Eine Reise durch die Physiologie - Wie der Körper des Menschen funktioniert
 

     
Blutdruck, Wasserhaushalt, Säure-Basen-Status

 Integrierte Kreislaufregulation
© 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
Das Herz reagiert unmittelbar auf Änderungen seiner 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 - dieses wird durch Verringerung des vorangehenden Schlagvolumens automatisch erhöht (und umgekehrt).

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).

Der Karotissinus liegt etwa auf halber Strecke zwischen Herz und Gehirn: So reagiert der Baroreflex vor allem auf hydrostatische Störeinflüsse auf die zerebrale Perfusion, wie sie durch Änderungen der Körperlage (Liegen <=> Stehen) auftreten, und stabilisiert den Blutdruck in Kopfhöhe. Die Barozeptoren des Aortenbogens liegen hingegen auf Höhe der arteriellen hydrostatischen Indifferenz und reagieren kaum auf orthostatische Änderungen; sie ermitteln den "Systemblutdruck".

Im Hirnstamm wirken u.a. ein kardioakzeleratorisches und ein kardioinhibitorisches Areal regelnd auf die Herztätigkeit ein. Ersteres stimuliert - wie auch das vasomotorische Areal - den Sympathikus, letzteres den Parasympathikus.

Kurz- bis 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 und Prostaglandine.

 Längerfristig kommen Vorgänge ins Spiel, die Faktoren wie Größe, Wanddicke und Dehnbarkeit der Gefäße sowie Ausdehnung und Wandstärke des Herzens beeinflussen. Solche feinregulatorischen Anpassungen sind u.a. während der Wachstumsperiode mit ihren morphologisch-mechanischen Änderungen (Körpermasse, Länge, Kräftemuster) von Bedeutung.


Übersicht   Einfluss des autonom-nervösen Systems Blutvolumen Kurzfristige Regulation  Längerfristige Regulation  Kardiale Faktoren, Vor- und Nachlast Orthostase Chemorezeptoren und pH-Wert Körperliche Belastung  Integrierte Regulation, Reaktion auf Blutverlust

Praktische Aspekte       Core messages
  
Der Flüssigkeitsgehalt des Körpers wird durch neurale (autonom-nervöse) und humorale Mechanismen stabilisiert. Dazu versorgen verschiedene Rezeptoren über autonom-nervöse Afferenzen Kontrollstellen (Kreislaufzentrum, Hypothalamus u.a.) mit Information über aktuelle Istwerte einschlägiger Zustandsgrößen. Flüssigkeitsvolumina (z.B. Blutvolumen, Ganzkörperwasser) werden nicht direkt detektiert, sondern über Druckwerte im Kreislauf und andere Größen, der mit dem Flüssigkeitshaushalt in mehr oder weniger direkter Verbindung stehen:

     Druckrezeptoren im Herzen und Arteriensystem (Barorezeptoren in Aorta und sinus caroticus) beeinflussen über den Sympathikus den Zustand der Blutgefäße (Tonus) und des Herzens (Herzqualitäten) - so wird der Blutdruck stabilisiert.

      Druckrezeptoren in der Niere (vas afferens) steuern die Freisetzung von Renin aus umliegenden granulären Zellen  - je geringer der Druck, desto mehr Renin wird aktiviert, dieses aktiviert Angiotensin und regt (via Aldosteron) die Rückresorption von Natrium an.

     Nimmt die glomeruläre Filtration ab, gelangt weniger Kochsalz zur macula densa. Ein tubulo-glomerulärer Rückkopplungsmechanismus wirkt stabilisierend auf die Salzbilanz: Reduzierte Strömung an der macula densa senkt den Tonus der vasa afferentia, dadurch nehmen glomerulärer Druck und Filtration wieder zu (negative Rückkopplung).

      Natriuretische Peptide aus dem Herzen fördern bei dessen Überdehnung die Natriumausscheidung in der Niere, das Blutvolumen nimmt ab. Das Flüssigkeitsvolumen wird über die Menge an freiem Natrium sowie die Osmoregulation eingestellt.
 
Einfluss des autonom-nervösen Systems
 
Die Kreislaufregulation muss verschiedene, zum Teil entgegengesetzte Anforderungen erfüllen. So steigt in einer Belastungssituation die Aktivität des Sympathikus (der hauptsächlich Noradrenalin freisetzt), und die Nebenniere wird aktiviert (das Mark produziert Adrenalin). Das Wirkungsmuster dieser beiden Katecholamine ist aber unterschiedlich. Der Sympathikus spielt die tragende Rolle bei der autonom-nervösen Steuerung des Gefäßtonus; seine Fasern finden sich überall in der Wand der Blutgefäße.

  
Abbildung: Auswirkung einer i.v.-Infusion (jeweils 10 µg/min) von Noradrenalin bzw. Adrenalin
Nach Allwood MJ, Cobbold AF, Ginsberg J. Peripheral vascular effects of noradrenaline, isopropylnoradrenaline, and dopamine. Br Med Bull 1963; 19: 132-6
Noradrenalin kontrahiert α-adrenerg die arterioläre Muskulatur und erhöht so den peripheren Widerstand, Adrenalin hingegen wirkt ß2-adrenerg vasodilatatorisch (unten). Beide Katecholamine regen das Herz ß1-adrenerg an. Noradrenalin erhöht den Blutdruck so stark, dass der Barorezeptorreflex die Pulsfrequenz senkt.
 
Die hellblauen Felder geben die Zeit der gleichmäßigen Infusion (jeweils 15 Minuten Dauer) an. Der systolische Druck steigt in beiden Fällen, der diastolische nur bei Noradrenalin; Adrenalin senkt den diastolischen Druck wegen der vasodilatatorischen ß2-Rezeptor-Wirkung. Der arterielle Mitteldruck ist orange dargestellt.
 
Das Herzminutenvolumen (nicht gezeigt) nimmt während der Gabe von Noradrenalin ab (der Barorezeptorreflex steigert bei Blutdruckerhöhung den parasympathischen, und senkt den sympathischen, Einfluss auf das Herz), während der Infusion von Adrenalin zu, da es zu keinem Blutdruckanstieg kommt, der die Adrenalinwirkung konterkarieren würde

Die Abbildung gibt einen klassichen Versuch wieder: Die Effekte einer Noradrenalin- vs. Adrenalininfusion.
Versuchspersonen wurde - unter sonst gleichbleibenden Bedingungen (Körperlage etc) - jeweils eine mäßige Dosis (10 µg/min) Noradrenalin oder Adrenalin intravenös infundiert. Das Wirkungsspektrum dieser Katecholamine erklärt die Unterschiede in der Kreislaufreaktion:

Arterien / Arteriolen sind sowohl mit α1- als auch mit ß2-Rezeptoren (vor allem in Skelettmuskeln) ausgestattet. Auf erstere wirkt Noradrenalin besonders stark vasokonstriktorisch; letztere vermitteln Vasodilatation und reagieren vor allem auf Adrenalin. Deshalb steigert Noradrenalin den diastolischen Blutdruck (erhöhter peripherer Widerstand), der bei Adrenalininfusion sinkt.

Sowohl Adrenalin als auch Noradrenalin wirken auf ß1-Rezeptoren im Herzen, u.a. frequenzsteigernd (positiv chronotrop). Dennoch sinkt bei Noradrenalininfusion die Pulsfrequenz. Der Grund: Der starke Blutdruckanstieg engagiert den Barorezeptorreflex (s. unten) so intensiv, dass der negativ chronotrope Reflexeffekt auf den Sinusknoten stärker ist als die direkte Wirkung des infundierten Noradrenalins.
 
Der primäre Einfluss sympathischer Fasern auf Gefäße ist adrenerg und bewirkt meist
Vasokonstriktion, vermittelt über α1-Rezeptoren → Gq-Protein → IP3, PLC → intrazellulärer [Ca++]-Anstieg → Kontraktion der Gefäßwand.
Anregung von ß2-Rezeptoren hingegen bewirkt Vasodilatation über den cAMP-PKA-Weg → Phosphorylierung der Myosin-Leichtkettenkinase (MLCK), die dabei gegenüber dem Ca++-Calmodulin- Komplex weniger empfindlich wird → Relaxation.

Zahlreiche Blutgefäße sind mit einer Kombination verschiedener Adrenozeptoren (α, ß) bestückt, so fällt die Wirkung von Noradrenalin und Adrenalin jeweils - quantitativ und qualitativ - unterschiedlich aus (je nach physiologischem Anforderungsprofil). Beispielsweise verfügen Blutgefäße in der Haut ausschließlich über α-Rezeptoren, ihre Reaktion auf Katecholamine ist immer Kontraktion; in den Koronargefäßen hingegen überwiegen ß2- vor α1-Rezeptoren, sie reagieren auf Adrenalin mit Vasodilatation (was etwa bei Stress sinnvoll ist: Vermehrte myokardiale Durchblutung in Gefahrensituationen).

       Über α- und ß-Adrenozeptoren s. dort

Einige sympathische Fassern funktionierern cholinerg und wirken vasodilatatorisch, und zwar in der Skelettmuskulatur. Sie werden nicht vom Kreislaufzentrum in der medulla oblongata, sondern von Neuronen in der Großhirnrinde gesteuert, die im Hypothalamus oder Mittelhirn auf Folgeneuronen projizieren. Deren Axone laufen direkt in das Rückenmark, wo sie auf präganglionäre sympathische Neurone schalten. Die verknüpften postganglionären Zellen setzen an ihren Varikositäten Acetylcholin (möglicherweise auch weitere Transmitter) frei. Diese erfolgt im Rahmen von Stressreaktionen (fight or flight), vielleicht auch als Vorbereitung auf intendierte körperliche Aktivität (antizipatorische Durchblutungssteigerung).
 

 
Die vasodilatatorische (durchblutungsfördernde) Wirkung des Acetylcholins (das bei direkter Applikation glatte Muskelzellen kontrahiert) erfolgt nicht unmittelbar auf glatte Gefäßmuskelzellen, sondern ist eine indirekte: Über muskarinische Rezeptoren auf Nachbarzellen, z.B. auf der präsynaptischen Membran postganglionärer sympathischer Fasern, die darauf hin ihr [cAMP] senken und weniger Noradrenalin freisetzen (Inhibition vasokonstriktorischer Einflüsse).
 
Vasodilatatorische parasympathische Einflüsse gibt es ebenfalls, allerdings nur an wenigen Orten: In den Speicheldrüsen (deren Sekretionstätigkeit sie zusammen mit sympathischen Neuronen anregen), einige im gastrointestinalen System; eine tragende Rolle spielen sie im erektilen Gewebe der Geschlechtsorgane. Postganglionäre parasympathische Fasern setzen neben Acetylcholin auch Cotransmitter frei, wie NO, VIP oder CGRP.
  
Blutvolumen
Zum Blutvolumen s. auch dort
 
Ein adäquates Blutvolumen ist eine Grundvoraussetzung für intakte Kreislaufregulation. Die Steuerung des kardiovaskulären Systems ist auf bestimmte Füllungsbereiche von Herz und Blutgefäßen eingestellt: Ohne ein adäquates Blutvolumen können die Kreislaufreflexe nicht funktionieren (deshalb ist z.B. ein zu starker Blutverlust nicht mit dem Leben vereinbar).

Mit dem Blutvolumen steigt (ceteris paribus) der Blutdruck - dieser wird von arteriellen Baro(re)zeptoren gemessen. Die Kreislaufregulation stabilisiert primär den systemisch-arteriellen Blutdruck. Ohne ausreichenden Blutdruck ist die Perfusion (und damit Funktionsfähigkeit) der Gewebe beeinträchtigt (die glomeruläre Filtration in den Nieren nimmt ab, was sich wiederum auf die Volumenregulation auswirkt, etc). Der Blutdruck beeinflusst 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.

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.

Dehnung von Typ-B-Dehnungsrezeptoren in den Hohlvenen im Einstromgebiet zum rechten Vorhof signalisiert erhöhtes (zentrales) Blutvolumen und

     senkt reflektorisch den Sympathikustonus (verringerte Vasokonstriktion, erhöhte Volumendehnbarkeit),

      hemmt die Freisetzung von Renin aus juxtraglomerulären Zellen in den Nieren (Wasserausscheidung, Volumensenkung),

      reduziert die Sekretion von Vasopressin aus dem Hypophysenhinterlappen (vermehrte Wasserausscheidung).
 
Verstärkte Dehnung der Hohlvenen und Vorhöfe des Herzens senkt die Sekretion von Vasopressin (ADH) und Renin
 
Starke Dehnung der Vorhöfe führt außerdem zu Freisetzung von Atriopeptin (ANP, atriale natriuretische Peptide), was zu vermehrter Natriurese und damit Senkung des Blutvolumens führt.
 
Physiologisch ausschlaggebend ist nicht die Größe des Blutvolumens an sich, sondern seine funktionelle Bedeutung. Daher wurde der Begriff des effektiven Blutvolumens (effective circulating volume) geprägt: Derjenige Anteil des Volumens, der sich hämodynamisch und regulatorisch auswirkt, etwa als Messgröße verschiedener Rezeptoren und / oder als Stellgröße für verschiedene Effektoren (im Sinne einer kybernetischen Betrachtung).

s. dort
 
Rasche Blutdruckregulation
 
Die Zentren für die kardiovaskulären Reflexe liegen im Kreislaufzentrum der medulla oblongata des Hirnstamms, übergeordnet sind der Hypothalamus und die Großhirnrinde. Effektoren sind vor allem Herz (Schrittmacherzellen, Arbeitsmyokard), Blutgefäße (glatte Muskelzellen) und Nebennierenmark (Adrenalinausschüttung).
 
  
Abbildung: Autonom-nervöse Steuerung des kardiovaskulären Systems
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep: Concise Medical Physiology, Elsevier 2021
Die bedeutendsten Effektoren der Steuerung des Blutdrucks sind Herz, Arterien, Venen und Nebennierenmark.
 
Dargestellt sind die Steuerzentren in Kortex, Hypothalamus, Mesencephalon, medulla oblongata und Thorakalmark.
 
Sympathische Einflüsse steigern Blutdruck und Adrenalinspiegel, parasympathische führen zu Vasodilatation, teils via Bradykinin

Zum vasomotorischen Kreislaufzentrum im Hirnstamm (C1, A1) s. auch dort
  
Das Kreislaufzentrum der medulla oblongata regt (in den meisten Fällen, und unter der Kontrolle übergeordneter Neuronensysteme) präganglionäre sympathische Fasern an und hat so eine tonisch blutdrucksteigernde Wirkung (insbesondere durch arterioläre Vasokonstriktion: Steigerung des peripheren Widerstandes).

Barorezeptoren: Primäre Regulation Chemorezeptoren: Sekundäre Regulation

Der arterielle (systemische) Blutdruck wird fortlaufend durch ein zweifaches System von Rezeptoren und Reflexen überwacht: Ein primäres, das den Blutdruck steuert (Barorezeptoren versorgen das Zentrum mit Information über aktuelle Messwerte), und ein sekundäres, das sich über das Atemzentrum um die Stabilisierung der Blutgaswerte (pO2, pCO2, pH - Chemorezeptoren) kümmert, aber auch auf den Kreislauf wirkt.
 
Primäre Regulation: Barorezeptorreflexe
 
Der Baro(rezeptor)reflex geht von "reflexogenen Zonen" in der Wand der Sinus in der Carotis und im Aortenbogen (Barorezeptoren) aus, deren Aktivität vom Grad der Wanddehnung abhängt. Strukturelles Substrat sind dehnungssensitive Nervenzellen.

Barorezeptoren zeigen PD-Charakteristik: Sie reagieren einerseits proportional (P) zum Dehnungsreiz (zum Blutdruck), andererseits besonders empfindlich auf zeitliche Änderungen dieses Reizes (D, differentialempfindlich). Sie adaptieren rasch, d.h. sie reduzieren bei anhaltend verändertem Innendruck die statische Komponente ihrer Empfindlichkeit.

Der Carotissinus (sinus caroticus, Abbildung) ist ein dünnwandiger, gut dehnbarer Abschnitt der a. carotis interna. Seine Wand oszilliert deutlich mit dem arteriellen Puls (um ~15% des Durchmessers). Die Dehnung der Wand ist der adäquate Reiz für die Reizung. Die einzelnen afferenten Fasern sammeln sich im Sinusnerv, der dann in den N. glossopharyngeus mündet, der zum Hirnstamm zieht. Auch die Wand des Aortenbogens ist im Bereich des sinus aorticus gut dehnbar (relativ hohe Compliance: ∂V/∂p) und reagiert insbesondere auf die vom linken Ventrikel erzeugten Druckwellen. Die Fasern vom Aortenbogen ziehen mit dem N. vagus zum Hirnstamm.
 
Am Baroreflex beteiligte afferente Nervenfasern haben ihren Zellkörper in Ganglien des N. glossopharyngeus (IX) und vagus (X)
  

Abbildung: Baroreflex, Carotisrezeptoren
Modifiziert nach Vorlagen bei interactive-biology.com / Cranial Nerves in Health and Disease (Wilson-Paiwels, Akesson, Stewart, Spacey), BC Dekker Inc. 2002
Links: Vereinfachte Darstellung des Reflexbogens von Barozeptoren in der Aorta (Afferenz: N. IX) zu parasympathischen Efferenzen zum Herzen (N. X). Drucksteigerung senkt, Druckabfall erhöht die Herzfrequenz.

Rechts: 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). Das chemosensible glomus caroticum (Größe 3 x 6 mm) ist extrem gut durchblutet ( s. dort)

Strukturell sind die arteriellen Barorezeptoren Endverzweigungen myelinierter und unmyelinierter sensorischer Nervenfasern, die sich zwischen elastische Fasern der Gefäßwand schmiegen. Steigt der Innendruck, werden sie gestreckt, und die Aktionspotentialfrequenz nimmt zu - die Fasern sind dehnungsempfindlich.

Ansprechverhalten der Nervenfasern: Mit steigendem Innendruck im Carotissinus (beginnend mit einem Minimaldruck von etwa 40-60 mmHg, unterhalb dessen die Fasern stumm sind) nimmt nicht nur die Frequenz der Aktionspotentiale pro afferenter Faser zu, sondern auch die Zahl der aktiv gewordenen Fasern (recruitment). Der Sättigungsdruck liegt bei etwa 200 mmHg, darüber gibt es keine Steigerung der Aktivität mehr. Die einzelnen Nervenfasern zeigen darüber hinaus unterschiedliche Empfindlichkeit: Als Sensitivität bezeichnet man ihr Ansprechverhalten (je steiler der druckabhängige Frequenzanstieg, umso sensitiver die Faser). Zusätzlich reagieren die Fasern auf statische Reize anders (sinusoidal: besonders empfindlich im physiologischen Mittelbereich des Drucks) als auf sich ändernde (oszillierender Blutdruck: etwa lineare Steigerung der Entladungsfrequenz mit dem Blutdruck) ( Abbildung).
 

Abbildung: Aktivität (Aktionspotentialfrequenz) des Sinusnerven in Abhängigkeit vom Blutdruck
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep: Concise Medical Physiology, Elsevier 2021
Rote Kurve: Die Aktivität nimmt stetig mit dem mittleren Blutdruck zu, wenn dieser pulsiert (physiologischer Normalfall).
 
Grüne Kurve: Bei stationärem Blutdruck ("statisch": experimentelle Situation) ist das Ansprechverhalten sigmoidal (besonders starke Zunahme im physiologischen Blutdruckbereich).
 
Man kann auch beobachten, dass Barorezeptoren auf statische Reizung weniger stark reagieren als auf pulsatile, wie dies typisch für PD-empfindliche Rezeptoren ist (hier nicht gezeigt)

Orthostatische Regulation: Während der Aortensinus etwa auf der Höhe der arteriellen hydrostatischen Indifferenz liegt und daher durch Lagewechsel zwischen liegend und aufrecht weitgehend unbeeinflusst ist, reagiert der Carotissinus - der deutlich über der arteriellen hydrostatischen Indifferenzzone liegt - auf solche Lagewechsel mit veränderter Aktivität, löst also entsprechende orthostatische Regulation aus (z.B. Anstieg der Herzfrequenz und Vasokonstriktion beim Aufstehen).
 
   Nicht nur die Intensität der Dehnung an sich (statisch: Proportionalempfindlichkeit), sondern auch deren zeitliche Änderung (pulsatil: Differentialempfindlichkeit) bestimmt die Aktionspotentialfrequenz an den Nervenfasern, die vom Sinus zum Gehirn führen.

Damit reagieren Barorezeptoren auf verschiedene Kriterien des Druckverlaufes im Karitossinus und im Aortenbogen:
 
     Arterieller Mitteldruck: Je höher der Druck, desto höher die Aktionspotentialfrequenz (P-Anteil)
 
     Steilheit der Druckschwankungen: Je steiler der Druckanstieg, desto höher der Frequenzanstieg (D-Anteil)
 
     Blutdruckamplitude: Zusätzliche C-Fasern sprechen an. Besonders wichtig bei Orthostase oder Blutverlust

Die Dehnungsempfindlichkeit entspricht der Öffnungswahrscheinlichkeit mechanosensibler Kationenkanäle in der Membran der barosensitiven Neurone.
 
Mechanosensible Kationenkanäle verleihen den Barozeptoren ihre Empfindlichkeit gegenüber Änderungen der Wandspannung
 
 
 
Abbildung: Barorezeptorreflex
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep: Concise Medical Physiology, Elsevier 2021
In diesem Beispiel wird ein systemischer Blutdruckanstieg als primärer Stimulus angenommen, der das Regelsystem aktiviert.
  
Änderung des arteriellen Blutdrucks beeinflusst sympathische Aktivität und damit peripheren Widerstand (Gefäßtonus) sowie Herzleistung im Sinne korrigierender negativer Rückkopplung.
 
Diese findet am vasomotorischen Areal der medulla oblongata statt (inhibitorische Interneuronen vom nucl. tractus solitarii) und dadurch, dass Blutdruckanstieg die parasympathische Aktivität zum Herzen anregt.
 
Der Regelkreis beantwortet Blutdruckabfall mit Vasokonstriktion und Tachykardie, Blutdruckanstieg mit Vasodilatation und Bradykardie

Man unterscheidet nach ihrer Leitungsgeschwindigkeit zwei Arten barosensitiver Neuronen: A-Fasern sind gut myelinisiert, leiten schnell und haben eine niedrige Reizschwelle (zwischen 30 und 90 mmHg). Sie feuern pulsatil im normalen Blutdruckbereich. Die zahlreicheren C-Fasern sind nicht myelinisiert, leiten langsam und haben eine hohe Reizschwelle (70-140 mmHg).

Bei normalem Blutdruck ist nur etwa jede vierte C-Faser aktiv, in Phase mit den Druckspitzen; C-Fasern erfassen vor allem erhöhte Blutdruckbereiche (>150 mmHg), wo sie noch sensitiv reagieren, A-Fasern nicht mehr (deren Ansprechverhalten ist in hohen Druckbereichen saturiert). Außerdem nimmt die Zahl der C-Fasern, die auf erhöhte Dehnungsreize reagieren, mit steigendem Blutdruck zu (recruitment).

Die Afferenz Barosensoren → Gehirn erfolgt zum nucleus tractus solitarii der medulla oblongata (NTS, s. auch unten).
 
Information von Barorezeptoren wird zum nucl. tractus solitarii geleitet
 
Den gesamten Komplex der Neuronengruppen, sie sich an der Kreislaufregulation beteiligen, nennt man das medulläre kardiovaskuläre Zentrum (Kreislaufzentrum). Es erhält alle relevanten Informationen über das Druckgeschehen in der Peripherie und ist die Koordinationsstelle für die Stabilität von Blutdruck und Kreislauf.

Das Kreislaufzentrum lässt mehrere Unterabschnitte erkennen, insbesondere ein Vasomotoren- (vasomotor area) und ein kardioinhibitorisches Zentrum (cardioinhibitory area)  (Abbildung s. dort):
 
Die nuclei tractus solitarii (NTS - rechts und links jeweils in der dorsalen medulla oblongata) erhalten den Großteil der Impulse von Barorezeptoren. Sie wirken auf mehrere Abschnitte des Kreislaufzentrums:
 
     Einerseits regen sie den dorsal gelegenen nucleus ambiguus und den dorsalen motorischen Vaguskern an (der vor allem Bradykardie bewirkt),
 
     andererseits hemmen sie das ventromedial gelegene vasomotorische Areal.
 
Auf das kardioinhibitorische Zentrum projizieren exzitatorische Interneuronen von den NTS. Diese Neuronengruppe wirkt parasympathisch auf das Herz, vor allem senkt sie seine Schlagfrequenz.
  
Auf das vasomotorische Areal projizieren inhibitorische Interneuronen von den NTS. Es inkludiert u.a. die rostral gelegenen areae A1 und C1 und die unteren Olivenkerne. Die Neuronen in C1 zeigen herzschlagsynchrone Aktivität, bedingt durch pulsabhängige Aktionspotentialsalven von den Barorezeptoren. Reizung der C1-Region bewirkt Vasokonstriktion, und diese Region unterhält einen Dauertonus der Widerstandsgefäße, soferne sie nicht von NTS-Interneuronen inhibiert wird (letztere bewirken Vasodilatation). Die tonische Aktivität der C1-Neuronen regt präganglionäre sympathische Zellen an und erhält den arteriellen Blutdruck aufrecht. Unterbrechung der sympathischen Efferenzen zu den Blutgefäßen führt zu Vasodilatation und Blutdruckabfall.
  
Einige inhibitorische Interneurone erreichen vermutlich auch ein kardioakzeleratorisches Areal in der dorsalen medulla oblongata; dieses wirkt positiv chrono- und inotrop, regt also die Herztätigkeit an.
 
Die Efferenzen aus dem Kreislaufzentrum können adrenerg (C1-Neurone), peptiderg (z.B. NPY) oder glutamaterg sein (NMDA- und Nicht-NMDA-Rezeptoren auf präganglionären sympathischen Neuronen). Sie wirken sich über sympathische und parasympathische Projektionen vor allem auf Herz (Sympathikus: Beschleunigung und Kräftigung, Parasympathikus: Verlangsamung), Blutgefäße (Sympathikus: Vasomotorentonus) und Nebennieren (Sympathikus: Adrenalinausschüttung) aus ( Abbildung).
 
Abbildung: Neuronale Kreislaufsteuerung
Nach einer Vorlage in Herring / Paterson, Levick's Introduction to Cardiovascular Physiology, 6th ed. 2018
Afferenzen von Barorezeptoren in Herz und Gefäßen (über glossopharyngeus & vagus) sowie von der Skelettmuskulatur (C-Fasern) gelangen zum nucl. tractus solitarii (NTS). Dieser erhält auch chemorezeptive Meldungen von der area postrema (zirkumventrikuläres Organ posterior vom NTS).
 
Vom nucl. tractus solitarii gibt es anregende Projektionen auf den dorsalen Vaguskern und nucl. ambiguus des Hirnstammes ("Vaguskerne", parasympathische Bremsung der Herzaktion) und hemmende zum vasomotorischen Areal (geringere sympathische Anregung, Dilatation von Widerstandsgefäßen, weniger Adrenalinfreisetzung aus den Nebennieren).
 
Die Abbildung zeigt auch subkortikale Strukturen, die auf die Kreislaufregulation Einfluss nehmen. Das Frontalhirn kann auf diese im Rahmen von Belastungen durch körperliche Belastung bzw. Stress (fight-or-flight-Situationen) zugreifen

IML = nucl. intermediolateralis (Wurzelzellen im Seitenhorn des Rückenmarks); VLM = ventrolaterale medulla (C: caudal, R: rostral)
Mit der Druck / Dehnungsbelastung an den Barorezeptoren steigt die afferente Aktionspotentialfrequenz und damit die gegenregulatorische Antwort auf Herz und Blutgefäße:
  
     Nimmt der arterielle Druck zu, sinkt die anregende Wirkung des Sympathikus (Gefäßerweiterung, sinkende suprarenale Adrenalinfreisetzung) und nimmt die bremsende Wirkung des Parasympathikus zu (Abnahme der Herzfrequenz) - all das innerhalb etwa einer Sekunde.
  
     Umgekehrt liegen die Dinge bei Blutdruckabfall (→ Vasokonstriktion, Tachykardie).
 
Plötzliche Zunahme des arteriellen Blutdrucks führt an kardiopetalen Fasern reflektorisch zu
 
    gesteigerter parasympathischer Aktivität → vermehrter Freisetzung von Acetylcholin am Sinusknoten
 
    herabgesetzter sympathischer Aktivität → verringerter Freisetzung an Noradrenalin am Sinusknoten
 
    Senkung der Herzfrequenz (Bradykardie)
 
    Reduktion des Venentonus, die venöse Volumendehnbarkeit (Kapazität) nimmt zu (sinkende Vorlast für das Herz)
  
Der Verstärkungsfaktor (gain) des Barorezeptorreflexes lässt sich verändern (resetting):

      Zentral (insbesondere durch Beteiligung der Insel: Durch körperliche Belastung oder schon die Aussicht darauf: Der Sollwert für den arteriellen Blutdruck erhöht sich proportional zur Muskelarbeit, ohne dass der erhöhte Druck durch den Reflex wieder reduziert wird) oder im Rahmen der Sinusarrhythmie;

     peripher (verändert sich der Blutdruck über längere Zeiträume - Stunden und Tage -, adaptiert das Rezeptorsystem, und der Blutdruck wird auf einem veränderten Niveau reguliert. Der Vorteil besteht darin, dass die Präzision der Regulation in den optimalen (steilsten) Ansprechbereich des Systems "nachzieht"; der Nachteil darin, dass sich der mittlere Blutdruck verändert.
 
Sympathische Fasern sind besonders zahlreich in Gefäßen der Haut und in den Nieren (in beiden Gebieten bedeutet hohe Sympathikusaktivität eine starke Einschränkung der Durchblutung, z.B. im Kreislaufschock). In zerebralen und Koronargefäßen findet man hingegen relativ wenige sympathische Fasern, diese unmittelbar überlebenswichtigen Organe werden auch bei hohem Sympathikustonus gut durchblutet (Schockzustand!). Die Gefäße der Plazenta enthalten überhaupt keine sympathischen Fasern, sie werden anders reguliert.

Die sympathische vasomotorische Aktivität kommt bei einem plötzlichen Blutdruckanstieg auf >150/90 mmHg vollständig zum Erliegen. Das Herz wird gebremst, der periphere Widerstand nimmt ab - beides senkt den Blutdruck (negative Rückkopplung; Abbildung).
Abbildung: Barorezeptoraktivität und Blutdruck
Kombinirt nach Vorlagen in Thies R, Physiology, 3rd ed. Springer 1992; und (modifiziert) nach Sved AF, Blood Pressure: Baroreceptors, in: Squire RL (ed), Encyclopedia of Neurocsience 2009
Unten: Kennkurve der Druckantwort der Barorezeptoren ("Antwortgröße" = Aktionspotentialfrequenz): Mit steigender Dehnung (arteriellem Druck) nimmt die Frequenz der Aktionspotentiale zu, die...
 
...über den IX. (Glossopharyngeus; von Carotissinus) und X. Hirnnerv (Vagus; von Aortembogen) zum nucl. tractus solitarii und Kreislaufzentrum im unteren Hirnstamm geleitet werden (oben)

Der Barorezeptorreflex ist ein klassisches Beispiel eines Regelkreises mit negativer Rückkopplung. Der arterielle Baroreflex adaptiert 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).

 
 Sekundäre Regulation: Chemorezeptorreflexe
Der primäre Fokus der Barorezeptoren ist die Kreislaufregulation, derjenige der Chemorezeptoren die Regulation der Atmung. Baro- und periphere Chemorezeptoren liegen nahe beieinander (Carotis, Aortenbogen), haben ähnliche neuronale Verschaltungen, und wirken sich beide auf den Kreislauf aus.

Zur Steuerung der Atmung über Chemorezeptoren s. dort
  

Abbildung: Einfluss der Chemorezeptoren auf die Kreislaufregulation
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep: Concise Medical Physiology, Elsevier 2021
In diesem Beispiel wird ein Sinken des pO2, Anstieg des pCO2, und/oder Reduktion des pH (hypoxischer, Hyperkapnie-, Azidosereiz) als primärer Stimulus angenommen, der das System anregt.
 
Links: Das Grundschema der Regelung (intrinsische Kreislaufantwort auf chemorezeptive Reize); die Reaktion auf periphere Chemorezeptorreize alleine bewirkt Bradykardie und Vasokonstriktion.
 
Rechts:  Integrierte Regulation mit Beteiligung der Atmung. Zentrale Chemorezeptoren regen bei hypoxischer, Hyperkapnie- und/oder Azidosereizung die Ventilation an; der pCO2, nimmt ab, was - zusammen mit mechanozeptiven Reizen aus der Lunge - den parasympathischen Ast des Kreislaufzentrums hemmt, die Herzfrequenz nimmt zu

Im Gegensatz zu Barorezeptoren, deren Anregung das vasomotorische Zentrum im Hirnstamm hemmt (negative Rückkopplung, Vasodilatation, Senkung des Blutdrucks), regt gesteigerte Aktivität peripherer Chemorezeptoren - bedingt vor allem durch Hypoxie, auch Hyperkapnie und Azidose - das vasomotorische Zentrum an und bewirkt Vasokonstriktion. Was das Herz betrifft, regen beide Rezeptorgruppen (Baro- und periphere Chemorezeptoren) das kardioinhibitorische Zentrum an und senken die Herzfrequenz (Bradykardie) ( Abbildung, links). Anstieg des pO2, auch Absinken des pCO2 und Anstieg des pH, haben entgegengesetzte Wirkung (Vasodilatation, Tachykardie).

Welche physiologische Rolle spielen diese Projektionen peripherer Chemorezeptoren auf das Kreislaufzentrum? Unter normalen Bedingungen ändert sich der arterielle pO2 nur geringfügig, das wirkt sich auf Blutdruck oder Herzfrequenz kaum aus. Hypoxie hingegen (z.B. bei starkem Blutverlust) steigert reflektorisch die Atmung, senkt dadurch den arteriellen pCO2 und verursacht so über zentrale Chemorezeptoren Tachykardie.

Die Tachykardie ist sinnvoll, da ein reduziertes Blutangebot in ausgedehnten Gewebebereichen - wie durch sinkendes Herzminutenvolumen (dessen Betrag an sich nicht von Rezeptoren im Körper erfasst wird) verursacht - typischerweise Hypoxie, Hyperkapnie und Azidose hervorruft. Eine Anregung des Herzens durch erhöhte Schlagfrequenz steigert das Herzminutenvolumen und damit auch das Blutangebot an die Peripherie. (Außerdem würde ein erhöhter arterieller pCO2 durch intrazellulären pH-Abfall die Schlagkraft der Herzmuskelzellen reduzieren.)
 
Die Meldung der peripheren Chemorezeptoren bleibt nicht alleine wirksam, sondern wird durch weitere Faktoren ergänzt - wie den Effekt zentraler Chemorezeptoren, die vor allem die Wasserstoffionenkonzentration im Bereich des Hirnstamms messen. Sie werden durch steigenden pCO2 (und Absinken des pH) stimuliert, was das vasomotorische Zentrum anregt (disinhibiert, d.h. den bremsenden Einfluss der Barorezeptoren zurückdrängt) und zu einem Anstieg der Herzfrequenz (Tachykardie) führt. Das Atemzentrum der medulla oblongata übt so einen intensiven Einfluss auf das Kreislaufzentrum aus.

Der tonische Einfluss der Barorezeptoren auf den nucleus tractus solitarii regt inhibitorische Interneuronen an, die auf das vasomotorische Zentrum projizieren. Das bewirkt eine Unterdrückung sympathischer Aktivität und reduziert den peripheren Widerstand. Zunehmende Aktivität zentraler Chemorezeptoren unterbricht diese Wirkung und führt damit zu Disinhibition der Vasomotoren.

Insgesamt stimuliert sowohl Sauerstoffmangel (über den peripheren Weg) als auch Hyperkapnie (über den zentralen Mechanismus) das Vasomotorenzentrum; die beiden Reize wirken synergistisch und bewirken über den Sympathikus systemische Vasokonstriktion. 
      
 Einfluss pulmonaler Dehnungs- und nozizeptiver Reize
 
Verschiedene weitere sensorische Afferenzen wirken sich auf Herzfrequenz und Blutdruck aus, insbesondere:

      Reizung von Dehnungsrezeptoren in der Lunge bewirkt Reflextachykardie durch Inhibition vagaler Efferenzen im Hirnstamm. Das trägt zur atmungssynchronen Sinusarrhythmie bei. Plötzliche tiefe Einatmung löst auch Vasokonstriktion in der Haut aus (inspiratory gasp reflex)
 
      Somatische Schmerzreize können ebenfalls den Herzschlag beschleunigen und den Blutdruck steigern. Umgekehrt kann starke Reizung viszeraler Schmerzfasern Bradykardie und Blutdruckabfall auslösen. Kältereize können hypertensiv wirken, andere Stressoren (plötzlicher Lärm, Bedrohung) Tachykardie auslösen. Sexuelle Erregung steigert ebenfalls Pulsfrequenz und Blutdruck. Benetzung des Gesichts löst den Tauchreflex aus (Bradykardie).
 
Über längere Zeiträume wirken Regelkreise, die weniger stark adaptieren
 
Der Barorezeptorreflex stabilisiert die Höhe des arteriellen Blutdrucks nur für kurze Zeiträume; Denervierung führt dazu, dass Störungen des Systems (z.B. Lagewechsel) zu stärkeren Abweichungen vom Blutdruck-Sollwert führen ( Abbildung).
 

Abbildung: Beitrag der Barorezeptoren zur Stabilität des Blutdrucks
Nach Cowley AW Jr, Liard JF, Guyton AC: Circ Res 1973; 32: 546-76; und Persson PB, Ehmke H, Kirchheim HR, News Physiol Sci 1989; 4: 56-9
Oben: Mit intakter Verbindung der Barorezeptoren mit dem nucleus tractus solitarii im Hirnstamm (grüne Kurve: Kontrolle) ist der Blutdruck (hier um ~100 mmHg) präziser reguliert als ohne Anbindung der Rezeptoren an das Gehirn (rote Kurve).
  
Unten: Sind auch die Afferenzen von den kardiopulmonären (Niederdruck-, "Volumen"-Rezeptoren) blockiert, streut nicht nur der Blutdruck breiter, sondern er ist auch zu höheren Werten hin (um ~140 mmHg) verschoben.
  
Das bedeutet, dass die Afferenz von den kardiopulmonären Rezeptoren für die zentrale Einstellung der richtigen Höhe des Blutdruck-Sollwertes unverzichtbar sind; die Afferenz von den arteriellen Barorezeptoren ermöglicht hingegen eine präzisere Kontrolle des Blutdrucks um den korrekten Sollwert

Die gemessenen Blutdruckwerte verteilen sich aber noch um den normalen Sollwert; erst wenn (experimentell im Tierversuch) auch die Verbindung zu den kardiopulmonalen Druckrezeptoren unterbrochen wird, steigt auch der Mittelwert der beobachteten Blutdruckwerte gegen höhere Werte hin ( Abbildung). Das bedeutet, dass der arterielle Barorezeptorreflex die Abweichungen vom Sollwert gering hält, während der Niederdruckanteil des Systems den Sollwert des Mitteldruckes einstellt.

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 wenige Minuten nach einem Wechsel aus der liegenden (oder sitzenden) Position 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.
 

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 (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 oben), 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 Perfusion / Blutdruck ebenfalls.

     

Abbildung: Blutdrucksenkung durch Prostaglandine
Modifiziert 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: Prostaglandine wirken vasodilatierend und regen die Natriumausscheidung an, beides senkt den Blutdruck

Solche Wirkungen sind teilweise komplex, was am Beispiel der Prostaglandine deutlich wird: Verschiedene Rezeptortypen werden regional unterschiedlich exprimiert.

  TXA2, PGG2 und PGH2 bewirken TP-Rezeptorvermittelte Vasokonstriktion und wirken blutdrucksteigernd; dieser Effekt kann aber durch

  vasodilatative Effekte von PGI2, 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).
 
Körperliche Belastung aktiviert ein gewichtetes Programm der Blutdruckstabilisierung
   
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).


Abbildung: Integrierte Kreislaufreaktion auf körperliche Belastung (Muskelaktivität)
Nach einer Vorlage in 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)
 
Histamin, , Adrenalin, Acetylcholin (ACh), Noradrenalin (NA)



     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  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 Reaktionen stammen aus dem Bewegungsapparat selbst und von anderen reflektorischen Komponenten. Hierher gehören Histaminfreisetzung, Adrenalinwirkung, Temperaturregulation (Wirkung von Kallikrein).

Durch das Zusammenspiel dieser Komponenten werden einerseits die gesteigerten Kreislaufanforderungen erfüllt, andererseits bleibt der Blutdruck stabil.

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

    Zur Regulation der Muskeldurchblutung s. auch dort
  
Beeinflussung der Herztätigkeit
  
Die Pumpleistung des Herzens ist bestimmt durch Vorlast (preload; früher: "vis a tergo"), Nachlast (afterload; früher: "vis a fronte") und den Zustand des Myokards (Inotropie):

      Als Maß für die Vorlast gilt der Füllungsdruck in den Vorhöfen - im Bereich des rechten Vorhofs der Zentralvenendruck, links im Vorhof bzw. den Pulmonalvenen.

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

      Der Zustand des Herzmuskels wird durch Faktoren wie Muskelmasse, Dehnungszustand, Durchblutung der Herzkranzgefäße bestimmt. 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.

      Die Nachlast wird repräsentiert durch den arteriellen Druck in Pulmonalarterie bzw. Aorta (eigentlich die Impedanz, also der dynamische Widerstand, gegen den der Ventrikel Blut fördert). 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.
 

Beeinflussung des Säure-Basen-Haushalts
 
Die Kreislaufregulation kann 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).
 
Einfluss von Körperposition, Venenfüllung, Atemtätigkeit
 
   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.
 
Wechsel vom Liegen zum Stehen (Orthostase) senkt den Blutrückstrom zum Herzen (Zwischenspeicherung in Beinvenen) und bewirkt eine Abnahme des Herzzeitvolumens um ~30%
 
Orthostase erhöht reflektorisch den peripheren Widerstand und die Pulsfrequenz (Blutdruckstabilisierung)
 
Es kommt zu Reduktion der Durchblutung
* des Gehirns (wegen des sinkenden hydrostatischen Drucks)
* der Nieren (wegen des reflektorisch erhöhten Sympathikustonus)
 
Dennoch bleibt normalerweise der systolische Blutdruck unverändert, der Mitteldruck steigt sogar etwas an. Grund dafür ist die orthostatische Reaktion (orthostatic response): Reflexe, die von kardiopulmonalen Rezeptoren (Dehnungsmessfühler in der Wand der herznahen Lungengefäße sowie der Vorhöfe) und arteriellen Barorezeptoren (Carotis, juxtaglomerulärer Apparat der Nieren) ausgehen.
 
Zahlreiche Faktoren beeinflussen das Ausmaß einer orthostatischen Reaktion, insbesondere: Blutvolumen und seine Verteilung, systemischer Füllungsdruck; Dehnbarkeit der Gefäße, insbesondere der Venen in unteren Körperpartien; Lage der hydrostatischen Indifferenz; Grad der Kippung (Kipptisch); Muskeltonus; Funktion von Hoch- und Niederdruckrezeptoren; Temperatur; Herzfrequenz zu Beginn des Reizes; Sympathikustonus; Kontraktilität des Herzmuskels; Empfindlichkeit der Gefäße gegenüber konstriktorischen Impulsen.

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.

Auch die Atmung wirkt sich auf die venöse Blutfüllung aus ("Atempumpe"):

    Zunehmender transmuraler Druck bei der Einatmung weitet die rechte Herzkammer und erhöht Vorlast und Schlagvolumen. Der sinkende Vorhofdruck vergrößert den Druckgradienten Peripherie - Herz, der venöse Rückstrom steigt an. Die umgekehrten Effekte während der Ausatmung sind weniger wirksam.
 
    Die Einatmung erhöht das Blutvolumen in der Lunge und senkt vorübergehend den Bluteinstrom in den linken Vorhof - die Auswurfleistung des linken Ventrikels nimmt während der Inspiration ab.
 
Insgesamt verstärkt rasche und/oder vertiefte Atmung das Herzzeitvolumen.
 
Integrierte Kreislaufregulation, Reaktion auf Blutverlust
   
Die Größe des Herzzeitvolumens ist abhängig von einem komplexen Zusammenspiel von extrazellulärem Volumen, Blutvolumen, arteriellen und venösen Compliance- und Widerstandswerten.
 

Abbildung: Experimentelle Untersuchung der Kreislauffunktionen
Photo © H. Hinghofer-Szalkay
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%

So kann in einer kritischen Kreislaufsituation (etwa bei Blutverlust) 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.
 
 Ein Beispiel für das Ineinandergreifen verschiedener regulativer Wege ist die kurzfristige Reaktion auf Blutverlust (Hämorrhagie → Hypovolämie, Abbildung):
 

Abbildung: Kurzfristige Reaktionen auf Blutverlust
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 1st ed. Saunders 2003
Abnehmender venöser 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.
  
Die gezeigten Mechanismen stellen nur die ersten Schritte zur Kreislaufstabilisierung dar; mittel- bis langfristig schließen hormonelle, später allenfalls auch strukturelle Veränderungen an.
 
All diese Veränderungen steigern direkt oder indirekt den arteriellen Blutdruck. Ziel der Mechanismen ist die Verhinderung ungenügender Durchblutungsmuster, die in einem Kreislaufschock münden können

Bei einem Verlust von 10-20% des Blutvolumens kommt es zu einem Absinken des zentralen Blutvolumens, des venösen Rückstroms zum Herzen, der Füllung der Ventrikel, des Schlagvolumens und des Herzzeitvolumens, und damit des Blutdrucks. Beträgt der Blutverlust 30% des Blutvolumans oder mehr, kommt es zum hypovolämischen Schock. Dieser Zustand ist durch ungenügende Durchblutung der Peripherie gekennzeichnet; der systolische Druck sinkt unter 90, der arterielle Mitteldruck unter 70 mmHg. Zur Symptomatik des Kreislaufschocks gehören rascher und schwacher Puls, Unterdurchblutung der (blass-kalten) Haut (starke Vasokonstriktion), Abnahme der Harnproduktion auf <25 ml/h.

Die Abbildung zeigt die wichtigsten Reflexwege zur initialen Kompensation des Blutdruckabfalls und Stabilisierung des Kreislaufs:

(1)  Arterielle Barorezeptoren: Als Reaktion auf sinkende afferente Aktionspotentialfrequenz sinkt der Parasympathikus- und steigt der Sympathikustonus, das Herz wird angeregt, vor allem im Splanchnikusgebiet und renal kommt es zu Vasokonstriktion.

(2)  Rezeptoren im Niederdrucksystem (kardiopulmonal) werden infolge des geringeren zentralen Blutvolumens weniger stark stimuliert, reflektorisch steigt der Sympathikustonus vor allem im Gebiet der Nieren (was glomeruläre Filtration und Harnproduktion reduziert). Außerdem steigert der Hypothalamus die Freisetzung von Vasopressin, das den Blutdruck steigert; und ANP wird von den wenig gefüllten Atrien kaum noch produziert, die renale Natriumausscheidung sinkt (Volumenkonservierung).

(3)  Die sinkende Durchblutung peripherer Chemorezeptoren (glomera carotica und aortica) senkt hier den pO2 und steigert die afferente Aktionspotentialfrequenz. Das steigert indirekt die Herzfrequenz (s. dort).

(4)  Hypotoniebedingte zerebrale Ischämie senkt den pO2 und hebt den pCO2 im Gehirn. Die resultierende Azidose steigert den Sympathikustonus wesentlich stärker, als dies der Barorezeptorreflex tut.

Der hohe Sympathikustonus stimuliert auch die Freisetzung von Adrenalin aus dem Nebennierenmark. Die Katecholamine wirken positiv ino- und chronotrop auf das Herz (erhöhte Schlagkraft und Schlagfrequenz), führen zu arteriolärer (Extremitäten, Haut, Nieren, Splanchnikusgebiet) und venöser Vasokonstriktion (Compliancesenkung). Erhöhte Angiotensinspiegel unterstützen den vasokonstriktorischen Effekt. Die Durchblutung des Gehirns und des Herzmuskels bleibt weitgehend erhalten.

Die Nieren sind über einen längeren Zeitraum das primäre Kontrollorgan für Flüssigkeitsvolumina und Blutdruck - insbesondere mit dem Mechanismus der Druckdiurese (Flüssigkeitsausscheidung steigt mit Volumenbelastung). Neuroendokrine Faktoren wirken auf das renale Gewebe, z.B. bei erhöhtem Bedarf (wie Ausfall eines Teils des Nierenparenchyms oder unilateraler Nephrektomie) im Sinne kompensatorischer Anpassung.
 
Verzögerte Kompensation: Nach diesen initialen Kompensationsvorgängen kommt es allmählich zu Umverlagerung von Gewebeflüssigkeit in die Blutbahn. Der hohe Gefäßwiderstand (präkapilläre Vasokonstriktion) senkt die kapillären Blutdruckwerte ("Starling-Gleichgewicht"). Diese transkapilläre "Einwärtsfiltration" (fluid shift) wirkt wie eine Autotransfusion in den Kreislauf - etwa 75% des verlorenen Volumens werden so innerhalb einer Stunde wieder ersetzt.

Dieses Einströmen von Ultrafiltrat führt zu einer Hämodilution: Eiweißkonzentration, Hämatokrit und Hämoglobinwert sinken nach einem starken Blutverlust deutlich ab.
Allmählich rücken vermehrt Proteine in die Blutbahn nach, vermutlich über das fenestrierte Endothel intestinaler und hepatischer Kapillaren (in diesen Gebieten ist die Proteinkonzentration der interstitiellen Flüssigkeit verhältnismäßig hoch); und die Albuminsynthese der Leber steigt an, sodass die Proteinwerte im Plasma nach mehreren Tagen normalisiert werden.
Gesteigerte Erythropoese führt schließlich (über Wochen) auch zur Wiederherstellung der Ausgangswerte des Hämatokrit und der Hämoglobinkonzentration im Blut.
   
Zeitverlauf der Regelmechanismen: 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"). Die beschriebenen Vorgänge laufen nicht synchron ab, sondern zeitlich gestaffelt, wobei sie ineinander greifen und gegenseitig ergänzen.

Nach einer Störung im Bereich des arteriellen Blutdrucks treten nacheinander kurz-, mittel- und langfristige Mechanismen auf den Plan ( Abbildung).
 
Abbildung: Einfluss verschiedener Regelsysteme auf die Blutdruckregulation
Nach einer Vorlage bei Thibodeau / Patton, Anatomy & Physiology (6th ed), Mosby Elsevier 2007
Das Bild stellt die Zeitabhängigkeit der Beteiligung verschiedener Regelmechanismen nach einer plötzlichen Änderung (Zeitpunkt 0: gestrichelte Linie) des arteriellen Drucks (hier: Hypotonie) dar. Ziel der Korrekturmaßnahmen ist die Wiederherstellung des physiologischen Blutdruckbereichs.
  
Kurz- bis mittelfristige Mechanismen:

a: ZNS-Ischämiereflex

b: Barorezeptorreflexe

c: Chemorezeptorreflexe

d: Stressrelaxation der Gefäße

e: Kapilläre Flüssigkeitsverschiebungen

f: Renin-Angiotensin Vasokonstriktion
  
Langfristige Mechanismen:

g: Aldosteron

h: Renale Steuerung von Blutdruck und Blutvolumen
  
Baro- und Chemoreflexe reagieren in Sekundenschnelle, der zentralnervöse Ischämiereflex innerhalb einer Minute und besonders intensiv; transkapilläre Flüssigkeitsverschiebungen treten innerhalb von Minuten auf. Relaxation der Blutgefäße als Antwort auf Blutdrucksteigerung erfolgt im Minutenbereich, erreicht innerhalb weniger Stunden ihren Höchstbetrag und kann lange andauern. Einige hormonelle Antworten benötigen Minuten (Renin-Angiotensin) bis Stunden (Aldosteron), um wirksam zu werden. Umstellungen der Nierenfunktionen treten nach mehreren Tagen auf, haben dann aber den stärksten und langanhaltenden Effekt.
 
Verzögerte Reaktionen der Proteinsynthese und Erythropoese sind nicht gezeigt

Am raschesten reagieren der Baro- und Chemoreflexe auf Störeinflüsse auf den arteriellen Blutdruck. 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).
 

 
      Dehnungssensitive Nervenzellen in der Wand des Carotissinus und Aortenbogens (Barorezeptoren) reagieren auf Blutdruckänderungen, besonders deren zeitliche Änderung (PD-Rezeptor) - am empfindlichsten im physiologischen Blutdruckbereich (der Durchmesser des sinus coronarius oszilliert mit dem arteriellen Puls um ~15%). Die Dehnungsempfindlichkeit entspricht der Öffnungswahrscheinlichkeit mechanosensibler Kationenkanäle in der Membran der barosensitiven Neurone. Die Afferenzen erfolgen über den IX. (Carotis) und X. Hirnnerven (Aorta) zum nucl. tractus solitarii der medulla oblongata. A-Fasern sind gut myelinisiert, leiten schnell, haben eine niedrige Reizschwelle (<90 mmHg), feuern pulsatil im normalen Blutdruckbereich. Die zahlreicheren C-Fasern sind nicht myelinisiert, leiten langsam und haben eine hohe Reizschwelle (70-140 mmHg). Bei normalem Blutdruck sind ~25% der C-Fasern aktiv (Druckspitzen); C-Fasern erfassen vor allem erhöhte Blutdruckbereiche (>150 mmHg). Der Baroreflex adaptiert rasch (Stunden bis Tage), er ist für Korrekturen akuter Blutdruckschwankungen ausgelegt (z.B. Änderung der Körperlage) - er passt sich längerfristigen Druckänderungen an und bleibt so in seinem optimalen Empfindlichkeitsbereich
 
      Der nucl. tractus solitarii projiziert anregend auf den nucleus ambiguus, der parasympathische Aktivität beeinflust ("Vaguskerne", parasympathische Bremsung der Herzaktion), und hemmt das ventromedial gelegene vasomotorische Areal, das auf sympathische Efferenzen wirkt (Dilatation von Widerstandsgefäßen, weniger Adrenalinfreisetzung aus den Nebennieren). Das ergibt mehrfache Rückkopplung auf Herz und Blutgefäße, die den Blutdruck stabilisiert. Plötzliche Zunahme des arteriellen Drucks erhöht die parasympathische (vermehrte Freisetzung von Acetylcholin) und senkt die sympathische Aktivität (verringerte Freisetzung von Noradrenalin). Gleichzeitig sinkt der Venentonus, die venöse Volumendehnbarkeit nimmt zu (sinkende Vorlast für das Herz). Erregung der Barorezeptoren dämpft auch die Atmung und senkt den Muskeltonus
 
      Sensorische Afferenzen wirken auf Herzfrequenz und Blutdruck: Reizung von Dehnungsrezeptoren in der Lunge bewirkt Reflextachykardie durch Inhibition vagaler Efferenzen im Hirnstamm (Beitrag zur atmungssynchronen Sinusarrhythmie). Plötzliche tiefe Einatmung löst auch Vasokonstriktion in der Haut aus. Somatische Schmerzreize können den Herzschlag beschleunigen und den Blutdruck steigern, umgekehrt kann viszeraler Schmerz Bradykardie und Blutdruckabfall auslösen. Kältereize wirken hypertensiv, plötzlicher Lärm und Bedrohung können Tachykardie auslösen. Sexuelle Erregung steigert Pulsfrequenz und Blutdruck. Benetzung des Gesichts löst den Tauchreflex aus (Bradykardie)
 
      Die Langzeitregulierung des arteriellen Drucks erfolgt über Anpassung des Blutvolumens, der Compliance der Gefäße und allenfalls des Herzmuskels. Aldosteron hält Kochsalz im Körper zurück ("Salzsparhormon") und erhöht das extrazelluläre Volumen; Vasopressin verringert die Wasserdiurese ("Wassersparhormon"). Der Sympathikus regt die tubuläre Rückgewinnung von Salz und Wasser an, aktiviert den Reninmechanismus und damit wiederum Aldosteron. Atriale natriuretische Peptide wirken umgekehrt natriuretisch. Der Organismus passt die Kreislaufregulation an veränderte Randbedingungen an, mit dem Ziel optimaler Durchblutungswerte
 
      Mit Dauer und Intensität körperlicher Belastung steigt der systolische Druck, der diastolische Wert ändert sich kaum, die Blutdruckamplitude steigt unter Belastung an. Die "Atempumpe" steigert das Herzzeitvolumen zusätzlich zu den Effekten neurohumoraler Kreislaufanregung
 
      Die Körperlage beeinflusst die Vorlast des Herzens: Der Füllungsdruck steigt beim Hinlegen, sinkt beim Aufstehen. Bei Wechsel zu Orthostase nimmt das Herzminutenvolumen um ~30% ab, in den Beinvenen werden ~10% des Blutvolumens zusätzlich eingelagert. Reflexe stabilisieren den Blutdruck (Vasokonstriktion reduziert Perfusion und venöse Speicherung), die Durchblutung des Gehirns (sinkender hydrostatischer Druck) und der Nieren (reflektorisch erhöhter Sympathikustonus) nimmt ab
 
      Hypovolämie steigert die Sympathikusaktivität und regt die Bildung von Angiotensin an (H+-Sekretion im proximalen Tubulus). Bei längerer Dauer steigt auch die Aldosteronwirkung (H+-Sekretion im distalen Tubulus). Volumenerhöhung hat den gegenteiligen Effekt (verringerte Säureausscheidung)
 

 




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