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Kreislaufphysiologie II.
prof. Gyula Sáryprof. Gyula Sáry
Lernziele: 41. Hämodynamik: funkzionälle Kategorisation der Blutgefäße.42. Funktion der Aorta und Arterien
Blutgefäße: elastische, abzweigende Röhre
• In Hagen-Poiseuille’s Gesetz, Länge und Radius wirken auf den
hydraulischen Wiederstand.
• Der Kreislauf: elastische, abzweigende und nicht immer zylindrische
Röhre= die Gefäße.
• Elastizität: wenn der Druck steight, dehnen sich die Gefäße, der Radius
nimmt zu (der Wiedestand nimmt ab), Durchmesser nimmt zu, Volumen
nimmt zu.
• Wichtige Konzepten:
– transmuraler Druck,
– vaskuläre Compliance,
– kritischer Verschlußdruck,
– Wandspannung (Laplace’s Gesetz)
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Transmuraler Druck: Druck der dehnend an die Gefäße wirkt: Ptm=PBlut-PInterstitium
• „transmural” : durch die Wand (wirkend)
• der Unterschied zwischen dem Blutdruck und dem
Druck im Interstitium
• PInt nicht nennenswert in Arterien (nur bei
Muskelkontraktion -Arbeit), spielt aber eine wichtige
Rolle im Niederdrucksystem.
α
V
P
∆V
∆P
tgα=∆V
∆P
VENÖSER COMPLIANCE IST 20-24 mal Größer als in den ARTERIEN!!!
Compliance: Steilheit der Volumen (V)-transmuraler Druck (P) Kurve.
COMPLIANCE: Zunahme von Gefäßvolumen als Reaktion zu Druckzunahme: hängt von Dehnbarkeit und Größe ab
Venen
Arterien
Druck (mmHg)
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die Verteilung des Blutvolumens
Venen +Lungengefäße75%
Kapillaren5%
Arterien20%
in Rest
symp. Stimulation
symp. Inhibition
Blutgefäße kollabieren, wenn der transmuraler Druck unter den kritischen Verschlußdruck fällt.
• Der kritische Verschlußdruck in
Arterien ist höher als der mittlerer
vaskulärer Füllungsdruck (nach dem
Tod, ~7 mmHg).
• Arterien kollabieren nach dem Tod,
füllen sich aber mit Luft auf beim
Autopsie. Man dachte, daß die
Arterien Lufttransport ermöglichen...
Arterie= Luftrohr
kritischer Verschluß-druck
Arteriendruck (mmHg)
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P
T
Wandspannung = transmuraler Druck xRadius
Wanddicke
T = P xrhDas Gesetz von Laplace
Die Wanspannung probiert die Gefäßwand zu reißen. Wo ist das Risiko hoch?
Venen – niedrig (Radius groß - Blutdruck niedrig)
Kapillaren – niedrig (Radius klein- Blutdruck niedrig)
Arteriolen – niedrig (Radius kein- Blutdruck hoch - dicke Wand)
muskuläre Arterien- niedrig (Radius mittelgroß- Blutdruck hoch- dicke Wand)
Aorta/ große elastische Arterien – hoch (Radius groß - Blutdruck hoch- relative dünne Wand)
Ein Wandriß passiert meistens in der Aorta (Aneurismen): die Wand wird dünner, Radius nimmt
zu, Wandspannung nimmt zu --> „circulus vitiosus”
Aneurisma in der Aorta abdominalis
Ein Wandriß in der Aorta ist meistens tödlich
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Der totale periphere Wiederstand (TPR)
Gefäße sind entweder hintereinnander oder
parallel geschaltet.
Organe sind parallel in den Kreislauf
eingeschaltet.
Gefäße von verschiedene Klassen sind
hintereinander geschaltet
Gefäße von der selben Klasse sind auch parallel
geschaltet (Arterien, Venen, Kapillare
usw.)
Die Kirchhoff Regel: Einzelwiederstände addieren
sich (hintereinander)
oder die Leitwerte addieren sich (parallel).
Hintereinander geschaltete Gefäße
• Rtotal= R1+ R2 + R3 + … Rn
• TPR= RAorta + RArterien + RArteriolen + RKapillaren + RVenen
• Der totale Wiederstand ist immer größer als der größte Einzelwiederstand!
=125
zB: Aorta – Arterien – Arteriolen – Kapillare
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Parallel geschaltete Gefäße
Der totale Wiederstand ist immer kleiner als der kleinste Einzelwiederstand!
zB. Kapillare
Die Organe im Kreislauf sind parallel geschaltet
• Die Konduktanz ist besser als Wiederstand?
• K = 1/R, Ktotal= 1/TPR
• Ktotal=Kkoronarien+KGehirn + KMuskeln +…
• % von totale periphere Konduktanz ist gezeigt
• TPR ist kleiner als der kleinste Einzelwiederstand.
• z.B. Die Koronarien haben 5% von der totalen Konduktanz,
der Wiederstand ist
RKoronarien=1/KKoronarien= 1/0.05 RKor.=20 TPR
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Endoth.
Elastische.
Glattmusk.
Bindegew.
elastischeA.
muskuläreA.
ArteriolenprekapillareSphinktere
Kapillaren
Venole
Venen Vena cava
Durchmesser 25 mm 4 mm 30 µm 8 µm 20 µm 5 mm 30 mmWanddicke 2 mm 1 mm 25 µm 1 µm 2 µm 0.5 mm 1.5 mm
Windkessel Distribution Wiederstand Austausch Protein venöser RückstromFunktion: & Zellentransport Kontrollekontinuirlicher Blutdruck & Inflammation HerzzeitvolumenStrom locale Perfusion Bestimmung
Gefäßklassen: Struktur und Funktion
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ela
stis
che
Art
.
mu
sku
läre
Art
.
Art
eri
ole
n
Kap
illar
ien
Ve
ne
n
%
Herz 7
Aorta 6
Arterien 6
Arteriolen 2
Kapillare 6
Venen 64
Lungenkreislauf 9
Verteilung des Blutvolumens
Vom Druck und Compliance abhängig
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cm² cm/s
Aorta 4 22.5
Arterien 20
Arteriolen 40
Kapillaren 2500 0.03
Venolen 250
Venen 80
Vv. cavae 8 11.0
Totaler Querschnitt (A) und Stromstärke (Q)
Geschwindigkeit
ela
stis
ch.
Art
.
mu
scu
lär
Art
.
Art
eri
ole
n
Ka
pil
lare
n
Ve
ne
n
Querschnittt
Q= A∙v
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Blutdruckwerte im Kreislauf
• Die Druckabnahme ist am größten in den Arteriolen: größter Wiederstand,
bestimmt den totalen peripheren Wiederstand (TPR).
• Blutdruck- und lokale Perfusionskontrolle werden hier entschieden.
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William Harvey(1578 – 1657)
Exercitatio Anatomica de
Motu Cordis et Sanguinis (in Animalibus)
(1628)
das Buch von Harvey über den Kreislauf:Beginn der medizinischen Wissenschaft
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Starling
Herz-Lungen Modell
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mittlerer arterieller Druck ~ (Ps +2 Pd)/3 ~ 93 mmHgder mittlere arterielle Druck treibt den Kreislauf
der Blutdruck
systolischer Druck
diastolischer Druck
mittlerer Druck
Pulsus-druck
Blu
tdru
ck(m
mH
g)
Inzisur„incisura”
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mit Windkessel
Windkessel
saugt
drückt
drückt-saugt drückt-saugt
die Windkessel (Dudelsack) Wirkung
ohne Windkessel
saugt
drückt
drückt-saugtdrückt-saugt
Strömung Druck
24
Jahre Mann Frau
4 88/60 88/60
20 118/71 118/70
40 126/77 131/81
50 150/88 156/90
der Blutdruck steigt mit dem Lebensalter
Jahre
Dru
ck
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die Aorta verliert Elastizität mit dem Alter
Compliance nimmt vor allem bei höheren Druckwerten ab
Druck (mmHg)
Vo
lum
en
verä
nd
eru
ng
(%)
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Faktoren die den systolischen und diastolischen Blutdruck
beeinflüssen
• Pulsvolumen
• Elastizität der Aorta
• Totaler peripherer Wiederstand (TPR)
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VS1
VD1
VD2
VS2
PD1 PS1 PD2 PS2
• PS steigt stark• PD steigt nur relative wenig
Pulsvolumen-Erhöhung und Blutdruck
Aorta-Compliance Kurve
Aorta Volumen
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VS1
VD1
PD1PD2 PS2PS1
• der systolische Druck (PS) steigt• der diastolische Druck (PD) fällt
Elastizitätverlust der Aorta und Blutdruck
elastische Aorta
unelastische Aorta
Aorta-ComplianceKurve
Aorta Volumen
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• PS steigt stark
• PD steigt stark
• PS steigt sehr stark
• PD steigt stark
VS1
VD1
VD2
VS2
PD1 PS1 PD2 PS2 PD1 PS1 PD2 PS2
erhöchte TPRerhöchte TPR + niedrige
Compliance
die totale periphere Wiederstand und Blutdruck
Aorta Volumen
30
Pulsvolumen größerNormal
12080
140 90
12080
140 60
12080
150110
12080
180110
Hgmm
Hgmm
Hgmm
Hgmm
Compliance kleiner
TPR größer
TPR größer + Compliance kleiner
Normal Verändert
Zusammenfassung der Blutdruckveränderungen
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die Kugel fährt den Weg : X
der Druckpuls fährt den Weg : Y
zu merken: der Druckpuls fährt viel schneller (Y/t) als die individuelle „Kugeln” (X/t).
Strömungsgeschwindigkeit und Druckpuls
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Verteilung des Druckes
Der Druckabfall ist in den Arteriolen am grössten: die sind die Wiederstandgefäße, die den totalen peripheren Strömungswiederstand beeinflussen
der Blutdruck wird in den Arteriolen reguliert.
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der Druckpuls und der Strompuls
• die Druckpulsgeschwindigkeit (Pulswellengeschw.)
- in der Aorta: 3-5 m/s
- in den kleinen Arterien: 15-30 m/s
• der Druckpuls wird beeinflusst durch:
- Elastizitätverlust
- Wanddicke
• die mittlere Strömungsgeschw. in der Aorta: 30 cm/s
nimmt mit der Entfernung ab
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Der Druckpuls wird addiert
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Druckpuls Veränderungen während der Propagation
Richtung Peripherie
• systolische Spitze nimmt zu• die Inzisur verschwindet• diastolische Spitze erscheint• Zeitverschiebung
Ursachen
• Pufferwirkung• Interferenz mit den reflektierten Wellen• Druckabhängige Propagation
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Wellenstromstärke wird subtrahiert
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Kreislaufvorlesungen
• Hämodynamik: Biophysik der Blutströmung
• funktionelle Eigenschaften der Teile des
Kreislaufsystems (Arterien, Venen, Kapillaren)
• systemische Regulation im Kreislauf
• lokale Kreislaufregulation
• Organendurchblutung