Herz / Kreislauf IV Der Kreislauf

Transkript

1 Herz / Kreislauf IV Der Kreislauf

2 Organismus Herz / Kreislauf Überblick Heute und die nächste Doppelstunden (Kreislauf + Kreislaufregulation) Organ Doppelstunde (Herzmechanik / EKG) Perfusion des isolierten Herzens nach Langendorff Kymographion nach Carl Ludwig Zelle 1. Doppelstunde Organellen / Moleküle

3 Der Kreislauf Einführung

4 Das Gefäßsystem Anatomische Grundlagen

5 Das Gefäßsystem Mikroskopische Anatomie Arterienlumen Endothel M. elastica interna Media M. elastica externa Adventitia

6 Media Fettgewebe Venenlumen Adventita Das Gefäßsystem Mikroskopische Anatomie M. elastica interna Arterienlumen Media

7 Das Gefäßsystem Mikroskopische Anatomie Vena cava Aorta große Arterie große Vene kleine Arterie Vene Arteriole Venole Kapillare

8 Aorta und große Arterien Die Windkesselfunktion

9 Aorta und große Arterien Was ist ein Windkessel?

10 Aorta und große Arterien Was ist ein Windkessel?

11 Aorta und große Arterien Was ist ein Windkessel?

12 Aorta und große Arterien Der Druckverlauf in der Aorta

13 Aorta und große Arterien Einflüsse auf den Druckpulsverlauf

14 Aorta und große Arterien Veränderungen mit dem Alter

15 Das Gefäßsystem Physikalische Grundlagen Für die Compliance (Weitbarkeit) der Aorta ergibt sich: V P 35ml 40 mmhg 1 ml mmhg

16 Das Gefäßsystem Physikalische Grundlagen Volumenelastizitätskoeffizient P E V Volumenelastizitätsmodul P V V EV Compliance (Weitbarkeit) C V P 1 E

17 Aorta und große Arterien Veränderungen der Compliance mit dem Alter

18 Das Gefäßsystem Wandspannung und transmuraler Druck Vena cava Aorta große Arterie große Vene kleine Arterie Vene Arteriole Venole Kapillare

19 Das Gefäßsystem Physikalische Grundlagen Der transmurale Druck stellt die Differnz zwischen dem intra- und extravasalem Druck dar : p transmural = p intravasal - p extravasal

20 Das Gefäßsystem Physikalische Grundlagen F p tm 2rl F T 2hl T p tm r h

21 Das Gefäßsystem Transmuraler Druck und Wansdspannung in verschiedenen Gefäßabschnitten

22 Die terminale Strombahn Arteriolen

23 Die terminale Strombahn Druckverläufe

24 Die Kapillaren Länge : mm Strömungsgeschwindigkeit des Blutes : mm/s Austauschzeit für Substanzen : s Gesamtzahl : Milliarden Gesamtquerschnitt : m 2 Austauschfläche : m 2

25 Die Kapillaren Aufgaben des Kapillarbetts Sauerstoff Kohlendioxid Wasser Kapillare Nährstoffe Stoffwechselprodukte

26 Die Kapillaren Wege des Stofftransportes durch das Kapillarendothel

27 Die Kapillaren Kapillarendotheltypen kontinuierliches Endothel : Herz, Muskel, Haut, Lunge, ZNS fenestriertes Endothel : Darm, exokrine Drüsen, Glomeruli Sinusoide : Leber, Milz, Knochenmark

28 Die Kapillaren Stofftransport durch das Kapillarendothel

29 Die Kapillaren Flüssigkeitsaustausch über die Kapillarmembran

30 Die Kapillaren Flüssigkeitsaustausch über die Kapillarmembran

31 Die Kapillaren Was bewirkt eine Kontraktion der Widerstandsgefäße? Verminderung des Blutflusses Erniedrigung des Kapillardruckes Verschiebung von Flüssigkeit in den intravasalen Raum Erniedrigung des Venendruckes passive Volumenentspeicherung aus elastisch vorgedehnten Venen

32 Das venöse Gefäßsystem Vena cava Aorta große Arterie große Vene kleine Arterie Vene Arteriole Venole Kapillare

33 Media Fettgewebe Das venöse Gefäßsystem Mikroskopische Anatomie Venenlumen Adventita M. elastica interna Arterienlumen Media

34 Das venöse Gefäßsystem Druck-Volumenbeziehungen

35 Das venöse Gefäßsystem Druck-Volumenbeziehungen

36 Das venöse Gefäßsystem Transportmechanismen

37 Das Gefäßsystem Zusammenfassung Unter funktionellen Gesichtspunkten kann das Herz- Kreislaufsystem in folgende Bauelemente unterteilt werden : Das Herz ist die Pumpe, die das Blut in das Hochrucksystem preßt. Die Arterien sind das Verteilersysten, das das Blut unter hohem Druck den Organen zuführt. Die Arteriolen sind die Regulierventile, die durch ihren Durchmesser bestimmen, wieviel Blut in das nachgeschaltete Kapillarbett gelangt. Die Kapillaren ermöglichen den Stoffaustausch mit dem umliegenden Gewebe Die Venen sammeln das Blut und leiten es zum Herzen zurück. Sie dienen gleichzeitig als Blutreservoir

38 Der Kreislauf Der fetale Kreislauf

39 Der Kreislauf Der postnatale Kreislauf

40 Das Gefäßsystem Wichtige Paramater

41 Das Gefäßsystem Druckverläufe Aorta : 120 / 80 mmhg Arteria pulmonalis (nicht dargestellt) : 22 / 10 mmhg linker Vorhof : 8 / 4 mmhg rechter Vorhof : 5 / 3 mmhg linker Ventrikel : 120 / 7 mmhg rechter Ventrikel : 22 / 4 mmhg

42 Das Gefäßsystem Druckverläufe

43 Das Gefäßsystem Zusammenhänge zwischen den Parametern Gibt es im Kreislaufsystem einen Zusammenhang zwischen Gesamtquerschnittsfläche, Druckverhältnissen und Strömungsgeschwindigkeiten????

44 Strömungslehre Übersicht Definitionen Stromstärke, Strömungswiderstand statischer Druck, dynamischer Druck Strömungsgesetze Kontinuitätsgesetz Ohmsches Gesetz Kirchhoffsches Gesetz Hagen-Poiseuillesches Gesetz

45 Strömungslehre Die Stromstärke s V A v I V t A s t Av Synonyme Begriffe: Stromzeitvolumen Volumenstromstärke

46 Strömungslehre Das Kontinuitätsgesetz s 1 s 2 s 1 V V V s I = konst In einem aus verschieden weiten Röhren zusammengesetztem System ist die Stromstärke I unabhängig von dem Querschnitt der einzelnen Röhren.

47 Strömungslehre Das Kontinuitätsgesetz s 1 s 2 s 1 A 1 A 2 s I V t A s t Av konst.

48 Strömungslehre Anwendung des Kontinuitätsgesetzes Gibt es im Kreislaufsystem einen Zusammenhang zwischen Gesamtquerschnittsfläche und Strömungsgeschwindigkeit? Für die Stromstärke gilt: I = HMV = 6 l/min = 100 ml/s = 100 cm³/s Für die Strömungsgeschwindigkeit gilt: I = A v also: v = I / A? Für die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in der Aorta ergibt sich daraus: v = I / A = 100 cm³/s / 5 cm² = 20 cm/s Für die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in den Kapillaren ergibt sich analog: v = I / A = 100 cm³/s / 5000 cm² = 0.2 mm/s

49 Strömungslehre Übersicht Definitionen Stromstärke, Strömungswiderstand statischer Druck, dynamischer Druck Strömungsgesetze Kontinuitätsgesetz Ohmsches Gesetz Kirchhoffsche Gesetze Hagen-Poiseuillesches Gesetz

50 Strömungslehre Der Druck in Strömungen In jeder Strömung setzt sich der Gesamtdruck aus zwei Teildrücken zusammen : Der statische Druck folgt aus der potentiellen Energie der unter Druck stehenden Flüssigkeit. Der dynamische Druck (Staudruck) folgt aus der kinetischen Energie der strömenden Flüssigkeit

51 Strömungslehre Der Druck in Strömungen Messung des statischen Drucks Messung des Gesamtdrucks Messung des dynamischen Drucks

52 Strömungslehre Statischer und dynamischer Druck im arteriellen System

53 Strömungslehre Die invasive Messung des Blutdrucks Stephen Hales ( )

54 Strömungslehre Blutdruckmessung nach Riva-Rocci Scipione Riva-Rocci ( )

55 Strömungslehre Blutdruckmessung nach Korotkoff

56 Strömungslehre Übersicht Definitionen Stromstärke, Strömungswiderstand statischer Druck, dynamischer Druck Strömungsgesetze Kontinuitätsgesetz Ohmsches Gesetz Kirchhoffsche Gesetze Hagen-Poiseuillesches Gesetz

57 Strömungslehre Der Druck in Strömungen In jeder Strömung setzt sich der Gesamtdruck aus zwei Teildrücken zusammen : Der statische Druck folgt aus der potentiellen Energie der unter Druck stehenden Flüssigkeit. Der dynamische Druck (Staudruck) folgt aus der kinetischen Energie der strömenden Flüssigkeit

58 Strömungslehre Übersicht Definitionen Stromstärke, Strömungswiderstand statischer Druck, dynamischer Druck Strömungsgesetze Kontinuitätsgesetz Ohmsches Gesetz Kirchhoffsche Gesetze Hagen-Poiseuillesches Gesetz

59 Strömungslehre Das Ohmsche Gesetz Ohmsches Gesetz der Elektrizitätslehre U = R I Ohmsches Gesetz der Strömungslehre p = R I

60 Strömungslehre Das Ohmsche Gesetz p I R p = R I

61 Strömungslehre Anwendung des Ohmschen Gesetzes

62 Strömungslehre Anwendung des Ohmschen Gesetzes: Der totale periphere Widerstand des Körperkreislaufes Aus dem Ohmschen Gesetz folgt : p paorta pv. cava TPR HZV Für den totalen peripheren Widerstand (TPR) des Körperkreislaufes gilt somit : TPR p Aorta p V. cava HZV 100mmHg 3mmHg 5l / min 1 20 mmhg l min 2,7 kpal 1 min

63 Strömungslehre Anwendung des Ohmschen Gesetzes: Der totale periphere Widerstand des Lungenkreislaufes Aus dem Ohmschen Gesetz folgt : p pa. pulmonalis pv. pulmonalis TPR LK HZV Für den totalen peripheren Widerstand (TPR) des Lungenkreislaufes gilt somit : TPR pa. pulmonalis p HZV 12 mmhg 5mmHg 5l / min 1,4 mmhg l 1 V. pulmonalis min 0,2 kpal 1 min

64 Strömungslehre Übersicht Definitionen Stromstärke, Strömungswiderstand statischer Druck, dynamischer Druck Strömungsgesetze Kontinuitätsgesetz Ohmsches Gesetz Kirchhoffsche Gesetze Hagen-Poiseuillesches Gesetz

65 Strömungslehre Das 1. Kirchhoffsche Gesetz Bei hintereinander geschalteten Röhren ist der Gesamtströmungswiderstand gleich der Summe der Einzelwiderstände R Gesamt R R R

66 Strömungslehre Das 1. Kirchhoffsche Gesetz Bei hintereinander geschalteten Röhren ist der Gesamtströmungswiderstand gleich der Summe der Einzelwiderstände R Gesamt R R R

67 Strömungslehre Anwendung des 1. Kirchhoffschen Gesetzes

68 Strömungslehre Das 2. Kirchhoffsche Gesetz Bei parallel geschalteten Röhren addieren sich die Leitfähigkeiten, d.h. die Kehrwerte der Widerstände R Gesamt R 1 R 2 R 3

69 Strömungslehre Anwendung des 2. Kirchhoffschen Gesetzes

70 Strömungslehre Übersicht Definitionen Stromstärke, Strömungswiderstand statischer Druck, dynamischer Druck Strömungsgesetze Kontinuitätsgesetz Ohmsches Gesetz Kirchhoffsche Gesetze Hagen-Poiseuillesches Gesetz

71 Strömungslehre Laminare und turbulente Strömung in Röhren

72 Strömungslehre Laminare Strömung in Röhren

73 Strömungslehre Laminare und turbulente Strömung in Röhren Ob eine laminare oder turbulente Strömung vorliegt, kann anhand der dimensionslosen Reynolds-Zahl (Re) abgeschätzt werden. Es gilt : Re 2rv Überschreitet die Reynolds-Zahl einen kritischen Wert von , so geht eine laminare in eine turbulente Strömung über.

74 Strömungslehre Das Hagen-Poiseuillesche Gesetz In einem zylindrischem Gefäß gilt bei einer laminaren Strömung folgende Beziehung zwischen der Stromstärke I und der Druckdifferenz p : p 8 r 4 l I R 8 r l 4

75 Strömungslehre Anwendung des Hagen-Poiseuilleschen Gesetzes

76 Strömungslehre Anwendung des Hagen-Poiseuilleschen Gesetzes Um etwa wieviel sinkt die Durchblutung einer Arterie, wenn ihr Innendurchmesser von 10 mm ringsum durch eine Wandablagerung von 0.5 mm Dicke eingeengt wird? (Die treibende Druckdifferenz bleibe unverändert). a) 5 % b) 10 % c) 20 % d) 30 % e) 35 % I I p R mm 4.5mm p 5mm R 5mm 0.65

77 Strömungslehre Übersicht Definitionen Stromstärke, Strömungswiderstand statischer Druck, dynamischer Druck Strömungsgesetze Kontinuitätsgesetz Ohmsches Gesetz Kirchhoffsche Gesetze Hagen-Poiseuillesches Gesetz

78 Das Blut Blutvolumen und Hämatokrit

79 Das Blut Verteilung des Blutvolumens auf die Gefäßabschnitte

80 Strömungslehre Definition der Viskosität F A dv dr Schubspannung : F Schergrad : dv A dr

81 Das Blut Die scheinbare Viskosität des Blutes

82 Das Blut Die scheinbare Viskosität des Blutes

83 Das Blut Einfluß des Hämatokrits auf den Sauerstofftransport

84 Das Blut Der Fahraeus-Lindqvist-Effekt

85 Das Blut Erklärung des Fahraeus-Lindqvist-Effektes

86 Das Blut Zusammenfassung Das Blut ist keine ideale Flüssigkeit. Es hat korpuskuläre Bestandteile. Man spricht deswegen auch nur von einer scheinbaren oder effektiven Viskosität Die effektive Viskosität des Blutes hängt u.a. von folgenden Faktoren ab: dem Hämatokrit der Schubspannung dem Gefäßdurchmesser

87 Der Puls Definitionen Man unterscheidet drei Pulsformen : Druckpuls Querschnittspuls (Volumenpuls) Strompuls

88 Der Puls Kontinuierliche Registrierung des Pulses Kymographion nach Carl Ludwig

89 Der Puls Messung des Strompulses

90 Der Puls Druck- und Strompulse der großen Arterien

91 Der Puls Druck- und Strompulse der distalen Arterien

92 Der Puls Messung des Strompulses

93 Der Puls Abhängigkeit der Pulswellengeschwindigkeit vom Alter

94 Der Puls Ausbreitung der Pulswelle in einer elastischen Röhre