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 schließlich kommen Vorgänge ins Spiel, die Faktoren wie Größe, Wanddicke und Dehnbarkeit der Gefäße sowie Ausdehnung und Wandstärke des Herzens beeinflussen.


Kurzfristige Regulation  längerfristige Regulation kardiale Faktoren, preload / afterload Orthostase Chemorezeptoren und pH-Wert Körperliche Belastung  Integrierte Regulation


<Abbildung: Barorezeptorreflex (vereinfacht)

Änderung des arteriellen Blutdrucks beeinflusst sympathische Aktivität und damit peripheren Widerstand (Gefäßtonus) sowie Herzleistung im Sinne korrigierender negativer Rückkopplung -- Die negative Rückkopplung findet am vasomotorischen Areal der medulla oblongata statt (inhibitorische Inteneuronen vom nucl. tractus solitarii) und dadurch, dass Blutdruckanstieg die parasympathische Aktivität zum Herzen anregt
Die Mechanismen zur Stabilisierung des kardiovaskulären Systems bauen auf der Voraussetzung auf, dass die Blutgefäße entsprechend gefüllt sind. Ein adäquates Blutvolumen ist Bedingung für eine effiziente Funktion der Kreislaufreflexe.

Mit dem Blutvolumen steigt (ceteris paribus) der Blutdruck - dieser wird von arteriellen Baro(re)zeptoren (>Abbildung) gemessen. Der Druckunterschied zwischen Arterien und Venen ist abhängig vom Fließwiderstand zwischen ihnen (hauptsächlich arteriolär). Die Dehnbarkeit (Compliance, Volumendehnbarkeit) der Gefäße bestimmt, wie stark der Druck pro zusätzlich aufgenommenes Volumen zunimmt.


>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)

Dabei ist die Regulation der Körperflüssigkeiten (osmotische Wirkung: Wasser, Salze Osmo-, Elektrolyt-, Volumenregulation) 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.


<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

  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: 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

Es handelt sich um das klassische Beispiel eines Regelkreises mit negativer Rückkopplung. 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). Er passt sich längerfristigen Veränderungen des arteriellen Drucks an, sodass er 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.

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).


>Abbildung: Blutdruckstabilisierung durch Renin / Angiotensin / Aldosteron

1: Blutdruckabfall triggert Reninfreisetzung    2: Renin spaltet aus Angiotensinogen Angiotensin I    3: Angiotensin-konvertierendes Enzym (ACE) spaltet daraus Angiotensin II ab    4: Angiotensin II triggert die Sekretion von Aldosteron in der Nebennierenrinde    5: Aldosteron wirkt salzsparend und damit blutdrucksteigernd

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).
  

<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

Hypothetischer  Mechanismus

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).

>Abbildung: Integrierte Kreislaufreaktion auf körperliche Belastung (Muskelaktivität)
Nach: Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 1st ed. Saunders 2003

  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, was "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) ermöglicht (kann als feed-forward-Koppelung 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).

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

  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.)

  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.

 


>Abbildung: Einflüsse, welche die Vorlast (preload) des Herzens bestimmen

Die Qualität der diastolischen Entspannung des Herzmuskels wird durch die Lusitropie angegeben

  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.

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



<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.


>Abbildung: Kurzfristige Reaktionen auf Blutverlust
Nach: Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 1st ed. Saunders 2003


Ein Beispiel für das Ineinandergreifen verschiedener regulativer Wege ist die kurzfristige Reaktion auf Blutverlust (Hämorrhagie, >Abbildung). 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


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).


Eine Reise durch die Physiologie


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