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Blutkreislauf, Arbeit des Herzens Physikalische Grundprinzipien der Hämodynamik Blutmenge im Körper → 80 ml Blut pro kg Körpergewicht → 8 % des Körpergewichtes → Erwachsener: 5-6 l Blutvolumen → Blutverlust:
10 % - gute Kompensation möglich (ca. 0,6 l) 30 % - Lebensgefahr (ca. 1,5 l) >50 % letal
Blutkreislauf = geschlossenen System, von teils parallel, teils seriell geschalteten Blutgefäßen. Die Prozentzahlen geben die durch die verschiedenen Organgebiete fließenden Anteile des HZV während Körperruhe an.
Der Blutstrom hängt vom Druckgradient ΔP, nicht vom absoluten Druck P ab. Das vom Herzen ausgeworfene Blut fließt also infolge der arteriovenösen Druckdifferenz.
Druck, Geschwindigkeit und Gesamtquerschnitt Druckabfall im Gefäßsystem: Die Stromstärke ist in allen hintereinandergeschal-teten Abschnitten des Gefäßsystems gleich (=Kontinuitätsprinzip), der Strömungswiderstand aber verschieden, wodurch sich auch unterschied-liche intravasale Drücke ergeben. Aorta + große/mittlere Arterien → geringe Strömungswiderstände → geringer Druckabfall (um ca. 5–7 mmHg) kleinen Arterien + Arteriolen (Widerstandsgefäße) → große Strömungswiderstände → großer Druckabfall (proportional zum R)
Die Strömungsgeschwindigkeit ist umgekehrt proportional zum Gesamtquerschnitt: Der Querschnitt nimmt von der Aorta (4 cm²) bis zu den Kapillaren stark zu (Gesamtquerschnitt = 3000 cm²), wodurch die Geschwindigkeit des Blutflusses stark abnimmt. Blutviskosität und Gefäßdurchmesser Fahraeus-Lindqvist-Effekt: Mit fallendem Gefäßdurchmesser nimmt die Viskosität des Blutes, aufgrund der Axialmigration der Erythrozyten, ab. Die Viskosität erreicht bei 4–10 μm Durchmesser ein Mini-mum, sie ist hier also nur noch geringfügig größer als die Viskosität der zellfreien Flüssigkeit (= Plasmaviskosität).
Frank-Starling-Gesetz ein Gesetz, das den Mechanismus der Herzleistung beschreibt. Die Menge des von den Herzkammern ausgeworfenen Bluts hängt vom enddiastolischen Blutvolumen ab. Je mehr Volumen sich im Herzventrikel befindet, umso höher die Auswurfleistung. Dieser Mechanismus funktioniert aber nur bis zu einer gewissen Dehnung des Herzmuskels. Werden die Herzmuskelfasern überdehnt, sinkt die Auswurfleistung wieder ab.
In Abb. 1.23 sind die Schlagarbeit des linken Ventrikels und der linksventrikuläre enddiastolische Druck verschiedener Herzen zueinander in Beziehung gesetzt. Die Kurven
verdeutlichen den Frank-Starling Mechansimus, der besagt, daß mit steigender Faservorspannung (hier ausgedrückt als enddiastolischer Kammerdruck) auch die Kontraktionskraft der Kammer (hier ausgedrückt als Schlagarbeit) zunimmt. Die mittlere Kurve zeigt die Verhältnisse bei normalem Herzen, die obere Kurve zeigt die Wirkung positiver Inotropie (z.B. Gabe von Adrenalin) und die untere Kurve zeigt die Verhältnisse beim insuffizienten Herzen mit verminderter Inotropie. Es ist ersichtlich, daß das insuffiziente Herz wesentlich höhere enddiastolische Drucke benötigt, um die gleiche Schlagarbeit wie das gesunde Herz zu leisten.
Arbeit des Herzens Mit jedem Herzschlag leistet der Ventrikel physikalische Arbeit. Diese Arbeit wird in einem speziellen Diagramm – dem Arbeitsdiagramm des Herzens – grafisch dargestellt.
1 𝑊 = 𝑝∆𝑉 + 𝑚𝑣 2 2 Das pumpende Herz leistet zwei verschiedene Arten von Arbeit: – die Druck-Volumen-Arbeit und – die Beschleunigungsarbeit. Die Druck-Volumen-Arbeit ist ein Maß für die Energie, die das Herz benötigt, um einen bestimmten Druck in den Herzkammern aufzubauen und ein Blutvolumen gegen den Strömungswiderstand auszuwerfen. Die Beschleunigungsarbeit leistet das Herz, indem es das Blut nach dem Öffnen der Taschenklappen in die Aorta hinein beschleunigt.
Quelle Der Punkt A kennzeichnet das Volumen und den Druck bei enddiastolischem Füllstand. In der isovolumetrischen Anspannungsphase kontrahiert das Myokard, der Druck nimmt zu, das Volumen bleibt aber noch konstant. Am Ende dieser Phase wird Punkt B erreicht. In der Systole wird das Blut ausgeworfen. Das Volumen und dann auch der Druck nehmen dabei zu – Punkt C. Das Myokard entspannt sich wieder. Der Druck fällt, wobei das Volumen konstant bleibt, solang über die AV-Klappen noch kein Blut aus dem Vorhof in die Kammer nachströmt. Der endsystolische Stand ist mit Punkt D bezeichnet. Daran sieht man auch, dass sich die Ventrikel nie komplett entleeren, sondern ein Restvolumen verbleibt. Verbindet man die Punkte A-D so erhält man eine Fläche (A1), die der aktiv geleisteten Arbeit des Herzens in etwa entspricht. Die Fläche A2 stellt die Füllungsarbeit dar. Die Volumenänderung von B nach C kennzeichnet das Schlagvolumen.
In dieses Arbeitsdiagramm lassen sich folgende, experimentell ermittelte Kurven einzeichnen:
Ruhedehnungskurve (grau): Diese erhält man, wenn das Herz mit einer gewissen Menge Flüssigkeit gefüllt und der entwickelte Druck dazu gemessen wird. Mit steigendem Volumen sinkt die Dehnbarkeit des Myokards, der Druck steigt steiler an.
Kurve der isovolumetrischen Maxima (grün): Sie entsteht, wenn bei konstantem Volumen der Druck durch Kontraktion maximal gesteigert wird.
Kurve der isobaren Maxima (gelb): Bei bestimmten, konstanten Druck, wird ausgehend von einem Punkt auf der Ruhedehnungskurve das maximale Schlagvolumen ermittelt.
Kurve der Unterstützungsmaxima (U-Kurve, rot): Für jeden Punkt auf der Ruhedehnungskurve existiert eine eigene Kurve der Unterstützungsmaxima. Man erhält sie, wenn von einem bestimmten Punkt eine senkrechte Linie nach oben gezogen wird, sodass sie die Kurve der isovolumetrischen Maxima kreuzt sowie eine waagerechte Linie nach links bis zur Kurve der isobaren Maxima (gestrichelte Linien). Die Schnittpunkte werden verbunden und stellen die spezielle Kurve der Unterstützungsmaxima dar. Der Punkt C liegt immer auf einer solchen Kurve.
Quelle: https://epub.ub.uni-muenchen.de/9113/1/9113.pdf http://klinphys.charite.de/bioinfo/2_p-skripten/Herz_I_Skript.pdf https://www.lecturio.de/magazin/frank-starling-mechanismus/
