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

     
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
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.


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

Core messages
  
Der Flüssigkeitsgehalt des Körpers wird durch neurale und humorale Mechanismen stabilisiert. Zur direkten Messung des Flüssigkeitsvolumens (Ganzkörperwasser) existiert allerdings kein Mechanismus; wie detektiert der Organismus diese wichtige Zustandsgröße? Die Antwort lautet: Indirekt über Druckwerte im Kreislauf (der mit den Flüssigkeitskompartimenten im Körper in mehr oder weniger direkter Verbindung steht). Hier gibt es insbesondere folgende Regelkreise:

     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

      Natriuretische Peptide aus dem Herzen fördern bei dessen Überdehnung die Natriumausscheidung in der Niere, das Blutvolumen nimmt ab

      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 golumeruläre 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).

Das Flüssigkeitsvolumen wird über die Menge an freiem Natrium sowie die Osmoregulation eingestellt.
 
Die Wirkung von Katecholaminen
 
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.

  
>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.

       Über α- und ß-Adrenozeptoren s. dort
 
Blutvolumen
 
Ein adäquates Blutvolumen ist eine Grundvoraussetzung für intakte Kreislaufregulation. Das 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. 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.

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 Vlutvolumens führt.
 
Umgekehrt beeinflusst der Blutdruck den Flüssigkeitshaushalt: Erhöhung des Blutdrucks führt zu vermehrter Harnausscheidung (“Druckdiurese”), dies senkt extrazelluläres Volumen und Blutdruck (negative Rückkopplung → Stabilisierung des zirkulierenden Volumens). In einem Bereich von 10-25 kPa stabilisieren die Nieren ihre Durchblutung durch Autoregulation an den Arteriolen.
 
Der Barorezeptorreflex stabilisiert den Blutdruck innerhalb von Sekunden
 
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. 
 

<Abbildung: Aktivität (Aktionspotentialfrequenz) arterieller Barorezeptoren in Abhängigkeit vom Blutdruck
Die Empfindlichkeit ist größer (rote Kurve), wenn der Blutdruck pulsiert (physiologischer Normalfall). Bei stationärem Blutdruck ("statisch": 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 - maximale Sensitivität (gain)

Der Durchmesser eines relativ dünnwandigen sinus coronarius oszilliert mit dem arteriellen Puls um ~15%; die Dehnung der Wand ist der adäquate Reiz für die Reizung der mit dem N. IX zum Hirnstamm ziehenden afferenten Fasern. Dabei ist es nicht nur die Intensität der Dehnung an sich (statisch: Proportionalempfindlichkeit), sondern der zeitlichen Änderung (pulsatil: Differentialempfindlichkeit), welche die Aktionspotentialfrequenz bestimmt (<Abbildung).

Damit reagieren sie 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
   
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).

Als Sensitivität einer Faser wird ihr Ansprechverhalten bezeichnet (je steiler der druckabhängige Frequenzanstieg, umso sensitiver die Faser).
>Abbildung: Carotisrezeptoren
Nach einer Vorlage in 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)
Die Afferenz Barosensoren --> Gehirn erfolgt zum nucleus tractus solitarii der medulla oblongata (NTS, Details s. unten).

Dieser verteilt Impulse

     einerseits auf den dorsal gelegenen nucleus ambiguus (Anregung), der parasympathische Aktivität beeinflust,

      andererseits auf das ventromedial gelegene vasomotorische Areal (Hemmung), das auf sympathische Efferenzen wirkt.
 
Am Baroreflex beteiligte afferente Nervenfasern haben ihren Zellkörper in Ganglien des N. glossopharyngeus (IX) und vagus (X)
 
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: Barorezeptorreflex (vereinfacht)
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 Inteneuronen vom nucl. tractus solitarii) und dadurch, dass Blutdruckanstieg die parasympathische Aktivität zum Herzen anregt

Information von Barorezeptoren wird zum nucl. tractus solitarii geleitet
 
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).
 
>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 (fihgt-or-flight-Situationen) zugreifen

IML = nucl. intermediolateralis (Wurzelzellen im Seitenhorn des Rückenmarks); VLM = ventrolaterale medulla (C: caudal, R: rostral)
 
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
     und damit Senkung der Herzfrequenz (Bradykardie)
 
    gleichzeitig sinkt der 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.
<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
Kennkurve der Druckantwort der Barorezeptoren ("Antwortgröße" = Aktionspotentialfrequenz): Mit steigender Dehnung (arteriellem Druck) nimmt die Frequenz der Aktionspotentiale zu, die über den IX. (Glossopharyngeus; von Karotis) und X. Hirnnerv (Vagus; von Aorta) zum nucl. tractus solitarii im unteren Hirnstamm (Kreislaufzentrum) geleitet werden

Der Barorezeptorreflex 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).
 

 
 
 Verschiedene sensorische Afferenzen wirken sich auf Herzfrequenz und Blutdruck aus:

      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 Mitteldruck an sich 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), das den dorsalen motorischen Vaguskern und den nucleus ambiguus einschließt. Neuronen aus dem dorsalen motorischen Vaguskern stellen die Herzkomponente des Barozeptorreflexes im Sinne einer Frequenzsenkung (Bradykardie).

Auch ein kardioakzeleratorisches Areal befindet sich in der (dorsalen) medulla oblongata, wahrscheinlich wird dieses von inhibitorischen Interneuronen aus dem NTS beeinflusst.

Der efferente Schenkel des Baroreflexes schließt sowohl sympathische als auch parasympathische Leitungen ein:

    Sympathische Efferenzen fußen sowohl im vasomotorischen als auch im kardioakzeleratorischen Areal der medulla oblongata. "Bulbospinale" Neuronen ziehen von hier direkt zu präganglionären Zellen im Rückenmark, was Umschaltung auf postganglionäre Zellen in vegetativen Ganglien und noradrenergen Einfluss auf Herz und Gefäße zur Folge hat:
 
      Herzanregung (positiv inotrop, chronotrop etc) und

      Vasokonstriktion, resultierend in

      erhöhtem Herzzeitvolumen, Blutdruckanstieg, Perfusionssteigerung in betreffenden Geweben / Organen.

Anregung des Baroreflexes regt den nucleus tractus solitarii an, hemmt so die tonische Aktivität der C1-Neurone (s. oben) und dämpft damit Herztätigkeit und Gefäßtonus.

    Parasympathische Efferenzen werden über Anregung des nucleus tractus solitarii, nucleus ambiguus und des dorsalen motorischen Vaguskerns aktiviert: Es wird also das kardioinhibitorische Areal aktiv. Fasern des N. vagus (X) bringen die Information zum Herzen, wo die Umschaltung auf postganglionäre Fasern erfolgt und die Herzqualitäten negativ beeinflusst werden, vor allem die Chronotropie (Frequenzsenkung).
 
Recht kurzfristig beteiligen sich auch hormonelle Komponenten an der Blutdruckregulation:

     Aldosteron ist das "Salzsparhormon" des Körpers, ohne seine Wirkung kommt es zu lebensbedrohlichem Salzverlust (und Hypovolämie). Aldosteron wird immer dann vermehrt freigesetzt, wenn es zu zentralem Druckabfall kommt (z.B. beim Aufrichten / Aufstehen aus liegender Ruhelage) - es steigert den Blutdruck, indem es Kochsalz im Körper zurückhält und das extrazelluläre Volumen erhöht.
  

<Abbildung: Vasopressinkonzentration im Blutplasma als Funktion eines Blutdruckabfalls
Nach Daten in Baylis PH: Osmoregulation and control of vasopressin secretion in healthy humans. Am J Physiol 1987; 253: R671
Bei mehreren Probanden wurde der arterielle Blutdruck durch Infusion eines Ganglienblockers bis um ~35% abgesenkt. Mit zunehmendem Hypotoniegrad steigt die Vasopressinausschüttung exponentiell an (Kurve)

     Vasopressin bewirkt u.a. eine Erhöhung der im Körper verbleibenden Wassermenge ("Wassersparhormon"). Es wird aber auch bei Volumenproblemen intensiv ausgeschüttet, die im zentralen Kreislaufbereich auftreten - umso stärker, je größer das Problem für die Blutdruckregulation wird (<Abbildung).

Der Mechanismus ist eine reflektorische Aktivierung des Hypothalamus durch sinkende Dehnung der arteriellen Baro-, aber auch der kardiopulmonalen Volumenrezeptoren. Die Wirkung erfolgt über V1-Vasopressinrezeptoren an den Blutgefäßen
 
     Der Sympathikus wird bei Kreislaufbelastung, Blutverlust, Stress, Lärm u.a. stimuliert. Er regt direkt die tubuläre Rückgewinnung von Salz und Wasser an, aktiviert den Reninmechanismus (>Abbildung) - und damit wiederum Aldosteron. In der Niere wirken sympathische Fasern bei höherer Aktivität vasokonstriktorisch, das senkt die Nierendurchblutung (entgegen der Autoregulation, welche ein Gleichbleiben der renalen Durchblutung zum Ziel hat)
  
     Atriale natriuretische Peptide wirken schließlich salz-und wasserausscheidend, sind also Gegenspieler, die den Blutdruck wieder senken können  
Lokale Wirkstoffe beeinflussen Gefäßtonus, Widerstand und damit Pefusion / Blutdruck ebenfalls.
 

 

>Abbildung: Blutdrucksenkung durch Prostaglandine
Nach Chi Y, Jasmin JF, Yoshinori Seki Y, Lisanti MP, Charron MJ, Lefer DJ, Schuster VL. Inhibition of the Prostaglandin Transporter PGT Lowers Blood Pressure in Hypertensive Rats and Mice. PLOS One 2015; 10: e.0131735
Wahrscheinlicher Mechanismus

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

Beeinflussung der Herztätigkeit
  
Die Pumpleistung des Herzens ist bestimmt durch Vorlast, Nachlast und den Zustand des Myokards:

     Vorlast: Füllungsdruck in den Vorhöfen (preload; früher: "vis a tergo"). Für das rechte Herz gilt der Druck im Bereich des rechten Vorhofs (Zentralvenendruck), für das linke Herz derjenige im linken Vorhof bzw. den Pulmonalvenen als relevante Messgröße.

Steigt die Vorlast, nimmt die Ventrikelfüllung zu - und umgekehrt.

Ein wesentlicher Faktor für die Vorlast ist die Körperlage (Füllungsdruck steigt beim Hinlegen, sinkt beim Aufstehen), das Blutvolumen und der Zustand der Blutgefäße (venöse Füllung, Sympathikustonus, Complianceveränderungen u.a.)
 

>Abbildung: Einflüsse, welche die Vorlast (preload) des Herzens bestimmen
Die Qualität der diastolischen Entspannung des Herzmuskels wird durch die Lusitropie angegeben

     Zustand des Herzmuskels (Muskelmasse, Dehnungszustand, Durchblutung der Herzkranzgefäße). Einflüsse auf die "Fitness" des Herzmuskels als Förderpumpe nennt man inotrop. Positiv inotrop wirkt z.B. ein verbessertes Angebot an Substraten für den Energiehaushalt des Myokards, bessere Durchblutung, hohe Sauerstoffsättigung des arteriellen Hämoglobins

     Nachlast (afterload; früher: "vis a fronte"), repräsentiert durch den arteriellen Druck (in Pulmonalarterie bzw. Aorta). Je höher der arterielle Druck und je geringer die Dehnbarkeit der arteriellen Gefäße (insbesondere der Aortenwurzel), desto höher ist der Arbeitsaufwand des Myokards während der Austreibungszeit.

Steigt die Nachlast, nimmt das Schlagvolumen ab - und umgekehrt.

Medikamentöse Vasodilatation senkt den peripheren Widerstand und die Nachlast - ein Effekt, der therapeutisch zur Schonung eines überlasteten Herzens eingesetzt wird.
 

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 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"):

    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
   

<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%


Die Größe des Herzzeitvolumens ist abhängig von einem komplexen Zusammenspiel von extrazellulärem Volumen, Blutvolumen, arteriellen und venösen Compliance- und Widerstandswerten.

So kann in einer kritischen Kreislaufsituation (etwa bei Blutvelust) eine Erniedrigung der venösen Compliance (durch Erhöhung des Sympathikustonus, Gefäßkontraktion und damit Drucksteigerung im Niederdrucksystem) zu gesteigertem Blutrückstrom zum Herzen (verbessertes Blutangebot) und - z.T. über den Frank-Starling-Mechanismus - zu erhöhtem Herzzeitvolumen und damit Stabilisierung des Blutdrucks führen, ohne dass eine Bluttransfusion durchgeführt worden wäre.
  

>Abbildung: Kurzfristige Reaktionen auf Blutverlust
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 1st ed. Saunders 2003
Abnehmender vemöser Rückstrom senkt Blutdruck und Gewebedurchblutung. Das aktiviert Baro- und Chemoreflexe (gelbe Felder). Das Kreislaufzentrum reagiert mit Anregung des Herzens, der Gefäße, und des Renin-Angiotensin- Mechanismus.
 
All diese Veränderungen steigern direkt oder indirekt den arteriellen Blutdruck

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
Auf Bedrohungen der Kreislaufstabilität reagieren Baro- und Chemoreflexe in Sekundenschnelle, auch einige hormonelle Antworten erfolgen rasch (z.B. Katecholaminsteigerung). Flüssigkeitsverschiebungen (fluid shifts) treten innerhalb von Minuten auf; die meisten endokrinen Neueinstellungen brauchen Stunden oder länger, um voll wirksam zu werden

Flüssigkeitsverschiebungen (sowohl innerhalb des Kreislaufs - Veränderung von Blutvolumen, Blutumverteilung - als auch transvaskuläre Filtration) treten im Minutenbereich auf.

Dann erfolgt die reflektorische Antwort von weiteren Hormonen (Aldosteron, eventuell Vasopressin etc.).

Bleibt der Blutdruck verändert, treibt das langfristige Mechanismen an, wie das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System, aber auch adaptive Gewebeanpassungen (Complianceveränderungen, Wachstumsvorgänge etc).

 
Durch Veränderung des, oder Druck auf den, Pressorezeptor(s) im Halsbereich kann es zu einem Karotissinussyndrom kommen. Schon eine Kopfdrehung oder leichte Berührung des Halses (z.B. beim Rasieren) löst den Barorezeptorreflex aus: Der Sympathikustonus sinkt, das Herz wird bradykard und es kann durch den resultierenden Blutdruckabfall zu einer Synkope kommen.

Erhöhten Zentralvenendruck findet man u.a. bei Stenose der Trikuspidalklappen oder Rechtsherzinsuffizienz (Stau vor dem rechten Herzen) oder ausgeprägter Anämie. Der Zentralvenendruck steigt auch z.B. bei Hochlagerung der Beine (vermehrtes Blutangebot).
 

 
      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 verrindert 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)
 

 

Eine Reise durch die Physiologie


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