Einführung in die Anatomie und Physiologie für Nicht-Mediziner Sommersemester Kreislauf

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1 Einführung in die Anatomie und Physiologie für Nicht-Mediziner Sommersemester 2007, Gefäßsystem, Kapillaren, Blutdruck, Blutdruckregulation - wozu? Ein Erwachsener verbraucht etwa 0,25 Liter Sauerstoff pro Minute Der schnelle Transport dieser Menge ist nur durch Konvektion möglich, Diffusion wäre zu langsam und wird nur auf kurzen Strecken genutzt. Bei körperlicher Arbeit steigt der O 2 -Verbrauch auf das bis zu 20-fache Aufgabe des s ist in diesem Fall die Anpassung des Substanztransports an den örtlich und zeitlich wechselnden Bedarf. Transport von endogenen (vom Körper produzierten) Wirkstoffen vom Entstehungs- zum Wirkort Abstimmung von Organfunktionen durch Botenstoffe, (Hormone) Homöostase des Organismus Prof. C.Forster, Institut für Physiologie1, Universität Erlangen 1

2 Funktionsplan des Blutkreislaufs Niederdrucksystem Hochdrucksystem Blutvolumen: 5 l, davon 85% (4,2 l) im Niederdrucksystem, 15% (0,8 l) im Hockdrucksystem Volumenänderungen (Trinken!) betreffen fast ausschließlich das Niederdrucksystem (Infusion von 1 Liter erhöht das venöse Volumen um 995 ml, das arterielle um 5 ml) Verteilung von Gesamtquerschnitt, Stromstärke und Druck im Gesamtquerschnitt [cm 2 ] Blutdruck [mmhg] Strömungsgeschwindigkeit [cm/s] Abb: Deetjen Speckmann: Physiologie Prof. C.Forster, Institut für Physiologie1, Universität Erlangen 2

3 Regulation der Organdurchblutung Maximale Vasokonstriktion (X-fache Ruhedurchbl.) Maximale Durchblutung (X-fache Ruhedurchbl.) Regulation der Organdurchblutung - 1 Durch Veränderung ihres Durchmessers können die Gefäße die Organdurchblutung variieren Ohmsches Gesetz: I = Δp/R wobei: I = ΔV / Δt I: Stromstärke V: Blutvolumen Δp: Druckdifferenz R: Strömungswiderstand Der Strömungswiderstand R ist abhängig vom Gefäßradius r und der Gefäßlänge l nach: 8 η l R = r 4 π Hagen-Poiseuille-Gesetz Geringe Änderungen des Gefäßdurchmessers bewirken starke Änderungen in der Stromstärke: I ~ r 4 Prof. C.Forster, Institut für Physiologie1, Universität Erlangen 3

4 Regulation der Organdurchblutung - 2 Gefäß-Eigenschaften helfen bei der Regulation der Organdurchblutung Stromstärke [ΔV / Δt] Gefäße mit passiver Dehnung (Lunge, Aorta) Starres Rohr: I=Δp/R Organ-Arterien mit Autoregulation Druck Δp Autoregulation durch Gefäßverengung ( R ) führt trotz Druckanstieg zu nahezu konstanter Durchblutung des nachgeschalteten Organs? Aufgepaßt? Richtig oder falsch... 1) Bei körperlicher Arbeit steigt der O 2 -Verbrauch auf das bis zu 20-fache 2) Das Blutvolumen im Niederucksystem ist weitgehend konstant 3) Bei Herzstillstand verteilt sich das Blutvolumen etwa gleich auf den venösen und arteriellen Anteil 4) Der Strömungswiderstand eines Gefäßes ist proportional der 4. Potenz seines Radius 5) Im Bereich der Kapillaren ist der Gesamtquerschnitt am größten und die Strömungsgeschwindigkeit am kleinsten Prof. C.Forster, Institut für Physiologie1, Universität Erlangen 4

5 Terminale Strombahn Merkmale von Kapillaren Verbindungen zwischen Arterien und Venen Aufgabe: arterieller Kapillarschenkel filtriert Wasser und Nährstoffe ins Gewebe, venöser Schenkel reabsorbiert Stoffwechselprodukte: Ernährung des Gewebes Kapillaren bilden je nach Gewebe ein unterschiedliche dicht geknüpftes Netz: Gewebe mit hohem Sauerstoffbedarf (Muskel, Niere) besitzen dichtes Netz Gewebe mit niedrigem Sauerstoffbedarf haben wenig Kapillaren Keine Kapillaren besitzen Augenlinse, Hornhaut, Herzklappen, Knorpel Großer Gesamtquerschnitt bei minimaler Strömungsgeschwindigkeit Kapillarwand ist porös begünstigt Stoffaustausch: nur aus Endothel (fenestriert) und dünner Basalmembran bestehend = Porenfilter (semipermeable Membran) Substanzen bis zu einer bestimmten Molekülgröße können Poren frei passieren. Prof. C.Forster, Institut für Physiologie1, Universität Erlangen 5

6 Filtration und Reabsorption an einer Kapillare Druckverhältnisse an der Kapillare P c : Hydrostatischer Druck in der Kapillare: mmhg P is : Hydrostatischer Druck im Interstitium: 0-5 mmhg π Pl : Onkotischer Druck im Plasma: 20 mmhg π IS : Onkotischer Druck im Interstitium: 0-2 mmhg P eff = P c -P is + π IS - π Pl Filtration: Aus dem Kapillarsystem gelangen pro Tag rund 20 Liter Flüssigkeit durch die Kapillarwände in den Zwischenzellraum Reabsorption: 18 Liter fließen im venösenschenkel der Kapillaren wieder ins Gefäßsystem Die restlichen 2 Liter strömen direkt durch das Lymphsystem in die Blutbahn zurück Lymphsystem Lymphkapillare: gerichtete Strömung durch Ventilmechanismen. dachziegelförmige Überlappung der Lymphendothelzellen erleichtert den Eintritt der interstitiellen Flüssigkeit und verhindert den Rückstrom ins Interstitium. Die Endothelklappen in den Lymphgefäßen sorgen ähnlich den Klappen in den Venen für eine herzwerts gerichtete Strömung. Prof. C.Forster, Institut für Physiologie1, Universität Erlangen 6

7 Störung des kapillären Gleichgewichts Filtration > Resorption + Lymphabfluss Ödem Ödem: = Gewebswassersucht, Flüssigkeitsansammlung im Gewebszwischenraum. Häufigste Ursache: erhöhter hydrostatischer Druck auf venöser Seite bei Herzinsuffizienz Andere Ursachen: 1. erhöhter Kapillardruck: Thrombosen, Volumenerh. 2. Erniedrigter kolloidosmotischer Druck: Ernährung, Verlust (Niere, Darm, Haut), Bildungsstörung (Leber) 3. Erhöhte Kapillarpermeabilität 4. Lymphatische Abflussstörung Venolen und Venen Venolen sammeln das Blut aus den Kapillaren und leiten es den größeren Venen zu. Kapazitätsgefäße: Venolen und Venen enthalten mehr als 2/3 des gesamten Blutvolumens. Venenklappe Muskelpumpe Prof. C.Forster, Institut für Physiologie1, Universität Erlangen 7

8 Entstehung einer Varikosis Gesunde Vene mit Venenklappen Unterhautgewebe Oberflächen- Vene Faszie Tiefenvene Muskel insuffiziente Venenklappe Venenklappeninsuffizienz.: Durch den Rückfluß dehnt sich die Venenwand zusätzlich auf Varikosis Haut Venenklappe Ursache: Verminderte Wandspannung der Venen Alles verstanden Folgende Aussage zur Filtration und Reabsorption an der Kapillare ist richtig: A) Der hydrostatische Druck in der Kapillare ist eine Ursache für die Reabsorption B) Der hydrostatische Druck im Interstitium ist eine Ursache für die Filtration C) Der onkotische Druck des Plasmas unterstützt die Reabsorption D) Der onkotische Druck im Interstitium wirkt der Filtration entgegen E) Über das lymphatische System werden etwa 2% des Filtrates abtransportiert Prof. C.Forster, Institut für Physiologie1, Universität Erlangen 8

9 Windkesselfunktion der Aorta Druck in der Aorta Druckanstieg führt zu passiver Dehnung der Aorta Speicherung eines Teils des ausgeworfenen Blutes. Das gespeicherte Volumen wird nach Klappenschluß langsam in die Peripherie abgegeben. Druckschwankungen werden geringer Strömung wird gleichmäßiger Windkesselfunktion Abb. aus: Klinke, Silbernagel: Lb. d. Physiologie Messung des Blutdrucks nach Riva-Rocci Prinzip: Abb: Deetjen Speckmann: Physiologie Wirkt auf eine Arterie ein Druck von außen ein, der zwischen minimalem (diastolischem) und maximalem (systolischem) Wert liegt, entstehen turbulente Strömungen, die Geräusche (Korotkoff-Geräusche) verursachen. Prof. C.Forster, Institut für Physiologie1, Universität Erlangen 9

10 Druckverlauf im arteriellen System Blutdruck [mmhg] Blutdruck [mmhg] Zeit Abb: Deetjen Speckmann: Physiologie Zeit Compliance ΔV/Δp in der Aorta deutlich größer als in peripheren Gefäßen Überlagerung von reflektierten Pulswellen Hydrostatische Effekte Hypertonie Normaler Blutdruck: Systolisch 120 mmhg, diastolisch: 80 mmhg Blutdruck 120 zu 80 Hypertonie (Bluthochdruck) liegt vor, wenn: Systolische Wert >140 mmhg oder Diastolischer Wert >90 mmhg Ursachen: Familiäre Neigung zu erhöhtem Blutdruck Übergewicht Rauchen Zuckerkrankheit (Diabetes), sowohl Typ 1 als auch Typ 2 Nierenerkrankungen Alkoholgenuss Erhöhter Cholesterinspiegel Bewegungsmangel Stress Medikamente, z.b. Kortisonpräparate und Schlankheitstabletten Hormonelle Störungen Häufigkeit: ab 40 Jahre ca 20%; ab 60 Jahre ca 50 % Prof. C.Forster, Institut für Physiologie1, Universität Erlangen 10

11 Blutdruck und Alter Aortendruck (mmhg) Altersgemäßer Mitteldruck Aortenvolumen (ml) Altersbedingte Veränderungen: Das gesamte Aortenvolumen nimmt zu, während das gespeicherte Volumen ΔV abnimmt. Die Compliance wird durch arteriosklerotische Veränderungen niedriger. Der Puls wird härter. Alles verstanden Folgende Aussage zur Windkesselfunktion der Aorta ist nicht richtig: A) Sie vermindert Druckschwankungen im venösen System B) Sie führt zu einer gleichmäßigeren Blutströmung C) Bei höherer Compliance kann die Aorta mehr Volumen speichern D) Die Compliance der Aorta nimmt mit dem Alter ab E) Das Aortenvolumen nimmt mit dem Alter zu Folgende Aussage zum Blutdruck ist richtig: A) Bei seiner Messung nach Riva-Rocci kennzeichnet der Beginn der korotkoffschen Geräusche den diastolischen Wert B) Der normale mittlere Blutdruck liegt bei 120mmHg C) Erhöhter Blutdruck kann zu Varikosis führen D) Beim aufrechten Stand ist der Blutdruck in den Beinen deutlich höher als in Herzhöhe E) Alkohol kann den Blutdruck wirksam senken Prof. C.Forster, Institut für Physiologie1, Universität Erlangen 11

12 -Regulation regulation = Alle Kontrollvorgänge, die die funktionen unter Ruhe sowie unter wechselnden Belastungen gewährleisten. Hierzu gehören (vor allem): Blutvolumen Herzzeitvolumen Blutdruck Gefäßtonus Langfristige Mechanismen (über Tage): Regulation des intravasalen Volumens (Salz- und Wasserhaushalt) Hormonell (ADH, Aldosteron, ANP) Mittelfristige Mechanismen (Minuten bis Stunden): Volumenverschiebung zwischen Gefäßraum und Interstitium Renin-Angiotensin-System Kurzfristige Mechanismen (sofort) - reflexe: Sensoren messen den aktuellen Druck, der dann über das autonome Nervensystem nachgeregelt wird -Reflexe Sollwert Hypothalamus Ohm sches Gesetz: Blutdruck ~ TPR * HZV = TPR * SV*HF zentrum Medulla oblongata TPR SV HF Blutdruck Sympathikus Parasympathikus Totaler peripherer Widerstand (R) Pressosensoren Schlag- Volumen Herz- Frequenz SV * HF = HZV (Herz-Zeit-Volumen) Abb. aus: Klinke, Silbernagel: Lb. d. Physiologie Prof. C.Forster, Institut für Physiologie1, Universität Erlangen 12

13 -Reflexe: Einfluß einer Störgröße - Orthostase Sollwert Hypothalamus Pressosensoren zentrum Medulla oblongata TPR SV HF Blutdruck Orthostase Lagewechsel vom Liegen zum Stehen Blut versackt in den Beinen ZVD nimmt ab, Herzfüllung nimmt ab SV Blutdruck Pressosensoren weniger aktiviert zentrum aktiviert Sympathikus TPR, HF Blutdruck normalisiert sich Prof. C.Forster, Institut für Physiologie1, Universität Erlangen 13

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