werden gespannt durch die Papillarmuskeln, an denen sie mit Sehnenfäden befestigt sind: 1

2 o Trikuspidalklappe liegt rechts, besitzt drei segelförmige Membranen. o Mitralklappe liegt links und besitzt zwei segelförmige Membranen. Zwei Taschen- oder Semilunarklappen (semilunar = halbmondförmig) an den Herzausgängen zum Truncus pulmonalis und zur Aorta. Erregungsprozesse im Herzen Autorhythmie des Herzens durch umgewandelte Muskelzellen (= myogen) mit der Fähigkeit zur spontanen Erregungsbildung. Synchrone Kontraktion durch elektrische Kopplung (in 70ms) der Herzmuskelzellen (Nexus = gap junctions). Erregungsbildungszentren: o Sinusknoten (Sinuatrial-Knoten): Primäres Erregungszentrum, Sinusrhythmus Impulse pro Minute, Erregungsausbreitung über die Vorhöfe mit 0,6-1,0m/s o AV-Knoten (Atrioventrikular-Knoten): Sekundäres Erregungszentrum. AV- Rhythmus Impulse pro Minute, geringere Reizleitung durch kleine Fasern (0,05-0,1m/s) gewährleistet Kammerkontraktion erst nach Vorhofkontraktion o His-Bündel: Aufteilung in zwei Kammerschenkel, welche bis an die Basis der Papillarmuskeln ziehen, Aufteilung in die Purkinje-Fasern. Tertiäres Erregungszentrum, Kammer-Rhythmus Impulse pro Minute, schnelle Reizleitung durch große Fasern (2-4m/s). Innervation des Herzens Efferente Innervation durch vegetatives Nervensystem: o Sympathikus: Noradrenalin erhöht Herzfrequenz o Nebennierenmark: Adrenalin erhöht Herzfrequenz o Parasympathikus: Acetylcholin wirkt hemmend auf die Herzfrequenz Vegetatives Nervensystem wirkt modulierend: o chronotrop: Auswirkung auf die Herzfrequenz (chronos [gr.] = Zeit) o dromotrop: Auswirkung auf die Geschwindigkeit der atrioventrikulären Erregungsüberleitung am AV-Knoten (dromos [gr]. = Lauf) o inotrop: Auswirkungen auf die Kontraktionskraft (inos [gr.] = Kraft) Herzfrequenzen: Neugeborenes: ca. 130 Schläge/min Kind: ca. 90 Schläge/min, Hf max Erwachsener: ca Schläge/min, Hf max ca. 200 (20 Jahre); ca. 160 (60 Jahre) Bradykardie: Hf < 60/min Tachykardie: Hf > 100/min 2

3 Maximal mögliche Herzfrequenz o Neurologisch: Refraktärzeit der erregungsleitenden Systeme: atriale Herzmuskelzellen: 200ms ventrikuläre Herzmuskelzellen: 300ms Purkinje-Faser: 400ms (entspricht Hf 150/min = Frequenzfilter) o Funktionell: ab Frequenzen von ca kommt es zu einer möglichen Reduktion des Herzminutenvolumens aufgrund der verkürzten Diastole Folge: Reduktion der kardialen Leistungsfähigkeit o Kammerflatter/Kammerflimmern: Erregungsfrequenzen 250 und höher Ventrikelbewegungen ohne hämodynamische Wirkung Maximale Fließgeschwindigkeit des Blutes in der Lunge Diffussionskapazität: o Gasaustausch im gesunden Menschen: ca. 0,25-0,3sec (deutlich erhöht z.b. bei Asthmatikern) o Kontaktzeit der Erythrozyten an der Alveolarmembran: 0,7-0,75sec in Ruhe 0,4sec unter max. Belastung o Bei hoch trainierten Mittelstreckenläufern u.u. Kontaktzeit etwas geringere Gasaustauschzeit. o Folge: Missverhältnis aus Ventilation und Perfusion der Lunge = exercise induced aterial hypoxy Altersbedingte Abnahme der Herzfrequenz Vegetative Veränderung: o Verringertes beta-adrenerges Ansprechverhalten: keine Änderung der Ruhe Hf, unter Belastung nimmt Hf max deutlich ab (halber Schlag pro min und Jahr) o Kompensation z. T. über Erhöhung des Schlagvolumens o Abnahme der physischen Leistungsfähigkeit und der O 2 -Aufnahme im Alter eher durch Abnahme der Muskelmasse Weitere altersbedingte Störungen der Herztätigkeit: o Veränderungen am Erregungsleitungssystem (Kollagenisierung) o arteriosklerotische Veränderungen der Kronar- und anderer Arterien o fortschreitende Abnahme der elastischen Eigenschaften der Gefäße 3

4 Phasen der Herzaktion Systole Systole Diastole Anspannungsphase Austreibungsphase Füllungsphase Offen - Aorten- und Pulmonalklappe AV- (Segel-) Klappen (Taschenklappen) Geschlossen AV- (Segel-) Klappen Aorten- und Pulmonalklappe AV- (Segel-) Klappen Aorten- und Pulmonalklappe (Taschenklappen) (Taschenklappen) Relaxation - - Myokard Kontraktion Myokard Myokard Gegen Ende der Füllungsphase Kontraktion der Vorhöfe Elektrokardiogramm (EKG) Der Herzmuskel enthält Millionen von Muskelfasern. In jeder einzelnen entsteht bei Erregung eine Spannungsänderung, deren Richtung und Größe sich durch einen Vektor darstellen lässt. Der Summenvektor lässt sich als Herzstromkurve (EKG = Elektrokardiogramm) ableiten. 12 Standardableitungen: o 6 Extremitätenableitungen (I, II und III, außerdem avr, avl und avf) o 6 Brustwandableitungen (V 1-6 ). Im EKG lassen sich Wellen, Zacken und Strecken unterscheiden: o P-Welle: Erregungsausbreitung über die Vorhöfe o PQ-Strecke: Vorhöfe gleichmäßig erregt o PQ-Intervall: 0,12-0,18s = Dauer von Vorhof- bis Beginn der Ventrikelerregung o QRS-Komplex: Kammeraufschwung, leicht überlagert durch Erregungsrückbildung des Vorhofes o ST-Strecke: Ventrikel-Myokard gleichmäßig erregt o T-Welle: Erregungsrückbildung des Myokards o U-Welle: nicht immer vorhanden, und noch unklar, vermutlich auch Erregungsrückbildung im Myokard Herzgröße und -leistungen Gewicht / Volumen / rel. Herzvolumen pro KG Normalwerte (Gewicht / Volumen / rel. Herzvolumen pro KG) o Frau: 280g / 500ml / 9,5ml/kg KG o Mann: 320g / 750ml / 10,5ml/kg KG Sportherz (Gewicht / Volumen / rel. Herzvolumen pro KG) o Frau: 500g / 1100ml / 12ml/kg KG 4

5 o Mann: 600g / 1700ml / 13ml/kg /KG Extrema (rel. Herzvolumen pro KG): o Langstreckenläufer: 15,5ml/kg KG o Radfahrer: 20ml/kg KG Schlagvolumen (V s ): ml Herzzeitvolumen (HZV): HMV = Hf/min mal Schlagvolumen o in Ruhe ca. 4,5-5l/min o unter Belastung bei Untrainierten bis ca l o bei Ausdauer-Leistungssportlern bis ca. 40l (bei Ausnahmeathleten auch mehr) Energiegewinnung: Der Herzmuskel gilt als ALLESFRESSER : Der Herzmuskel kann je nach Belastung nahezu alle körpereigenen Energieträger zur ATP-Synthese verwenden. Blutgefäßsystem (Übersicht) Arterien: A carotis communis sinistra/dextra, A subclavia sinistra/dextra, Aorta descendens, A renalis, A iliaca communis Venen: V jugularis, V subclavia dextra/sinistra, V cava superior, V cava inferior, V hepatica, V portae, V iliaca communis Bau der Arterienwand Dreischichtige Wand o Tunica intima bzw. Tunica interna oder Intima. Innere Schicht der Arterie. Intima wird von einem einschichtigen Endothel bedeckt o Tunica media, auch Media genannt. Mittlere Schicht der Arterie aus glatten Muskelzellen o Tunica externa bzw. Tunica adventitia: Äußere Schicht der Arterien, auch als Externa bzw. Adventitia bezeichnet. Externa besteht aus Bindegewebe und verbindet das Gefäß mit der Umgebung. Der typische Bauplan der Gefäße ist in einzelnen Gefäßabschnitten etwas abgewandelt: o Aorta: Ausgeprägte Muskulatur, viele elastische Fasern o Arterien: Deutliche 3 Schichten, ausgeprägte Muskulatur, zarte elastische Netze o Venen: Weitlumiger und dünnwandiger als Arterien, weniger Muskulatur, viele kollagene Fasern, z.t. Venenklappen 5

6 o Kapillaren: Endothel, Basalmembran und Perizyten (flache Zellen mit Ausläufern) Windkesselfunktion Das Phänomen der Druckwelle, die sich über die Arterien mit abnehmendem Druck bewegt, wird als Windkesselfunktion bezeichnet. Das Volumen, das der linke Ventrikel in der Systole auswirft, wird von der Aorta unter Wanddehnung aufgenommen. In der Diastole wird es durch die elastischen Rückstellkräfte der Aorta weiter befördert (Sinn: Dämpfung der rhythmischen Druck- und Stromschwankungen). Als Pulswelle tastbar: Pulswelle breitet sich sehr schnell über das elastische Gewebe der Arterienwand aus (0,2ms nach Beendigung der Systole erreicht die Druckwelle den Fußrücken). Der Blutfluss dagegen ist wesentlich langsamer: Aorta: ca. 30cm/s; Kapillaren: 2mm/s (Stoffaustausch). Bau und Funktion von Venen Venenklappen (Endothelduplikaturen) dienen als Ventile um ein Zurückfließen des Blutes zu verhindern. In der Nähe des Herzens wird das Blut aus den Venen zusätzlich angesaugt, da das Herz als Saug-Druck-Pumpe funktioniert. Herznahe großen Venen haben keine Venenklappen Muskelpumpe: Rückfluss des venösen Blutes wird unterstützt durch das rhythmische Arbeiten der Skelettmuskulatur (v. a. Wadenmuskulatur). Bau und Funktion von Kapillaren Im menschlichen Körper gibt es schätzungsweise 30 bis 40 Milliarden Kapillaren, im Ruhezustand findet auf 300m 2 Fläche Stoffaustausch statt. Wenn nötig können bis zu 1000m 2 Austauschfläche aktiviert werden. Die Gesamtlänge aller Gefäße im menschlichen Körper beträgt ca km! Die Wand der Kapillaren besteht lediglich aus dem Endothel und der Basalmembran. Diese hauchdünne Wand ist die Voraussetzung für den erfolgreichen Stoffaustausch. o in Ruhe: sind nur etwa 3-5 % der vorhandenen Kapillaren offen o bei Ausdauerbelastungen: werden sämtliche Kapillaren eröffnet und zusätzlich erweitert (30-50fache Erhöhung), diese gleichzeitige Kapillarerweiterung vergrößert die Gesamtoberfläche auf etwa das 100fache o avdo 2 (arteriovenöse Sauerstoffdifferenz) im ruhenden Skelettmuskel etwa 5 Vol.-% (etwa 25%ige Sauerstoffausschöpfung), bei maximaler Belastung Vol.-% (Untrainierte) bzw Vol.-% (Hochausdauertrainierte) diese Werte entsprechen einer Sauerstoffausschöpfung von etwa 50 bzw. 75% 6

7 Filtration und Reabsorption Größter Teil des Stoff- und Flüssigkeitsaustauschs erfolgt in den Kapillaren und postkapillären Venolen (große Austauschfläche!). Treibende Kräfte (Richtung): Hydrostatischer Druck in den Kapillaren (auswärts), kolloidosmotischer Druck im Interstitium (auswärts), kolloidosmotischer Druck im Plasma (einwärts), hydrostatischer Druck im Interstitium (einwärts). Aus allen Austauschgefäßen des Körpers (ohne Nieren) werden pro Tag 20 Liter abfiltriert. 18 Liter werden wieder resorbiert. Die restlichen 2 Liter erreichen das Blut über das Lymphsystem. o Vermehrte Filtration z. B. bei Vasodilatation (z. B. Wärme), erhöhtem venösen Druck (Rechtsherzschwäche), langem Stehen. o Vermehrte Reabsorption bei Vasokonstriktion (z. B: Kälte), Blutverlust, Blutdruckabfall, Wassermangel (=Dehydratation). Lymphgefäßsystem Die großen Lymphgefäße von Extremitäten und Hals ziehen mit den Blutgefäßen herzwärts. Die Lymphgefäße aus den unteren Extremitäten und dem Becken vereinigen sich zu den Trunci lumbales und bilden etwa auf Höhe LWK 1/2 die Cisterna chyli (sammelt auch Lymphe aus dem Darm). Daraus entsteht der Ductus thoracicus (Milchbrustgang), der die Lymphe aus der unteren Körperhälfte zurückführt. Er mündet in den linken Venenwinkel, wo sich V. jugularis interna und V. subclavia vereinigen. In den Verlauf der Lymphgefäße eingeschaltet sind Nodi lymphatici (Lymphknoten). Sie reinigen die Lymphe z. B. durch Phagozytose von Krankheitserregern; dienen außerdem als Aufenthaltsort für immunkompetente Zellen. Die Lymphgefäße beginnen im Kapillargebiet mit Lymphkapillaren (blind endend) Funktion: Aufnahme der interstitiellen Lymphflüssigkeit. Der Transport erfolgt über rhythmische Kontraktion glatter Muskelschicht, Klappensystem begünstigt den Lymphflüssigkeitstransport. Blutvolumenverteilung % Liter Arterielles System 15 0,8 große Arterien 6 0,3 kleine Arterien 9 0,5 Niederdrucksystem 85 4,6 Kapillaren (Körperkreislauf) 6 0,3 Venen (Körperkreislauf) 61 0,6 7

8 Lungenkreislauf 11 0,6 Herzhöhlen (Diastole) 7 0,4 Summe 100 5,4 Verteilung des Herzzeitvolumens in Ruhe und unter Belastung: Organ Prozent vom HZV - in Ruhe (5 Liter = 100 %) - unter Belastung (25 Liter = 100 %) Muskulatur 1000 ml; 20 % ml; 84 % Leber 1350 ml; 27 % 500 ml; 2 % Nieren 1100 ml; 22 % 250 ml; 1 % Gehirn 700 ml; 14 % 900 ml; 4 % Haut 300 ml; 6 % 600 ml; 2 % Herz 200 ml; 4 % 1000 ml; 4 % Andere 350 ml; 7 % 780 ml; 3 % Druckverteilung Blutdruck in Orthostase (aufrechter Stand) ohne Bewegung. Blutvolumenverschiebung in untere Extremitäten (ca. 500ml) beim Übergang vom Liegen ins Stehen. o Normwerte: systolisch/diastolisch 120/80 mmhg o Hypertonie: >140/90 mmhg Hydrostatische Indifferenzzone: Bereich, in dem sich der Druck zwischen Liegen und Stehen nicht ändert (ca. 11mmHg). Liegt etwa 5 bis 10 Zentimeter unterhalb des Zwerchfells. o In Venen: Kaum hydrodynamischer Druck, rein hydrostatischer Druck. o In Arterien: Unterhalb der hydrostatischen Indifferenzebene Addition von hydrodynamischem und hydrostatischem Druck. Oberhalb der hydrostatischen Indifferenzebene Subtraktion von hydrodynamischem und hydrostatischem Druck. Widerstand in den Blutgefäßen Strömung ist beeinflusst durch Durchmesser der Gefäße, Viskosität (Hämatokrit, Proteinkonzentration), Fließgeschwindigkeit, Oberflächenbeschaffenheit der Gefäßwände. Widerstände in unterschiedlichen Gefäßabschnitten: Auf Aorta, große Arterien und ihre Äste entfallen ca. 19% des Widerstandes, auf terminale Arterien und Arteriolen ca. 50%; auf Kapillaren 25%, Venolen 4% und die übrigen Veneabschnitte 3%. 8

9 Kurzfristige Blutdruckregulation Der Blutdruck hängt neben der Herzaktivität unter anderem vom totalen peripheren Widerstand (TRP) der Arteriolen ab und kann vom Körper reguliert werden durch Vasokonstriktion bzw. Vasodilatation, d.h. Kontraktion bzw. Relaxation glatter Gefäßmuskeln, die durch Hormone (Bradykinin, Prostaglandine, Katecholamine) oder Nervensignale (Sympathikus, Parasympatikus) kontrolliert werden können. Physischer und emotionaler Stress führen so z.b. zur Kontraktion der Gefäßmuskeln und damit zu höherem Blutdruck. Presso- bzw. Barorezeptoren im Aortenbogen und Karotissinus geben Nachricht an Kreislaufzentren im Stammhirn. Neurogen: Ruhetonus über sympathisch-adrenerge Varikositäten (Noradrenalin) Myogen: Reflexkontraktion der glatten Muskulatur aufgrund schneller Blutdruckänderungen (Bayliss-Effekt) Gleichmäßige Durchblutung (z.b. Niere/Gehirn), nicht Lunge und Haut Lokale Metabolite: Abhängig vom jeweiligen Organ: CO 2, Adenosin, Kalium, O 2 (in der Lunge konstriktorisch) Vasoaktive Substanzen: Wie Histamin, Serotonin, Prostaglandine (Rötung, Schwellung = Ödembildung) Hormonell: Adrenalin/Noradrenalin je nach Rezeptor (Konstriktion/Dilatation), Hormone des RAAS (siehe Volumenregulation) Endothelial: Freisetzung von NO bei erhöhter Schubspannung Langfristige Blutdruckregulation Längerfristige Blutdruck-Regulation über Blutvolumenausgleich über die Niere: o Druckdiurese: Erhöhung der Ausscheidung von Salz und Wasser bei Blutdruckanstieg o Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS): Sinkt der Blutdruck, wird Renin freigesetzt. Renin Angiotensin I/Angiotensin II (wirkt vasokonstriktorisch) Aldosteron (aus Nebennierenrinde, führt in der Niere zur Natrium- und Wasserretention). o Adiuretin (Antidiuretisches Hormon ADH oder Vasopressin): Aus der Neurohypophyse, führt zur Rückresorption von Wasser in der Niere und wirkt vasokonstriktorisch. o Natriuretische Peptide: Aus dem Vorhof des Herzens, Freisetzung durch Muskeldehnung, erhöhen die Ausscheidung von Salz und Wasser. Blutdruckmessung 9

10 Methode nach Riva Rocci (italienischer Arzt, ; Abkürzung für Blutdruck häufig RR ) und Korotkoff (russischer Arzt, ): 1.) Eine Manschette wird um den Oberarm gelegt und aufgepumpt. Übersteigt der Druck der Manschette den systolischen Blutdruck, ist unterhalb der Manschette mit dem Stethoskop über der Armarterie nichts zu hören. 2.) Langsam wird der Druck in der Manschette verringert. Fällt er unter den systolischen Druck, liegt aber immer noch über dem diastolischen Druck, ist ein pulssynchrones Geräusch zu hören, da nur während der systolischen Druckspitzen Blut fließt. 3.) Sinkt der Manschettendruck unter den systolischen Druck, verschwinden die Geräusche. 10