KREISLAUFREGULATION
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II. Kreislaufregulation Kreislaufregulation Voraussetzungen In diesem Praktikum sollen einige Reaktionen des Herz-Kreislauf-Systems auf Änderungen der Körperlage und körperliche Arbeit untersucht werden. Für die Interpretation der Ergebnisse ist eine gute Kenntnis der entsprechenden Lehrbuchkapitel der Herz-Kreislaufphysiologie (Stichworte: Herznerven, FRANK-STARLING-Mechanismus, Kontraktilität, Windkesselfunktion der Aorta, peripherer Widerstand, Venensystem, Blutdruckregulation), der Arbeitsphysiologie (körperliche Belastung) und des vegetativen Nervensystems notwendig. Inhaltsübersicht 1. Blutdruck- und Pulsbestimmung in Ruhe 2. Stehversuch (Orthostase) 3. Kreislaufparameter bei Provokationstests 4. Kreislaufparameter bei körperlicher Arbeit 5. Bestimmung des Stop-Flow-Druckes 6. Venendruck-Messung Übungsablauf Jeder Teilnehmer soll die Blutdruck- und Pulsbestimmung üben (Aufgabe 1). Die Belastungstests (Aufgaben 2-5) sollen in 3er-Gruppen durchgeführt werden. Die Venendruck-Messung (Aufgabe 6) wird abschließend an einer Person demonstriert. 1. Blutdruck- und Pulsbestimmung in Ruhe Es wird erwartet, dass jeder Teilnehmer die Blutdruckmessung zum Übungsende durchführen kann. Der Blutdruck im zentralen und peripheren Bereich des arteriellen Systems Die Druckschwankungen in den großen Gefäßen des Hochdrucksystems während einer Herzaktion werden durch die Angabe der Extremwerte, des systolischen und des diastolischen Blutdruckes, gekennzeichnet. Bei jungen Erwachsenen beträgt unter Normalbedingungen der systolische Blutdruck (Ps) ca. 120 mmHg ( 16,0 kPa) und der diastolische Blutdruck (Pd) ca. 80 mmHg ( 10,5 kPa); die Blutdruckamplitude (Ps-Pd) beträgt somit ca. 40 mmHg ( 5,5 kPa). Die Blutdruckamplitude wird im Wesentlichen durch die Größe des Schlagvolumens und die elastischen Eigenschaften der Gefäße beeinflusst. Arterielle Hypertonie Epidemiologische Untersuchungen haben gezeigt, dass die Morbidität und Mortalität bei kardiovaskulären Erkrankungen um so größer sind, je höher der Blutdruck ist (koronare Herzkrankheit mit Angina pectoris oder Myokardinfarkt, linksventrikuläre Hypertrophie, Herzinsuffizienz, chronische Nierenerkrankung, periphere arterielle Verschlusskrankheit, Schlaganfall). Voraussetzung für die Diagnose und die Beurteilung der Schwere einer Hypertonie sind mindestens 3 Blutdruckmessungen an 2 verschiedenen Tagen. Dabei soll der Blutdruck nach 1 II. Kreislaufregulation 2-3 Minuten im Sitzen oder Liegen unter Ruhebedingungen gemessen werden. Eine milde Hypertonie liegt vor, wenn der Blutdruck bei wiederholten Messungen in Ruhe systolisch auf 140 bis 159 mmHg und/oder diastolisch auf 90 bis 99 mmHg erhöht ist. In der Altersgruppe der 35- bis 65jährigen haben in Deutschland > 50 % bei Gelegenheitsmessungen solche Werte. (Klassifikation in Tabelle 1). Tabelle 1a: Klassifikation normaler und erhöhter Blutdruckwerte (gemäß WHO) Kategorie optimal normal „hochnormal“ systolisch (mmHg) <120 <130 130 - 139 diastolisch (mmHg) <80 <85 85 - 89 Hypertonie Grad 1 (leicht) Hypertonie Grad 2 (mäßig) Hypertonie Grad 3 (schwer) 140 – 159 160 – 179 ≥ 180 90 – 99 100 – 109 ≥ 110 ≥140 < 90 isolierte systolische Hypertonie Tabelle 1b: Blutdruckwerte bei Kindern und Jugendlichen (Deutsche Hochdruckliga 2010) Alter (Jahre) Neugeborene 1 4 8 12 > 16 systolisch (mmHg) 60 85 95 100 105 115 diastolisch (mmHg) 35 40 50 60 62 65 Beginn Hypertonie 90 / 50 100 / 60 110 / 70 115 / 80 125 / 80 135 / 85 Methodik der Blutdruckmessung nach RIVA-ROCCI (RR) Die luftleere Manschette wird ca. 2,5 cm über der Ellenbeuge fest angelegt, so dass das aufblasbare Gummiteil den gesamten Oberarm umschließt (bei Oberarmumfängen über 38 cm ergeben sich mit der Normalmanschette regelmäßig zu hohe Blutdruckwerte). Der Arm soll bei der Messung leicht gebeugt sein und in Herzhöhe liegen. Um die Höhe des systolischen Druckes abzuschätzen, wird der Manschettendruck unter Palpation des Radialispulses rasch auf einen Wert aufgepumpt, der ca. 30 mmHg oberhalb des Manometerdruckes liegt, bei dem der Radialispuls verschwindet. Anschließend wird der Manschettendruck um 2 bis 3 mmHg pro Sekunde verringert und gleichzeitig die A. brachialis in der Ellenbeuge auskultiert. Beim ersten KOROTKOFF-Geräusch wird der systolische Blutdruck-Wert abgelesen. Die Werte sind (leitliniengerecht) auf 2 mmHg genau anzugeben! Der diastolische Wert wird beim völligen Verschwinden der Geräusche abgelesen. Lediglich dann, wenn KOROTKOFF-Geräusche bis zu einem Manschettendruck nahe 0 mmHg gehört werden (z.B. bei hohem Herzzeitvolumen und niedrigem peripheren Widerstand), wird der diastolische Wert abgelesen, wenn die Geräusche deutlich leiser werden. 2 II. Kreislaufregulation Die Beurteilung der Pulsqualitäten Die Palpation des Druckpulses in oberflächennahen Arterien ermöglicht schnell erste Informationen über die Herzfrequenz, den Rhythmus der Herzaktion und charakteristische Merkmale der Druckpulskurve. Man unterscheidet die folgenden Pulsqualitäten: 1. Herzfrequenz Pulsus frequens: z.B. bei Belastung, Aufregung, Fieber, nach Blutverlust, Hyperthyreose Pulsus rarus: z.B. bei Sportlern unter Ruhebedingungen, AV-Rhythmus, Hypothyreose 2. Herzrhythmus Pulsus regularis Pulsus irregularis: z. B. bei Extrasystolen, AV-Block II, Vorhofflimmern 3. Amplitude des Pulses Pulsus magnus: z.B. bei physischer Belastung, ausgeprägter Arteriosklerose, Aorteninsuffizienz Pulsus parvus: z.B. bei Aortenstenose 4. Anstiegssteilheit des Pulses Pulsus celer: z.B. bei physischer Belastung, ausgeprägter Arteriosklerose, Aorteninsuffizienz Pulsus tardus: z.B. bei Aortenstenose 5. Mitteldruck Pulsus durus: bei Hypertonie Pulsus mollis: bei Hypotonie (z.B. nach Blutverlust) 3 II. Kreislaufregulation 1.1. Blutdruckmessung im Sitzen Bestimmen Sie den Blutdruck am rechten und linken Arm (abwechselnd und jeweils 2mal). Ergebnis: Blutdruck (mmHg) Amplitude syst. diast. (mmHg) ________________________________________________________________________ Rechter Arm 1. Messung 2. Messung ________________________________________________________________________ Mittelwert ________________________________________________________________________ Linker Arm 1. Messung 2. Messung ________________________________________________________________________ Mittelwert ________________________________________________________________________ Notieren und erklären Sie, welche Ursachen Seitendifferenzen haben könnten. 2. Kreislaufreaktion bei Orthostase (Stehversuch) Beim Übergang vom Liegen zum Stehen sinkt der zentrale Venendruck. Füllungsdruck, diastolische Füllung und Schlagvolumen verringern sich zunächst rechts- und anschließend auch linksventrikulär (FRANK-STARLING-Mechanismus). Durch die Gravitationskraft wird etwa 1/2 Liter Blut aus den großen intrathorakalen Gefäßen in die unteren Körperpartien verlagert. Es kommt zunächst zu einem Blutdruckabfall. Diese Frühphase kann unter Praktikumsbedingungen nicht erfasst werden, da innerhalb weniger Sekunden eine Gegenregulation erfolgt. Die sich daran anschließende Spätphase ist Gegenstand des Praktikumsversuches. Im Vergleich zum Liegen ergeben sich in der kompensierten Steh-Phase normalerweise folgende Veränderungen: systolischer Blutdruck: 0 ( 5 mmHg) diastolischer Blutdruck: + 5 mmHg Herzfrequenz: + 15 bis 20 min-1 Schlagvolumen: - 30 %. Durchführung: Die Versuchsgruppe setzt sich aus drei Personen zusammen: Versuchsperson, Messperson für den Blutdruck, Messperson für die Herzfrequenz (gleichzeitig Protokollant). Der Versuch beginnt nach einer 3minütigen Entspannungsphase, in der die Versuchsperson auf dem Rücken liegt. Bei der liegenden Person werden 3mal in Abständen von je 1 min Blutdruck und Herzfrequenz gemessen. Anschließend steht die Versuchsperson auf und bleibt 5 min ruhig stehen. Herzfrequenz und Blutdruck werden weiterhin im Minutenabstand gemessen. Nach der 5. Messung legt sich die Versuchsperson wieder hin, und die Messungen werden 2 min fortgesetzt. 4 II. Kreislaufregulation Ergebnis: Herzfrequenz Blutdruck (mmHg) Amplitude (min-1) syst. diast. (mmHg) ________________________________________________________________________ Liegen 1. min 2. min 3. min _______________________________________________________________________ sofort Stehen 1. min 2. min 3. min 4. min 5. min _________________________________________________________________________ Liegen sofort 1. min 2. min _________________________________________________________________________ Dieser Versuch wird auch mit dem Finapress®-Messsystem durchgeführt, einerseits auf dem Kipptisch, andererseits auf der Liege (aktives Aufstehen). Achten Sie auf die hydrostatischen Effekte, d.h., ohne abgleichende hydrostatische Wassersäule muss der Finger mit der Manschette auf Herzhöhe gehalten werden. 5 II. Kreislaufregulation Für die Beurteilung orthostatischer Reaktionen sind verschiedene Verfahren entwickelt worden (SCHELLONG, DELIUS, THULESIUS). Die Auswertung soll hier in Anlehnung an die Methode von THULESIUS erfolgen. Die Abweichungen des Blutdrucks (P) und der Herzfrequenz (Hfr) vom Ausgangswert im Liegen werden in ein Koordinatenkreuz eingetragen (Abb. 1). Hfr = Hfrstehend - Hfrliegend Wertetabelle (min-1) P = Pstehend - Pliegend (mmHg) systolisch diastolisch nach 1 min Stehen nach 2 min Stehen nach 3 min Stehen nach 4 min Stehen nach 5 min Stehen Hfr (min-1) +50 +40 +30 +20 +10 -50 -40 -30 -20 -10 +10 +20 +30 +40 P (mmHg) -10 -20 Abb.1: Diagramm zur Einordnung der orthostatischen Regulation. Der schraffierte Bereich stellt die Normalvariation dar (nach: Thulesius, Cardiology 61, Suppl. 1, 180-190, 1976) 6 II. Kreislaufregulation Beurteilen Sie Ihre Ergebnisse: 1. Warum steigt die Herzfrequenz? 2. Warum steigt der diastolische Druck? 3. Was geschieht mit der Druckamplitude? Abnormale Reaktionen nach dem Aufstehen Typ I: Hypertone Reaktion: Anstieg von Hfr + RR Typ II: Sympathikotone Reaktion: Anstieg von Hfr und Abfall von Psyst (z.B. bei Oligämie und Varikosis) Typ IIa: Asympathikotone Reaktion: Abfall von Psyst und Pdiast bei schwacher Frequenzreaktion (z.B. bei Neuropathie) Die orthostatische Intoleranz ist gekennzeichnet durch einen überschießenden Anstieg der Herzfrequenz, die meist ohne eine Hypotension auftritt und einhergeht mit einem deutlichen Anstieg der Plasma-Noradrenalin-Konzentration. Hiervon abzugrenzen ist die orthostatische Hypotension, die zu einer Synkope durch zerebrale Minderperfusion führt. Ursächlich finden sich hierbei Störungen im autonomen Nervensystem. Nach langer Bettruhe, Hypovolämie, Flügen ins All oder als Medikamentennebenwirkung können Dysregulationen auftreten. 3. Kreislaufparameter bei unterschiedlichen Provokationstests Mit Hilfe des Finapress®-Gerätes wird Blutdruck, Herzfrequenz und Herzminutenvolumen kontinuierlich gemessen. Die Manschette zur Druckmessung wird am Mittelfinger so angebracht, dass die Schläuche auf der ventralen Seite liegen. Die Messeinheit wird mittels des Bandes am Unterarm fixiert und am Oberarm wird durch den Klettverschluss nach vorheriger Kalibration die Wassersäule, die dem hydrostatischen Druckausgleich dient, fixiert. Vor jeder Provokation wird eine 5minütige Kontrollmessung durchgeführt. Die verschiedenen Manöver werden durch Markierungen in der Software gekennzeichnet, so dass eine nachfolgende Auswertung möglich ist. 3.1. Orthostase Versuch: Dieser Versuch wird am Kipptisch wie oben geschildert durchgeführt. Mittels der Software können Markierungen gesetzt werden, die Aufrichten und Hinlegen kennzeichnen. Der Proband wird zweimal vom Liegen in die aufrechte Position gekippt und wieder zurück. Die aufrechte Position wird hierbei 5 min beibehalten. 3.2. Valsalva Manöver Nach einer 5minütigen Ruhephase wird ein VALSALVA-Manöver durchgeführt. Hierbei wird gegen die verschlossene Stimmritze forciert ausgeatmet, wodurch sich der intrathorakale Druck erhöht. Wie ändert sich der Blutdruck während des Manövers und nach Beendigung, also nach Wiederherstellung der Atmung? Was geschieht mit der Herzfrequenz? Welche Reflexe sind hier beteiligt? 7 II. Kreislaufregulation 3.3. Eiswasser Provokationstest Nach einer 5minütigen Ruhephase wird die Hand, an der die Blutdruckmessung nicht durchgeführt wird, bis zum Knöchel in Eiswasser getaucht. Notieren Sie die Zeit, die dies toleriert wird, und beobachten Sie die Änderungen des Blutdrucks und der Herzfrequenz. Erklären Sie die Phänomene. 3.4. Statische Muskelanspannung Nach einer 5minütigen Kontrollphase soll eine isometrische Muskelanspannung in Beinen und dem nicht an der Messung beteiligten Arm durchgeführt werden. Hierzu werden die Beine bis zur Waagerechten angehoben und mit der Hand ein mit Wasser gefülltes Gefäß angehoben. Bei der isometrischen Anspannung soll der Proband nicht den Atem anhalten, sondern kontinuierlich weiteratmen. Notieren Sie die Zeit, wie lange diese Provokation durchgeführt werden kann, und beobachten Sie wiederum die Änderung der Kreislaufparameter. Erklären Sie die Phänomene. 3.5. Tauchreflex Hier wird der Effekt einer Apnoe ohne oder mit Reizung der sensorischen Gesichtsnerven untersucht. Nach einer 5minütigen Ruhephase wird zunächst die Luft für ca. 30 bis 40 s angehalten. Danach wird dieses Manöver durchgeführt mit Eintauchen des Gesichts in ein bereitstehendes Becken mit kaltem Wasser für 30 bis 40 s. Wie ändern sich die Herzfrequenz und der Blutdruck bei diesem Provokationsmanöver? 4. Blutdruck und Herzfrequenz bei körperlicher Arbeit Muskelarbeit führt zu einer lokalen Durchblutungssteigerung, die als funktionelle oder aktive Hyperämie bezeichnet wird. Die lokale Durchblutungssteigerung kommt durch metabolische Faktoren zustande, die eine Kopplung der Durchblutung an den Bedarf ermöglichen. Die lokale Regulation bewirkt eine Senkung des totalen peripheren Widerstandes und würde somit zu einem Abfall des Blutdrucks führen. Damit dies nicht geschieht, wird das sympathische Nervensystem im Vorweg aktiviert. Der erhöhte Sympathikotonus führt zu einer Vergrößerung des Herzminutenvolumens durch Steigerung der Herzfrequenz und der Kontraktionskraft. Gleichzeitig kommt es zu einer Vasokonstriktion, v.a. im Gastrointestinaltrakt, die dazu beiträgt, dass das Blut vermehrt dem arbeitenden Muskel zur Verfügung gestellt wird. Die Erhöhung der Kontraktionskraft des Herzens geht meist mit einer Zunahme des Schlagvolumens einher, die dann zu einer Erhöhung des systolischen Blutdrucks führt. Der diastolische Druck ist bei dynamischer Arbeit meist unverändert, da er vom Abstrom des Blutes in die Peripherie während der Diastole abhängt. Durch die Absenkung des totalen peripheren Widerstandes ist dies besser möglich als in Ruhe, so dass der diastolische Druck meist nicht ansteigt. Dieses ist bei statischer Arbeit anders, da die lang dauernde Muskelspannung die Blutgefäße abdrückt, die Absenkung des totalen peripheren Widerstandes verhindert und eine adäquate Perfusion nicht zulässt. Gleichzeitig wird durch die Sympathikusaktivierung der Tonus in der glatten Muskulatur der Kapazitätsgefäße erhöht, so dass der Blutrückstrom zum rechten Herzen begünstigt wird. Zusätzlich wird dies durch die Effekte der Atmung und der rhythmischen Kontraktion der Skelettmuskulatur unterstützt. Im Anschluss an die Belastung kehrt der Blutdruck innerhalb weniger Minuten zu den Ruhewerten zurück. Die Pulsfrequenz erreicht nach mäßiger körperlicher Belastung im Normalfall nach spätestens 5 min ihren Ausgangswert. Zur Charakterisierung der körperlichen Leistungsfähigkeit wird häufig die Erholungspulssumme (= Anzahl der Herzschläge, die nach der Belastung über dem Ruheniveau liegt) herangezogen. Während leichter körperlicher Belastung nimmt die Herzfrequenz in Abhängigkeit vom Trainingszustand und dem Belastungsgrad zu. Die Atemfrequenz ist erhöht. 8 II. Kreislaufregulation Achtung! Die Untersuchung darf nicht an Personen durchgeführt werden, die an einer hämodynamischen Störung leiden. Durchführung: (mit dem Finapress®System) Blutdruck (mmHg) syst. diast. Herzfrequenz (min-1) Herzminutenvolumen (ml) 3 min Sitzen auf dem Fahrradergometer je 2 min Treten mit 25 W Belastungszunahme 25 W: 50 W: 75 W: Ausgangslast: 25 W Höchstlast: 200 W 100 W: (vorheriger Abbruch bei Erschöpfung oder Herzfrequenz > 180 min-1) 150 W: 125 W: 175 W: 200 W: Die Ergebnisse werden in folgendes Diagramm eingetragen. 220 RR (mmHg) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 180 HF (min-1) 160 140 120 100 80 60 40 25 50 75 100 125 9 150 175 Belastung (W) 200 II. Kreislaufregulation 5. Bestimmung des Stop-Flow-Druckes Mithilfe des DOPPLER-Ultraschall-Gerätes wird der Fluss in der Arterie akustisch kontrolliert. Nach Auftragen des Ultraschallgels wird mit der Messsonde die A. radialis aufgesucht – erkennbar an einem scharfen Geräusch während der Systole. Nun wird eine am Oberarm angebrachte Manschette über den systolischen Druck aufgeblasen. Notieren Sie den Druck, an dem das Geräusch verschwindet, und lassen Sie den Druck langsam ab. Wie ändert sich das DOPPLERSignal? Nach einer kurzen Ruheperiode wird das Gefäß erneut aufgesucht, die Manschette nun zügig über den systolischen Druck aufgeblasen und für 5 min die Blutzufuhr unterbrochen. Lassen Sie nun rasch den Druck aus der Oberarmmanschette ab, und beurteilen Sie das Geräusch. Was hat sich verändert? Welche Variablen und physiologischen Vorgänge verursachen diese Änderungen? Nun wird der Stop-Flow-Druck an der Fußarterie (A. dorsalis pedis) untersucht. Bestimmen Sie den Druck, der mit einer Manschette in der Mitte der Wade aufgebracht werden muss, um den Fluss zu unterbrechen. Diese Untersuchung wird zunächst im Liegen und dann am stehenden Probanden durchgeführt. Nach der Messung am stehenden Probanden wird an diesem Probanden im Stehen der Blutdruck am Oberarm gemessen. Vergleichen Sie die Werte, und erklären Sie Ihre Beobachtungen. 6. Venendruck-Messung Der mittlere Druck in den großen herznahen Körpervenen wird als zentraler Venendruck (ZVD) bezeichnet. Er entspricht in guter Annäherung dem mittleren Druck im rechten Vorhof. Der ZVD hat diagnostische Bedeutung bei der Beurteilung einer Herzinsuffizienz oder der Kontrolle einer Infusionstherapie. Der ZVD kann näherungsweise durch Messung des Druckes in einer Armvene nach MORITZ und TABORA bestimmt werden (peripherer Venendruck). Der Veneninhalt wird hierzu am liegenden Patienten mit einer Kommunikationsröhre in Verbindung gebracht, die mit steriler physiologischer Kochsalzlösung gefüllt ist. Das Gerät wird auf Sternumhöhe eingestellt, der Nullpunkt der Messröhre liegt entsprechend dem tiefer liegenden rechten Vorhof 5 cm unter der Sternumhöhe. Bei Durchgängigkeit des Systems stellt sich der Flüssigkeitsspiegel im Messrohr auf die Venendruckhöhe ein. Der normale Venendruck in der V. basilica beträgt ~10 cm H2O (Spanne: 0,5 bis 14 cm). Durchführung: Aus hygienischen Gründen wird diese Methode im Praktikum so vereinfacht, dass ermittelt wird, wie hoch die Blutsäule in einem Infusionsschlauch ansteigt, der mit der V. basilica in Verbindung steht. Ergebnis: 10 II. Kreislaufregulation Seminarthemen „Kreislaufregulation“ 1. Biophysikalische Parameter, die die Höhe des Blutdrucks determinieren 2. Baroreflex und akute Blutdruckregulation 3. Regulationsmechanismen des Kreislaufsystems bei körperlicher Arbeit 11 II. Kreislaufregulation 12
