Versuch 4: Kreislauf

Versuch 4: Kreislauf
4.1 Durchblutungsregulation
Aufgaben
Messung der Durchblutung des Unterarms mit Hilfe der Venenverschlußplethysmographie
unter folgenden Bedingungen:
– Ruhedurchblutung
– Unterarmdurchblutung in einer akuten Stresssituation.
– Durchblutungssteigerung unter reaktiver Hyperämie.
Lernziele
Vegetative Gefäßreaktionen | Metabolische Gefäßdilatation | Durchblutungsreserven
der Organe | Einflüsse von Gewebsfaktoren auf die
Durchblutung | Gefäßtonus | Autoregulation | Venendruck
Die Durchblutung eines Organs oder eines Gewebes hängt sowohl von der
Druckdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangsseite als auch von dem Strömungswiderstand
des betreffenden Kreislaufabschnitts ab. Während die Druckverhältnisse
normalerweise auf den gesamten Kreislauf zutreffen, wird die Organdurchblutung
vom organspezifischen Strömungswiderstand determiniert,
der einerseits aus der spezifischen Gefäßarchitektur resultiert, andererseits über
den individuellen Gefäßtonus aktiv variiert werden kann. Dabei bestimmt der
Ruhetonus weitgehend die Durchblutungsreserven eines Organs: Je höher die
Ruhevorspannung der Gefäßmuskulatur, desto höher ist das vasodilatatorische
Potential, d.h. um so mehr kann die Durchblutung durch maximale Dilatation
gesteigert werden. Lebenswichtige Organe wie Gehirn und Nieren mit ständig
hoher Durchblutung unterliegen dem Prinzip der Autoregulation, die für konstante
Durchblutung trotz variabler Druckwerte sorgt.

2 Versuch 4: Kreislauf
Die Durchblutung der Einzelorgane kann übergeordneten Kreislaufregulationsaufgaben
unterworfen und so in den Dienst einer umfassenden sympathoadrenergen
Durchblutungsregulation des Gesamtkreislaufs gestellt werden. Die
übergeordneten Regulationsprinzipien werden aber prinzipiell durch lokale metabolische
Veränderungen überspielt.
Venenverschlußplethysmographie
Mit Hilfe der Venenverschlußplethysmographie lässt sich die Durchblutung von
Extremitäten ermitteln. Diese soll in Ruhe, in einer Stresssituation und unter reaktiver
Hyperämie ermittelt werden. Die reaktive oder postokklusive Hyperämie
ist Ausdruck einer maximalen Gefäßdilatation durch massive lokale metabolische
Veränderungen nach einer vorübergehenden Unterbrechung der Durchblutung
(Ischämie). Da die Durchblutung nach ausreichend langer Ischämie auf
Maximalwerte ansteigen kann, lässt sich damit die Durchblutungsreserve eines
Organs oder Gewebes abschätzen.
Messprinzip: Eine um Oberarm oder Oberschenkel gelegte Blutdruckmanschette
(Staumanschette) wird möglichst rasch auf einen subdiastolischen Druck
(ca. 60 mmHg) aufgepumpt, um das Blut zunächst venös zu stauen. Im gestauten
Extremitätenabschnitt steigt das Volumen an, was von einer eng anliegendenen
Messmanschette erfasst werden kann, die Volumen- in Druckänderung umsetzt.
Das Volumen und damit der Gefäßinnendruck steigen solange an, bis der Druck
in der Staumanschette erneut überwunden werden kann, und das arteriell einströmende
Blut wieder venös vollständig abfließt (Plateauphase im Volumensignal).
Versuchsgang
1. Staumanschette um den Oberarm legen.
2. Pulsaufnehmer an Fingerbeere des zu untersuchenden Arms fixieren und
mit der PowerLab Verstärkereinheit verbinden.
3. Messmanschette um die Unterarmmitte legen, den Druckaufnehmer mit dem
Brückeneingangsverstärker des PowerLab-Systems verbinden und mit Hilfe
der angekoppelten Spritze eine Volumenkalibrierung durchführen, nachdem
zuvor ein Druck von ca. 15 mmHg in der Messmanschette eingestellt
worden ist.
4.1 Durchblutungsregulation 3
Der Unterarm ist so zu unterstützen, daß kein Kontakt der Messmanschette zur
Unterlage besteht. Er muß während der Messphase absolut ruhig und entspannt
gelagert sein, da sich ansonsten störende Bewegungsartefakte dem Messsignal
überlagern.
Die eigentliche Venenverschlußplethysmographie wird gestartet, indem die
Staumanschette möglichst rasch auf ca. 60 mmHg aufgepumpt wird. Der initiale
näherungsweise lineare Volumenanstieg verkörpert den ungestörten arteriellen
Zufluß und damit die arterielle Durchblutung (s. Abb. 4-1).
Die Messung soll zunächst in Ruhe erfolgen.
Nach einer kurzen Pause wird die Messung an derselben Versuchsperson
während einer simulierten Prüfungsstresssituation wiederholt.
Nach einer weiteren Pause von wenigen Minuten wird der arterielle Blutstrom
nach Aufpumpen der Staumanschette auf suprasystolische Druckwerte
für 3 min unterbunden, d.h. rasches Aufpumpen der Staumanschette, bis
kein distaler Puls mehr palpierbar oder mit dem Fingerpulsaufnehmer detektierbar
ist. Der Arm muß danach für 3 min ruhig gelagert werden. Danach
wird die Durchblutungsmessung erneut gestartet, indem der Druck in der
Staumanschette wiederum zur Stauung des venösen Rückstroms, bei ungestörtem
arteriellem Zustrom, „schlagartig“ auf ca. 60 mmHg gesenkt wird.
Auswertung
Die Auswertung soll am Bildschirm erfolgen. Für jede Registrierung muß die
Steigung des initialen linearen Volumenanstiegs ermittelt werden. Die Durchblutungswerte
werden üblicherweise in [ml/min] angegeben. Sie verkörpern, anschaulich
gesprochen, den Anteil am arteriellen Zustrom in den Unterarm, der
für die „Auffüllung“ des von der Messmanschette umschlossenen Unterarmsegments
verantwortlich ist. Ein direkter Vergleich der an derselben Versuchsperson
erhobenen Durchblutungswerte ist im akuten Fall sehr aussagekräftig. Dagegen
ist ein interindividueller Vergleich ihrer Absolutwerte nur mit großer
Einschränkung gestattet. So kann das Verhältnis von Muskelmasse zu allen anderen
Gewebsanteilen des Unterarmsegments und damit die Durchblutung individuell
sehr stark variieren. Weitere wichtige Einflußgrößen, die es zu diskutieren
gilt, sind Temperatur, Alter, Geschlecht und Muskeltonus, was die eigentlich erforderliche
Normierung der Durchblutung auf 100 g Gewebe äußerst schwierig
macht.

4 Versuch 4: Kreislauf
4.2 Blutdruckregulation 5
Ruhedurchblutung
4.2 Blutdruckregulation
5ml
T
V
Durchblutung bei reaktiver Hyperämie
Aufgaben
Indirekte Blutdruckmessung nach RIVA-ROCCI (palpatorische Methode)
sowie nach KOROTKOW (auskultatorische Methode).
Die Blutdruckmessung ist an allen Praktikumsteilnehmern vorzunehmen.
Kreislauffunktionsprüfung bei Lagewechsel nach SCHELLONG:
Messung des systolischen und diastolischen Blutdrucks sowie der
Pulsfrequenz in 1minütigem Abstand über 10 min im Liegen und über
weitere 10 min nach schnellem Aufstehen.
5ml
T
V
Abb. 4-1 Volumenänderung eines Unterarmsegments nach venöser Stauung. Die initiale
Steigung V/T drückt den arteriellen Zustrom aus und kann damit als Maß
der Durchblutung betrachtet werden.
Lernziele
Blutdruckmessverfahren | Arterieller Blutdruck: Normo-, Hyper-, Hypotonie
| Blutdruckverhältnisse in den verschiedenen Kreislaufabschnitten
| Hydrostatische Druckverteilung im Stehen | Kreislaufregulation |
Kardiovaskuläre Reaktionen bei Lagewechsel | Orthostatische Regulationsstörungen
4.2.1 Blutdruckmessung
Der arterielle Blutdruck ist eine der wichtigsten vitalen Messgrößen in der ärztlichen
Diagnostik. Er wird in Klinik und ärztlicher Praxis überwiegend mit der indirekten
Blutdruckmessung bestimmt.
Die Blutdruckmessung nach RIVA-ROCCI (1896 von dem Kinderarzt Scipione
Riva-Rocci aus Padua erstmals eingeführt) gestattet nur die Bestimmung des
systolischen Blutdrucks. Eine aufblasbare Blutdruckmanschette wird um den
Oberarm der Versuchsperson in Herzhöhe gelegt und so stark aufgepumpt, bis
der Radialispuls nicht mehr palpiert werden kann. Der Druck in der Manschette,
die nach außen undehnbar ist, übt dann einen so hohen Gewebsdruck im Oberarm
aus, daß der negative Transmuraldruck (intravasaler Druck minus Gewebsdruck)
sämtliche Gefäße unter der Manschette verschließt. Anschließend wird
der Druck in der Manschette langsam vermindert, bis ein minimaler Radialispuls
palpierbar wird. Der Manschettendruck entspricht dann dem systolischen Blutdruck.

6 Versuch 4: Kreislauf
1905 konnte der russische Militärarzt NICOLAI KOROTKOW das Blutdruckmessverfahren
durch Entdeckung der typischen Strömungsgeräusche, die über den
Gefäßen distal der Messmanschette auskultierbar sind, entscheidend verbessern.
Mit dieser sogenannten auskultatorischen Methode können systolischer und diastolischer
Blutdruck bestimmt werden. Dazu wird der Druck in der Messmanschette
zügig auf suprasystolische Werte aufgepumpt (durch Palpieren des Radialispulses
überprüfbar); die Blutströmung in der A. brachialis distal der
Maschette sistiert. Nach langsamer Reduktion des Drucks treten in dem Augenblick
erste pulssynchrone Klopfgeräusche über der A. brachialis auf, wenn der
systolische Blutdruck gerade unterschritten ist. Nur die Spitze des Druckpulses
vermag kurzfristig die komprimierte A. brachialis zu öffnen. Diese ruckartige
Dekompression und Kompression versetzt die umgebenden Weichteile des Armes
in Schwingung, was mit dem Stethoskop als Klopfen auskultiert werden
kann. Bei weiterem Senken des Manschettendrucks wird die Blutströmung in der
auch im offenen Zustand noch eingeengten A. brachialis zunehmend schneller,
so dass nach Überschreiten der Reynoldschen Zahl die sonst laminare in eine turbulente
Strömung umschlägt. Man auskultiert dann ein deutliches zischendes
Geräusch, das kurz vor Erreichen des diastolischen Drucks wieder in ein laminares
Klopfen umschlägt, um in den meisten Fällen nach Unterschreiten des diastolischen
Blutdrucks ganz zu verschwinden.
Fehler bei der Blutdruckmessung
Um hydrostatische Einflüsse auszuschalten, muß der Messort in Herzhöhe liegen.
Die Messmanschette darf nicht zu schmal (Gefahr zu hoher Messwerte)
oder zu breit sein (in der Pädiatrie sind schmälere Manschetten zu verwenden!).
Die Standardbreite für normalgewichtige Erwachsene beträgt ca. 12 cm. Zu
schnelle oder zu langsame Druckentlastung verfälscht die Blutdruckmessung.
Unnötig hohe suprasystolische Druckwerte können reaktive Änderungen im
Gefäßtonus auslösen. Unbedingt muß auf auskultatorische Lücken geachtet
werden, und bei Erstvorstellungen des Patienten ist zwingend eine Seitenvergleichsmessung
durchzuführen.
Versuchsgang
Ermitteln Sie den arteriellen Blutdruck mit der indirekten Blutdruckmessung
nach RIVA-ROCCI bzw. mit der auskultatorischen Methode nach KOROTKOW.
4.2 Blutdruckregulation 7
In Ergänzung zu Palpation des Radialispulses beobachten Sie die fortlaufende
Aufzeichnung eines entsprechenden Fingerpulses während des Blutdruckmessmanövers
mit Hilfe des PowerLab-Systems. Die Blutdruckmessung muß im Seitenvergleich
erfolgen und sollte nach einer 2minütigen Pause wenigstens einmal
wiederholt werden. Berechnen Sie den arteriellen Mitteldruck aus den ermittelten
Blutdruckwerten.
4.2.2 Kreislauffunktionsprüfung nach SCHELLONG
Die von dem Internisten SCHELLONG eingeführte hämodynamische Funktionsprüfung
zur Diagnose von Kreislaufregulationsstörungen umfasst zwei unterschiedliche
Belastungstests, die nacheinander auszuführen sind.
Orthostasetest: längeres, ruhiges Stehen nach schnellem Lagewechsel
Körperliche Belastung: Kniebeugen oder Treppensteigen
Wie auch in der Klinik vorwiegend praktiziert, werden wir uns im Praktikum nur
auf den Orthostasetest beschränken.
Schnelles Aufstehen nach längerem Liegen und anschließendem ruhigem
Stehen ist strenggenommen unphysiologisch. Der plötzliche Lagewechsel bedeutet
für den Kreislauf mit seinen dehnbaren Gefäßen eine ausgeprägte Volumenumverteilung,
insbesondere nehmen im Stehen die unteren Extremitäten
mehr Blutvolumen vorwiegend auf Kosten des intrathorakalen Blutvolumens
auf. Bei intakten Venenklappen erfolgt diese Umverteilung nicht schlagartig im
Sinne eines Versackens, sondern der zunächst verminderte venöse Rückstrom
aus den unteren Körperpartien nach dem Aufstehen sorgt für diese Umverteilung.
Die Folge ist eine verminderte Herzfüllung mit konsekutiver reduzierter
Auswurfleistung ( FRANK-STARLING-Mechanismus), was zu einem vorübergehenden
akuten Blutdruckabfall führt. Bei intakter orthostatischer Kreislaufregulation
(synonym: Pressorezeptorenreflex) begegnet der Organismus dem Blutdruckabfall
mit einem erhöhten Sympathikustonus, der einerseits die Herzleistung
zu normalisieren versucht, andererseits durch Steigerung des arteriellen
Gefäßtonus den Blutdruckabfall verhindern und durch einen gesteigerten Venentonus
in den unteren Extremitäten die Volumenverteilung abschwächen soll.

8 Versuch 4: Kreislauf 4.2 Blutdruckregulation 9
Versuchsgang
An der ruhig liegenden Versuchsperson werden systolischer und diastolischer
Blutdruck in 1minütigem Abstand über 10 min gemessen und fortlaufend die
Pulsfrequenz mit einem Fingerpulsaufnehmer, der an das PowerLab-System angeschlossen
ist, aufgezeichnet. Dann lässt man die Versuchsperson schnell aufstehen
und misst unverzüglich und innerhalb der anschließenden 10 min wiederum
in 1minütigen Abstand den Blutdruck, während die Versuchsperson ruhig
steht. Die Blutdruckwerte und die aus der Pulsaufzeichnung abgelesenen Pulsfrequenzen
werden in das entsprechend vorbereitete Tabellenblatt eingetippt
und das daraus konstruierte Diagramm ausgedruckt und interpretiert.
systol. Druck
diastol. Druck
Pulsfrequenz
Liegen
Stehen
weitgehend konstant
(± 0 mmHg)
leichter Anstieg
(+ 5 mmHg)
mäßiger Anstieg
–1
(+ 15 min )
Beurteilung der Befunde
Nach Schellong lassen sich drei Regulations-Typen unterscheiden (s. Abb. 4-2a–c):
– Normale Kreislaufregulation
– Hypotone Regulationsstörung:
Die hypotone Regulationsstörung (z.B. bei Krampfadern) ist dadurch gekennzeichnet,
dass periphere Gefäßbereiche unphysiologisch weit bzw.
dehnbar sind. Beim Stehen füllen sie sich so stark mit Blut, dass trotz intakter
Kreislaufregulation ein ausreichendes Minutenvolumen im Stehen nur durch
eine starke Erhöhung der Herzfrequenz gefördert werden kann.
– Hypodyname Regulationsstörung:
Die hypodyname Regulationsstörung (bei Erkrankungen der Hypophyse
und des Zwischenhirns) ist dadurch gekennzeichnet, dass der nervöse Regulationsmechanismus
nicht mehr adäquat funktioniert, was zu einem bedrohlichen
Blutdruckabfall führt.
Abb. 4-2a Normale Kreislaufreaktion
systol. Druck
diastol. Druck
Pulsfrequenz
Liegen Stehen
Abb. 4-2b Hypotone Regulationsstörung
systol. Druck
diastol. Druck
Pulsfrequenz
deutlicher Abfall
(–20 mmHg)
deutlicher Anstieg
(+ 15 mmHg)
starker Anstieg
–1
(+ 45 min )
starker Abfall
(– 55 mmHg)
starker Abfall
(– 35 mmHg)
mäßiger Anstieg
–1
(+ 10 min )
Liegen
Stehen
Abb. 4-2c Hypodyname Regulationsstörung

10 Versuch 4: Kreislauf
4.3 Hämodynamik
Aufgaben
Bestimmung der zentralen und peripheren Pulswellengeschwindigkeit.
Untersuchung der Blutströmungsgeschwindigkeit in Arterien und Venen
mittels der Dopplersonographie.
Lernziele
Druckwelle | Druckpuls | Wellenreflexionen | Wellenwiderstand | Windkesseleigenschaft
des Arteriensystems | Pulswellengeschwindigkeit |
Gefäßelastizität | Dopplereffekt | Blutströmung | Strömungsgeschwindigkeit
4.3.1 Pulswellengeschwindigkeit
Der vom Herzen in der Austreibungsphase ausgelöste Druck- und Strompuls
pflanzt sich aufgrund der elastischen Eigenschaften des Arteriensystems (Windkesselwirkung)
und der Trägheitskräfte des strömenden Blutes als Pulswelle über
die Arterien fort. Die Form der Pulswelle wird nicht nur von der Auswurfleistung
des Herzens bestimmt, sondern durch zurücklaufende Pulswellen
aufgrund von Wellenreflexionen an Gefäßverzweigungen, -krümmungen oder
-verengungen wesentlich beeinflusst. Insbesondere nimmt die Pulsamplitude
peripherwärts zu. In sehr kleinen arteriellen Gefäßen hingegen unterliegt die
Pulswelle einer starken Dämpfung, was dazu führt, daß in der Endstrombahn
(Kapillargebiet) keine Druck- und Stromschwankungen mehr auftreten.
Durch Palpation einer Arterie ist man in der Lage, Form und Amplitude des
Druckpulses zu beurteilen. So kann der erfahrene Untersucher anhand der sog.
Pulsqualitäten den Gefäßinnendruck, die Druckanstiegsgeschwindigkeit, die Druckamplitude
und letztlich auch die Windkesseleigenschaft des Arteriensystems qualitativ
beurteilen.
Eine eher quantitative Vorgehensweise zur Beurteilung von Pulswelle und
Pulsqualitäten bedient sich der Sphygmographie (= Pulsschreibung). Mit Hilfe
sog. Pulsaufnehmer können Pulsverläufe von Arterien aufgezeichnet und bzgl.
Form und zeitlichem Auftreten miteinander verglichen werden
4.3 Hämodynamik 11
Bestimmt man die Verspätung, mit der ein Puls an einer entfernten Arterie
gegenüber einer herznahen eintrifft (Laufzeitdifferenz) und schätzt die Laufstreckendifferenz
zwischen entferntem und nahem Messort ab, so lässt sich aus folgendem
Quotient die Pulswellengeschwindigkeit (PWG) errechnen:
PWG = Laufstreckendifferenz / Laufzeitdifferenz [1]
Diese nimmt normalerweise mit zunehmender Entfernung vom Herzen zu, was
der geringeren Windkesselwirkung kleinerer Arterien zuzuschreiben ist. In atherosklerotisch
veränderten Gefäßen ist die PWG generell erhöht.
Im Vergleich zur Pulswellengeschwindigkeit ist das Strömen des Blutes sehr
viel langsamer. So durchströmen die während der Auswurfphase ausgetriebenen
Blutteilchen gerade den Aortenbogen, wenn die korrespondierende Pulswelle
bereits die Fußarterien erreicht hat.
Versuchsgang
Registrieren Sie von der A. carotis, der A. brachialis und von einer Fingerbeere
(Aa. digitales palmares propriae) die zugehörigen Sphygmogramme mittels der
für jeden Messort spezifischen Pulsaufnehmer. Der jeweils günstigste Ableitort
speziell für den Carotis- und Brachialispuls sollte zuvor durch Palpation
aufgesucht werden. Unter PowerLab werden sowohl die Sphygmogramme als
auch ihr differentieller Zeitverlauf (= 1. Ableitung nach der Zeit) aufgezeichnet.
Auswertung
Die zentrale PWG wird anhand des Carotis- und Brachialispuls ermittelt, die periphere
PWG aus Brachialis- und Fingerpuls. Bestimmen Sie die Laufzeitdifferenz
zwischen den betreffenden Sphygmogrammen, indem Sie die Zeitpunkte
der jeweiligen Pulsanstiege (am besten in den differentiellen Signalen erkennbar)
miteinander vergleichen. Zur Bestimmung der Laufstreckendifferenz zwischen
A. carotis und A. brachialis gilt es zu berücksichtigen, daß diese als Differenz aus
den anatomischen Laufstrecken bis zum Brachialis- und Carotismesspunkt abgeschätzt
werden muß. Die Laufstrecke zwischen Brachialis und Fingerbeere kann
hingegen direkt mit dem bereit liegenden Maßband bestimmt werden.

12 Versuch 4: Kreislauf
4.3 Hämodynamik 13
4.3.2 Ultraschall-Doppler-Verfahren
Die Ultraschall-Doppler-Methode erlaubt die nichtinvasive Untersuchung der
Blutströmung im arteriellen und venösen Gefäßsystem. Sie gehört heute in der
Angiographie zum festen Bestandteil jeder Untersuchung, insbesondere
– zum Nachweis von Verschlüssen peripherer Arterien oder Venen,
– zur Lokalisation von hämodynamisch wirksamen Stenosen.
Die Technik beruht auf dem physikalischen Prinzip der Doppler-Frequenzverschiebung:
Schall, der von einem bewegten Objekt reflektiert wird, ändert in Abhängigkeit
der Objektgeschwindigkeit seine Frequenz.
In der Ultraschall-Doppler Technik verwendet man üblicherweise einen kontinuierlichen
Ultraschallstrahl, der scharf gebündelt auf ein zu untersuchendes
Gefäß gerichtet wird. Trifft dieser dabei auf ein bewegtes Ziel, hier in Form der
mit der Blutströmung mitbewegten korpuskulären Bestandteile, so weist der reflektierte
Schall die typische geschwindigkeitsabhängige Frequenzverschiebung
f auf, die trotz Ultraschalleinstrahlung zum Glück im hörbaren Bereich liegt.
Der Unterschied zwischen ausgestrahlter und reflektierter Frequenz f lässt sich
näherungsweise, wie folgt, berechnen (siehe auch Abb. 4-3):
f
v
2f cos [2]
c
f = ausgestrahlte Ultraschallfrequenz (im Experiment 8 MHz-Sonde),
= Einstrahlwinkel in Bezug auf die Strömungsrichtung (empf. 45°),
c = Schallgeschwindigkeit im Gewebe (ca. 1400 m/sec),
v = die über den Gefäßquerschnitt gemittelte Strömungsgeschwindigkeit.
Ultraschall-Doppler Geräte sind daher in der Lage, im Hörbaren akustische Signale
zu liefern, deren Tonhöhe in Bezug zur Blutströmungsgeschwindigkeit steht.
Messprinzip
Der Gefäß-Doppler arbeitet netzunabhängig mit aufladbaren Akkus. Die stiftförmige
Ultraschallsonde ist mit dem Doppler-Gerät verbunden. Sie enthält empfindliche
keramische Kristalle (Schallgeber, Schallempfänger) und ist unbedingt vor
Stoß und Fall zu bewahren! Das Gerät ist mit einem EIN/AUS-Taster, einem seitlichen
Lautstärkeregler sowie einer grünen Leuchtdiode für den Batterieladungszustand
ausgerüstet. Sofern keine Messung erfolgt, schaltet eine eingebaute Spar-
schaltung das Gerät automatisch nach zwei Minuten ab. Ist die Untersuchung noch
nicht beendet, muß das Gerät erneut eingeschaltet werden. Eine weitgehende
Entladung der Akkus wird durch ein Blinken der Leuchtdiode signalisiert. Mit der
8 MHz-Sonde können oberflächennahe Gefäße bis zu einer Eindringtiefe von
3,5 cm untersucht werden.
Versuchsgang
Die Untersuchung der arteriellen und venösen Blutströmung sollte am Arm im Bereich
der Ellenbeuge, des distalen Radiusendes und an einer Fingerbeere erfolgen.
Über dem zu untersuchenden Gefäßabschnitt wird zur Ableitung der Blutströmungsgeschwindigkeit
die Sonde wahlweise in oder gegen die Strömungsrichtung
unter einer Neigung von etwa 45° auf die Hautoberfläche aufgesetzt.
Der Raum zwischen Sondenspitze und Hautoberfläche muss zur besseren akustischen
Ankopplung mit einer ausreichenden Menge Ultraschallgel ausgefüllt
werden. Bei senkrechter Schalleinstrahlung zur Gefäßachse wird nur die Bewegung
der Gefäßwände hörbar gemacht. Die Sonde sollte stets nur mit geringem
Gel
f
Sonde
v
Sender
Empfänger
f
– f
Haut
Gefäß
Abb. 4-3 Messprinzip eines Gefäßdoppler. f symbolisiert die von der Sonde ausgestrahlte
Ultraschallfrequenz, f die Doppler-Frequenzverschiebung, die nach
Reflexion am Blutstrom empfangen wird. (s. Gl. [2]).

14 Versuch 4: Kreislauf
Druck auf die Haut aufgesetzt werden, um eine Beeinträchtigung durch Kompression
vor allem der venösen Blutströmung zu vermeiden.
Zum Orten von Gefäßen ist die Sonde quer zur vermuteten Strömungsrichtung
langsam über die Hautoberfläche zu verschieben. Bei unmittelbar
unter der Hautoberfläche verlaufenden Gefäßen, wie z.B. bei Fingerarterien,
muss unter Umständen die Sondenspitze etwas von der Hautoberfläche abgehoben
werden, da kurz nach Austritt aus der Sonde der Ultraschallstrahl zu
scharf gebündelt sein kann.
Die für arterielle und venöse Blutströmung charakteristischen Dopplersignale
lassen sich deutlich voneinander unterscheiden. Die arterielle Strömung liefert
ein pulsierendes peitschendes Geräusch im Rhythmus des Herzschlages. Hingegen
hört man bei Beschallung von Venen ein eher kontinuierliches sturm- oder
windartiges Geräusch, das durch äußere Kompression leicht zu unterdrücken ist.
So kann allein durch isometrisches Anspannen entsprechender Muskelgruppen
der venöse Rückstrom zum Stillstand, und damit das venöse Geräusch zum Verstummen
gebracht werden. Nach Muskelerschlaffung ist mit einer gewissen Latenz
das venöse Geräusch, sogar kurzfristig deutlicher wahrzunehmen. In gewissen
Körperpartien liegen Arterien und Venen so eng beieinander, dass das Signal
je nach Richtung der Sonde eventuell aus arteriellen und venösen Dopplergeräuschanteilen
besteht.
Blutdruckmessung unter Ausnutzung des Dopplerverfahrens
Unter Ausnutzung des Dopplerprinzips kann selbst in solchen Fällen noch der
systolische Blutdruckwert auf indirektem Wege erfasst werden, in denen die Stärke
der Pulswelle zu schwach ist, um nach den konventionellen Kriterien detektiert
werden zu können (poststenotisch, bei Kleinkindern, bei Schockpatienten).
Mittels der indirekten Blutdruckmeßmethode nach RIVA-ROCCI soll am
Ober- sowie Unterarm der systolische Blutdruckwert erfasst werden. An Stelle
des auskultatorischen bzw. palpatorischen Verfahrens wird jeweils distal der
Messmanschette die arterielle Blutströmung mit Hilfe des Gefäß-Dopplers verfolgt.
Der systolische Blutdruckwert wird dann abgelesen, wenn beim Aufpumpen
der Manschette bzw. Druckablassen das typische arterielle Doppler-Geräusch
verschwindet bzw. erstmals auftritt.
4.4 Demonstration am Kreislaufmodell 15
4.4 Demonstration am Kreislaufmodell
Die biophysikalischen Gesetzmäßigkeiten, denen die wichtigsten hämodynamischen
Größen (Stromstärke, Strömungswiderstand und Blutdruck) unterliegen,
lassen sich recht zuverlässig mit dem Demonstrationskreislaufmodell simulieren.
In erster Näherung gilt für den natürlichen Kreislauf das OHMsche Gesetz:
3
P1
P2
[ cm ]
I
W [s]
[3]
I = Stromstärke [cm 3 /s],
P 1,P 2 = Druck [N/cm 2 ] am Anfang und Ende des Kreislaufes bzw. eines
Kreislaufabschnittes,
W = durch Reibung bedingter Strömungswiderstand [Nscm –5 ].
Der Reibungswiderstand errechnet sich nach dem Gesetz von HAGEN-POISEUILLE:
l
W 8 [ Ns]
4 5
r
[ cm ]
l = Rohrlänge [cm],
= Viskosität [Nscm 2 =10 5 Poise],
r = Radius [cm].
Hinweis zu den Druckeinheiten:
1 mmHg = 133 N/m 2 = 133 Pa.
Wären keine weiteren Einflüsse wirksam, so wären Druck und Stromstärke proportional
zueinander und würden in ihrem formalen Verlauf übereinstimmen.
Voraussetzung für die strenge Gültigkeit des POISEUILLEschen Gesetzes sind neben
laminarem Strömungsprofil und Homogenität der strömenden Flüssigkeit
eine stationäre Strömung (Gleichstrombetrachtung) und starre Rohrwandungen.
In Wirklichkeit erzeugt das Herz jedoch eine pulsierende Strömung. In den herznahen
Gefäßen überwiegen Trägheits- und elastischer Widerstand, während der
OHMsche Widerstand hier von untergeordneter Bedeutung ist.
Infolge der elastischen Dehnbarkeit der Gefäße wird jeweils ein Teil des geförderten
Schlagvolumens während der Austreibungszeit des Herzens im arteriellen
Windkessel zwischengespeichert und fließt erst im Verlauf der Diastole
durch den peripheren Widerstand ab. Dadurch werden die Strömungspulsationen
und Druckamplituden deutlich geglättet. Die vom Herzen aufzubringende
[4]

16 Versuch 4: Kreislauf
Beschleunigungsarbeit ist damit vermindert. Außerdem werden durch Zunahme
des Wellenwiderstandes in den peripheren Gefäßen und durch Wellenreflektionen
an Gefäßverzweigungen, -krümmungen und -verengungen sowohl der
Druckverlauf als auch die Beziehung zwischen Stromstärke und Druck modifiziert.
Bei Konstanz aller anderen Variablen sind die Druckschwankungen umso
geringer und der Ausstrom aus dem Windkessel umso kontinuierlicher, je geringer
die Volumenelastizität des Windkessels, je kürzer die Pausen (Schlagintervall)
und je größer der Abflußwiderstand ist.
Beachte: Geringe Volumenelastizität ist gleichbedeutend mit großer Dehnbarkeit
der elastischen Gefäße.
Beschreibung des Kreislaufmodells
Das mit Aqua dest. gefüllte Modell ist auf Funktionsglieder reduziert, die den
linken Ventrikel, den arteriellen Windkessel und die Widerstandsgefäße sowie
das kapazitive System simulieren. Eine elastische Membran, welche die Modellherzkammer
auf einer Seite abschließt, wird durch die Schubstange eines Elektromotors
rhythmisch komprimiert. Ventile an der Ein- und Ausstrombahn der
Kammer ermöglichen eine gerichtete Strömung. Die Schlagzahl ist am Motor,
das Schlagvolumen durch Variation des Abstandes von Motor und Herzkammer
einstellbar. Ein Spritzenansatz mit Hahn an der äußeren Kammerwand ist für die
Injektion eines Indikators vorgesehen. Weitere Hähne ermöglichen die Beseitigung
von störenden Luftblasen.
In das sonst starre Rohrsystem ist ein Windkessel eingeschaltet. Die systolische
Dehnung seiner Gummiwandung kann durch Annäherung zweier Metallhalbschalen
herabgesetzt bzw. verhindert werden. Hinter dem Windkessel ist
über einen seitlichen Stutzen ein einfaches Membranmanometer zur fortlaufenden
Registrierung des Druckes mit dem Kreislauf verbunden.
Mit Hilfe einer Schlauchklemme läßt sich ein in dem Rohrsystem zwischengeschalteter
Kunststoffschlauch komprimieren und somit der periphere Widerstand
variieren, bevor das Wasser in ein Vorratsgefäß und schließlich von dort
zum Modellherzen zurückströmt.
4.4 Demonstration am Kreislaufmodell 17
Versuchsgang
Variation der Volumenelastizität bzw. des Volumenelastizitätsmoduls ()
Bei mittlerem peripheren Widerstand soll ausschließlich die Windkesseleigenschaft
durch Variation des Halbschalenabstandes verändert, und der Druck registriert
werden. Beachten Sie die Veränderungen der Druckamplitude, die Beziehung
von systolischem und diastolischem Druck zum arteriellen Mitteldruck (P m),
das Verhalten des Mitteldruckes selbst sowie den Einstrom der Flüssigkeit in das
Vorratsgefäß. Die Abnahme der Druckamplituden erfolgt durch Abfall des systolischen
und Anstieg des diastolischen Druckes.
Volumenelastizität
V P
V
0
P
V
Variation von Schlagvolumen und Schlagzahl
Bei mittlerer Windkesseldehnbarkeit und mäßigem Abflußwiderstand wird der
Druck zunächst bei kleinem, dann bei großem Schlagvolumen registriert. Beachten
Sie wieder das Verhalten von Mitteldruck (OHMSCHES Gesetz) und der
Druckamplitude. Der systolische Druck ändert sich deutlicher als der diastolische.
Schließlich wird die Schlagfrequenz variiert.
Variation des peripheren Widerstandes
Bei mäßig dehnbarem Windkessel, mittlerem Schlagvolumen und mittlerer
Schlagfrequenz wird der periphere Widerstand stufenweise erhöht, und der
Druck registriert. Durch Beeinträchtigung des Abflusses wird ein größerer
Anteil des Schlagvolumens systolisch im Windkessel zwischengespeichert.
Enddiastolische Windkesselfüllung und arterieller Mitteldruck steigen an, bis
ein neues Gleichgewicht zwischen Ein- und Ausstrom erreicht ist. Obwohl der
Windkessel mit höherem Abflußwiderstand wirksamer wird, nimmt die Blutdruckamplitude
meistens nicht ab, da ihr Verhalten (wie in situ) in starkem
Maße von der nichtlinearen Druck-Volumencharakteristik des Windkessels sowie
evtl. von Rückwirkungen der Widerstandserhöhung auf die Förderleistung
der Pumpe mitbestimmt wird.
[5]
[6]