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
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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.
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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)
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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.
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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.
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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)
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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?
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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.
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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
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II. Kreislaufregulation
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