Transport im kardiovaskulären System (Kreislauf, Blut, Lymphe)

Untersuchung und Beeinflussung der Kreislauffunktion


 
© H. Hinghofer-Szalkay
Anamnese: ἀνά-μνησις = Wieder-Erinnerung
hydrostatisch: ὕδωρ = Wasser, stare = (still)stehen (unbewegte Flüssigkeit!)
Korotkoff-Geräusche: Nikolai S. Korotkow
Müller-Versuch: Erich Müller
Schellong-Test: Fritz Schellong

Valsalva-Versuch: Antonio Valsalva
Windkessel: Behälter, der Druckschwankungen minimiert (engl. 'windkessel vessels')


Bei der Messung des arteriellen Blutdrucks passieren in der Praxis besonders oft Fehler. Ist man an Ruhewerten interessiert, muss physische und psychische Ruhe gewährleistet sein (Patient alleine in ruhigem Raum ohne Reizfaktoren, 15 Minuten ungestörtes "Auschillen", automatisierte Messung). Die Messstelle liegt auf Herzhöhe (hydrostatischer Druckgradient), die Breite der Manschette ist auf den Extremitätenumfang abgestimmt.

Die Angabe der Werte sollte ohne Pseudogenauigkeit erfolgen - nichtinvasive Blutdruckmessungen sind fehlerbehaftet. Die Höhe des Blutdrucks schwankt physiologischerweise, abhängig z.B. von Atemposition, Körperlage, Tageszeit, Blutvolumen, Elektrolythaushalt, Änderungen der physischen und psychischen Belastung.

Soll der Zustand des kardiovaskulären Systems (des "Kreislaufs") ermittelt werden, ist - neben "Momentaufnahmen" aktueller Zustandsgrößen (Blutdruck, Herzfrequenz, Elektrolyte, EKG..) - die Dynamik der Reaktionen auf bestimmte Reize (Änderungen der Zustandsgrößen) besonders aufschlussreich, zum Beispiel:

   -- Beim Valsalva-Versuch wird der Zeitverlauf von Blutdruck und Herzfrequenz während und nach Atmung gegen einen definierten Pressdruck ermittelt

   -- Kipptischversuche (oder der Stehtest nach Schellong) untersuchen Blutdruck und Herzfrequenz, oft auch zusätzlicher Größen, in Reaktion auf Änderung der Körperlage

   -- Der Cold pressor test (Eintauchen einer Hand in Eiswasser) erhöht Sympathikustonus, Herzfrequenz und Blutdruck (einige Minuten Vasokonstriktion); auch der Blutspiegel an Katecholaminen steigt an.


Blutdruckmessung, Behandlung von Hyper- und Hypotonie Kreislauftestung  Pulswellengeschwindigkeit und Kreislaufzeit Künstliche Kreislaufbelastung
 
Was sagen Blutdruckwerte aus?
 
>Abbildung: Hydrostatische Druckschichtung (Mittelwerte) in Arterien und Venen
  Nach Loring Rowell: Human circulation - regulation during physical stress. Oxford University Press, NY 1986

Die angegebenen Werte gelten für 1 G (Erdbeschleunigung) bei einer mittelgroßen stehenden Person.

Die arteriellen Drucke liegen (auf jeder Höhe) etwa 100 mmHg über den venösen

Die Beurteilung der Kreislauffunktion  beginnt im Allgemeinen mit Beobachtung und Erhebung der Vorgeschichte:
 
 
  Beobachtung (Zeichen adäquater Durchblutung der Organe / Gewebe? Schmerzen? Mentale und emotionale Belastbarkeit? Kurzatmigkeit? Kollapsneigung?)
 
  Anamnese (Risikofaktoren? Lebensstil? Verwandtschaft?)
   
Erst dann - nur in Ausnahmefällen als Erstes - folgt die

  Untersuchung (Perkussion, Auskultation; Herzgeräusche? Herzfrequenz, systolischer und diastolischer Blutdruck? etc)
 
Einfache physikalische Überlegungen helfen bereits, die Kreislauffunktion besser zu verstehen:

In einem kommunizierenden Gefäßsystem ist der Druck umso höher, je weiter "unten" gemessen wird (hydrostatische Druckschichtung; >Abbildung). In den Beinvenen reichert sich beim Sitzenden oder im Stehen Blut an, die Halsvenen sind hingegen nicht gefüllt, außer wenn durch Pressen oder Belastung der venöse Druck ansteigt. Hervorspringende Halsvenen beim ruhig aufrecht sitzenden Patienten (kein Singen, Pressen o.ä.) gelten als diagnostisches Zeichen (Rückstau vor dem Herzen: Herzinsuffizienz).
 
Über Untersuchungsmöglichkeiten der Herzfunktion s. dort.
 
Blutdruckmessung
 

Der arterielle Blutdruck (Faustregel für den Mitteldruck in Herzhöhe: Herzzeitvolumen mal peripherer Gefäßwiderstand) hängt von zahlreichen Faktoren ab:

  Höhe der Messstelle - je dm Höhenunterschied ändert sich der hydrostatische Druck um 1 kPa = 7,5 mmHg

  Förderleistung des linken Ventrikels (steigt diese, baut sich ein höherer arterieller Druck im Gefäßsystem auf)

  Eigenschaften der Arterien (Windkesseleffekt) - steife Arterien erhöhen den Druck, vor allem den systolischen, da sie Volumenpulse weniger gut auffangen

  gesamter peripherer Gefäßwiderstand - nimmt dieser zu, fließt Blut langsamer in das Niederdrucksystem aus, es steigt der arterielle Druck, vor allem der diastolische
 
Die übliche nichtinvasive Blutdruckmessung mittels Staumanschette beruht auf dem Prinzip, dass die Blutströmung durch den Manschettendruck so über das Gewebe auf die Arterie übertragen wird, dass

  die Strömung in der Arterie dann vollständig blockiert wird, wenn der Manschettendruck dem systolischen Druck im Arteriensystem entspricht; und dass

  die Strömung in der Arterie dann zu keinem Zeitpunkt mehr zum Erliegen kommt, wenn der Manschettendruck dem diastolischen Druck im Arteriensystem entspricht.
 
Als Kriterien werden bei der Manschettenmethode herangezogen:

  Auftreten bzw. Verschwinden der Korotkoff-Geräusche (auskultatorisches Kriterium)

  Verschwinden des Pulses (palpatorisches Kriterium: nur systolischer Druck eruierbar)

  während der Messung auftretende Druckschwankungen in der Manschette (oszillometrisches Kriterium)

  Blutströmung (Ultraschall-Doppler) peripher von der Engstelle
Die Absolutgenauigkeit (accuracy) der nichtinvasiven Blutdruckmessung ist eingeschränkt, der zu erwartende Fehler beträgt etwa ±10 mmHg oder mehr. Wichtig ist die Manschettenbreite; je dünner die Extremität, desto eher wird bei gegebenen Druckverhältnissen die Arterie verschlossen (deshalb verwendet man schmale "Kindermanschetten" für dünne Extremitäten und breitere Manschetten, wenn der Arm einen großen Umfang aufweist).

Für die Praxis sind die ermittelten Werte als Orientierungshilfe
geeignet (wenn grobe Fehler vermieden werden), man darf diese Blutdruckwerte aber nicht überbewerten; lächerlich sind bei dieser Methode Angaben des Blutdrucks auf 3 oder mehr Stellen (z.B. "136/89" - Pseudogenauigkeit!).
 


>Abbildung: Invasive Blutdruckmessung (Sonde in a. radialis)

Die invasive Methode erlaubt präzisere Blutdruckmessungen und das kontinuierliche Monitoring der Pulswellenform. Kanülen werden z.B. in der a. radialis, femoralis oder dorsalis pedis placiert. Patienten (oder Probanden) müssen laufend überwacht, Blutungen, Thrombosierungen und Infektionen verhindert werden

  Direkte Messungen erfolgen mittels in die Arterie eingebrachter Sonde und externem Druckfühler (invasive Blutdruckmessung, >Abbildung). Mit diesem Verfahren kann hohe Präzision und Absolutgenauigkeit erreicht werden, es eignet sich für Blutdruckmonitoring in Extremsituationen (perioperativ, Intensivstation).

Der Blutdruck wird vom Kreislaufzentrum reguliert, dieses reagiert sowohl auf periphere (afferente) Impulse (Barorezeptoren) als auch auf zentrale (z.B. bei Stresseinwirkung). Dementsprechend dynamisch kann der Blutdruckverlauf sein; die Werte können sich innerhalb kürzester Zeit verändern, insbesondere mit körperlicher und geistiger Belastung sowie infolge Medikamenteneinwirkung.

Die arteriellen Blutdruckwerte spiegeln den "Basiszustand" des Kreislaufs nur dann valide wider, wenn die Messung unter echten Ruhebedingungen vorgenommen wird:
 
  Patient/in für mindestens 15 Minuten in einem ruhigen, abgeschirmten, wohltemperierten Raum, alleine, im Liegen (kein Stresseinfluss)

  Messung erfolgt auf Herzhöhe (hydrostatische Druckschichtung im Kreislauf; arterieller hydrostatischer Indifferenzpunkt etwa auf Höhe des Aortenbogens)

Bei nichtinvasiven Messungen ist weiters zu beachten:
  
  Messung erfolgt mehrfach und automatisiert

  Messung erfolgt mit geeigneter Manschette, sonst Verfälschung der Messwerte (Breite je nach Oberarmdurchmesser; "Kindermanschetten" sind schmäler)

Selten werden in der Praxis alle diese Randbedingungen beachtet, dementsprechend gering ist dann die Gültigkeit der ermittelten Blutdruckwerte.

   Fehler, die bei der Blutdruckmessung zu beachten / vermeiden sind:

     Messanordnung: Messfehler durch Gerätschaft (ungeeichtes Gerät, falsche Manschette)

     Position: Messstelle über oder unter Herzniveau (Messung an der Hand!)

     Belastung: Patient/in während Messung nicht im Ruhezustand (psychisch / physisch belastet)

     Orthostatischer Einfluss (Stehen - Sitzen - Liegen)

     Medikamente (inkl. Koffein, Nikotin)

     Stuhl- oder Harndrang

  Normalerweise beträgt der Blutdruckwert, der unter solchen definierten Ruhebedingungen erhoben wird, nicht mehr als 130 / 85. Der Ruheblutdruck sollte nicht über 140 / 90 mmHg liegen. Wenn höhere Werte persistieren, gilt dies als arterielle Hypertonie.
 
Als arterielle Hypotonie gelten chronisch rezidivierende, symptomatische (Schwindelgefühl) Blutdruckwerte unter 110/60 bei Männern und 100/60 bei Frauen. Bei Lagewechsel (Aufstehen) vorübergehend niedrigere Werte bedeuten orthostatische Hypotonie (ohne Krankheitswert).

Behandlung: Einer arteriellen Hypotonie kann auf nichtmedikamentösem Wege auf mehrere Arten begegnet werden:

     Wenn blutdrucksenkende Medikamente verwendet werden: Reduktion / Absetzen
 
     Auslösefaktoren vermeiden, z.B.: Längeres Stehen, Hitze (orthostatische Hypotonie / Kollaps); rasches Aufstehen; starker Alkoholgenuss
 
     Falls venöse Insuffizienz besteht: Stützstrümpfe, elastische Binden an den Beinen
 
     Bei Kollapsgefahr: Rückenlage, Beine hochlagern (vgl. dort)

  Bei Hypotonie wirksame Medikamente sind z.B.
 
     Sympathomimetika (periphere Vasokonstriktion),
 
     Volumenerhöher (Fludrocortison: hohe Mineralkortikoidwirkung).

Arterielle Hypertonie kann über mehrere physiologische Mechanismen (evt. in Kombination) bekämpft werden. Dazu gehören:
 
     Diuretika (Volumenabnahme → verringerter Füllungsdruck → Herzentlastung) 
 
     ß-Rezeptor-Antagonisten (periphere Vasodilatation)
 
     ACE-Hemmer (Abnahme Angiotensin II → periphere Vasodilatation)
 
Kreislauftestung
  



<Abbildung: Automatisierte
Anlage zur Kreislauftestung
Quelle: iap

Kipptisch kombiniert mit LBNP-Anordnung. Registrierung von Blutdruck, Herzfrequenz, EKG, Thoraximpedanz; Berechnung von Schlagvolumen, peripherem Strömungswiderstand, vegetativer Regulationslage.

Beim Wechsel von liegender zu aufrechter Körperlage kann vorübergehend orthostatische Hypotonie auftreten

Der Einfluss der relativen Höhe auf die Füllung der Venen zeigt sich in einfacher Weise in folgender Beobachtung: Die oberflächlichen Venen des gesenkten Armes sind prall mit Blut gefüllt (Überdruck); bei gehobenem Arm hingegen sind die Venenbette eingesunken (Unterdruck im Verhältnis zum umgebenden Gewebe). Der Wasserdruck nimmt pro Meter Tiefe um 1/10 Atmosphäre - 10 kPa oder 75 mm Hg - zu. Dies gilt (annähernd) auch im Kreislauf, weil Blut um nur ≈5% dichter als Wasser ist (abhängig vom Hämatokrit: Dichte der Erythrozyten 1,09 g/ml, Dichte des Plasmas 1,02 g/ml). Bei ungestörten Druckmessungen ist die Registrierung des Venenpulses möglich.

Dabei ist der Ort, an dem sich bei Lageänderung des Körpers der hydrostatische Druck (venös, arteriell, ..) nicht ändert ("hydrostatische Indifferenz"), von mehreren Faktoren abhängig (Blutvolumen, Gefäßtonus etc). Auch spielt eine große Rolle, exakt welche Körperlagen miteinander verglichen werden.

Lageänderungen des Körpers (postural changes) können als Methode zur Testung der Kreislaufregulation genutzt werden. So kommt es beim Aufrichten aus der liegenden Grundposition (Kipptisch) zu zahlreichen physiologischen Anpassungsreaktionen:

     Die Pulsfrequenz nimmt um 10-20 bpm zu (Barorezeptorreflex: Steigender Sympathikustonus, sinkender parasympathischer Einfluss auf das Herz - positive Chronotropie). Dadurch soll der - aus hydrostatischen Gründen - plötzlich verringerte Blutrückstrom zum rechten Herzen insoweit kompensiert werden, dass der arterielle Blutdruck stabilisiert wird - trotz eines Abfalls des Herzminutenvolumens um ≈30%

     Der periphere Gefäßwiderstand nimmt zu - erhöhter Sympathikustonus führt zu allgemeiner Vasokonstriktion. Auch hier ist der Barorezeptorreflex auslösend

     Zahlreiche hormonelle Antworten erfolgen mit einer gewissen Zeitverzögerung - z.B. Anstieg der Vasopressin-, Aldosteron- oder Adrenalin / Noradrenalinkonzentrationen im Blut

    
   Einzelheiten dazu s. dort.

Für die Praxis am Wichtigsten ist der Wechsel zwischen liegender und aufrechter Position: Hier liegt der venöse "hydrostatische Indifferenzpunkt" etwa eine Handbreit unter der Zwerchfellkuppel, der arterielle ungefähr auf der Höhe der Klappenebene des Herzens. Das bedeutet auch, dass z.B. beim Aufstehen sowohl die kardiopulmonären (Volumen-) Rezeptoren als auch die arteriellen (Carotis-) Rezeptoren einen Druckabfall finden und gemeinsam den Baroreflex auslösen.

  Die Funktionstüchtigkeit der Kreislaufregulation kann mit dem Schellong-Test (=Orthostaseversuch) ermittelt werden: Blutdruck und Herzfrequenz werden zuerst am sitzenden, dann am stehenden Probanden gemessen. Normalerweise steigt die Herzfrequenz leicht (10-20 bpm) an, der arterielle Blutdruck bleibt stabil. Der Kreislauf ist dann in der Lage, die hydrostatischen Änderungen durch Lageänderung zu kompensieren.
 

>Abbildung: Auswirkung eines Valsalva-Versuchs auf die Herzfrequenz
Quelle: iap

Gesunde junge Frau. Herzfrequenzkurve blau, Druck an Mundstück rot.

Durch die Druckerhöhung im Thorax während des Pressens nimmt die Herzfrequenz reflektorisch ab; anschließend steigt sie wegen der zunehmenden zentralen Hypovolämie


  Der Valsalva-Versuch (>Abbildung) testet die Kreislaufreaktion (Herzfrequenz, Blutdruck) auf eine (definierte: Messung an Mundstück) Steigerung des intrathorakalen Drucks durch Ausatembewegung gegen einen Widerstand. Beim Pressen nimmt die Herzfrequenz zunächst ab (Barorezeptorreflex reagiert auf den primär erhöhten Druck), dann zu (Schlagvolumen nimmt mit dem venösen Rückstrom rasch ab, damit sinkt auch der Blutdruck).

  Beim Müller-Versuch wird umgekehrt ein Unterdruck im Thorakalraum als Reiz zur Kreislaufstimulation verwendet.

  Beim Cold pressor test (CP-Test) wird eine Hand (üblicherweise für eine Minute) in Eiswasser getaucht. Über somatosensorische Afferenzen kommt es zur Aktivierung sympathischer Fasern und Vasokonstriktion, Blutdruckerhöhung um bis zu 40 mmHg (normalerweise 10-25 mmHg - dauert 2-3 Minuten an) und Freisetzung von Katecholaminen (im Blut nachweisbar).
 
Weiterführende Untersuchungen sind z.B. das EKG, Phonokardiographie, Pulskurvenregistrierung, Ermittlung der Pulswellengeschwindigkeit; weiters Blutuntersuchungen, bildgebende (CT, MRI) und funktionelle Verfahren (Ultraschall-Doppler, Belastungstests, Ergometrie etc.).
 
Pulswellengeschwindigkeit
 
Das Tempo, mit dem sich die systolische Druckwelle vom Herzen in die peripheren Arterien ausbreitet (Pulswellengeschwindigkeit PWG), gibt Aufschluss über die Volumendehnbarkeit (Compliance) der Arterienwände: Je geringer die Dehnbarkeit, desto höher die PWG (Arteriosklerose, Gefäßwandalterung). 

Erhöhte Steifigkeit der herznahen Arterien bedeutet für das linke Herz zusätzliche Belastung (gesteigerte Nachlast).

Pulswellengeschwindigkeit (PWG) = Laufstrecke (d) / Laufzeit (t)
 
Bei jungen gesunden Personen beträgt die Pulswellengeschwindigkeit beträgt herznahe (Aortenbogen) etwa 4 m/s, peripher bis zu 10 m/s.

Die Ermittlung von [t] orientiert sich an der jeweiligen Stelle des beginnenden steilen Druckanstiegs (Ankunft der Pulswelle, >Abbildung).
 
 
Kreislaufzeit

 
Die Kreislaufzeit kann ermittelt werden, indem ein Indikator (Farbstoff) i.v. injiziert wird (Armvene) und die Zeit (nach Injektion)  bis zur Ankunft der Indikatorwolke an einer Messstelle (Ohr) ermittelt wird. Wie die <Abbildung zeigt, können dabei eine Reihe von Kennzahlen gewonnen werden, die über die Dynamik der Indikatorpassage Auskunft geben. So gibt die Rezirkulationszeit die Dauer von der 1. bis zur 2. Passage (Gipfelkonzentration) des Indikators an der Messstelle an.
 

<Abbildung: Farbstoffverdünnungsmethode zur Bestimmung von Passagezeiten
Nach einer Vorlage bei Roche Lexikon Medizin, 5. Aufl. Urban & Fischer 2003

Aus der mittleren Farbstoffkonzentration während der Passagezeit errechnet sich bei bekannter Indikatormenge das Verteilungsvolumen (Indikatorverdünnungsprinzip)

  cp, maximale Farbstoffkonzentration (peak concentration)

  cpr, maximale Konzentration des rezirkulierenden Farbstoffs (peak concentration of recirculate dye)

  EZ, Erscheinungszeit = ta (appearance time)

  GZ, Gipfelzeit = tp (peak concentration time)

  IZ, Injektionszeit

  KZ, Konzentrationszeit = ta → p = tp-ta (build-up time)

  MZZ, mittlere Zirkulationszeit = Kreislaufzeit = t (mean transit time) PZ, Passagezeit = ta → d = td-ta (passage time)

  RZ, Rezirkulationszeit = tp → pr = tpr-tp (recirculation time)

  tar, Erscheinungszeit des rezirkulierenden Farbstoffs (appearance time of recirculate dye)

  td, 1% Farbstoffkonzentration der extrapolierten Kurve (1% peak concentration)

  tpr, Gipfelzeit des rezirkulierenden Farbstoffs (peak concentration time of recirculate dye)

  VZ, Verdünnungszeit = tp → d = td-tp (disappearance time)



Die Kreislaufzeit ist überall dort verringert, wo das Herzzeitvolumen erhöht ist und das Blut daher rascher rezirkuliert: Beispielsweise bei Fieber, Anämien oder Hyperthyreose (erhöhte Herzfrequenz), auch bei einem Rechts-Links-Shunt, bei dem das Blut zum Teil - unter Umgehung des Pulmonalkreislaufs - direkt vom rechten in das linke Herz übertitt (und mit ihm der Indikator). Ist das Herzzeitvolumen hingegen reduziert (z.B. bei Herzinsuffizienz), ist die Kreislaufzeit verlängert (Rückstau des Blutes vor dem Herzen).
 
Faktoren der Kreislaufbelastung
 

Der Blutkreislauf kann (zusätzlich zu physiologischen Faktoren wie Schwerkrafteinwirkung, körperliche Belastung, Hitzeeinwirkung u.a.) künstlich belastet werden - etwa durch zusätzliche Beschleunigungskräfte ("Achterbahn", Flugmaneuver, Humanzentrifuge..). Solche Situationen können betroffene Personen an den Rand ihrer Kreislaufstabilität bringen, oder darüber hinaus (was zu Bewusstlosigkeit führt - z.B. osthostatischer Kollaps). Solche Extrembelastungen können auch gezielt genutzt werden, etwa zu Trainungszwecken (z.B. Astronautentraining) oder aus diagnostischen Zielsetzungen (Prüfung der Kreislaufbelastbarkeit).
 

>Abbildung: Versuchsanordnung zum Einwirken von Unterdruck auf die untere Körperhälfte (LBNP)
Nach Goswami N, Blaber AP, Hinghofer-Szalkay H, Convertino VA. Lower Body Negative Pressure: Physiological Effects, Applications, and Implementation. Physiol Rev 2018; 99: 807-81

Der Unterdruck in der Box führt zur Verlagerung von Blut aus dem Thorakalraum in die untere Körperhälfte; dies führt zu einer Reduktion des Zentralvenendrucks und damit der Vorlast für das rechte Herz.

Das Zwerchfell rückt nach kaudal (rot strichlierte Linie), dadurch erhöht sich das Lungenvolumen


LBNP (lower body "negative" pressure). Eine Sonderform der Kreislaufbelasung ist das Einwirken von Unterdruck auf die untere Körperhälfte (>Abbildung). Vom Bauch abwärts kommt die Person in einen Unterdruckteil zu liegen; etwa auf Nabelhöhe sorgt eine Manschette für luftdichten Abschluss.

Je höher der Betrag des Unterdrucks, desto mehr Blut wird in den Bein- und Beckenvenen gespeichert; der vemöse Rückstrom zum Herzen nimmt ab, die Vorlast für das rechte Herz wird reduziert und damit auch das Herzminutenvolumen. Um den arteriellen Blutdruck zu stabilisieren, werden ähnliche Reflexmuster aktiviert wie bei orthostatischer Belastung (Aufrichten des Körpers) oder Blutverlust: Absinken des Parasympathikus- und Anstieg des Sympathikustonus, Aktivierung hormoneller Stabilisatoren (Reninmechanismus, Vasopressinausschüttung). Intensives LBNP (z.B. 100 mmHg Unterdruck) für längere Dauer kann zu Synkopen führen.

Die Belastung für das kardiovaskuläre System wird noch intensiver, wenn LBNP mit Orthostase kombiniert wird (s. Abbildung oben). In diesem Fall kann die Resilienz des Kreislaufs sozusagen austitriert werden: Die Kombination Unterdruck - Kippwinkel - Zeitdauer der Reizkombination erlaubt eine ziemlich präzise Bestimmung der individuellen Kreislaufstabilität und damit der Maximalbelastung, die eine Person ohne Bewusstseinsverlust zu ertragen vermag. Nimmt die Gehirndurchblutung auf unter ≈50% des Normalwertes (definiert bei normalerm Blut-pCO2, ohne Kreislaufbelastung) ab, steht die Person an der Schwelle der Bewusstlosigkeit; diese stellt sich dann schlagartig ein.

LBNP-Anordnungen kommen auch in der Raumfahrtmedizin zur Anwendung, um bei Personen, die für längere Zeit dem Zustand der Schwerelosigkeit ausgesetzt sind, regulative Antworten auf (künstlich erzeugte) Kreislaufbelastung zu provozieren - in der Hoffnung, der im Raumflug unvermeidlichen Schwächung der Kreislaufregulation (Dekonditionierung) entgegenzuwirken. Nach der Landung macht sich diese Kreislaufschwäche durch starken Blutdruckabfall im Stehen und Kollapsneigung bemerkbar.
 
 
<Abbildung: Humanzentrifuge
Foto: H. Hinghofer-Szalkay

Diese Zentrifuge am Ames Research Center der NASA in Moffett Field, Kalifornien, verfügt über 4 Kabinen und kann Personen auf ein Mehrfaches der auf der Erdoberfläche wirkenden 9,81 m/s2 beschleunigen (technisch bis zu 20 G). Kameras überwachen die Probanden, zu denen während des Versuchs akustischer und optischer Kontakt besteht und deren physiologischen Zustandswerte laufend aufgezeichnet werden

Humanzentrifugen (<Abbildung) dienen ähnlichen  Zwecken, der Aufwand ist erheblich größer: Sie ermöglichen eine Vervielfachung der Erdbeschleunigung. Die durch die Drehung der Kabine entstenende Zentrifugalkraft berechnet sich aus dem Produkt Radius mal Quadrat der Winkelgeschwindigkeit (Änderung des Rotationswinkels pro Zeit).

Solche Zentrifugen werden vor allem für Pilotenauswahl und -training genutzt; bei Raketenstarts treten Beschleunigungen bis zu 4 G (bei früheren Raketenmodellen auch mehr - Astronauten / Kosmonauten sind durch die halbliegende Stellung gut vor Greyout / Blackout geschützt), bei Flugmanövern (Kampfjets) bis zu 10 G auf.

Bei so hohen Beschleunigungskräften würden Jetpiloten (in sitzender Stellung) sofort bewusstlos, weil die zentripetalen Kräfte Blut vom Herzen weg in die untere Körperhälfte verlagern und der venöse Rückstrom zum Herzen nicht mehr ausreicht, um den arteriellen Druck aufrechtzuerhalten. Als Gegenmaßnahme kommen (automatisch bei höheren G-Kräften aktivierte) Überdruckhosen zum Einsatz. Diese werden schlagartig (mit Luft oder Flüssigkeit) gefüllt und komprimieren die Beinvenen, sodass das Blut zum Herzen gepresst wird und dadurch kardiale Vorlast, Herzminutenvolumen und arteriellen Blutdruck stabilisieren.



Eine Reise durch die Physiologie


  Die Informationen in dieser Website basieren auf verschiedenen Quellen: Lehrbüchern, Reviews, Originalarbeiten u.a. Sie sollen zur Auseinandersetzung mit physiologischen Fragen, Problemen und Erkenntnissen anregen. Soferne Referenzbereiche angegeben sind, dienen diese zur Orientierung; die Grenzen sind aus biologischen, messmethodischen und statistischen Gründen nicht absolut. Wissenschaft fragt, vermutet und interpretiert; sie ist offen, dynamisch und evolutiv. Sie strebt nach Erkenntnis, erhebt aber nicht den Anspruch, im Besitz der "Wahrheit" zu sein.