Herz und Kreislauf

· Herz (0.5% des Körpergewichts) verbraucht 10% der bereitgestellten Energie

· Energiequellen:   ⅓ Laktat  /  ⅓ Glukose  /  ⅓ Fettsäuren

· Energieverbrauch:   Druck-Volumen-Arbeit (75%) / Erzeugung der Pulswelle (23%) /  kinetische Energie (2%)

   · Druckerhöhung von Blut, das nicht ausgeworfen wird ist "verlorene" Energie  ( hoher Blutdruck + ESV ist schlecht )

· lokale Regulationsmechanismen:

   · lokale Metaboliten ( CO₂ / pH / K⁺ )

   · parakrine Stoffe über Interstitium / Kapillaren ( ATP / Adenosin / NO / Prostaglandine / ... )

· Anpassung von Füllung und Auswurfleistung des Herzens

· ermöglicht, dass beide Herzkammern gleiches Schlagvolumen haben

1.  erhöhte Vorlast  ( EDV / Preload / Füllungsdruck )

2.  verstärkte Kontraktion  ( Dehnung → Sensitivierung der Myofilamente + erhöhte Ca²⁺-Ausschüttung )

3.  erhöhte Druck-Volumen-Arbeit  ( Schlagvolumen und/oder endsystolischer Druck ist erhöht )

1.  erhöhte Nachlast  ( Aortendruck / Afterload )

2.  erhöhte Kontraktionskraft

3.  verringertes Schlagvolumen  ( da kürzere Auswurfphase )

4.  erhöhte Vorlast in der nächsten Kontraktion → s. oben

1.  Sympathikus aktiviert β₁-Rezeptoren*  ( G-Protein → AC → cAMP → PKA )

2.  L-Typ Ca²⁺-Kanäle (in Plasmamembran) werden phosphoryliert / geöffnet

3.  Ca²⁺ öffnet Ryanodin-Rezeptoren (in SR-Membran)

4.  erhöhte intrazelluläre Ca²⁺-Konzentration

5.  SERCA (Ca²⁺-ATPase in SR-Membran) pumpt Ca²⁺ zurück in SR → erhöhter Ca²⁺-Transient

6.  erhöhte Kontraktionskraft  ( positive Inotropie )

      erhöhte Bathmotropie (Erregbarkeit) / Dromotropie (Leitungsgeschwindigkeit) / Chronotropie (Frequenz)

7.  erhöhtes HZV oder Überwindung grösserer Nachlast  ( → erhöhter Energieverbrauch )

· erhöhte isovolumetrische Maxima / Unterstützungsmaxima

· verringertes Volumenminima

· erhöhte Effizienz der elektromechanischen Kopplung → erhöhter Energieverbrauch

* β₂-Rezeptoren in glatten Muskelzellen von Gefässen führen zu einer Dilatation

· vorübergehende Minderdurchblutung des Gehirns

· vasovagale Synkope:   neural vermittelt (zu starker Vagotonus / ungenügender Sympathikotonus)

· orthostatische Synkope:   kreislaufbedingt

· kardiogene Synkope:   vom Herzen ausgehend

· cerebro-vaskulär:   Hirndurchblutungsstörung

· Ouabain / Digoxin / Strophantidin

· Inhibitoren der Na⁺/K⁺-ATPase  →  Na⁺/Ca²⁺-Tauscher wird "inhibiert"  →  erhöhte intrazelluläre Ca²⁺-Konzentration

   → Inotropie wird erhöht

· arteriell:  30mmHg

· venös:  15mmHg

· Hodchdrucksystem:

   · 15 % des Volumens

   · > 50mmHg  /  Druckverteilung + Volumenverteilung entlang der Blutbahn

· Niederdrucksystem:

   · 85 % des Volumens (25% des Blutvolumens befindet sich im Thorax)

· Durchmesser:   25mm  →  0.008mm  →  30mm

· Querschnittsfläche:    5cm²  →  5000cm²  →  15cm²

· Strömungsgeschwindigkeit:    200mm/s  →  0.3mm/s  →  70mm/s

· Lunge:    100%

· Gehirn:    0.75 l/min

· Herz:    5%

· Niere:    1 l/min

· Verdauungsorgane:    1.5 l/min (Ruhe)   /   1 l/min (max. Leistung / Hitzebelastung)

· Skelettmuskel:    15% (Ruhe)   /   75% (max. Leistung)

· Haut:    6% (Ruhe)   /   50% (max. Hitzebelastung)

· Prozentangaben in Bezug auf HMV bei Ruhe (5 l/min) / max. Leistung (20 l/min) / max. Hitzebelastung (8 l/min)

· Ruhe:    5 l/min

· maximale Leistung:    20 l/min

· maximale Hitzebelastung:    8 l/min

· kurzfristig:   über HZV / Strömungswiderstand

· langfristig:   über Blutvolumen

· Windkesselfunktion der elastischen Arterien dienen als Druck-Volumen-Speicher und erzeugen eine Druckpulswelle

· Schliessen der Aortenklappe (Ende der Systole) führt zu einer kleinen Inzisur im Aortendruck*

· in der Peripherie ist eine dikrote Welle sichtbar, die durch Superposition der (reflektierten) Druckpulswellen entsteht

* wenn p(Aorta) > p(Ventrikel) fliesst Blut zurück und schliesst die Aortenklappe (Ende der Systole) → Blut-Rückstrom

· Druckpuls + Strompuls + Volumenpuls (Querschnittspuls)

· wird reflektiert, wenn sich der Wellenwiderstand ändert

   → Superposition führt zu Zunahme der Druckpulsamplitude / Abnahme der Strompulsamplitude in der Peripherie

· Druckpuls (v₀ ~ 5m/s → v_E ~ 10m/s) bewegt sich schneller fort als das Blut ( v₀ ~ 1m/s  /  ṽ ~20cm/s )

   · Druckpulswellengeschwindigkeit nimmt in der Peripherie zu (durch Abhname der Gefässdehnbarkeit) 

   · Zunahme der Geschwindigkeit wenn  Radius↓  /  Elastizität↓  /  Blutdruck↑  ( weil Arterien dadurch gespannter sind )

      · \(c = \sqrt{{{\Delta P \over \Delta V} · V \over \rho} }= \sqrt{{k \over \rho }}\)    (k = Volumenelastizitätsmodul / ρ = Dichte )

· Pulsdruck nimmt gegen Peripherie zu

· Mitteldruck nimmt gegen Peripherie ab

· Messung mittels Druckmanchette (p_Manchette < p_Diastole) → Druckänderungen in Manchette werden aufgezeichnet (Plethysmographie)

· Dehnbarkeit (∆V / ∆P)  =  Mass für Elastizität / Kehrwert des Volumenelastizitätskoeffizienten

· beschreibt wieviel Volumen eingefüllt werden kann bis der Druck um eine Einheit steigt

· im Alter nimmt Compliance ab, aber durch grösseren Aorten-Durchmesser kann die absolute Volumenzunahme teilweise kompensiert werden

·  direkt:   Katheter mit Druckwandler / Transducer

·  indirekt:  Methode nach Riva-Rocci / Korotkow-Geräusche (Turbulenzen)

· 1. Ordnung:  Pulsschwankungen (synchron mit Herzfrequenz)

· 2. Ordnung:  Atemschwankungen (synchron mit Atmung)

· 3. Ordnung:  verschiedene Frequenzen (meist langsamer als Atemschwankungen)

· intraaortale Ballonpumpe

· Ballon wird in Aorta während Diastole aufgeblasen → Druckerhöhung → bessere Durchblutung der Koronarien + Hirngefässe

· während der Systole wird Ballon schlagartig abgesaugt → geringerer Widerstand → Herz kann sich leichter entleeren

· Arteriolen

· durch verändern des Arteriolenwandtonus wird Durchblutung spezifischer Territorien und der Gesamtwiderstand reguliert

· je nach Territorium dominieren andere Mechanismen:

   · systemische Regulationssysteme (SR)

   · lokale Regulationsmechanismen (LRM)

   · lokale Autoregulation (LAR)

· Sympathikus  ( über Noradrenalin / Adrenalin )

· endokrine Systeme  ( über Ang II / ADH=AVP / ANP / Adrenalin )

· parakrin  ( Info aus Blut via Endothel )

· lokale Metaboliten  ( CO₂ / pH / K⁺ / ... )

· parakrine Stoffe via Interstitium / Kapillaren  ( ATP / Adenosin / NO / Prostaglandine / Thromboxan / Histamin / ... )

→ Wirkung auf glatte Muskelzellen / Sympathicus (NA-Freisetzung)

→ Anpassung der Durchblutung an Energieumsatz  ( in Skelettmuskeln / Herzmuskel / Hirn )

· Druck-abhängige Mechanismen

· konstanter Blutstrom in Hirn / Niere / Beine  ( Bayliss-Effekt )

· konstanter Druck in Lungen  ( trotz Änderung von I )

· Modulation der Konzentration vasoaktiver Substanzen

· Sensieren im Blutstrom ( mech. Scherkräfte / pO₂ / endokrine Substanzen¹ / parakrine Substanzen² )

· Übermittlung von Informationen an Gefässmuskulatur über parakrine Substanzen aus Endothel³

1   Hormone ( ANP / AVP / Ang II / ... )

2   Histamin / Thrombin / ...

3   NO + Prostaglandine + EDHF → Vasodilatation   /   Endothelin → Vasokonstriktion

Basaltonus + neuraler Tonus

· durch lokale Einflüsse beeinflusst

· wenig ausgeprägt in den Hautgefässen und im Splanchnikusgebiet

· stärker ausgeprägt in der Skelettmuskulatur / besonders stark im Gehirn

· sympathisch-adrenerge Nervenfasern erzeugen vasokonstriktorische Impulse  ( NA-Freisetzung )

· kommt nicht in der Plazenta und Umbilikalgefässen vor

· nur schwach ausgeprägt in Organen mit konstant hoher Durchblutung ( Gehirn / Niere / ... )

· Kontraktionsfördernd über α1-Rezeptoren  ( Noradrenalin )

· negative-Feedback über α2-Rezeptoren im Sympathikus  ( hemmt NA-Ausschüttung )

· Förderung der NA-Freisetzung (+Inhibition der NA-Wiederaufnahme) durch

   · Angiotensin II

· Hemmung der NA-Freisetzung durch

   · lokale Metaboliten:    H⁺ ( CO₂ / Laktat )  /  K⁺  /  Adenosin

   · parakrine Metaboliten:   ACh  /  Histamin  /  Serotonin  /  PGE1  /  NO

· Weissfingerkrankheit / Leichenfinger

· Verengung der Blutgefässe durch Vasospasmen

· Spezialfall  ( in Koronararterien / Corpora cavernosa )

· indirekt über NO - Produktion

   → NO → Guanylyl-Cyclase → cGMP → PKG → Aktivierung von Na⁺/Ca²⁺-Austauscher + Ca²⁺-ATPase → [Ca²⁺]_i ↓

· Inhibition der Phosphodiesterase V (PDE5 / cGMP → GMP) sollte zu besserer Dilatation der Koronargefässe führen ...

· dehnungsinduzierte Kontraktion  ( in Nieren / Hirn / Beinarterien )

· Erhöhung des transmuralen Druckes (∆P↑) führt zu einer Gefässkontraktion ( Ca²⁺-Kanäle werden geöffnet → R↑ )

   → konstante Durchblutung  ( z.B. der Füsse, egal ob stehend oder liegend)

   → in den Lungen genau das Gegenteil (passive Dehnung) damit der Druck möglichst konstant bleibt

· in den kleinen Arteriolen (<50µm):

   · Arbeit → Adenosin → metabolische Dilatation

→ in den mittleren Arteriolen (50-100µm):

   · weniger Druck → weniger Bayliss → myogene Dilatation

→ in den grossen Arteriolen (>100µm):

   · erhöhte Stromstärke → erhöhte Schubspannung → NO-Freisetzung → endothelvermittelte Dilatation

· nach vorübergehender Unterbrechung der Blutzufuhr

1.  Durchblutungsstop

2.  Abfall des transmuralen Druckes

3.  Verlust des myogenen Tonus

4.  Dilatation bei Wiederdurchblutung

· bei längeren Ischämien verstärken Abfall des pO₂ und Akkumulation vasoaktiver Metaboliten den Effekt

· schubspannungsabhängige NO-Freisetzung verstärkt die Dilatation

   → Auslösung einer reaktiven Hyperämie erlaubt Messung der Endothelfunktion mittels Arteriendurchmesser (Ultraschall) und Strömungsgeschwindigkeit (Doppler)

· durch Axonreflexe können Schmerzen zu Vasodilatationen führen