Prüfungsfrage Blutkreislauf, Arbeit des Herzens. Blutbestandteile II.

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Jens Messner
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Prüfungsfrage Blutkreislauf, Arbeit des Herzens Die Biophysik des Kreislaufs (Aufbau und Charakterisierung). Die Bestimmung des Herzminutenvolumens. Das Frank- Starling-Gesetz. Die Herzarbeit.

Zelluläre Elemente: Rote Blutkörperchen (Erythrozyten) gebildet im roten Knochenmark, Durchmesser 7-8 μm, Zellendicke -3 μm, 4-5 0 6 /mm³ Weiße Blutkörperchen (Leukozyten) Ort der Entstehung: rotes

1 Prüfungsfrage Blutkreislauf, Arbeit des Herzens Die Biophysik des Kreislaufs (Aufbau und Charakterisierung). Die Bestimmung des Herzminutenvolumens. Das Frank- Starling-Gesetz. Die Herzarbeit. Lehrbuch 07-3 S. MEDIZINISCHE PHYSIK UND STATISTIK. Dr. Tamás Huber Institut für Biophysik. November 06. Blutbestandteile I. Zelluläre Elemente: Rote Blutkörperchen (Erythrozyten) gebildet im roten Knochenmark, Durchmesser 7-8 μm, Zellendicke -3 μm, /mm³ Weiße Blutkörperchen (Leukozyten) Ort der Entstehung: rotes Knochenmark, Milz und Lymphknoten (Granulozyten, Monozyten, Lymphozyten), doppelt so groß wie Erythrozyten, /mm³ Blutplättchen (Thrombozyten) werden im Knochenmark gebildet, ¼ so groß wie rote BK, /mm³ Hämatokrit: Anteil aller zellulären Bestandteile am Volumen des Blutes. Normalwert: 0,4-0,5. Blutbestandteile II. Blutplasma: Das Blut besteht zu 55% aus Blutplasma. Es enthält zu 9 % Wasser und zu 7 % Proteine. Mineralien (Na +, K +, Ca +, Cl -, HCO 3- ) Nährstoffe, Abfallstoffe und Hormone (z.b. Glükose, Aminosäure, Harnstoff) Plasmaeiweiße: Albumin Globuline Fibrinogen Als Blutserum wird der flüssige Anteil des Blutplasmas ohne Fibrinogen und andere Gerinnungsfaktoren bezeichnet.

Kreislaufsystem Aufbau des Herz-Kreislaufsystems Höhere Organismen benötigen ein System, um Nährstoffe zu den Zellen zu bringen und Abbauprodukte zu entfernen.

2 Kreislaufsystem Aufbau des Herz-Kreislaufsystems Höhere Organismen benötigen ein System, um Nährstoffe zu den Zellen zu bringen und Abbauprodukte zu entfernen. Die wichtigsten Aufgaben des Herz-Kreislauf Systems sind Die Versorgung der Zellen mit Sauerstoff und Nährstoffen Der Abtransport von Abfallstoffen (z.b. CO, Milchsäure,...) Austausch von Botenstoffen Immunabwehr Wärmeaustausch Herz Das Herz ist ein hohles muskuläres Organ, welches in einem festen Rythmus Blut durch die Adern transportiert indem es sich kontrahiert. Es wiegt ca g, liegt im Brustraum leicht links von der Mitte. Gefäßsystem Arterien: Blutgefäße laufen vom Herzen weg; dicke Gefäßwände. Kapillaren: Haargefäße in denen der Stoffaustausch stattfindet. Venen: Blutgefäße führen zum Herz; dünnwandig. Lymphgefäße: transportieren Flüssigkeit und Abwehrstoffe. Druckabfall im Gefäßsystem: Die Stromstärke ist in allen hintereinandergeschalteten Abschnitten des Gefäßsystems gleich (=Kontinuitätsprinzip), der Strömungswiderstand aber verschieden, wodurch sich auch unterschiedliche intravasale Drücke ergeben. Aorta + große/mittlere Arterien geringe Strömungswiderstände geringer Druckabfall (um ca. 5 7 mmhg) kleinen Arterien + Arteriolen (Widerstandsgefäße) große Strömungswiderstände großer Druckabfall (proportional zum R)

Physikalische Parameter des Blutkreislaufs I. Blutgefäß Durchmesser Gesamtquerschnitt (cm ) Anteil der Gesamtblutvolumens (%) p (Hgmm/kPa) v (m/s) Physikalische Parameter des Blutkreislaufs II.

3 Physikalische Parameter des Blutkreislaufs I. Blutgefäß Durchmesser Gesamtquerschnitt (cm ) Anteil der Gesamtblutvolumens (%) p (Hgmm/kPa) v (m/s) Physikalische Parameter des Blutkreislaufs II. Aorta 5 mm 4 00/ Arterie 4 mm /.7 Arteriole 30 µm >30/.3->4 Kapillare 8 µm >0/ 4->.3 Venule 0 µm 50 0/ Strömungsgeschwindigkeit Gesamt- Querschnitt Vene 5 mm / Vena cava 30 mm 8 0/0 0. Aorta Arterien Arteriolen Kapillaren Venen Druck Aneurysma Kardiomyozyten Blutgefäßerweiterung an einer bestimmten Stelle V A V V A A p p p Positiv feedback A nimmt zu v vermindertsich p nimmt zu Kontinuitätsgleichung v x A = konstant Bernoulli-Gleichung p + r v = konstant Herzmuskelzellen der Arbeitsmuskulatur verantwortlich für die Kontraktion etwa 0 5 µm dick und µm lang verzweigt aufgebaute Zellen mit einem oder zwei Zellkernen quergestreiften Muskelfasern (längs angeordneten Myofibrillen: Aktin, Myosin) Glanzstreifen (Disci intercalares) enthalten Gap junctions somit einer Vielzahl von Nachbarzellen verbunden Herzmuskelzellen des Erregungsleitungssystems verantwortlich für Bildung und Weiterleitung von Erregungen des Herzens können spontan selbst Aktionspotentiale auslösen, übernehmen die Grundsteuerung der Herzaktion Herzschrittmacher oder Pacemaker (PM) Funktion Bild: Bin Zhou, MD (Children s Hospital Boston) 3

Arbeit des Herzens Mit jedem Herzschlag leistet der Ventrikel physikalische Arbeit. Diese Arbeit wird in einem speziellen Diagramm dem Arbeitsdiagramm des Herzens grafisch dargestellt.

beschleunigen). 6 kpa kpa Beispiel Geben Sie den Arbeit des Herzens in einem Herzzyklus an, in Anbetracht der p-v Diagramm von den linken Ventrikel des Herzens bei eine einzigen Herzzyklus.

4 Arbeit des Herzens Mit jedem Herzschlag leistet der Ventrikel physikalische Arbeit. Diese Arbeit wird in einem speziellen Diagramm dem Arbeitsdiagramm des Herzens grafisch dargestellt. Das pumpende Herz leistet zwei verschiedene Arten von Arbeit: die Druck-Volumen-Arbeit (die Energie um Druck aufzubauen), und die Beschleunigungsarbeit (das Blut in die Aorta weiterzuführen und zu beschleunigen). 6 kpa kpa Beispiel Geben Sie den Arbeit des Herzens in einem Herzzyklus an, in Anbetracht der p-v Diagramm von den linken Ventrikel des Herzens bei eine einzigen Herzzyklus. Nehmen Sie 70 Herzschläge in Minute und rechnen Sie die Leistung des Herzens aus. Lösung: W = p V = 6 kpa kpa 40 ml 80 ml 0 6 m 3 = 0,9 J Herzschlag (60/70) 0,857 Sekunden P = W t = 0,9 J =, W 0,857 s W = p V + mv ~98% ~% W= 5x0 3 N/m * 60x0-5 m 3 + ½ 0.07kg * (0,5 m/s) = ,075 = ~ 0,9 Joule Die Autoregulation des Herzens: Frank- Starling-Gesetz Für das normale Funktionieren muss die Kontinuitätsgleichung erfüllt sein: Vom linken Ventrikel muss im Mittel genau so viel Blut ausgeworfen werden, wie in den rechten gelangt. Diese Effekte müssen automatisch (ohne Eingreifen höherer Zentren) reguliert werden. Diese Sicherstellung der Kontinuität nennt man Frank-Starling Mechanismus. Es beschreibt, dass die Menge des von den Herzkammern ausgeworfenen Bluts vom enddiastolischen Blutvolumen abhängt. Je mehr Volumen sich im Herzventrikel befindet, umso höher die Auswurfleistung. Der Frank-Straling Gesetz mit physiologischen Beispiele Kurve.: die Verhältnisse bei normalem Herzen, Kurve.: die Wirkung positiver Inotropie (z.b. Gabe von Adrenalin) Kurve 3.: die Verhältnisse beim insuffizienten Herzen mit verminderter Inotropie Konsequenz: das insuffiziente Herz wesentlich höhere enddiastolische Drucke benötigt, um die gleiche Schlagarbeit wie das gesunde Herz zu leisten. 4

Schlagvolumen (oder Herzschlagvolumen (englisch strokevolume,abkürzung SV) Mit Schlagvolumen bezeichnet man die Menge Blut, die das Herz mit einem Schlag auswirft.

5 Schlagvolumen (oder Herzschlagvolumen (englisch strokevolume,abkürzung SV) Mit Schlagvolumen bezeichnet man die Menge Blut, die das Herz mit einem Schlag auswirft. Bei untrainierten Erwachsenen rechnet man mit einem Schlagvolumen von ml in Ruhe. Die Herzfrequenz wird in Schlägen pro Minute gemessen. In Ruhe weisen untrainierte gesunde Personen eine Herzfrequenz von Schlägen pro Minute auf; bei Hochleistungssportlern des Ausdauerspektrums werden Ruhepulswerte von Schlägen pro Minute erreicht. Unter Herzminutenvolumen versteht man die Menge Blut, die das Herz in einer Minute auswirft, also das Produkt von Herzfrequenz und Schlagvolumen. Bestimmung des Herzminutenvolumens durch das Ficksche Prinzip Nicht identisch mit den Fick schen Diffusionsgesetzen! Der Fluss eines von einem Organ aufgenommenen oder von ihm abgegebenen Indikators entspricht der Differenz der Indikatorflüsse im Zuflusstrakt und im Ausflusstrakt. HMV (= Lungendurchblutung pro Zeit) M HMV = c a c v die aufgenommene Sauerstoffmenge pro Zeit (mol/min) Sauerstoffkonzentration im arteriellen (c a ) und gemischt-venösen (c v ) Blut DANKE FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT! 5

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