Blutdruck, Wasserhaushalt, Säure-Basen-Status
Integrative
Regulation der Kreislauffunktion
© H. Hinghofer-Szalkay
Autoregulation: αὐτός = selbst, regula = Latte, Leiste, Maßstab, Regel
Barorezeptor: βαρύς = schwer, recipere = behalten, erlangen, aufnehmen
Elektrolyt: ἤλεκτρον = Bernstein (elektrische Aufladung beim Reiben mit Seide oder Baumwolle), λύσις = (Auf)Lösung
Karotissinus: καρόω = in tiefen Schlaf versetzen (Druck auf Halsschlagader kann bewusstlos machen), sinus = Bucht (Ausbuchtung)
Orthostase: ὀρθός = (auf)recht, richtig; stare = (aufrecht) stehen
Volumen: volvere = wälzen, rollen; volumen = Krümmung, Windung
Abweichungen
des arteriellen Blutdrucks von optimalen Werten können in sehr
differenten Zeitdomänen (Sekunden bis Jahre) korrigiert werden. Die
zugrundeliegenden Ursachen, Reflexe und Mechanismen sind äußerst
unterschiedlich.
Das Herz reagiert unmittelbar
auf Änderungen der Vor- und Nachlast. Der Frank-Starling-Mechanismus
gleicht die Förderleistung der Ventrikel auf deren diastolische
Vorfüllung (enddiastolisches Volumen) an; ändert sich die Nachlast
(Blutdruck), gelingt die Anpassung ebenfalls über den Einfluß auf das
enddiastolische Volumen.
Der Baroreflex wird von Dehnungsrezeptoren in der Wand von Aortenbogen und innerer Halsschlagader (Karotissinus) angeregt. Das Reflexzentrum liegt im Hirnstamm (nucl. tractus solitarii),
die Reflexantwort erfolgt über Herztätigkeit und Gefäßtonus (vor allem
im Splanchnikusgebiet). Interessant ist die Nähe des Karotissinus zum
Gehirn: So reagiert der von hier getriggerte Reflex vor allem auf
hydrostatische Störeinflüsse auf die zerebrale Perfusion,
wie sie durch Änderungen der Körperlage (Liegen, Stehen) auftreten, und
hilft bei der Stabilisierung des Blutdrucks insbesondere in Kopfhöhe.
Im Hirnstamm wirken u.a. ein kardioakzeleratorisches und ein kardioinhibitorisches Areal. Ersteres regt - wie auch das vasomotorische Areal - den Sympathikus an, letzteres den Parasympathikus.
Mittelfristig blutdruckregulierend wirken Hormone
wie Aldosteron ("Salzsparhormon"), Vasopressin ("Wassersparhormon"),
atriale natriuretische Peptide (herzschonend) und der
Renin-Angiotensin-Mechanismus (kreislaufstützend). Dazu kommt die
Wirkung lokaler Mediatoren wie Kinine oder Prostaglandine.
Längerfristig kommen Vorgänge ins Spiel, die Faktoren wie
Größe, Wanddicke und Dehnbarkeit der Gefäße sowie Ausdehnung und
Wandstärke des Herzens beeinflussen.
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>Abbildung: Carotisrezeptoren
Nach: Cranial Nerves in Health and Disease (Wilson-Paiwels, Akesson, Stewart, Spacey), BC Dekker Inc. 2002
Der
Blutdruck dehnt tangential die Wand des sinus caroticus, in der tunica
adventitia werden mechanosensible freie Nervenendigungen gereizt
(Barorezeptoren) und erhöhen ihre Aktionspotentialfrequenz. Impulse
werden über den N. glossopharyngeus zum nucl. tractus solitarii der
medulla oblongata geleitet (s. weiter unten).
Links: Glomus caroticum (Größe 3 x 6 mm). Extrem gut durchblutet, Glomuszellen sind chemosensibel (s. dort)
Blutdruck und Blutvolumen / Osmolarität: Die Regulation der Körperflüssigkeiten
(osmotische Wirkung: Wasser, Salze 
→ Osmo-, Elektrolyt-,
Volumenregulation) ist eng mit der von Blutdruck (treibende Kraft für
Blutnachschub) und Durchblutung (Perfusion: Ernährung der Organe und
Gewebe) verknüpft.
Umgekehrt beeinflusst der Blutdruck den Flüssigkeitshaushalt: Erhöhung
des Blutdrucks führt zu vermehrter Harnausscheidung (“Druckdiurese”),
dies senkt extrazelluläres Volumen und Blutdruck (negative Rückkopplung
→ Stabilisierung des zirkulierenden Volumens). In einem Bereich von
10-25 kPa stabilisieren die Nieren ihre Durchblutung durch
Autoregulation 
an den Arteriolen.
Der Baro(rezeptor)reflex
(Abbildungen) stabilisiert den arteriellen Blutdruck. Er geht von den arteriellen Pressorezeptoren
(Barorezeptoren) aus, welche die Dehnung der Wand des Karotissinus und
des Aortenbogens messen.
Damit steigt auch die gegenregulatorische Antwort auf Herz
und Blutgefäße: Nimmt der arterielle Druck zu, sinkt die anregende
Wirkung des Sympathikus (Gefäßerweiterung) und nimmt die bremsende
Wirkung des Parasympathikus zu (Abnahme der Herzfrequenz). Umgekehrt liegen die Dinge bei Blutdruckabfall (→ Vasokonstriktion, Tachykardie).
<Abbildung: Aktivität (Aktionspotentialfrequenz) arterieller Barorezeptoren in Abhängigkeit vom Blutdruck
Die Empfindlichkeit ist größer (rote Kurve),
wenn der Blutdruck pulsiert (physiologischer Normalfall). Bei stationärem
Blutdruck (experimentelle Situation) reagieren die Rezeptoren
weniger stark (unterbrochene Kurve). Die Barorezeptoren sind also proportional-differential-empfindlich, was typisch für Mechanorezeptoren ist (PD-Sensoren).
Die Kurve ist bei physiologischen Blutdruckwerten am steilsten, hier ist das System am empfindlichsten eingestellt (maximaler gain)
Barorezeptoren zeigen PD-Charakteristik: Sie reagieren einerseits proportional (P) zum Dehnungsreiz (zum Blutdruck), andererseits besonders empfindlich auf zeitliche Änderungen dieses Reizes (D, differentialempfindlich). Damit reagieren sie auf verschiedene Kriterien des Druckverlaufes (im Karotissinus etc):
arterieller Mitteldruck
Steilheit der Druckschwankungen
Blutdruckamplitude
>Abbildung: Barorezeptoraktivität und Blutdruck
Nach Penn Medicine (McGraw-Hill); und Hosokawa et al, Bionic
baroreceptor corrects postural hypotension in rats with impaired
baroreceptor. Circulation 2012;126:1278-85
Dargestellt ist die Kennkurve
der Druckantwort der Barorezeptoren ("Antwortgröße" =
Aktionspotentialfrequenz): Mit steigender Dehnung (arteriellem Druck)
nimmt die Frequenz der Aktionspotentiale zu, die über den IX.
(Glossopharyngeus; von Karotis) und X. Hirnnerv (Vagus; von Aorta) zum
nucl. tractus solitarii im unteren Hirnstamm (Kreislaufzentrum) geleitet
werden
Der Barorezeptorreflex kann als klassisches Beispiel eines Regelkreises
mit negativer Rückkopplung gesehen werden. Der arterielle Baroreflex adaptiert recht
rasch (Stunden bis Tage) und ist daher nur für momentane Korrekturen akuter Blutdruckschwankungen ausgelegt (z.B. bei Änderungen der Körperlage).
Die
Adaptation des Baroreflexes ermöglicht optimale Kompensationswirkung
gegenüber akuten Störungen auch bei verändertem Druckniveau. Der Reflex passt sich längerfristigen Veränderungen des arteriellen Drucks an,
sodass er z.B. auch bei chronischer Hypertonie kurzfristige
Störungen (wie z.B. bei Veränderung der Körperlage) mit hoher Präzision
(steile Portion der Regulationskurve) korrigieren kann -
wenn auch auf verändertem Absolutniveau.
Wirkungen der Barorezeptoren auf das Gehirn:
Zunehmende Erregung der Barorezeptoren hat nicht nur Wirkungen auf das
Kreislaufzentrum in der medulla oblongata (abnehmender Sympathikustonus
→ Vasodilatation, Anregung parasympathischer Neurone → Absinken der
Herzfrequenz), sondern auch auf
die Atmung (diese wird gedämpft),
den Muskeltonus (dieser sinkt ab) und
die elektrische Aktivität des Großhirns (Tendenz zur Synchronisation, im EEG erkennbar).
Längerfristige Blutdruckstabilisierung: Zur Langzeitregulierung des
arteriellen Drucks eignet sich der Barorezeptorreflex nicht; hier
spielen Mechanismen
eine Rolle, die mit der Einstellung des Blutvolumens (z.B.
Renin-Angiotensin-Aldosteronsystem, Vasopressin) und der
Aufnahmefähigkeit der Gefäßbäume (Compliance-Anpassung) zu tun haben.
Aufrechtes Stehen führt schon nach wenigen Minuten zu deutlichem Aldosteronanstieg im Blut;
dadurch kommt es zu kreislaufunterstützenden Effekten, die bis zu Stunden nach dem Orthostasereiz nachwirken können.
Sympathische
Nervenfasern beeinflussen Gefäße und
Tubuli in der Niere, afferente Fasern senden von hier Information über
mechanische (Druck, Volumen) und chemische Veränderungen (pH, Atemgase)
zum Rückenmark.
<Abbildung: Nucleus tractus solitarii und zentrale Kreislaufsteuerung
Nach: Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 1st ed. Saunders 2003
Sympathische Projektionen entspringen dem vasomotorischen Areal der ventrolateralen medulla oblongata, parasympathische dem nucleus ambiguus und dorsal-motorischen Vaguskern
Eine besonders wichtige Rolle für die Blutdruck- und Kreislaufregulation spielen die nuclei tractus solitarii
(NTS) in der medulla oblongata, auf welche die meisten Afferenzen von
den Blutdruckrezeptoren projizieren (<Abbildung; Glutamat oder Substanz P dürften hier als Neurotransmitter wirken).
Von den
NTS ziehen inhibitorische Interneurone zu einem vasomotorischen Areal
in ventromedialen Teilen der medulla oblongata. Hier finden sich
A1- und C1-Zellen (adrenerg, catecholaminerg); das C1-Areal hat tonisch vasokonstriktorische Wirkung, Hemmung durch den NTS hebt diesen Tonus auf und bewirkt Vasodilatation.
Steigt z.B. der Blutdruck, werden die
Barorezeptoren stärker
gereizt, die Aktionspotentialfrequenz der afferenten Fasern nimmt zu.
Hemmende Interneurone aus dem nucleus tractus solitarii
wirken auf C1-Neurone, es kommt zu Vasodilatation und Blutdruckabfall
(negative Rückkopplung). Dieser Weg dominiert die Gefäßkomponente des Baroreflexes. (Das Aktivitätsmuster der C1-Fasern ist mit dem Herzzyklus gekoppelt.)
Andere exzitatorische Interneurone ziehen vom nucleus tractus solitarii zu einem kardioinhibitorischen Areal (<Abbildung), das den dorsalen motorischen Vaguskern und den nucleus ambiguus einschließt. Neuronen aus dem dorsalen motorischen Vaguskern stellen die Herzkomponente des Barozeptorreflexes im Sinne einer Frequenzsenkung (Bradykardie).
Auch ein kardioakzeleratorisches Areal
befindet sich in der (dorsalen) medulla oblongata, wahrscheinlich wird
dieses von inhibitorischen Interneuronen aus dem NTS beeinflusst.
Der efferente Schenkel des Baroreflexes schließt sowohl sympathische als auch parasympathische Leitungen ein:
Sympathische
Efferenzen fußen sowohl im vasomotorischen als auch im
kardioakzeleratorischen Areal der medulla oblongata. "Bulbospinale"
Neuronen ziehen von hier direkt zu präganglionären Zellen im
Rückenmark, was Umschaltung auf postganglionäre Zellen in vegetativen
Ganglien und noradrenergen Einfluss auf Herz und Gefäße zur Folge hat:
Herzanregung
(positiv inotrop, chronotrop etc) und
Vasokonstriktion, resultierend in
erhöhtem Herzzeitvolumen, Blutdruckanstieg, Perfusionssteigerung in
betreffenden Geweben / Organen.
Anregung des Baroreflexes regt den nucleus tractus solitarii an, hemmt so die tonische
Aktivität der C1-Neurone (s. oben) und dämpft damit Herztätigkeit und
Gefäßtonus.
Parasympathische Efferenzen werden über Anregung des nucleus tractus solitarii, nucleus ambiguus und des dorsalen
motorischen Vaguskerns aktiviert: Es wird also das kardioinhibitorische
Areal aktiv. Fasern des N. vagus (X) bringen die Information zum
Herzen, wo die Umschaltung auf postganglionäre Fasern erfolgt und die
Herzqualitäten negativ beeinflusst werden, vor allem die Chronotropie
(Frequenzsenkung).
Recht kurzfristig beteiligen sich auch hormonelle Komponenten an der Blutdruckregulation:
Aldosteron ist das "Salzsparhormon" des Körpers, ohne seine
Wirkung kommt es zu
lebensbedrohlichem Salzverlust (und Hypovolämie). Aldosteron wird immer
dann vermehrt freigesetzt, wenn es zu zentralem Druckabfall kommt (z.B.
beim Aufrichten / Aufstehen aus liegender Ruhelage) - es steigert den
Blutdruck, indem es Kochsalz im Körper zurückhält und das
extrazelluläre Volumen erhöht.
<Abbildung: Vasopressinkonzentration im Blutplasma als Funktion eines Blutdruckabfalls
Nach Daten in Baylis PH: Osmoregulation and control of vasopressin secretion in healthy humans. Am J Physiol 1987; 253: R671
Bei
mehreren Probanden wurde der arterielle Blutdruck durch Infusion eines
Ganglienblockers bis um ≈35% abgesenkt. Mit zunehmendem Hypotoniegrad
steigt die Vasopressinausschüttung exponentiell an (Kurve)
Vasopressin bewirkt
u.a. eine Erhöhung der im Körper verbleibenden Wassermenge
("Wassersparhormon"). Es wird aber auch bei Volumenproblemen intensiv
ausgeschüttet, die im zentralen Kreislaufbereich auftreten - umso
stärker, je größer das Problem für die Blutdruckregulation wird
(<Abbildung).
Der Mechanismus ist eine reflektorische Aktivierung
des Hypothalamus durch sinkende Dehnung der arteriellen Baro-, aber
auch der kardiopulmonalen Volumenrezeptoren. Die Wirkung erfolgt über V1-Vasopressinrezeptoren an den Blutgefäßen
Der Sympathikus wird bei Kreislaufbelastung, Blutverlust, Stress, Lärm u.a.
stimuliert. Er regt direkt die tubuläre Rückgewinnung von Salz und Wasser an, aktiviert den Reninmechanismus (>Abbildung) - und damit wiederum Aldosteron.
In der Niere wirken sympathische Fasern bei höherer Aktivität
vasokonstriktorisch, das senkt die Nierendurchblutung (entgegen der
Autoregulation, welche ein
Gleichbleiben der renalen Durchblutung zum Ziel hat)
Atriale natriuretische Peptide wirken schließlich salz-und wasserausscheidend, sind also Gegenspieler, die den Blutdruck wieder senken können
Lokale Wirkstoffe beeinflussen
Gefäßtonus, Widerstand und damit Pefusion / Blutdruck ebenfalls.
>Abbildung: Blutdrucksenkung durch Prostaglandine
Nach Chi Y, Jasmin JF, Yoshinori Seki Y, Lisanti MP,
Charron MJ, Lefer DJ, Schuster VL. Inhibition of the Prostaglandin
Transporter PGT Lowers Blood Pressure in Hypertensive Rats and Mice.
PLOS One 2015; 10: e.0131735
Wahrscheinlicher Mechanismus
TXA
2, PGG
2 und PGH
2 bewirken TP-Rezeptorvermittelte
Vasokonstriktion und wirken blutdrucksteigernd; dieser Effekt kann aber durch
vasodilatative Effekte von PGI
2,
PGD und PGE überlagert sein. Diese erweitern über IP-, DP- und
EP-Rezeptoren die meisten Gefäßgebiete und wirken dadurch
blutdrucksenkend. Gesteigerte Natriumexkretion könnte den hypotensiven Effekt verstärken (>Abbildung)
E-Prostaglandine wirken auf vasokonstringierende EP1- und EP3-Rezeptoren; bei intravenöser Gabe von PGE1
überwiegt aber der dilatierende Effekt, der Blutdruck nimmt auch im
Herzen ab (enddiastolisch und endsystolisch), was wiederum
reflektorische Frequenzsteigerung bewirkt und das Herzminutenvolumen
steigert.
Zu den Langzeitwirkungen von Prostaglandinen zählen vermutlich Einflüsse auf Gefäßwanddifferenzierung und Genregulation.
<Abbildung: Einflüsse auf peripheren Widerstand und Herzzeitvolumen bestimmen den arteriellen Blutdruck
Nach: Allen W. Cowley, Jr. The genetic dissection of essential hypertension. Nature Reviews Genetics 2006; 7: 829-40
Integrierte Blutdruckregulation, kurz- und langzeitige Veränderungen.
Der arterielle
Blutdruck steigt mit Herzzeitvolumen und peripherem Widerstand.
Durchgezogene Linien: direkte Wirkung;
strichlierte Linien: Negative Rückkopplungsschleifen
NO, Stickstoffmonoxid
ROS, reaktive Sauerstoffspezies (Radikale)
Über längere Zeiträume treten Mechanismen in den Vordergrund,
die nicht mehr einen einfachen hydromechanischen Kreislauf mit
konstanten physikalischen Eigenschaften repräsentieren, sondern
Anpassungen von Volumina, deren Verteilung, ferner von Eigenschaften
der Gefäßwände (Dehnbarkeit, Tonus) und der Herzfunktion.
Über noch längere Zeiträume machen solche adaptiven Vorgänge letztlich auch die Anpassung
an veränderte Dimensionen nicht nur einzelner Organe (z.B. Muskulatur),
sondern auch des ganzen Körpers möglich (Wachstum!).
Der Organismus ist
in der Lage, seine Kreislaufregulation an veränderte
Randbedingungen anzupassen. Ziel der Regelungen ist in erster Linie die Stabilität des arteriellen Blutdrucks und das Erreichen
optimaler Durchblutungswerte.
Dies
implementiert morphologische Veränderungen, wie Änderungen der
Gefäßwandstrukturen und allenfalls auch des Herzmuskels (Hypertrophie?)
sowie die Bildung neuer Mikrogefäße (Kapillarisierung, <Abbildung).
Eine wichtige Rolle spielt auch das Kalium:
Insbesondere bei Hypertonikern schützt erhöhte Kaliumaufnahme vor
Bluthochdruck. Der antihypertensive Effekt wird auf mehrere Faktoren
zurückgeführt, wie erhöhte Natriurese, modifizierender Einfluss auf den
Baroreflex, direkte Vasodilatation, sowie abgeschwächte Wirkung von
Vasokonstriktoren (wie Noradrenalin, Angiotensin II).
>Abbildung: Integrierte Kreislaufreaktion auf körperliche Belastung (Muskelaktivität)
Nach: Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 1st ed. Saunders 2003
Der Hypothalamus verwaltet eine frühe Antwort, mit Vasodilatation in aktiven und Vasokonstriktion in inaktiven Muskeln, sowie Steigerung des Herzminutenvolumens.
Verzögerte Antworten (gelbe Linien) schließen ein: Freisetzung von Histamin, Kallikreinen und Adrenalin (→ verzögerte Vasodilatation)
ACh = Azetylcholin, NA = Noradrenalin
Körperliche Belastung: Bei
Muskelarbeit treten die stärksten Herausforderungen an die
Kreislaufregulation zutage (>Abbildung). Die Pumpleistung des
Herzens kann bis zum 4- bis 5-fachen des Ruhewertes ansteigen, hauptsächlich
bedingt durch Frequenzerhöhung (Faktor ≈3) und auch durch
gesteigertes Schlagvolumen (Faktor ≈1,5).
Höhere Zentren (Hypothalamus, Großhirn) werden bei Beginn willkürlicher Muskelaktivität aktiv.
Das ermöglicht "
frühe" Kreislaufeinstellung (Motorik → Aktivierung des Sympathikus → Vasokonstriktion in Geweben wie
Haut, Baucheingeweiden, Nieren, inaktiver Muskulatur, nicht aber in
aktiver Muskulatur, wo es zu Gefäßerweiterung kommt) und kann
als Vorwärtskoppelung
(feed-forward cntrol)
gesehen werden.
Die frühe Kreislaufantwort erzielt erhöhtes
Herzminutenvolumen und Vasokonstriktion, beides Faktoren, die den
Blutdruck in einer Situation aufrechterhält (und meist steigert), wo
ein Teil der Peripherie (=Widerstandsgefäße in der aktiven Muskulatur)
den Strömungswiderstand senkt.
Dieser Effekt ist durch Autoregulation
erklärbar (lokaler Bedarf → lokale Vasodilatation); er ist (beim
Menschen) nicht zentral gesteuert.
Verzögerte (
feedback-artige) Reaktionen stammen aus dem Bewegungsapparat selbst und von anderen reflektorischen Komponenten. Hierher gehören
Histaminfreisetzung,
Adrenalinwirkung,
Temperaturregulation (Wirkung von
Kallikrein).
Körperliche Belastung wirkt sich auf den systolischen Blutdruck
aus: Dieser nimmt mit Dauer und Intensität körperlicher Belastung zu
(<Abbildung).
Das Ausmaß dieser Steigerung hat prädiktiven Wert für
spätere Probleme wie Hypertonie oder Erkrankung der Herzkranzgefäße.
(Der diastolische Wert ändert sich nicht wesentlich, die
Blutdruckamplitude steigt unter Belastung an.)
<Abbildung: Systolischer Blutdruck als Funktion der Dauer maximaler körperlicher Ausbelastung
Nach Kurl S, Laukkanen JA, Rauramaa R, Lakka TA,
Sivenius J, Salonen JT. Systolic Blood Pressure Response to Exercise
Stress Test and Risk of Stroke. Stroke. 2001; 32: 2036-41
Mittelwerte und einfacher Standardabweichungsbereich (SD)
bei einem großen Kollektiv an gesunden, unmedizierten Männern, die am
Ergometer bis zur Belastungsgrenze gingen (stufenweiser Anstieg um 20
W/min).
Der systolische Mitelwert stieg innerhalb von 10 Minuten von
etwa 150 auf über 200 mmHg
Die Pumpleistung des Herzens ist bestimmt durch folgende Faktoren:
Vorlast: Füllungsdruck in den Vorhöfen (preload;
früher: "vis a tergo"). Für das
rechte Herz gilt der Druck im Bereich des rechten Vorhofs
(Zentralvenendruck), für das linke Herz derjenige im linken Vorhof bzw.
den Pulmonalvenen als relevante Messgröße.
Steigt die Vorlast, nimmt die Ventrikelfüllung zu - und umgekehrt.
Ein wesentlicher Faktor für
die Vorlast ist die Körperlage (Füllungsdruck steigt beim Hinlegen, sinkt beim
Aufstehen), das Blutvolumen und der Zustand der Blutgefäße (venöse
Füllung, Sympathikustonus, Complianceveränderungen u.a.)
>Abbildung: Einflüsse, welche die Vorlast (preload) des Herzens bestimmen
Die Qualität der diastolischen Entspannung des Herzmuskels wird durch die Lusitropie angegeben
Zustand des Herzmuskels
(Muskelmasse, Dehnungszustand, Durchblutung der Herzkranzgefäße).
Einflüsse auf die "Fitness" des Herzmuskels als Förderpumpe nennt man inotrop.
Positiv inotrop wirkt z.B. ein verbessertes Angebot an Substraten für
den Energiehaushalt des Myokards, bessere Durchblutung, hohe
Sauerstoffsättigung des arteriellen Hämoglobins
Nachlast (afterload;
früher: "vis a fronte"), repräsentiert durch den arteriellen Druck (in
Pulmonalarterie bzw. Aorta). Je höher der arterielle Druck und je
geringer die Dehnbarkeit der arteriellen Gefäße (insbesondere der
Aortenwurzel), desto höher ist der Arbeitsaufwand des Myokards während
der Austreibungszeit.
Steigt die Nachlast, nimmt das Schlagvolumen ab - und umgekehrt.
Medikamentöse Vasodilatation senkt den peripheren Widerstand und die Nachlast - ein Effekt, der therapeutisch zur Schonung eines überlasteten Herzens eingesetzt wird.
Die
Kreislaufregulation kann auch den Säure-Basen-Haushalt beeinflussen:
Abnahme des
(effektiv zirkulierenden) Blutvolumens steigert die
Sympathikusaktivität und regt die Bildung von Angiotensin an
Dadurch
wird der Na-H-Austausch im proximalen Tubulus und damit die H
+-Sekretion in der Niere angeregt
Bei längerer Dauer steigt auch die Aldosteronwirkung (H
+-Sekretion im distalen Tubulus).
Volumenerhöhung hat den gegenteiligen Effekt (verringerte Säureausscheidung).
Signale von Chemorezeptoren beeinflussen die Kreislaufsteuerung: "Alarmsignale", wie sinkender pH (Azidose), steigender pCO2 (Hyperkapnie) oder sinkender pO2
(Hypoxie) regen über periphere (glomera aortica & carotica) und
zentrale Chemorezeptoren (Rautengrube) das medulläre Kreislaufzentrum
an und bewirken Vasokonstriktion (→ Blutdruckanstieg) und eventuell
(bei fixierter Atmung) Senkung der Herzfrequenz (Bradykardie).
Orthostase (=aufrechte Körperlage):
Nimmt der Rückstrom von Blut aus dem Venensystem zum Herzen ab (wie beim Aufrichten
des Körpers), wirkt der
Lungenkreislauf als kurzzeitige Füllungsreserve für das linke Herz und
stabilisiert den arteriellen Druck. Sinkt der venöse Rückstrom zum
Herzen, nimmt auch das Herzminutenvolumen ab (bei Orthostase um ≈30%), in den Beinvenen werden ≈10% des Blutvolumens zusätzlich
eingelagert.
Dennoch
bleibt normalerweise der systolische Blutdruck unverändert, der
Mitteldruck steigt sogar etwas an. Grund dafür sind Reflexe, die von
kardiopulmonalen Rezeptoren (Dehnungsmessfühler in der Wand der
herznahen Lungengefäße sowie der Vorhöfe) und arteriellen
Barorezeptoren (Carotis, juxtaglomerulärer Apparat der Nieren) ausgehen.
Um den Blutdruck aufrechtzuerhalten, steigt bei Orthostase der
periphere Widerstand - das heißt, die Arteriolen kontrahieren. Dies geschieht auf Kosten der Durchblutung von
Eingeweiden, Muskulatur und Haut. Die Herzfrequenz nimmt deutlich zu
(Pulsanstieg beim Aufstehen). Bei ungenügender Erhöhung des
peripheren Widerstands nimmt der Blutdruck hingegen ab; hochgradige
Mangeldurchblutung des Gehirns kann zu Bewusstlosigkeit führen, man
spricht von einem orthostatischen Kollaps.
Auch die Beinvenen (z.B. v.
saphena) beteiligen sich an der Gegenregulation: Sie sind zu
anhaltender Kontraktion fähig und senken dadurch die orthostatische
Blutspeicherung in den unteren Körperpartien, die sich aus
hydrostatischen Gründen bei aufrechter Körperhaltung ergibt. Das ist wesentlich, da das Venensystem eine relativ hohe Compliance aufweist.
Insgesamt wird Kreislaufstabilität bei orthostatischer Belastung
mehrfach erzielt: Einerseits sinkt in den abhängigen Körperpartien
(untere Extremitäten) der arterielle Zustrom durch arterioläre
Konstriktion (verringerte Perfusion minimiert Venenfüllung),
andererseits nimmt der Venentonus zu (verringerte Compliance), beides
wirkt dem "Versacken" von Blut im Niederdrucksystem und ungenügender
Herzfüllung
entgegen.
Trotzdem nimmt das Herzzeitvolumen in Orthostase deutlich ab
- es sei denn, es kommt gleichzeitig zu Muskelaktivierung (sportliche
Belastung); dann kommt der Effekt der "Muskelpumpe" zum Tragen, die
Kreislaufregulation wird insgesamt umgestellt und die Herztätigkeit
zusätzlich angeregt.
<Abbildung: Experimentelle Untersuchung der Kreislauffunktionen
Die
Testperson liegt auf einem Kipptisch. Wird sie in aufrechte Position
gebracht, ändern sich physiologoischerweise zahlreiche Zustandsgrößen,
z.B. sinkt das Herzzeitvolumen (Blutmenge, die das Herz pro Zeiteinheit
auswirft) um ca. 30%
Integrierte Kreislaufregulation: Die Größe des
Herzzeitvolumens ist abhängig von einem komplexen Zusammenspiel von
extrazellulärem Volumen, Blutvolumen, arteriellen und venösen
Compliance- und Widerstandswerten.
So kann in einer kritischen Kreislaufsituation (etwa bei Blutvelust)
eine Erniedrigung der venösen Compliance (durch Erhöhung des
Sympathikustonus, Gefäßkontraktion und damit Drucksteigerung im
Niederdrucksystem) zu gesteigertem Blutrückstrom zum Herzen
(verbessertes Blutangebot) und - z.T. über den
Frank-Starling-Mechanismus - zu erhöhtem Herzzeitvolumen und damit
Stabilisierung des Blutdrucks führen, ohne dass eine Bluttransfusion
durchgeführt worden wäre.
>Abbildung: Kurzfristige Reaktionen auf Blutverlust
Nach: Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 1st ed. Saunders 2003
Abnehmender
vemöser Rückstrom senkt Blutdruck und Gewebedurchblutung. Das aktiviert
Baro- und Chemoreflexe (gelbe Felder). Das Kreislaufzentrum reagiert
mit Anregung des Herzens, der Gefäße, und des
Renin-Angiotensin-Mechanismus.
All diese Veränderungen heben direkt oder indirekt den Blutdruck wieder an
Ziel dieser Mechanismen ist die Stabilisierung des Blutdrucks und die
Verhinderung ungenügender Durchblutungsmuster, die in einem
Kreislaufschock münden können.
Die Nieren sind über einen längeren
Zeitraum das primäre Kontrollorgan für Flüssigkeitsvolumina und
Blutdruck - insbesondere mit dem Mechanismus der Druckdiurese (Flüssigkeitsausscheidung steigt mit Volumenbelastung).
Der periphere Gefäßwiderstand ist abhängig von strukturellen und
regulatorischen Faktoren (Sympathikustonus, lokale Mediatoren,
Autoregulation). Neuroendokrine Faktoren wirken auf die Gefäße und auf
das renale Gewebe, z.B. bei erhöhtem Bedarf (wie
Ausfall eines Teils des Nierenparenchyms oder unilateraler
Nephrektomie) im Sinne kompensatorischer Anpassung.
Der arterielle Blutdruck beeinflusst kurzfristig die Druckregulation
im Sinne des Baroreflexes, mittelfristig den Flüssigkeits- und
Elektrolythaushalt , und über längere Zeit auch die Morphologie von
Herz, Gefäßen und Nieren (Einflüsse "auf Herz und Nieren").
Diese Vorgänge laufen nicht synchron ab, sondern zeitlich
gestaffelt, wobei sie ineinander greifen und gegenseitig ergänzen.
Die
in der >Abbildung gezeigten Mechanismen stellen nur die ersten
Schritte zur Kreislaufstabilisierung dar; mittel- bis langfristig
schließen hormonelle, später allenfalls auch strukturelle
Veränderungenn an.
Zeitverlauf der Regelmechanismen:
Nach einer Störung im Bereich des arteriellen Blutdrucks treten
nacheinander kurz-, mittel- und langfristige Mechanismen auf den Plan
(<Abbildung).
Am raschesten reagieren der Baro- und Chemoreflex auf Störeinflüsse auf
den arteriellen Blutdruck.
Als Zeichen veränderter Sympathikusaktivität
ändert sich der Blutspiegel von Noradrenalin und Adrenalin.
<Abbildung: Die wichtigsten Blutdruckregulatoren
Nach einer Vorlage bei http://humanphysiology.academy
Auf
Bedrohungen der Kreislaufstabilität reagieren Baro- und Chemoreflexe in
Sekundenschnelle, auch einige hormonelle Antworten erfolgen rasch (z.B.
Katecholaminsteigerung). Flüssigkeitsverschiebungen (fluid shifts)
treten innerhalb von Minuten auf; die meisten endokrinen
Neueinstellungen brauchen Stunden oder länger, um voll wirksam zu werden
Flüssigkeitsverschiebungen (sowohl innerhalb des Kreislaufs -
Veränderung von Blutvolumen, Blutumverteilung - als auch transvaskuläre
Filtration) treten im Minutenbereich auf.
Dann erfolgt die
reflektorische Antwort von weiteren Hormonen (Aldosteron, eventuell
Vasopressin etc.).
Bleibt der Blutdruck verändert, treibt das langfristige Mechanismen an,
wie das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System, aber auch adaptive
Gewebeanpassungen (Complianceveränderungen, Wachstumsvorgänge etc).
Durch Veränderung des, oder Druck auf den, Pressorezeptor(s) im Halsbereich kann es zu einem Karotissinussyndrom
kommen. Schon eine Kopfdrehung oder leichte Berührung des Halses (z.B.
beim Rasieren) löst den Barorezeptorreflex aus: Der Sympathikustonus
sinkt, das Herz wird bradykard und es kann durch den resultierenden
Blutdruckabfall zu einer Synkope kommen.
Erhöhten Zentralvenendruck findet man u.a. bei Stenose der
Trikuspidalklappen oder Rechtsherzinsuffizienz (Stau vor dem rechten
Herzen) oder ausgeprägter Anämie. Der Zentralvenendruck steigt auch z.B. bei
Hochlagerung der Beine (vermehrtes Blutangebot).
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.
längerfristige Regulation 
