Blutdruckregulation: Pumpleistung, Gefäßweite und Volumen im Zusammenspiel

Was systolischer und diastolischer Druck beschreiben

Druck ist Kraft pro Fläche. In einem Blutgefäß entsteht er durch das Zusammenwirken von Blutfüllung, Wandspannung und der Bewegung des Blutes. Der arterielle Druck steigt während der Austreibung aus dem Herzen an und fällt im weiteren Verlauf wieder. Systolischer und diastolischer Wert bezeichnen Maximum und Minimum einer solchen Druckkurve an einem bestimmten Messort. [11]

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Die Differenz zwischen systolischem und diastolischem Wert heißt Pulsdruck. Der mittlere arterielle Druck ist dagegen das zeitliche Mittel der gesamten Kurve über einen Herzzyklus. Da die einzelnen Phasen unterschiedlich lang dauern und die Kurve ihre Form verändert, ist dieses Mittel von Verlauf und Herzfrequenz abhängig. Näherungsformeln verwenden deshalb vereinfachte zeitliche Gewichtungen. [11]

Die Druckkurve ist längs des Arteriensystems unterschiedlich geformt. Austreibungsverlauf, elastische Wand und Wellenreflexionen beeinflussen die Kurve am Messort. Ein peripher gemessener systolischer Wert kann daher von einem zentralen Aortenwert abweichen. Für das Verständnis gehören Ort, Zeitverlauf und die beteiligten Gefäße zusammen. Die Pumpleistung des Herzens ist ein Teil dieser gekoppelten Mechanik. [39] [38]

Wie Druckgefälle, Herzzeitvolumen und Widerstand zusammenhängen

Eine Strömung benötigt eine Druckdifferenz zwischen Zu- und Abstromseite. Für den Körperkreislauf wird der Zusammenhang im zeitlichen Mittel durch Herzzeitvolumen und gesamten systemischen Widerstand beschrieben. Der Druck auf der rechten Vorhofseite gehört als Abstromdruck dazu. Wird dieser klein gegenüber dem arteriellen Mitteldruck, lässt sich der Zusammenhang entsprechend vereinfachen. Dieses Modell fasst ein verzweigtes, pulsierendes System zu wenigen Größen zusammen. [73] [31]

Das Herzzeitvolumen ergibt sich aus Herzfrequenz und Schlagvolumen. Das Schlagvolumen verändert sich unter anderem mit Füllung, Kontraktionszustand und der Last, gegen die ausgeworfen wird. Gleichzeitig beeinflussen venöses Reservoir und Rückstrom die Füllung des Herzens. Eine Kreislaufänderung an den Venen kann deshalb über das Herz bis auf den arteriellen Druck wirken. [33] [34]

Vor allem kleine muskuläre Arterien und Arteriolen verändern den Widerstand aktiv. Zieht sich ihre glatte Muskulatur zusammen, wird das Lumen enger. Bei gleichem Druckgefälle sinkt dadurch der mögliche Strom durch diese Strecke. Im ganzen Körper liegen viele Organstrombahnen parallel. Wie sich der gesamte Widerstand verändert, hängt somit auch davon ab, welche Gebiete gleichzeitig enger oder weiter gestellt werden. [75] [50]

Für eine gerade starre Röhre mit laminarem Strom beschreibt das Poiseuille-Modell eine starke Radiusabhängigkeit: Bei ansonsten gleichen Bedingungen steigt der Widerstand mit der vierten Potenz des Kehrwerts des Radius. Blutgefäße verändern zusätzlich ihre Form und Wandspannung; das Modell macht den großen Einfluss kleiner Weitenänderungen anschaulich. Länge und Viskosität gehören als weitere Größen in dieselbe Beziehung. [73]

Bei hintereinander durchströmten Abschnitten addieren sich die Widerstände. Parallel angeordnete Wege ermöglichen dagegen eine Aufteilung des Stroms. Für gleiche parallele Teilwege sinkt der Gesamtwiderstand, wenn weitere Wege hinzukommen. Die lokale Gefäßweite und die Anzahl verfügbarer Strombahnen ergänzen sich deshalb als unterschiedliche räumliche Einflussgrößen auf die Durchblutung. [75]

Die Aorta glättet den wechselnden Auswurf

Während der Austreibung strömt Blut in die Aorta und dehnt ihre Wand. Ein Teil des Volumens wird kurzfristig im elastischen Gefäßraum aufgenommen. Wenn die Austreibung nachlässt, stellt sich die Wand zurück und unterstützt die weitere Strömung zu den nachgeschalteten Gefäßen. Der Auswurf aus dem Herzen und die regionale Versorgung erhalten dadurch unterschiedliche zeitliche Verläufe. [73] [50]

Die Compliance beschreibt, um wie viel sich das Gefäßvolumen bei einer bestimmten Druckänderung verändert. Sie hängt unter anderem von Wandmaterial, Gefäßgröße und bereits vorhandener Dehnung ab. Mit zunehmender Steifigkeit kann dieselbe Volumenzunahme einen stärkeren Druckanstieg erzeugen. Dieses Verhalten verbindet strukturelle Eigenschaften großer Arterien mit dem Pulsdruck und der Belastung der linken Herzkammer. [38]

Eine Pulswelle ist eine fortgeleitete Druck- und Strömungsänderung. Sie läuft deutlich schneller durch das System als ein einzelnes Blutteilchen mit dem mittleren Strom. An Änderungen der Gefäßgeometrie und mechanischen Eigenschaften werden Anteile übertragen und reflektiert. Die gemessene Kurve ergibt sich aus der Überlagerung solcher Vorgänge und aus der Austreibung des Herzens. [39]

Die schnelle Rückmeldung beginnt an gedehnten Gefäßwänden

Arterielle Barorezeptoren liegen unter anderem im Karotissinus und im Aortenbogen. Ihre Endigungen reagieren auf die Dehnung der umgebenden Wand. Bei steigendem Druck verändert sich die Aktivität der afferenten Nervenfasern. Signale aus dem Karotisgebiet laufen über einen Ast des neunten Hirnnervs, solche aus dem Aortengebiet überwiegend über den zehnten Hirnnerv zum Hirnstamm. [35]

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Im Hirnstamm werden diese Signale mit weiterer Kreislaufinformation verarbeitet. Eine verstärkte arterielle Dehnungsrückmeldung kann den vagalen Einfluss auf das Herz erhöhen und den sympathischen Kreislaufantrieb verringern. Herzfrequenz, Kontraktionszustand und Gefäßtonus verändern sich gemeinsam. Bei verminderter Dehnung verschiebt sich die Antwort in die Gegenrichtung. So werden kurzfristige Schwankungen gedämpft. [35]

Die Druck-Antwort-Beziehung besitzt einen veränderlichen Arbeitspunkt. Bei länger anhaltend verändertem Druck können sich sowohl Eigenschaften der Rezeptoren als auch die zentrale Kopplung verschieben. Dieses Resetting erhält Rückmeldungen um einen neuen Arbeitsbereich. Der Baroreflex wirkt deshalb in einem dynamischen Netzwerk, in dem auch Volumenregulation, Organsignale und längerfristige Gefäßveränderungen beteiligt sind. [58]

Wie Natrium- und Wasserhaushalt den Druck mitbestimmen

Die Nieren verändern über Natriumausscheidung und Wasserbilanz das extrazelluläre Flüssigkeitsvolumen. Damit beeinflussen sie auch die Füllung des Kreislaufs. Natrium, das im Körper zurückbleibt, steht in enger Beziehung zur Wasserverteilung zwischen den Extrazellulärräumen. Die Druckregulation verbindet sich auf dieser Zeitebene mit der Summe aus Zufuhr, Speicherung und Ausscheidung. [37]

Ein erhöhter renaler Perfusionsdruck kann die Natriumausscheidung steigern. Diese Drucknatriurese beruht auf abgestimmten vaskulären, interstitiellen und tubulären Vorgängen, darunter Veränderungen der Rückresorption. Der längerfristige Volumenausgleich hängt zugleich von der hormonellen und nervalen Steuerung der Niere ab. Renale Mechanismen verbinden somit das Gefäßsystem mit dem Stofftransport an den Nephronen. [36]

Wie stark der Kreislauf auf eine veränderte Natriumbilanz reagiert, ergibt sich aus dem Zusammenspiel mehrerer Organe und Regelsysteme. Gefäßtonus, Nervenaktivität, Hormone und renale Transportwege wirken aufeinander zurück. Die Nieren können dadurch einen neuen Gleichgewichtszustand mitbestimmen. Auf den Nephronseiten lässt sich der zugrunde liegende Transport von der Filtration bis zur abschließenden Harnzusammensetzung verfolgen. [36] [37]

Renin, Angiotensin, Aldosteron und natriuretische Signale

Juxtaglomeruläre Zellen der Niere setzen Renin frei, wenn passende Kreislauf-, Tubulus- und Nervensignale zusammenkommen. Dazu gehören verminderte renale Perfusion, eine veränderte Salzbereitstellung an der Macula densa und sympathische β1-Signale. Renin spaltet aus dem in der Leber gebildeten Angiotensinogen Angiotensin I ab. Weitere enzymatische Schritte erzeugen das wirksame Angiotensin II. [51]

Angiotensin II beeinflusst Gefäßtonus und renale Rückresorption und fördert die Freisetzung von Aldosteron aus der Nebennierenrinde. Aldosteron verändert die Natriumrückresorption in späten Nephronabschnitten. Das System verbindet somit eine Wirkung an Gefäßen mit einer länger anhaltenden Anpassung des Salz- und Wasserhaushalts. Die verschiedenen Teilwirkungen werden durch Rückkopplungen und die aktuelle Versorgungslage begrenzt. [51] [37]

Das Herz selbst liefert ebenfalls Volumensignale. Bei zunehmender Vorhofdehnung können natriuretische Peptide freigesetzt werden. Sie unterstützen unter anderem die renale Natrium- und Wasserausscheidung und wirken auf Gefäße. Damit meldet ein Füllungsraum des Herzens seinen Zustand an andere Organe. Solche Signale ergänzen den nervalen Reflex und die renale Eigenregulation in einem gemeinsamen Regelnetz. [52]

Die Regulation ist nach Aufgabe und Körperhöhe gegliedert

Im aufrechten Körper kommt zum zirkulatorischen Druck ein von der Höhe abhängiger hydrostatischer Anteil. Oberhalb und unterhalb des Herzens bestehen deshalb andere lokale Druckverhältnisse. Venen können zusätzlich Volumen aufnehmen oder abgeben. Gleichzeitig passen lokale Widerstandsgefäße die Organdurchblutung an. Der arterielle Armwert steht damit in einem System mit räumlich unterschiedlichen Drücken und zeitlich veränderlicher Verteilung. [32] [18]

Eine örtliche Gefäßerweiterung kann die Versorgung eines Organs erhöhen. Wenn gleichzeitig mehrere große Gebiete erweitert sind, verändert dies auch den gesamten Widerstand und die Anforderungen an das Herzzeitvolumen. Kreislaufzentren koordinieren deshalb die regionale Verteilung mit der übergeordneten Druckstabilisierung. Gewebebedarf, zentraler Strom und Volumenverfügbarkeit werden laufend aufeinander abgestimmt. [17] [18]

Für das Verständnis sind drei Zeitebenen hilfreich: Innerhalb eines Herzschlags formen Austreibung, elastischer Speicher und Wellenlauf die Kurve. Von Schlag zu Schlag verändern nervale Rückmeldungen Herz und Gefäße. Über längere Zeit beeinflussen Nieren, Hormone und Gefäßeigenschaften das Gleichgewicht. Jede Ebene setzt an konkreten Zielstrukturen an und wirkt auf die anderen zurück. [50] [58] [36] [38]

Vier Druckgrößen und ihre Bedeutung

Begriffe zum Weiterlesen

Herzzeitvolumen

Pro Zeit ausgeworfenes Blutvolumen; ergibt sich aus Frequenz und Schlagvolumen. [34]

Widerstand

Verhältnis von Druckdifferenz zu Strömung im verwendeten Kreislaufmodell. [73]

Barorezeptor

Dehnungssensitive Nervenendigung an einer Kreislaufstruktur. [35]

Drucknatriurese

Vermehrte renale Natriumausscheidung bei verändertem Perfusionsdruck als Teil des Volumenausgleichs. [36]

Pulswelle

Fortgeleitete Änderung von Druck und Strömung in einem elastischen Gefäßsystem. [39]

Hier geht das Wissen weiter

Diese Zusammenhänge vertiefen

• Venen und venöser Rückstrom: Wie Blut zum Herzen zurückgelangt