Physiologie: Kreislauf

• Kapillaren verbinden Arteriolen mit Venulen
• Bestehen nur aus Endothelzellschicht und Basalmembran
• Gase durchdringen Zellmembran, Pinocytose (bis 150 nm Durchmesser)
• "Poren" für kleine Moleküle funktionell nachgewiesen (parazellulär)
• Diskontinuierliche Kapillarwand (Durchtritt grosser Moleküle, ev. Zellen) 

Die Starling-Gleichung ist eine Gleichung, die den durch hydrostatische und onkotische Kräfte verursachten Nettofluss über eine kapilläre Membran beschreibt.

Q_v = K_f (P_K -P_i) - σ (Π_p  - Πi) 

• K_f = Filtrationskoeffizient (Umrechnungsfaktor)
• σ : Reflexionskoeffizient (0-1; 0 = H2O) 

• Kapillaren sind der Ort des Stoffaustausches
• Entlang Kapillare, von Arteriole zu Venole, abnehmender hydrostatischer Druckgradient zwischen Gefässlumen und Interstitium
• Relativ konstante onkotische Druckdifferent zwischen Interstitium und Gefässlumen infolge tieferer interstitieller Proteinkonzentration
• Netto Filtration vor und Resorption nach Gleichgewichtspunkt 
• Filtration (netto) 20 L/Tag. Kleine Differenz fliesst via Lymphgefässe ab (~2 L/Tag) 

• Ödem: Abnormale Ansammlung von Flüssigkeit im interstitiellen Raum 
• Zunahme hydrostatischer Druck (langes Stehen, evt. Venenklappeninsuffizienz) ⇒ Oedem 
• Hypoproteinämie: Abnahme kolloidosmotische Druckdifferenz ⇒ Oedem 
• Dehydratation ⇒ Abnahme des Hautturgors 

• Messung des BD über Barorezeptoren in A. carotis und Aorta
• Verteilte Kreislaufzentren in Hirnstamm / Hypothalamus
• Schnelle Regulation von Gefässtonus und HMV via autonomes Nervensystem
• Langfristige Regulation via Wasser- und Natriumhaushalt (RAAS)

• Alle Gewebe haben lokale Autoregulation und unterstehen gleichzeitig systemischer Regulation durch das ANS und Hormone
• Jedes System kann dominieren, je nach Situation (z.B. bei widersprüchlichen Bedürfnissen der Organe in Notfällen übernimmt die systemische Kontrolle) 

• Lokale Autoregulation regelt Durchblutung in einem bestimmten Organ
• Zentrale Regulation: Reguliert Herz- Kreislaufsystem und hält den Blutdruck konstant (Baroreflex), dies trotz sich ändernder peripherer Widerstände

Nachregelung der durch die Autoregulation hervorgerufenen Veränderungen des Gesamtwiderstandes (vgl. Ohm’sches Gesetz) 

• Proportional- Differenzialsensoren (PD) im Glomus caroticum und im Aortenbogen
• Aktionspotential- Frequenz ist empfindlich auf Mitteldruck und auf Druckanstieg
• Nervus vagus und Nervus glossopharyngeus als Afferenzen zu den Kreislaufzentren 

• A-Typ: reagiert auf aktive Kraftentwicklung der Vorhöfe
• B-Typ: reagiert auf passive Dehnung der Vorhöfe

• α1- Rezeptoren ⇒ IP3:Vasokonstriktion 
• β2- Rezeptoren ⇒ cAMP: Vasodilatation

Modulation durch viele Substanzen (z.B. Hormone) und lokale Gewebefaktoren, z.B. Serotonin, Histamin, Angiotensin,Vasopressin, NO 

• Nitric-Oxid Synthase (NOS) macht NO aus der Aminosäure L- Arginin
• NO diffundiert in glatte Muskelzelle
• NO aktiviert Guanylatcyklase (GC): GTP ⇒ cGMP
• cGMP aktiviert Proteinkinase (PKG) ⇒ Vasodilatation durch Hemmung von Ca2+ Influx und MLCK
• Nitroglycerin: NO Donor (verhinderung Angina Pectoris und Herzinfarkt)

• β1-Rezeptoren: Aktivierung durch (Nor)adrenalin --> cAMP
• cAMP abhängige PKA phosphorylier:

  • L-Typ Calciumkanäle ⇒ Mehr Ca2+! Einstrom

  • Phospholamban ⇒ Enthemmung der SR Ca2+ Pumpe ⇒ Mehr Ca2+ im SR 

• β2-Rezeptoren: Aktiviert durch (Nor)adrenalin --> cAMP
• CaCM (Ca-Calmodulin)-induzierte Aktivierung der MLCK wird durch cAMP --> PKA gehemmt

--> Relaxation glatter Muskelzellen

• α1-Rezeptor ⇒ Aktivierung von Phospholipase C (PLC) ⇒ Insitol-Triphosphat (IP₃) und Diacylglycerol (DAG) aus Phosphatidylinositol-bi- phosphat (PIP₂)
• IP3 bewirkt Ca²⁺ Ausschüttung aus ER via IP3 Rezeptoren (IP₃r)
• ⇒ Kontraktion glatter Muskelzellen
• DAG aktiviert PKC ⇒ Phosphorylierung von Proteinen 

• Kurzer (~ 30 sec) Blutdruckabfall weil Blut in die Beine “versackt”
• Reduktion von ZVD, Preload und Schlag- und Herzzeitvolumen
• Kreislaufregulation registriert Blutdruckabfall
• Sympathikus wird Aktiviert zur Korrektur
• Ehöhung von Herzfrequenz und peripherem Widerstand 

• Zu Beginn der Arbeit Blutdruckanstieg (HMV steigt schneller als der periphere Widerstand sinkt)
• Blutdruck bleibt leicht erhöht
• Peripherer Widerstand sinkt (Muskulatur)
• Sympathikusaktivierung bewirkt Umverlagerung der Organdurchblutung
• Minderdurchblutung abdominaler Organe, Mehrdurchblutung der Muskulatur 

• Hydrostatischer Druck beim Stehen ⇒ Dehnung oder Kollaps von Kapillaren ⇒ Regionale Unterschiede der Durchblutung
• Lokale Vasokonstriktion bei tiefem P_O2 und hohem P_CO2 ⇒ Shuntreduktion
• Lokale Vasodilatation bei hohem P_O2 und tiefem P_CO2
• ⇒ Anpassung der Durchblutung an die Belüftung 

• Ventrikelmuskulatur wird vorwiegend während der Diastole durchblutet
• Hohe Herzfrequenz ⇒ Verkürzung der Diastole
• Kritisch bei eingeschränkter Koronarreserve (CFR), z.B. wegen Koronarer Herzkrankheit
• Test:Belastungs-EKG 

• Durchblutung (RBF) ≈ 1.2 l / min (20% des HMV)
• Dient nicht nur der Versorgung
• ⇒O2 Extraktion1.5ml/100ml (andere Organe 4 - 5 ml / 100 ml)
• Autoregulation der Durchblutung durch Widerstandsänderung:
  • ⇒ v.a. lokal myogen (Arteriolen) 
  • ⇒ lokale Gewebehormone (Prostaglandine,Adenosin, NO) 

• Gehirn (750 ml / min)
  • Autoregulation (Druck) hohes P_CO2 und tiefes pH ⇒ Vasodilatation 
• Muskulatur (1000 ml - 20 l / min)
  • Viele Kapillaren in Ruhe kollabiert ⇒ Rekrutierung. Metabolische Autoregulation, O₂-Extraktion steigerbar 
• Haut (300 ml / min (50 - 3’000)
  • Oeffnung der Anastomosen ⇒ Wärmeabgabe. Vasokonstriktion bei Schock oder massiver Arbeit 

Pumpt ca. 70 ml Blut pro Schlag  

• AV-Klappe
  • Ventil, erlaubt Ventrikelfüllung während Diastole, verhindert Rückfluss von Blut in die Vorhöfe während der Kammersystole!
• Semilunarklappe
  • Ventil, erlaubt Blutauswurf während Systole, verhindert Blutrückfluss in den Ventrikel während Diastole 

• Hochdrucksystem (Arteriell:120/80mmHg; venös:2-5mmHg)
• Organe meist parallel geschalten: Arterieller Blutdruck für alle Organegleich. Blutfluss individuell nach Organ Widerstand jedes Organs unterschiedlich Blutfluss proportional dem Druckgradienten I=U/R

• Niederdrucksystem: (Arteriell: 25/10mmHg; venös 2-5mmHg)
• Lunge in Serie geschaltet

• Niederdrucksystem: (Arteriell: 25/10mmHg; venös 2-5mmHg)
• Lunge in Serie geschaltet

HMV = f * SV = 70 * 70 ml ~ 5 L / min 

\(Q_v = {\Pi r^4 \over8 \eta l}*{\Delta P}\)

• Q_v = Fluss (dV/dt)
• r = Radius
• η = Viskosität
• l = länge
• ∆P = Druckdifferenz

\(R = {8 \eta l \over \Pi r^4 }\)

R_tot = R1 + R2 + R3 + ... + Rn

1/R_tot = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4 + ... + 1/Rn 

Widerstand gering, geräuschlos, paraboloides Strömungprofil

Reynoldszahl (Re) bis 400

Widerstand hoch, Vibrationen und Geräusche

Re über 2'000

Turbulenzneigung ist proportional zu:

Radius (r), Flussgeschwindigkeit (v) Dichte (ρ) aber umgekehrt proportional zu Viskosität (η) 

\(Re = {2r v \rho \over \eta }\)

Viskosität η (eta) von Blut ~ 2.3 cP (Centipoise). Höher als Wasser wegen Proteinen und Hämatokrit

Als Hämatokrit bezeichnet man den Volumenanteil der zellulären Elemente im Blut. Volumenprozent Erythrozyten (Frauen: 38-46%, Männer 42-50%) ⇒ Anämien, Hypoxie, Erythropoietin (EPO) 

Abnahme der Viskosität bei kleiner werdendem Gefässdurchmesser. Die Erythrozyten werden Dursch Scherkräfte von der Gefässwand weg ins Zentrum gedrückt -> weniger Reibung -> Viskosität nimmt ab. Ab einem Durchmesser unter 10y, nimmt die Viskosität zu, da die Erythrozyten gequetscht weden.

• Dehnbarkeit eines Gefässes,Volumenänderung pro Druckänderung (C = ∆V / ∆P)
• Venen haben relativ hohe (wie ein Ballon), Arterien relativ tiefe (Bettflasche) Compliance.
• Alterung: Abnahme der Arteriencompliance 

• Venen 65%
• Lunge 10%
• Herz 10%
• Arterien 10%
• Kapilaren 5%

Totalvolumen ca 5. Liter

• Normalwert 120/80mmHg
• Prähypertonie: 139/89mmHg
• Leichte Hypertonie: 159/99mmHg
• Schwere Hypertonie: >=160/100mmHg

Assoziationen (Ursache unbek. 90-95%): Alter, Adipositas, Salzkonsum? Alkoholkonsum, Bewegungsmangel, Genotyp 

Bekannte Ursachen (5-10%): Nierenkrankheiten, Hormonstörungen

Folgen: Herzhypertrophie, Gefässschädigung

• Herzinfarkt, Herzversagen
• Hirnschlag
• Schädigung aller Gefässe, z.B. in Retina, Nieren