Das kardiovaskuläre System

Der Kreislauf

Aufgaben

Transport (Sauerstoff, Produkte des Stoffwechsels, Hormone)
Regulation (Wasserhaushalt, Elektrolythaushalt, Wärme)
Schutz (Abwehrfunktion durch Antikörper, Blutgerinnung)
In 1 Minute durchfließt das gesamte Blut (6 Liter) einmal den Organismus.

Das Blut

Gesamtblutmenge: 7% des Körpergewichts. ca. 5 Liter Blut.
Blut: 44 % feste (Blutkörperchen), 56 % flüssige Bestandteile (Blutplasma).
Blutplasma: 93 % Wasser, 7 % gelöste Stoffe.
Feste Bestandteile:
Erythrozyten (rote Blutkörperchen): 99 % der festen Blutbestandteile. Sauerstoff transportieren. Bildungsort im Knochenmark, vor allem Brustbein und Beckenknochen.
Leukozyten (weiße Blutkörperchen): Zahl (0,5% ) schwankt; nach Essen erhöht. Weniger als 50% im Blut, übrigen in Lymphknoten, Knochenmark und Zellzwischenraum. Durchdringen Kapillarwände, um Erreger zu vernichten.
Thrombozyten (Blutplättchen): für die Blutgerinnung.

Kapillare

Kapillarwände
Kapillaren mit vollständig geschlossener Innenzellschicht (Endothel):
Durch kleine Poren findet der Transport ins Gewebe statt. (Muskulatur, Lungen- und Bindegewebe)
Kapillaren mit größeren "Fenstern": Auch Blutzellen können hindurchtreten (Leber, Milz, Knochenmark)
Kapillaren, deren Endothel undurchlässig ist (Gehirn)
Die Fläche der Kapillarwände beträgt im ganzen Körper etwa 300-600qm.

Kapillarer Stoffaustausch
Das Blut fließt in den Kapillaren langsam, was Austausch von Stoffen erleichtert. Durch die Kapillarwand können alle Bestandteile des Blutes außer Blutkörperchen und Plasmaeiweißen in die Zellzwischenräume austreten. Entscheidend für den Austausch von Nährstoffen sind die Druckverhältnisse im Bereich der Kapillaren.
Im arteriellen Bereich treibt der hydrostatische Druck Flüssigkeit und kleine Moleküle aus dem Blut in die Zellzwischenräume. Tritt nun Flüssigkeit aus den arteriellen Kapillaren in das Interstitium aus, verändert sich der Druck. Im Bereich der venösen Kapillaren herrscht jetzt im Interstitium ein höherer Druck als im Blutgefäß. Deshalb wird von der Flüssigkeit ein Teil wieder in die venösen Kapillaren aufgenommen. So werden jeden Tag 20L Flüssigkeit aus den arteriellen Kapillaren in die Zellzwischenräume geleitet und 18L im venösen Schenkel der Kapillaren wieder aus dem Gewebe in aufgenommen. 2L gelangen in das Lymphsystem und von dort wieder ins Blut.

Körper- und Lungenkreislauf, Nieder-, Hochdrucksystem

Der "große" Körperkreislauf
Hellrotes sauerstoffreiches Blut fließt in den linken Vorhof und die linke Herzkammer...
... durch Kontraktion der Herzkammer in die Aorta
... über die Aorta in die Arterien
... in die Kapillare ⇒ Stoffaustausch

Dunkelrotes sauerstoffarmes Blut fließt von den Kapillaren in die Venen ...
... in den rechten Vorhof und in die rechte Herzkammer.

Der "kleine" Lungenkreislauf
Das Blut tritt durch einen Schlag des Herzens in den Lungenkreislauf ein. Dieser wird ebenfalls von Arterien, Kapillaren und Venen gebildet. Zwei große Lungenvenen münden in das Herz.

Niederdrucksystem
⇒ ständig niedriger, venöser Blutdruck.
Alle peripheren Venen, rechtes Herz, Lungenkreislauf und linker Vorhof.
70% des Blutvolumens. Venenklappen in Armen und Beinen steuern den Blutfluß zum Herzen.

Hochdrucksystem (Körperkreislauf)
Ständig hoher, systolischer Blutdruck. Linker Ventrikel, Aorta sowie alle Arteriolen. Arterien haben stark entwickelte Muskelschicht. Pumptätigkeit der Arterienmuskeln befördert das Blut auch in die entgegengesetzte Richtung durch die Venen.

Windkesselfunktion

Die Windkesselfunktion der Aorta dient dazu, die Blutströmung zu glätten und Strömungsspitzen zu vermeiden. Da das Herz nur während der Systole Blut auswirft, würde während der Diastole der Kreislauf in den Arterien stillstehen, was für die Organversorgung fatal wäre und die Herzarbeit erhöhen würde, da bei jedem Schlag das gesamte Blut aus der Ruhe heraus beschleunigt werden müßte. Bei arteriosklerotischen Veränderungen kommt es zu einem Elastizitätsverlust des Windkessels, was sich durch Herzinsuffizienz und systolische Hypertonie bemerkbar macht.

Das Herz

Das rechte Herz treibt das aus dem Körper kommende sauerstoffarme und kohlendioxidreiche Blut in die Lunge (Lungenkreislauf).
Das von der Lunge kommende, angereicherte Blut wird vom linken Herzen in den Körper gepumpt (Körperkreislauf).
Die Herzklappen ermöglichen einen gerichteten Blutstrom.

Aufbau des Herzens

Die Herzwand gliedert sich in drei Schichten:
Endokard: Innenhaut. Kann sich entzünden. Die Herzklappen sind aus Endokar gebildet.
Myokard: Mittelwand aus guergestreifter Muskulatur, leistet das eigentliche Pumpen. Durch Überbelastung kann es zu Herzmuskelhypertrophie kommen (Muskelvergrößerung), auch Folge von Bluthochdruck oder Arteriosklerose.
Epikard: Außenhaut. Bildet zusammen mit Perikard den Herzbeutel, der mit Flüssigkeit gefüllt ist.
Herzkranzgefäße: Das linke und das rechte Herzkranzgefäß gehen beide von der Aorta ab.

Herzzyklus und Erregungsablauf

Herzzyklus

  1. Diastole: Erschlaffende Kammern saugen Blut ein.Vorhöfe kontrahieren. Segelklappen öffnen sich.
  2. Blut strömt von den Vorhöfen in die Kammern.
  3. Systole: Myokard der Kammern kontrahiert, Segelklappen schließen sich, Taschenklappen öffnen sich. Vorhöfe saugen Blut ein und füllen sich.
  4. Blut strömt in die Lungenarterie und die Aorta.
  5. Druck in den Kammern fällt, Taschenklappen schließen sich.

Die Pumpkraft in der linken Kammer ist höher, da von dort aus das Blut in den ganzen Körper gepumpt werden muß. Nach jeder Herzperiode tritt eine Ruhepause ein, in der sich die Herzmuskulatur für die nächste Herzaktion erholen kann. In dieser Pause und während der Diastole wird der Muskel über die Herzkranzgefäße mit Sauerstoff versorgt. Mit jedem Herzschlag werden 70 ml Blut gepumpt.


Pulswelle
Druckwelle, die durch systolische Kontraktion erzeugt wird. Sie ist schneller als Blutströmung, da die Impulse hier direkt von Teilchen zu Teilchen übertragen werden. Sie erreicht 0,2s nach der Systole den Fuß, legt 4-12 m/s zurück.

Worin liegt eine Besonderheit des Herzmuskels?
Autorhythmie, d.h. daß eine Kontraktion auslösende Aktionspotential entsteht am Herzen selber und bedarf keiner Fremdinnervation. Aktionspotentiale lösen sich von selbst aus. Von außen (ANS) wird die Tätigkeit nur moduliert.
Erregungsablauf:
Die Erregung geht vom Sinusknoten aus (Schrittmacher), der im rechten Vorhof sitzt und 70mal pro Minute (Herzfrequenz) ein Aktionspotential aussendet.
Die Muskulatur des Vorhofes leitet die Erregung an den AV-Knoten weiter (Boden des rechten Vorhofes).
Der sendet sie an das His-Bündel am Boden des Vorhofes. Dieses verzweigt sich in zwei Kammerschenkel, die geben die Erregung an die Purkinje-Fasern weiter, von dort dann weiter an die Herzmuskeln. Die Fähigkeit der einzelnen Abschnitte, selbst Erregung zu bilden, hält die Herztätigkeit aufrecht, wenn ein Abschnitt ausfällt.

Wie ist die Beziehung zwischen Herzfrequenz und Herzperiode (Zeitabstand zwischen 2 Herzschlägen)?
Beziehung ist reziprok (nicht linear)
HR = 1 / HP bzw. HR = 60 000 / HP = 60 Schläge pro Minute ⇒ HR in bpm und HP in Millisekunden
So erhält man für jede einzelne Herzperiode eine Herzrate. (Das Herz hat also bei jedem Schlag eine bestimmte Geschwindigkeit.)

R = Beginn der Innervation der Herzkammer.

Von R zu R = Herzperiode/Zyklus

P = Erregung breitet sich in den Vorhöfen aus

Q = Erregung breitet sich nach Erreichen der Herzspitze in den Papillarmuskeln aus

R = Erregung schreitet in der Kammermuskulatur wieder vorwiegend spitzenabwärts

S = Erregung ergreift die Kammerwände und breitet sich basalwärts aus

T = Erregungsrückgang in der Kammer von der Spitze aus in Richtung Basis


Welches Problem tritt auf, wenn man gemittelte Herzfrequenzverläufe bestimmen will?
Herzfrequenzwerte fallen zu beliebigen Zeitpunkten an, weil das Herz nicht im gleichen Zeitabstand schlägt. Wenn für ein best. Realzeitintervall ein repräsentativer Herzfrequenzwert berechnet werden soll, muß eine besondere Methode angewendet werden. Die am Realzeitintervall beteiligten Herzperioden werden bestimmt und in Herzfrequenzwerte umgerechnet (HR = 60000 / HP). Die Werte werden gemäß ihrem Anteil am Realzeitintervall gewichtet und dann summiert. Um einen Mittelwert zu erhalten, muss die Summe noch durch das Realzeitintervall geteilt werden.

Wie kann das Autonome Nervensystem die Herztätigkeit beeinflussen?
Der Parasympathikus kann über den Vagusnerv sehr schnell Einfluss nehmen (1s). Seine Aktivität verlangsamt die Herzfrequenz. Der Sympathikus kann langsam Einfluss nehmen (3s). Seine Aktivität beschleunigt die Herzfrequenz. Außerdem kann der Sympathikus auch eine Erhöhung der Schlagkraft des Herzens bewirken, da er auch die Kammermuskulatur innerviert.

EKG

Worüber gibt das EKG Auskunft? Worauf basiert diese Messung?

  • Herzfrequenz (auch getrennt für Vorhöfe und Kammern, also auch über Frequenzstörungen (Rhytmusstörungen)
  • Herzlage (Steiltyp, Normallage)
  • Erregungsbildung und die Erregungsleitung, Abweichungen, auch örtliche
  • Lokalisation und Ausmaß von Herzinfarkten (da es sich dabei um nicht durchblutete Abschnitte im Herzmuskel handelt, in denen sich keine Erregung ausbreiten kann.

Sie basiert auf den mit der Herztätigkeit einhergehenden elektrischen Veränderungen am Herzmuskel.

Warum wird nicht einfach der Puls gemessen, wie es in der Medizin üblich ist?
Schnelle Herzfrequenzveränderungen sind nicht feststellbar. Daten sollen maschinell festgehalten werden.

Angina Pectoris und Herzinfarkt

Beschreibe den Pathomechanismus, der zur Entstehung eines Herzinfarktes führt.
Es gibt verschiedene Formen der Koronarerkrankungen:

  1. Angina Pectoris (leichte Form): Sauerstoffunterversorgung des Herzmuskels ⇒ Starke sympathische Innervation der Gefäßwände
  2. Herzinfarkt: Längerer Prozess. Verletzung der Arterieninnenhaut. Durch zu hohen Blutdruck lagern sich Fett und Calcium ab (Atheroskierose). Verengung der Arterie. Durch Blutgerinsel kann es zu einer Verschließung kommen, sodaß das Herz teilweise nicht mehr mit Sauerstoff versorgt wird. Nach einiger Zeit ohne Sauerstoff stirbt das betroffenen Herzmuskelgewebe ab.


Wie wirken sich psychische Belastungen auf die Infarktentstehung aus? Psychische Belastung
⇒ Aktivierung des Sympathikus
⇒ Erhöhung des Blutdrucks
⇒ Eher Verletzung der Arterienwände
Erhöhung der Bluttfett-Konzentration, so dass eher Ablagerungen entstehen
Erhöhung der Gerinnungsfähigkeit des Blutes, Wahrscheinlichkeit einer Thrombusbildung nimmt zu

Was sollte getan werden, um Herzinfarkte zu vermeiden?

  • Konflikt- und Stressbewältigungstechniken
  • Gesunde Ernährung
  • Sport
  • Rauchen erhöht das Infarktrisiko
  • Erkennung: Schmerzen werden nicht am Herzen empfunden, sondern in den Oberarme im Rücken und Kinn ausstrahlen. Dies liegt an einer Zusammenschaltung verschiedener Nervenfasern im Rückenmark (vgl. Headsche Zonen).

Der Blutdruck

Strömungswiderstand: Arterien können sich zusammenziehen und so den Strömungswiderstand vergrößern, was den Blutdruck erhöht und den Blutfluß verlangsamt. Sind die Gefäße in einem Bereich des Körpers verengt, wird dieser Bereich weniger mit Blut versorgt.
Widerstand aller Gefäße = peripherer Widerstand.
Der Blutdruck ist abhängig vom Herzzeitvolumen (Herzminutenvolumen = 5 Liter), vom peripheren Widerstand der arteriellen Gefäße und vom Blutvolumen.
Organe brauchen in versch. Situationen unterschiedlich viel Blut (bzw. Sauerstoff). Bei Anstrengung ist also die Herzfrequenz größer.

Blutdruckmessung nach Riva-Rocci

Beim Ablassen der Luft aus der Manschette entsteht das Korotkow-Geräusch. Es beginnt, wenn das Blut beim systolischen Blutdruck (140mmHg) durch die Ader gepreßt wird und endet beim diastolischen Blutdruck (90mmHg).

Welches Problem tritt auf, wenn mittlere Verläufe des Blutdrucks dargestellt werden sollen, wie es in der Psychophysiologie oft der Fall ist?
Würde man die Zeit in Intervalle einteilen, fielen unterschiedlich viele Werte in die Intervalle, weil systolischer und diastolischer Druck nicht kontinuierlich auftreten, sondern bei jedem Herzschlag einmal. Außerdem schlägt das Herz nicht in exakt gleichen Abständen.
Ein Verfahren zum Umgang mit diesem Problem wurde von Velden und Wölk entwickelt. Es basiert auf dem Gedanken eines kontinuierlichen potentiellen systolischen Blutdrucks und ermöglicht die Berechnung eines solchen für ein Realzeitintervall.
Zunächst müssen die tatsächlich in das Intervall fallenden systolischen Werte ermittelt werden. Unter Berücksichtigung ihrer Anteile am Realzeitintervall werden sie gewichtet. Diese Werte werden dann addiert und am Realzeitintervall relativiert.

Langzeitblutdruckmessung

Wird in einer Fingerarterie gemessen. Zu sehen ist dann eine Kurve mit Spitzen für den diastolischen Blutdruck und "Täler" für den diastolischen. Der Blutdruck im Finger ist zwar geringer, der Verlauf ist aber der gleiche wie in der Oberarmarterie.
Wichtig, wenn schnelle, phasischeVeränderungen erfaßt werden sollen.

Der Baroreflex

Paradoxe Herzfrequenzveränderungen können besonders im S1 - S2 - Paradigma beobachtet werden. Das ist ein Reaktionszeitexperiment, in dem der Reiz, auf den reagiert werden soll, durch einen 5sec vorher gegeben Reiz angekündigt wird. Nach mehrmaliger Wiederholung stellt sich ein typischer Herzfrequenzverlauf ein: 3sec vor dem zweiten Reiz fällt die Herzfrequenz ab und erreicht ihr Minimum genau bei Erscheinen des zweiten Reizes.
Die Barorezeptoren befinden sich in konzentrierter Form im Carotis sinus. Werden sie durch einen Blutdruckanstieg aktiviert, bewirken sie reflektorisch eine Verringerung der Herzfrequenz und damit eine Verringerung des Blutdrucks. Barorezeptoren wirken sich hemmend auf die Herztätigkeit. Sinn dieses Reflexes ist, den Blutdruck, vor allem im Gehirn, konstant zu halten.
Eine Verringerung der Herzfrequenz hat eine reduzierte Aktivierung der Barorezeptoren zur Folge, und die Großhirnrinde wird weniger gehemmt, was günstig für Aufmerksamkeit und Reizverarbeitung ist.

Laceys Barozeptorenhypothese

Was hat Lacey in Bezug auf die Herzfrequenz festgestellt?
Die Herzfrequenz kann in eindeutig aktivierenden Situationen einen Abfall zeigen. Zu dieser paradoxen Reaktion kommt es vor allem, wenn die Aufmerksamkeit zum Zweck einer optimalen Reizwahrnehmung nach außen gerichtet ist.

Was passiert, wenn die Barorezeptoren künstlich (durch Druck) stark aktiviert werden?
Bei Katzen übte eine künstliche Reizung der Barorezeptoren (Dehnung der Halsschlagader) eine deaktivierende Wirkung auf die Großhirnrinde aus. Das EEG zeigte synchronisierte Aktivität bis hinab zu einer Frequenz, die Schlaf indiziert (3-5 hz).
Lacey erklärte die Verlangsamung folgendermaßen (Barorezeptorhypothese):
Hoher Blutdruck ⇒ Aktivierung der Barorezeptoren ⇒ Verlangsamung der Herzfrequenz ⇒ Abnahme des Blutdrucks ⇒ geringere Aktivierung der Barorezeptoren ⇒ Hemmung der Großhirnrinde bleibt aus ⇒ verbesserte Reizaufnahme für Reaktionen.

Revidierte Barozeptorenhypothese

Wodurch konnte gezeigt werden, daß Laceys Annahme nicht korrekt war?
Früher glaubte man, daß mit der Verringerung der Herzfrequenz auch eine Verringerung des Blutdrucks einhergeht.
Man konnte den Blutdruck nicht so schnell messen und konnte daher nicht wissen, daß das nicht stimmt.
Wölk und Velden fanden heraus, daß die beiden Variablen sich nicht parallel verändern, sondern gegensätzliche Verläufe zeigen. Während die Herzfrequenz in Antizipation des S2 abnahm, stieg der Blutdruck zeitgleich an. Dis alerdings nur bei schnellen phasischen Veränderungen. Diese Entdeckung führte zur Revision der Barorezeptorhypothese.
Erklärung: Hoher Blutdruck ⇒ Aktivierung der Barorezeptoren ⇒ Verlangsamung der Herzfrequenz ⇒ längere Herzperiode ⇒ bessere Füllung der Herzkammer ⇒ Vergrößerung des Blutdrucks
Der Blutdruck erhöht sich also in Antizipation des S2.

Die Barorezeptoren zeigen pulsierende Aktivität, weil sie nur mit dem systolischen Blutdruck kurz aktiviert werden. Genau wie pulsierende Lichtblitze könnte diese pulsierende Aktivität über den Thalamus einen synchronisierenden (deaktivierenden) Einfluß auf die elektrische Hirnaktivität haben.
Eine plötzliche Herzfrequenzverlangsamung desynchronisiert also das EEG und verbessert so Reizaufnahme und -verarbeitung.
Herzfrequenzverlangsamung deshalb, weil eine Verschnellerung nur über den Vagus möglich ist, da nur dieser schnell genug ist. Der Sympathicus braucht 3sec zum Übertragen. Aber der Vagus wirkt eben nur verlangsamend.

Welche Annahme ist nötig, wenn man unter Berücksichtigung der Gegenläufigkeit von Herzfrequenz und Blutdruck die Barorezeptorhypothese dennoch aufrechterhalten will?
Die Hypothese müsste in dem Sinne revidiert werden, dass nicht der Blutdruck, sondern die Herzfrequenz die entscheidende Variable darstellt.

Welche Implikationen hat die revidierte Barorezeptorhypothese für die Schlafforschung?
Die rhythmischen neuronalen Impulse der Barorezeptoren werden über die gleichen Bereiche des verlängerten Rückenmarks weitergeleitet, wie die sensorischen Afferenzen (neurale Aktivität von den Sinnesorganen).
Beim Einschlafen (geschlossenen Augen, wenige Geräusche) wird die Rhythmik der Barorezeptoren wenig gestört. Dadurch kann Alpha-Aktivität erzeugt werden, die Voraussetzung für das Einschlafen ist. Außerdem können auch nichtmedikamentöse Einschlafhilfen auf das Prinzip der Rhythmik aufbauen. Die afferenten Impulse (kurze sensorische Reize wie leise Töne) von den Sinneszellen müssen allerdings gleichzeitig mit den afferenten Impulsen von den Barorezeptoren im Zwischenhirn eintreffen.
Zeit bis zum Einschlafen konnte so verkürzt werden.

Was kann dazu gesagt werden, dass in Bewältigungssituationen die Herzfrequenz ansteigt?
Es kann nicht entschieden werden, ob der Herzfrequenzanstieg kausal für die Bewältigung oder nur Begleit- und Folgeprozess ist. Lacey hatte zunächst postuliert, dass durch den Anstieg der Herzaktivität Außenreize abgewehrt werden. Nach der Revision der Barorezeptorhypothese gibt es hier ein analoges Problem. Im Gegensatz zur revidierten Barorezeptorhypothese, mit der man das Problem löste, ist in diesem Fall der physiologische Mechanismus noch unbekannt.

Das Gehirn

Gehirndurchblutung

Blutzufuhr über die beiden inneren Halsschlagadern und die beiden Wirbelschlagadern, das venöse Blut gelangt in die beiden inneren Halsvenen. Obwohl das Gehirn 2 % des Körpergewichts ausmacht, bekommt es 16 % der Blutversorgung, zehnmal soviel Blut wie Muskelgewebe.
Die Hirnrinde ist gegenüber der weißen Substanz sechsmal stärker durchblutet.

Blut-Hirn-Schranke

Sicherungseinrichtung des Körpers, um die empfindlichen Nervenzellen des Gehirns vor schädlichen Stoffen wie Giften oder Krankheitserregern, aber auch vor Botenstoffen, die im Körper gebildet werden, zu schützen.
Die Außenseiten der Kapillaren im Gehirn sind dicht besetzt mit den Endfüßen der Gliazellen. Die Füßchen bilden eine durchgehende Hülle um die Blutgefäße, die fetthaltiges Material enthält, so daß nicht-fettlösliche Stoffe diese Schicht nicht durchdringen können. Da viele für das Gehirn schädliche Substanzen nicht fettlöslich sind, sind die Nervenzellen vor den Stoffen geschützt. So diffundieren Sauerstoff und Glucose leicht ins Gewebe, Kohlensäure leicht daraus in die Blutbahn zurück.
Ohne eine solche Barriere sind die Hirnbereiche, deren Neuroendokrin- oder -chemosensorische Funktion eine Kommunikation mit der Blutbahn voraussetzt.
An einem Gebiet beim Hypothalamus besteht keine Blut-Hirn-Schranke. Wenn fiebererzeugende Stoffe im Plasma registriert werden, für dies dazu, daß der Sollwert der Körpertemperatur erhöht wird.
Die Blut-Hirn-Schranke kann unter anderem "geöffnet" werden durch Tumore (Gefäße der Tumore haben keine Blut-Hirn-Schranke) , Infekte, Abszesse, Infarkte, Blutungen oder Vergiftungen. Dies führt zu einer erhöhte Filtration und zum erhöhten Hirndruck. Zur Zeit wird erforscht, ob die elektromagnetischen Felder des Mobilfunks die Blut-Hirn-Schranke beeinflussen. Das konnte bisher nicht bestätigt werden.