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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

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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