Herz-Kreislauf System
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Herz-Kreislauf-System Cem Ekmekcioglu Schmidt, Lang: Physiologie des Menschen, 30. Aufl., Springer Verlag Komponenten des Herz-Kreislauf-Systems • Herz • Hochdrucksystem (Arterien des Körperkreislaufes) • Mikrozirkulationssystem (Kapillaren und Lymphgefäße) • Niederdrucksystem (Venen des Körperkreislaufes, Lungenkreislauf) Blutfluss durch das Herz Physiologie des Herzens Das Herz ist eine „Saug-Druck-Pumpe“ Herzmechanik Arbeitsmyokard mit „Elektroantrieb“ Elektrophysiologie des Herzens Reizbildungs- und leitungssystem Elektrophysiologie des Herzens Herzerregung Erregungsphysiologie des Herzens Allgemeine Form des Erregungsablaufes in aktuellen bzw. potentiellen Schrittmachern (z.B. Sinusknoten und AV-Knoten) verglichen mit dem nicht-automatischen Arbeitsmyokard (Vorhöfe und Ventrikel) Schmidt/Thews: Physiologie des Menschen, 27.Auflage, Kap.23, Springer (1997) Klinke/Pape/Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2005 Frequenz der Erregungsbildung und Geschwindigkeit der Reizleitung können durch das vegetative Nervensystem beeinflusst werden Frequenz (Chronotropie) Geschwindigkeit der Erregungsleitung (Dromotropie) Sympathicus Parasympathicus positiv chronotrop negativ chronotrop positiv dromotrop negativ dromotrop Zeitliches Verhältnis zwischen Erregung und Kraftentwicklung in einer Herzmuskelzelle Vander‘s Human Physiology, Widmaier EP, Raff H, Strang KT, S.403,Tenth Ed., McGraw-Hill, 2006 Schmidt, Lang: Physiologie des Menschen, 30. Aufl., Springer Verlag Schematisches normales Elektrokardiogramm CS So. Praktische Elektrokardiographie, Thieme, 1993 Schmidt, Lang: Physiologie des Menschen, 30. Aufl., Springer Verlag Normales EKG CS So. Praktische Elektrokardiographie, Thieme, 1993 Kammerflimmern CS So. Praktische Elektrokardiographie, Thieme, 1993 Herzmechanik • befasst sich mit den Veränderungen von Druck und Volumen im Laufe eines Herzzyklus Herzzyklus • Diastole – Entspannungsphase – Füllungsphase • Systole – Anspannungsphase – Austreibungsphase Herzzyklus (I) Klappen Entspannungsphase Alle Klappen zu Füllungsphase AV-Klappen offen Taschenklappen zu Druckverhältnisse Blutströmung Keine Blutströmung im Taschenklappen schließen, Herzen wenn der Druck in den Ventrikeln unter den Druck in der Aorta- bzw. A. Pulmonalis sinkt. Etwa 60-70 ml Blut in den Kammern. Druck in den Kammer sinkt in weiterer Folge auf fast 0 mmHg ab. Druck in den Vorhöfen (ca. 5 mm Hg) höher als in den Kammern (fast 0). Blut strömt infolge des Druckunterschiedes von den Vorhöfen in die Kammern; passive Füllung; 80-85% der Gesamtfüllung. Restliches Blut (15-20%) wird durch aktive Vorhofkontraktion in die Kammern gepresst Herzzyklus (II) Klappen Anspannungsphase alle Klappen sind geschlossen Druckverhältnisse Blutströmung Rascher Druckanstieg in den Kammern durch isovolumetrische Kontraktion Keine Blutströmung Weiterer Druckanstieg in den Kammern durch die Verkürzung der Myokardfasern; Ventilebenenmechanismus Blut wird durch die geöffneten Taschenklappen in die abführenden Gefäße (Aorta, A. pulmonalis) gepresst Auswurfphase: AV-Klappen geschlossen, Taschenklappen geöffnet Klinke/Pape/Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2005 Klinke/Pape/Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2005 Schlagvolumen und Auswurffraktion • Pro Herzaktion werden etwa 70 ml Blut ausgeworfen, etwa 50-60 ml Blut bleiben in den Ventrikeln zurück, • d.h. die Auswurffraktion beträgt in etwa 55-60 % (ausgehend von etwa 130 ml enddiastolischem Volumen) Herzzeitvolumen (HZV) = das vom Herz pro Zeiteinheit geförderte Volumen Maß für die Herzleistung HZV = Schlagvolumen x Frequenz Beispiel: Herzminutenvolumen (HMV) unter Ruhebedingungen HMV (l/Min) = 70 ml x 70 / Minute ≈ 5 l / Min Schlagvol. Frequenz Steigerung des HMV ist möglich bis ca. 20 – 25 Liter / Minute Bewerkstelligt durch: Steigerung des Schlagvolumens in Abhängigkeit von der Dehnung des Herzmuskels vor der Kontraktion (Frank-Starling Mechanismus) Steigerung der Herzfrequenz durch SympathicusWirkung Steigerung der Kontraktionskraft positiv inotrope Wirkung positiv chronotrope Wirkung des Sympathicus Vor- und Nachlast • Vorlast (preload): durch die Kammerfüllung passiv entstandene enddiastolische Wandspannung (K = P x r/2d) • Nachlast (afterload): aktiv entwickelte Wandspannung zur Überwindung des diastolischen Aorten- bzw. Pulmonalisdrucks – Verminderung der Nachlast bei Senkung des Aortenbzw. Pulmonalisdrucks + bei Verkleinerung von r Herztöne physiologisch 1. Herzton 2. Herzton Anspannungston durch Schwingungen von Myocard und Blut bei der isometrischen Kammerkontraktion zu Beginn der Systole Klappenton durch Schluss der Taschenklappen und Schwingung des Blutes im Anfangsteil der Aorta zu Beginn der Diastole Charakteristika: lang und dumpf Charakteristika: kurz und hell Echokardiographie Klinke/Pape/Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2005 Herzinsuffizienz • Die jeweils erforderliche Pumpleistung kann nicht erbracht werden • HZV ist zu gering • Je nach Ausdehnung wird unterschieden zwischen: Rechtsherzinsuffizienz Ruhe- Belastungs- Linksherzinsuffizienz Insuffizienz Globalinsuffizienz Herzinsuffizienz kann grundsätzlich verursacht sein durch: • Beeinträchtigte • Volumens- oder Herzfüllung (Bsp.) Drucküberlastung (Bsp.) – Klappenfehler – Hypertonie • Verlust an Muskelmasse (Bsp.) – Myokardinfarkt – Mitralstenose – Pericarderkrankungen • Störung der Kontraktilität des Myocards (Bsp.) – Gifte (Alkohol etc.) – Infektionen Energetik des Herzens (1) • Das Herzgewicht beträgt ca. 0,3 % des Körpergewichtes • Das Herz benötigt aber etwa 7 % des Sauerstoffangebotes Energetik des Herzens (2) • Das Herz benötigt ca. 5% des Gesamtenergieumsatzes und ca. 5 % des HZV • Eine Steigerung des O2-Bedarfes bei körperlicher Arbeit erfolgt hauptsächlich durch eine Steigerung der koronaren Durchblutung • Mehrdurchblutung hauptsächlich durch lokale Hypoxie und Sympathikusaktivierung • Wichtigste Energieträger freie Fettsäuren, Laktat und Glukose Kreislaufsystem Klinke/Pape/Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2005 Klinke/Pape/Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2005 Grundlagen zur Blutströmung • Treibende Kraft: Druckgefälle (∆P) zur Überwindung des Strömungswiderstand. (R) • also I (Stromstärke) = ∆P /R • da R = 8 x L x • → I = x r4 x ∆P/(8 x L x ) Laminare und turbulente Strömung Schmidt, Lang: Physiologie des Menschen, 30. Aufl., Springer Verlag Viskosität des Blutes determiniert durch • Viskosität des Plasmas • Hämatokritwert • Schubspannung ( = K/F) • Gefäßdurchmesser Hochdrucksystem Hochdrucksystem Die wesentlichste Aufgabe des Hochdrucksystem ist die adäquate Organund Gewebsperfusion Charakteristika des Hochdrucksystems sind • der hohe Druck (Blutdruck) • das arterielle Pulsphänomen Komponenten des Blutdruckes Der jeweils in einem Blutgefäß herrschende Druck wird von 3 Komponenten determiniert: 1) einer dynamischen Komponente die bestimmt wird durch – die Pumpleistung des Herzens und dem – Strömungswiderstand das sind die dominierenden Komponenten im Hochdrucksystem 2) einer statischen Komponente die durch – Volumen und Kapazität bestimmt wird das sind die dominierenden Komponenten im Niederdrucksystem 3) einer hydrostatischen Komponente die von der Schwerkraft abhängig ist und die mit einer Änderung der Körperlage variiert Determinanten des arteriellen Blutdrucks • Druck = Flussvolumen x Widerstand ΔP=IxR Oder Mittlerer arterieller Druck = HMV x TPR • systolischer Blutdruck physiologische Determinante Herzzeitvolumen • diastolischer Blutdruck physiologische Determinante peripherer arterieller Gefäßwiderstand (Weite der Arteriolen) • mittlerer Blutdruck (Perfusionsdruck) diastolischer Blutdruck + ½ (⅓) Blutdruckamplitude ( = Differenz zwischen dem systolischen und diastolischen Blutdruck) Schmidt, Lang: Physiologie des Menschen, 30. Aufl., Springer Verlag Arterieller Puls • entsteht durch die Tätigkeit des Herzens und die Elastizität der Arterienwand • Besteht aus drei ursächlich miteinander verknüpften Phänomenen: – Druckschwankung (Druckpuls) – Volumensschwankung (Volumenspuls) – Strömungsschwankung (Strompuls) • Funktionelle Bedeutung: Aufrechterhaltung eines genügend hohen arteriellen Mitteldruckes und Umwandlung einer diskontinuierlichen in eine kontinuierliche Blutströmung Windkesselfunktion der Aorta (schematische Darstellung) Der systolischen Wanddehnung mit Volumensspeicherung (oben) folgt eine diastolische Entdehnung mit Entspeicherung (Mitte); diese Vorgänge setzten sich kontinuierlich über das elastische Gefäß fort (unten) Thews, Vaupel, Vegetative Physiologie, Springer Verlag Pulswellengeschwindigkeit (Druckpuls) • Dehnbare Aorta- ca. 4-6 m/s • Arterien vom muskulären Typ- ca. 7-12 m/s Mikrozirkulation die Kapillaren die Lymphgefäße aus: http://training.seer.cancer.gov/module_anatomy/unit8_2_lymph_compo.html • Im Bereich der Mikrozirkulation findet der Austausch von –Flüssigkeit –Nährstoffen –Atemgasen – andere Stoffe (Medikamente etc.) zwischen Blut und dem interstitiellen Flüssigkeitsraum (bzw. Zellen) statt Mikrozirkulation Flüssigkeits- und Stoffaustausch zwischen Blut und Gewebe (bzw. Zellen) kann erfolgen durch: • Filtration – abhängig von Druckunterschieden – betrifft Flüssigkeit mit den gelösten filtrierbaren Substanzen • Diffusion – abhängig von Konzentrationsunterschieden – betrifft z.B. O2, CO2, Glukose • Pinozytose – Durchtritt größerer Moleküle durch die Zellmembran Schmidt, Lang: Physiologie des Menschen, 30. Aufl. Ursachen für das Auftreten von Ödemen • Anstieg des kapillären Blutdrucks (v.a. venöser Rückstau) – z.B. Herzinsuffizienz • Absinken des kolloidosmotischen Drucks – Eiweißmangel - verminderte Zufuhr oder Synthese bzw. vermehrte renale Ausscheidung • Störung des Lymphabflusses • Gesteigerte Durchlässigkeit der Kapillarwand – Allergische Reaktion, Entzündungen, Verbrennungen Niederdrucksystem Venen des Körperkreislaufes Lungenkreislauf Kapazitätsgefäße (Blutspeicher) Rücktransport des Blutes zum Herzen beteiligte Funktionen: • • • • Druckdifferenz zwischen den peripheren und zentralen Venen Muskelvenenpumpe Atmungsabhängige Druckschwankungen im Brust- und Bauchraum Sogwirkung des Herzens Zentraler Venendruck • Mittlerer Druck in den herznahen Körpervenen. • Abhängig vom Blutvolumen, Venentonus, Leistung des rechten Herzens, Körperposition • Ca. 4 mmHg beim Liegenden Schmidt, Lang: Physiologie des Menschen, 30. Aufl. Regulation der Durchblutung • • • • • • • Veränderung des Basaltonus Aktivität des vegetativen Nervensystems Myogene Autoregulation (Bayliss-Effekt) Vasodilatatorische Metabolite Zirkulierende Hormone Gewebehormone Endotheliale Wirkstoffe Vegetatives NS Taschenatlas Physiologie, Silbernagl, Despopoulos Thieme V. Einfluss des Sympathikus • Innervieren fast alle Gefäße (außer Kapillaren und kleinste Venolen) • Transmitter: Noradrenalin • Aktivierung bewirkt über 1-Rezeptoren eine Vasokonstriktion • Eine Abnahme des Sympathikotonus bewirkt eine Vasodilatation Metabolite/Zustände, die lokal eine Vasodilatation bewirken • • • • • • Lokaler Anstieg von pCO2 Lokaler Anstieg der H+-Ionenkonzentration Abfall des pO2 ADP Adenosin K+ Zirkulierende Hormone (1) Thews, Vaupel, Vegetative Physiologie, Springer Verlag Zirkulierende Hormone (2) • Angiotensin II (Vasokonstriktion + Intravasale Flüssigkeit , Durstgefühl ) • Aldosteron (Intravasale Flüssigkeit ) • Anti-Diuretisches-Hormon (Intravasale Flüssigkeit ) • Natriuretische Peptide (Intravasale Flüssigkeit ) Endothel/NO Schmidt, Lang: Physiologie des Menschen, 30. Aufl., Springer Verlag Kurzfristige Blutdruckregulation Klinke/Pape/Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2005 Klinke/Pape/Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2005 Orthostase Schmidt, Lang: Physiologie des Menschen, 30. Aufl. Schmidt, Lang: Physiologie des Menschen, 30. Aufl. Klinke/Pape/Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2005 Schmidt, Lang: Physiologie des Menschen, 30. Aufl. arterieller Blutdruck (mmHg) Klinke/Pape/Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2005
