Kapitel 5

Kreislauffunktionen

In diesem Kapitel will ich versuchen, Ihnen zu erklären, wie der Kreislauf, zu dem ja auch das Herz gehört, normalerweise funktioniert und wie er auf die verschiedenen Situationen des Lebens reagiert.

Blutdrücke

Die Aufgabe des Herzens ist es, den Fluß des Blutes in den im Kapitel „Kreislauf“ beschriebenen Gefäßen herzustellen. Dazu muß es in der Lage sein, zu pumpen und pumpen funktioniert nur dann, wenn Druck aufgebaut wird. So wird es der Feuerwehr schließlich nicht gelingen, einen Brand zu löschen, indem sie einfach einen Schlauch in die Höhe hält. Vielmehr müssen die Stadtwerke genügend Druck auf den Wasseranschluß eines Hydranten geben, damit das Wasser auch mit einem richtigen Strahl aus dem Feuerwehrschlauch kommt. Und wenn die Stadtwerke dazu nicht in der Lage sind muß die Feuerwehr mit einem Pumpenwagen kommen, um den Wasserdruck selber herzustellen. Egal: Druck muß her, ohne Druck kein Wasserstrahl.

Abb. 123

Und wie die Feuerwehr so muß auch das Herz Druck aufbauen, denn ohne Druck kein Fluß in den Blutgefäßen. Daß das Herz dies auch tut kann man sehen, wenn man den Druck innerhalb des Herzens einmal mißt. Sie sehen in Abb. 124 einmal eine solche Druckkurve, die aus der linken Herzkammer mit Hilfe eines Herzkatheters gemessen und graphisch aufgezeichnet wurde.

Abb. 124

Bevor ich diese Kurve erklären muß ich Ihnen etwas Grundlegendes erläutern, nämlich die Maßeinheit für den Druck: „mm Hg“, denn diese Einheit werden Sie in der Medizin immer wieder finden:

In den glorreichen Zeiten des Universums, als die Menschen aus den Ozeanen an Land gingen, zunächst auf die Bäume kletterten und von dort aus das Land besiedelten gab es noch keine Computer, keinen elektrischen Strom und keine Digitalanzeiger, auf denen man Temperatur oder auch Druckhöhen ablesen konnte.

Im Laufe der folgenden Jahrtausende hat sich zunächst die Frage ergeben, welcher der größere Fehler der Menschheit war: Von den Bäumen herab zu steigen oder die Ozeane erst garnicht zu verlassen. Über das Nachdenken über diese Frage hat die Menschheit zugegebenermaßen gewisse Fortschritte, Erkenntnisse und Erfindungen gemacht. Eine dieser Erkenntnisse war dabei, daß es so etwas wie Druck überhaupt gibt und daß dieser Druck auch in den Blutgefäßen der Tiere (und somit auch des Menschen) herrscht. Und weil der Mensch neugierig ist hat er überlegt, wie er diesen Druck messen kann.

Irgendwann hat dabei ein Genie das folgende Experiment durchgeführt (Abb. 125):

Abb. 125

Er hat ein Pferd, eine hohle Nadel, eine dünne Glasröhre, einen Gehilfen und einen Baum genommen. Dann hat er die Glasröhre am Ast eines Baumes befestigt, das andere Ende der Röhre mit einem Gummi an die Nadel angeschlossen und die Nadel schließlich in ein Blutgefäß am Hals des Pferdes eingeführt.

Durch den Druck innerhalb des Blutgefäßes wurde das Blut in die Glasröhre gedrückt, wo es aufstieg. Aus der Höhe, bis zu der das Blut aufstieg konnte das Genie (Stephen Hales war der Name und das Experiment hat 1714 stattgefunden) dann ablesen, wie hoch der Blutdruck im Inneren des Gefäßes war (damals waren es etwa 2.5 m): Stieg es hoch auf war auch der Druck hoch, stieg es nur wenig auf war der Druck entsprechend gering.

Diese Meßmethode war genial, aber irgendwie unpraktisch, denn die Menschen haben im Laufe ihrer Entwicklung nicht nur die Bäume verlassen, sondern sie sind auch noch in Höhen, Häuser und Wohnungen eingezogen, wobei es die Deckenhöhe dieser Behausungen nur selten zuließ, dort einen Baum aufzubauen, um Blutdruck zu messen.

Logischerweise hat sich dieses Verfahren nie richtig durchsetzen können. Das änderte sich erst, als ein Italiener namens Riva-Rocci 1896 das Quecksilbermanometer einführte.

Er benutzte ein Gerät, das aus einem Gummischlauch bestand, der um den Oberarm gewickelt wurde. Der Schlauch wurde so stark aufgeblasen, bis am Handgelenk kein Puls mehr tastbar war, weil infolge des aufgeblasenen Schlauches kein Blut mehr durch die Schlagader des Oberarms fließen konnte. Um den Druck in seinem Schlauch zu messen benutzte er ein Quecksilber-Barometer, mit dem die Physiker seit 1643 den Luftdruck bestimmten.

Abb. 126

Es würde an dieser zu weit führen, die Gründe zu benennen, warum man dazu Quecksilber benutzte (wegen seines hohen spezifischen Gewichts) und wie diese Barometer funktionierten (Abb. 126). Aber seit diesen Zeiten hat sich eingebürgert, die Höhe von Drücken in der Medizin in „Millimeter Quecksilbersäule“ oder abgekürzt „mm Hg“ (Hg ist die chemische Abkürzung für Quecksilber) anzugeben. Heute sollte man zwar die physikalisch genormte Einheit „Pascal“ benutzen, aber Ärzte sind komisch und benutzen daher bis heute die Einheit „mm Hg“.

Mit dem Blutdruckmeßgerät von Riva-Rocci konnte man zwar messen, wie hoch ein Druck ist, aber man konnte bestimmte Schwankungen und Veränderungen des Blutdrucks nicht darstellen. Diese wurde erst möglich, nachdem man elektrische „Druckwandler“ erfand („STATHAM-Element[1]“). Die Geräte benutzen sog. Dehnungsstreifen, d.i. dünne Plättchen aus Metall, deren elektrischer Widerstand sich ändert, je nachdem wie stark dieses Plättchen gebogen wird. Man leitet also über einen Schlauch den Druck beispielsweise mit Hilfe eines Herzkatheters aus einer Herzkammer auf dieses Plättchen, was dazu führt, daß das Plättchen dadurch verbogen wird und sich der elektrische Widerstand dieses Plättchens ändert. Wenn sich der Widerstand verändert ändert sich logischerweise auch der Stromfluß und diesen Stromfluß kann man graphisch aufzeichnen. Auf diese Weise kann man auch schnelle Änderungen eines Drucks optisch erfassen und auf diese Weise kann man an verschiedenen Stellen des Herzens und des Kreislaufes Blutdrücke messen (Einzelheiten sollte man in Lehrbüchern über Physik, Physiologie oder Herzkatheter nachlesen).

Abb. 127

Mit dieser Technik kommen also Druckkurven wie diejenige in Abb. 127 zustande, die hier noch einmal wiedergegeben werden soll.

Wie schon kurz erwähnt fällt auf, daß der Druck von 0 mm Hg auf etwa 140 mm Hg ansteigt und danach wieder auf 0 abfällt. Wie kommt das?

Es hängt mit der Arbeitsweise der Herzkammer zusammen, „pulsativ“ zu pumpen. Das bedeutet, daß sich die Herzkammer zusammenzieht, das Blut dadurch unter Druck setzt und danach wieder erschlafft. In dem Film 44 habe ich versucht, dies graphisch darzustellen:

Film 44: Links: Schema der Pumpfunktion des Herzens. Rechts Druckkurve in der linken Herzkammer (rot) und des Blutinhaltes der linken Herzkammer (weiß)

(Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

Im rechten Teil des Films betrachten Sie die rote Linie, die die Druckkurve in der linken Herzkammer darstellt (wie in Abb. 127). Wenn Sie nun den linken Teil des Films betrachten dann sehen Sie, wie sich die linke Herzkammer zusammen zieht und dabei den ansteigenden Blutdruck erzeugt. Durch diesen Druckanstieg wird das Blut gezwungen, die Herzkammer zu verlassen, d.h. die Kammer entleert sich; Sie erkennen das im rechten Teil des Films an der weißen Kurve, die Ihnen den Füllungszustand der Herzkammer zeigt.

Wenn die Kammer „ausgepumpt“ hat erschlafft wie wieder: Der Blutdruck fällt ab (rote Linie) und die Kammer füllt sich wieder (weiße Linie).

Der linke Ventrikel hat 2 Öffnungen: Die eine Öffnung ist an die Lungenvenen, die andere Öffnung an die Hauptschlagader (Aorta) angeschlossen. Wenn der Druck im linken Ventrikel nun ansteigt dann würde das Blut die Herzkammer durch beide Öffnungen verlassen. Es würde zum einen (wie gewünscht) das Herz „nach vorne“ in die Aorta verlassen, um von hier aus allen Organen zugeführt zu werden; es würde aber zum anderen auch durch die Eingangsöffnung zurück in die Lungenvenen fließen. Dies wäre eigentlich sinnlos, denn aus den Lungen ist es ja gerade gekommen. Um dies zu verhindern befinden sich am Ein- und Ausgang der Herzkammer Ventile, nämlich die Mitralklappe am Eingang und die Aortenklappe am Ausgang. Sie haben im Kaptel über die Herzklappen (Kapitel „Anatomie“ in Band 3 schon Genaueres gehört.

Durch die Herzklappen wird also dafür gesorgt, daß das Blut die linke Herzkammer nur durch die Aortenklappe verlassen kann. Und das bedeutet, daß auch der Pumpdruck der Herzkammer in die Aorta fortgeleitet wird. Sehen Sie sich dazu die Abb. 128 an:

Abb. 128: rot = Druckkurve in der Herzkammer; grün: Druckkurve in der Aorta

Betrachten Sie zunächst die Druckkurve in der linken Herzkammer zum Zeitpunkt „1“. Hier beginnt die Herzkammer mit ihrem Pumpstoß. Der Druck steigt an und ist am Punkt „2“ ebenso hoch wie der Druck in der Aorta. Dies hat zur Folge, daß die Aortenklappe aufgedrückt wird und das Blut in die Aorta strömen kann. Wenn die Klappe geöffnet ist entspricht der Blutdruck in der Herzkammer demjenigen in der Aorta.

Nach einer gewissen Weile erschlafft die Muskulatur der Herzkammer und der Pumpstoß endet. Mit dem Ende des Pumpstoßes fällt der Druck in der linken Herzkammer und damit auch der Druck in der Aorta. Das Blut beginnt, in die linke Herzkammer zurück zu fließen. Durch diese Rückflußströmung entfaltet sich die Aortenklappe und sie schließt sich (Film 45 und Punkt „3“ in Abb. 128).

Film 45: Aortenklappe (Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

Der Druck in der linken Herzkammer fällt weiter ab, bis er der Druck in der linken Vorkammer unterschritten hat. Wenn der Druck in der linken Hauptkammer niedriger als derjenige in der linken Vorkammer ist öffnet sich die Klappe zwischen linker Vor- und Hauptkammer (= Mitralklappe) und frisches Blut strömt in die linke Hauptkammer, die sich jetzt nun wieder füllt bis der nächste Pumpstoß beginnt (Punkt „4“ in Abb. 128) und der Druck in der linken Kammer wieder ansteigt.

Betrachten Sie nun noch einmal den Aortendruck (grüne Kurve) in Abb. 128:

Wenn sich die Aortenklappe geschlossen hat (Punkt „3“) kann das Blut nicht mehr nach hinten durch die Aortenklappe zurück in die linke Hauptkammer, sondern nur noch nach vorne in Richtung auf die Organe fließen. Daß es das tut ist auf die „Windkesselfunktion“ infolge der elastischen Aortenwand zu beziehen, worüber Sie ja schon im Kapitel „Kreislauf“ etwas gehört haben. Vielleicht erinnern Sie sich ja an den Film 46 (nächste Seite).

Film 46 (Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

Wenn die Aortenklappe geschlossen wird, die Aorta prall gefüllt ist und der Windkessel maximal „gespannt“ ist entsteht eine kleine Druckwelle (hinter „3“ in Abb. 129). Danach fließt das Blut ab, die Aorta entleert sich der Druck in der Aorta fällt langsam ab, bis sich die Klappe beim nächsten Pumpstoß der Herzkammer wieder öffnet und neues Blut eingepumpt wird (Punkt „5“ in Abb. 129).

Abb. 129: rot = Druckkurve in der Herzkammer; grün: Druckkurve in der Aorta

Wenn man sich diesen Funktionsablauf noch einmal ansieht dann wird man mehrere Dinge sehen:

1. Der Druck im linken Ventrikel (= linke Hauptkammer) schwankt zwischen einem Maximum (z.B. 120 mm Hg) und einem Minimum (normalerweise Null).

2. Der Druck in der Aorta hat denselben Maximalwert wie der linke Ventrikel (z.B. 120 mm Hg), fällt dann aber nicht bis auf Null, sondern bis zu einem wesentlich höheren Wert ab, zu dem sich die Aortenklappe schließt (in unserem Beispiel (Abb. 129) etwa 80 mm Hg).

3. Die Arbeitsweise der Herzkammer unterteilt sich in eine Pump- und eine Erschlaffungsphase. Weil während der Pumpphase Blut aus der Herzkammer ausgeworfen wird nennt man die Pumpphase auch „Austreibungsphase“ und weil sich die Kammer während der Erschlaffungsphase wieder mit frischem Blut füllt nennt man diese Phase „Füllungsphase“. Wir Ärzte bezeichnen die Austreibungsphase als „Systole“ und die Füllungsphase als Diastole.

4. Es gibt 2 markante Drücke im Ablauf der Druckkurven des Herzens und der Gefäße: Den systolischen und den diastolischen Druck. Am Beispiel der Kammer in Abb. 129 würde dieser Druck also 140 / 0 mm Hg (sprich: 140 zu Null) betragen, in der Aorta 140 / 80 mm Hg.

So. Sie kennen nun die charakteristischen Druckkurven der linken Herzkammer und der Aorta. Wenn man auf diese Weise die Drücke in verschiedenen Herzkammern und Gefäßen mißt dann ergibt sich das Bild der Abb. 130.

Abb. 130

Sie finden in dieser Abbildung die Aufzeichnung der Drücke in den verschiedenen Gefäßen des Kreislaufes. Und wenn Sie sich diese Drücke einmal ansehen dann werden Sie feststellen, daß es hohe und niedrige Drücke gibt. Daher unterteilt man den Kreislauf nicht nur nach dem Sauerstoffgehalt seines Blutes in den rechten (venösen) Kreislauf mit seinem sauerstoffarmen Blut und den linken Kreislauf mit dem sauerstoffreichen Blut, sondern man kann ihn auch in „Hoch-“ und „Niederdruck-Kreislauf“ unterteilen.

Niederdruck- und dem Hochdrucksystem.

Zum Niederdrucksystem gehören die Kapillaren, die kleinen und die großen Venen des Kreislaufs, das rechte Herz und die Gefäße des Lungenkreislaufs. Zum Hochdrucksystem gehören die Arterien des Körperkreislaufs und das linke Herz.

Dabei sind die Drücke in den verschiedenen Gefäßen etwa folgendermaßen hoch:

Linker Ventrikel 120/0 mm Hg

Aorta 120/80 mm Hg

Arterien am Eingang in die Organe ca. 40 mm Hg

Kapillaren 20 mm Hg

Venen am Ausgang der Organe 20 mm Hg

Hohlvene vor dem Eintritt ins Herz 5 mm Hg

Rechter Vorhof 5/2 mm Hg

Rechter Ventrikel 25/0 mm Hg

Lungenschlagader 25/10 mm Hg

Lungenvene vor dem Eintritt ins Herz 2-5 mm Hg

Linker Vorhof 5/2 mm Hg

Das Niederdrucksystem ist eine Art innerer Blutspeicher, denn etwa 80 Prozent des im Körper zirkulierenden Blutes (etwa 4-5 Liter) findet man dort.

Ermöglicht wird diese Funktion durch die hohe Dehnbarkeit und das große Fassungsvermögen dieser Gefäße.

Im Gegensatz dazu ist die Hauptaufgabe des Hochdrucksystems die Blutversorgung aller Organe.

Blutfluß

Wie Sie vorhin gelesen haben pumpt der Ventrikel schwallweise. Trotzdem ist der Blutfluß in den Organarterien, den Kapillaren und den Venen gleichmäßig (Film 47). Verantwortlich dafür ist die Windkesselfunktion der Schlagadern, wie Sie ja auch schon gelesen hatten.

Film 47 (Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

Während der Blutfluss in den Arterien allein von der Pumpkraft des Herzens realisiert wird, spielen bei den Kapillaren und Venen verschiedene Faktoren eine Rolle:

Zum Teil wirkt die Pumpkraft des Herzens über das Kapillarbett hinaus auch auf die Venen. Das Blut wird von dieser Pumpkraft sozusagen durch die Kapillaren in die Venen geschoben.

In den Venen hingegen gibt es 3 Mechanismen:

1. Die Venen der Arme und Beine, vor allem diejenigen der Beine werden bei jeder Bewegung durch die Beinmuskeln zusammen gedrückt (Film 48). Durch diesen äußeren Druck wird das Blut bewegt. Aber diese Bewegung ist zunächst ohne Richtung.

Film 48 (Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

Stellen Sie sich mal einen schlauchförmigen Luftballon vor, so wie er zu Kindergeburtstagen eingesetzt wird. Wenn Sie diesen Ballon mit Wasser füllen und in der Mitte darauf drücken dann weicht das Wasser in Richtung beider Enden des Ballons aus.

An den Venen des Beines wäre das ziemlich nutzlos, weshalb die Venen mit Klappen ausgestattet sind. Diese Venenklappen arbeiten ähnlich wie die Herzklappen als Rückschlagventile, d.h. sie lassen das Blut nur in 1 Richtung fließen und verhindern den Rückfluß.

Erst die Venenklappen gewährleisten, daß das Blut immer von den entfernten Körperteilen (z.B. aus den Beinen) in Richtung auf das Herz fließt und daß es nicht durch die Schwerkraft bedingt zurück in die Füße fließt.

1. Atmung: Der Mechanismus, der dazu führt, daß sich das Blut aus den Venen hinaus ins Herz bewegt hat auch mit der Atmung zu tun und das wiederum lehrt uns, daß 2 Naturgesetze ewige Gültigkeit haben:

- Jede Flüssigkeit, d.h. auch Blut fließt immer vom Ort des Höheren zum Ort des geringeren Drucks. Denken Sie an Ihre Zentralheizung: Im Keller ist die Pumpe, die das Heizungswasser in die Rohre und damit zu den Heizkörpern pumpt. Das Wasser direkt hinter der Pumpe steht also unter einem höheren Druck als am Ende der Leitung, wenn es durch die Heizkörper hindurch geflossen ist und wieder in den Tank zurück strömt. Gäbe es diesen Druckunterschied zwischen Pumpenausgang und Tankeingang nicht würde das Heizungswasser nicht fließen.

- Daraus folgt logischerweise: Ohne Gewalt (in diesem Fall: Druck) geht garnichts. Ist zwar traurig, aber wahr.

Wie funktioniert das nun?

Die Venen leiten das Blut aus den Organen des Körpers zurück zum Herzen, wobei die Vene direkt vor dem Herzen „obere“ bzw. „untere Hohlvene“ genannt wird. Sie mündet in die rechte Vorkammer.

Innerhalb der Hohlvenen steht das Blut, wie Sie vorhin gelesen haben noch unter einem gewissen Druck. Er ist niedrig, aber noch immer höher als der Druck in der rechten Vorkammer. Nur durch diesen (wenn auch geringen) Druckunterschied zwischen Hohlvenen und Vorkammer fließt das Blut überhaupt. Der Druckunterschied ist aber nur gering und daher fließt das Blut nur langsam.

Nun befindet sich das Herz in der Brust und hier in der Brust befinden sich auch die Lungen. Damit die frische Atemluft in die Lungen strömen kann wird mit Hilfe der Atemmuskeln ein Unterdruck erzeugt. Dieser Unterdruck führt vereinfacht gesagt dazu, daß Atemluft in die Lungen eingesogen wird. (Testen Sie das, indem Sie ihren Handrücken auf den geöffneten Mund legen und dann einatmen: Es entsteht ein Sog, der Handrücken wird angesaugt.). Bei der Ausatmung verhält es sich anders herum: Die Atemmuskeln erzeugen im Brustkorb einen Überdruck, sodaß die Luft aus den Lungen „heraus gepreßt“ wird (Testen Sie auch das, indem Sie eine romantische Kerze anzünden, vor sich aufbauen und dann in die Flamme hinein ausatmen.).

Diesen durch die Atemmuskeln aufgebauten Drücken ist natürlich auch das Herz ausgesetzt, was zur Folge hat, daß der Blutdruck im Herzen bei der Ausatmung zu- und bei der Einatmung (Sog-Effekt!) abnimmt. Man kann dies messen, indem man den Blutdruck in der rechten Vorkammer während des Atmens mißt (z.B. bei einer Herzkatheteruntersuchung). Sie sehen dann eine Druckkurve wie diejenige in Abb. 131: Bei der Einatmung sinkt der Blutdruck ab, bei der Ausatmung steigt er an.

Abb. 131

Durch diesen Mechanismus wird das Blut während der Einatmung zusätzlich ins Herz angesogen, während es bei der Ausatmung (wenn der Druck im Brustkorb zunimmt) am Einströmen uns Herz behindert wird. Dieser Mechanismus kann so extrem sein, daß man allein durch die Druckschwankungen im Brustkorb bei bestimmten Atemtechniken ohnmächtig wird, was jeder von Ihnen kennt oder ggfs. ausprobieren kann:

Holen Sie einmal tief Luft und versuchen Sie dann, die Luft gegen geschlossenen Mund und zugekniffene Nase auszuatmen. Wenn Sie das lange genug machen werden Sie zunächst Sternchen sehen und nachfolgend, wenn Sie das Experiment nicht beenden, schwindelig oder sogar ohnmächtig werden. Beim schlimmen Husten kann so etwas beispielsweise auch passieren. Der Grund dafür ist, daß bei der gepreßten Atmung oder beim Husten ein derartig hoher Druck im Brustkorb und damit im Herzen erzeugt wird, daß das Blut nicht mehr ins Herz hinein fließen kann und sich vor dem Eintritt in den Brustkorb staut. Und wenn nichts hinein fließt kann auch nichts aus dem Herzen heraus gepumpt werden. Diese Blutstauung einerseits und Blutleere andererseits bewirkt am Auge das Sternchensehen und am Gehirn Schwindel oder sogar Ohnmacht.

Also: Die Auch die Atembewegungen und die hierdurch bewirkten Druckschwankungen im Brustkorb sorgen dafür, daß das Blut aus den Venen zum Herzen hin fließt.

1. Der 3. Mechanismus ist der sogenannte „Ventilebenen-Effekt“:

Um in die Hauptkammer des Herzens zu gelangen muß das Blut aus der Vorkammer durch die „av-Klappe“ fließen. Im rechten Herzen ist dies die Tricuspidal-, am linken Herzen die Mitralklappe. Beide Klappen liegen in etwa in derselben Höhe, wie Abb. 132 zeigt.

Abb. 132

Wenn sich nun die Hauptkammern zusammenziehen, um zu pumpen ziehen sie diese Ventilebene in Richtung auf die Herzspitze. Sehen Sie sich diesen Vorgang in Film 49 an:

Film 49 (Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

In Phase 1 zu Beginn der Bewegung zieht die Hauptkammer die Ventilebene in Richtung auf die Herzspitze. Hierdurch entsteht in der Vorkammer ein Sog, der dazu führt, daß das Blut sehr schnell aus den zentralen Venen in die Vorkammer angesogen wird.

In Phase 2 erschlafft die Hauptkammer und die Ventilebene verlagert sich wieder in die ursprüngliche Position. In dieser Phase gibt es also keine Sogwirkung der Ventilebene und das venöse Blut fließt gemächlich in Richtung der Vorkammer.

In Phase 3 geschieht letztlich garnichts, Vor- und Hauptkammer liegen still und das Blut fließt jetzt ebenso gemächlich weiter aus den Venen in die Vorkammer.

Am Ende des ganzen Bewegungsablaufes schließlich beginnt die Pumpaktion der Hauptkammer erneut und die Ventilebene wird wieder in Richtung auf die Herzspitze gezogen.

So, nun kennen Sie die wesentlichen Mechanismen, die dazu führen, daß das Blut aus dem Körper zurück ins Herz fließt.

Alle diese Mechanismen, also Pumpbewegung der Hauptkammer und venöser Rückfluß zum Herzen habe ich Ihnen bislang nur so geschildert, wie sie unter Normalbedingungen arbeiten. Aber, was ist schon der Normalzustand? Ein Mensch kann sich körperlich belasten, er kann Fieber haben oder sich im Tiefschlaf befinden. Daher müssen Herz und Kreislauf auch über Mechanismen verfügen, die die Arbeitsweise des Herzens und des Kreislaufes den jeweiligen Gegebenheiten und Erfordernissen anpassen. Über diese Regulationsmechanismen möchte ich nun berichten.

Die Regulation des Kreislaufs

Film 50 (Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

Unabhängig von Umgebungs- und Belastungsbedingungen muss die Blutversorgung zu jedem Zeitpunkt aufrechterhalten bleiben. Es muss sichergestellt werden, dass Herzaktion und Blutdruck immer bestmöglich reguliert werden, alle Organe ein Mindestmaß an Blut erhalten und der Blutstrom entsprechend den Bedürfnissen von den ruhenden hin zu den aktiven Organen verteilt wird, da eine Maximalversorgung aller Organe zur gleichen Zeit nicht möglich ist. Würden alle Organe gleichzeitig maximalversorgt werden, so würde der Blutdruck stark abfallen und zusammenbrechen, weil die Gesamtblutmenge dafür nicht ausreicht. Daher muß der Kreislauf reguliert werden, wobei das Herz und die Gefäße aufeinander abgestimmt arbeiten müssen:

Dorthin, wo viel Blut benötigt wird muß viel Blut fließen, dorthin, wo wenig Blut benötigt wird muß weniger Blut fließen. Damit dies zweckentsprechend funktioniert muß der Kreislauf über verschiedene Bestandteile verfügen:

Die Werkzeuge, die für die Steuerung des Blutflusses zuständig sind,

- die Sensoren (Fühlern), die feststellen, wo gerade wieviel Blut benötigt wird,

- die Informationskanäle, über die die Meßergebnisse der Sensoren an die Steuerungszentrale übermittelt werden und über die Befehle der Steuerzentrale an die Werkzeuge übermittelt werden und schließlich

- die Steuerung des Systems, das die Informationen der Sensoren erhält, verarbeitet und das Ergebnis der „Berechnung“ an die Werkzeuge weiterleitet.

Die Zentralheizung eines Hauses ist ein solches System:

- Die Thermometer in den Zimmern messen, wie warm es ist.

- Sie leiten diese Information an die Steuerungszentrale der Heizung. Die geschieht über Kabel („Informationskanäle“).

- Die Steuerungszentrale weiß, wie warm es in den einzelnen Zimmern sein sollte und wie warm es tatsächlich ist. Sie berechnet dann, ob es in bestimmten Zimmern zu warm oder zu kalt ist. Diese Information leitet sie wieder über Kabel („Informationskanäle“) an die Werkzeuge weiter.

- Die Werkzeuge sind die Heizung des Kessels und die Warmwasserpumpe: Ist es zu kalt dann wird die Heizung des Kessels angefeuert, damit das Wasser im Kessel wärmer wird. Gleichzeitig wird die Warmwasserpumpe auf Touren gebracht, damit mehr warmes Wasser in die Heizkörper gepumpt wird.

Sehen wir also mal, was diesen Bestandteilen einer Zentralheizung am Kreislauf entspricht:

Die Werkzeuge

Es gibt verschiedene:

Schließmuskel der Schlagadern

Es handelt sich um Muskeln, die den Zufluß zu einzelnen Organen oder Körpergebieten regeln. Sie funktionieren wie die Regler an den Heizkörpern: Dreht man sie auf fließt viel Wasser in den Heizkörper, dreht man sie zu fließt entsprechend weniger.

Die Verschlußmuskeln der Arterien arbeiten ebenso:

Es handelt sich um Fasern glatten Muskels, die in der Muskelschicht der Gefäßwand liegen und den Innenraum der kleinen Arterie umschlingen. Ziehen sich diese Muskelfasern zusammen verengen Sie Innenraum des Gefäßes, sodaß sein Durchmesser kleiner wird und weniger Blut hindurch strömen kann. Erschlaffen Sie wird der Durchmesser des Gefäßes wieder weiter und es kann mehr Blut hindurch strömen. Die Steuerung dieser Schließmuskeln erfolgt dadurch, daß der Körper bemerkt, daß in einer bestimmten Gegend wenig oder viel Blut benötigt wird. Wird wenig Blut benötigt verengen die Schließmuskeln das Gefäß, wird viel Blut benötigt erweitern sich die Gefäße.

Arteriovenöse Anastomosen[2]

Bei diesen Gefäßen handelt es sich um Gefäße, die das Kapillarnetz umgehen, sozusagen eine Umgehungsstraße (Abb. 133).

Abb. 133

Sie leiten Blut um ein Gebiet herum, das gerade wenig Blut benötigt. Auf diese Weise wird das umgangene Kapillarsystem nicht mehr durchblutet und das viele Blut, das ansonsten durch die Kapillaren flösse wird nun direkt aus den Schlagadern in die Vene geleitet, sodaß es von hier aus an diejenigen Stellen transportiert werden kann, die einen dringenderen Blutbedarf haben.

In den Wänden dieser Anastomosen befinden sich ebenfalls Schließmuskeln, die in der Lage sind, diese Umgehungsgefäße zu öffnen oder zu schließen, gesteuert wird dieses System ebenfalls über die Messung des Blut- und Sauerstoffbedarfes des Gewebes.

Das klassische Beispiel für solche Anastomosen ist der sogenannte „von Euler-Liljestrand-Reflex[3]“ der Lungen:

Abb. 134: Diese Abbildung stammt von David Lynch, einem genialen medizinischen Illustrator. Das Bild ist im Internet frei erhältlich.

Er betrifft das Verhältnis von Belüftung und Durchblutung der Lungen (Abb. 134). Normalerweise werden die Lungenbläschen bei jedem Atemzug mit frischer Luft und damit mit frischem Sauerstoff belüftet. In den Wänden der Lungenbläschen befindet sich ein Netzwerk von Kapillaren, das von Blut durchströmt wird. Der Sauerstoff aus den Lungenbläschen sickert durch die hauchdünnen Wände der Bläschen und reichert das Blut mit Sauerstoff an.

Nun kann es geschehen, daß einige dieser Lungenbläschen nicht belüftet werden, z.B. weil infolge einer Bronchitis Schleim in den Luftwegen sitzt und den Luftzugang in die Lungenbläschen verhindert. In diesem Fall würde sauerstoffarmes Blut in das Kapillarnetz der Lungenbläschen hinein fließen, aber ebenso sauerstoffarm wieder herauskommen, weil in den Bläschen ja kein Sauerstoff vorhanden ist, der vom Blut aufgenommen werden könnte. Wenn viele Lungenbläschen von dieser Belüftungsstörung betroffen wäre hätte dies zur Folge, das das gesamte Blut weniger an Sauerstoff enthielt.

Um dies zu verhindern wurde der von-Euler-Liljestrand-Reflex erfunden: In bestimmten Teilen der Luftwege wird der Sauerstoffgehalt der Luft gemessen. Ist er niedrig werden die Schließmuskeln der kleinen Arterien vor dem Kapillarnetz der Lungenbläschen aktiviert. Diese verengen sich, sodaß die schlecht belüfteten Lungenbläschen nicht mehr durchblutet werden und gleichzeitig werden die arteriovenösen Anastomosen geöffnet, sodaß das Blut an den nicht ordentlich funktionierenden Lungenbläschen vorbei geleitet wird. Auf diese Weise wird das sauerstoffarme Blut indirekt zu denjenigen Lungenbläschen weiter geleitet, die gut mit Sauerstoff versorgt werden. Durch diesen Mechanismus wird die Durchblutung einzelner Lungenabschnitte in Abhängigkeit von ihrer Belüftung optimal reguliert. Genial, was?

Ein weiteres Werkzeug der Kreislaufregulation ist die

Weite der Körpervenen

Wenn Sie sich an das System des Kreislaufes erinnern dann werden Sie wissen, daß die Arterien die Aufgabe haben, daß sauerstoffreiche Blut zu den einzelnen Organen zu transportieren und die Venen das verbrauchte Blut wieder zurück zu leiten. Dabei haben die Venen aber nicht nur die Aufgabe eines „Abwasserkanals“, sondern sie dienen auch noch als Blutspeicher.

Abb. 135

Wenn Sie sich einmal die Abb. 135 ansehen erkennen Sie sofort, daß die Arterien eine sehr dicke und die Venen eine viel dünnere muskulöse Wand haben. Das hat etwas mit der Funktion der Gefäße und vor allem mit dem Druck zu tun, der in den jeweiligen Gefäßen herrscht (Arterie = hoher Blutdruck, Vene = niedriger Druck). Sind die Muskeln der Venenwand straff gespannt dann ist der Innenraum der Gefäße eng. Und das bedeutet, daß das Blut, das gerade aus den Kapillaren gekommen ist schnell zum Herzen und zur Lunge weitergeleitet wird. Sind die Muskelwände der Venen aber schaff dann erweitert sich der Innenraum der Venen durch den hier herrschenden (wenn auch geringen) Druck. Enge Venen können nicht viel Blut speichern, weitere Venen aber eine ganze Menge. Das Ganze funktioniert wie das Vorflutgelände eines Flusses: Bei normalem Wasserstand ist das Gelände nicht geflutet und alles Wasser befindet sich im Fluß. Bei Hochwasser hingegen geben die Deiche an bestimmten Stellen nach oder es werden Flutventile geöffnet. Ein großer Teil des Wasser strömt nun ins Vorflutgelände, das hierdurch als eine Art Wasserspeicher dient und Städte und wichtige Straßen vor der Überschwemmung bewahren soll.

Genauso funktioniert das mit den Venen auch: Benötigt der Körper gerade viel Blut sind die Venen eng und das Blut wird (wie gesagt) schnell weitergeleitet. Benötigt der Körper aber gerade weniger Blut dann erweitern sich die Venen und die gerade nicht benötigte Blutmenge „versickert“ hier und liegt in Reserve. Wird dann wieder mehr Blut benötigt verengen sich die Venen wieder und führen das „gespeicherte“ Blut dadurch wieder dem Kreislauf zu.

Etwa 70-80% des gesamten Blutes eines Menschen, also etwa 4-5 l befindet sich in den Venen und wenn sich alle Venen des Körpers schlagartig erweitern würden käme praktisch kaum noch Blut am Herzen an und der Blutdruck würde ins bodenlose abfallen. Jeder von uns kennt diesen Effekt der venösen Gefäßerweiterung, nämlich wenn er am Strand liegt und sich in der Sonne braten läßt:

Im Liegen sind alle Venen schön weit, es ist wenig Blut im Umlauf und der Blutdruck ist niedrig. Kommt dann aber der Eismann und man will schnell hinter ihm herlaufen, um noch ein Magnum zu ergattern dann steht man zunächst blitzartig auf. Die Venen sind aber noch weit und das Blut versackt nun gemäß den Gesetzen der Schwerkraft in den Venen der Beine und des Bauches, der Blutdruck fällt ab und man sieht als erstes grüne Sternchen, im fortgeschrittenen Fall wird einem aufgrund der verminderten Durchblutung des Gehirns schwindelig oder man fällt sogar hin. Profis, d.i. diejenigen mit dem Waschbrettbauch und diejenigen, die vor den am Strand meistens anwesenden Schönheiten gut da stehen möchten vermeiden solche peinlichen und werbeunwirksamen Momente dadurch, daß sie sich erst einmal hinsetzen, sich räkeln, strecken und recken und erst dann langsam, aber voller Grandezza aufstehen und dem Eismann mit federndem Lauf nacheilen. Sie machen das deshalb, weil sie den Venen des Körpers durch das langsame Aufrichten aus dem Liegen ins Stehen Zeit geben, sich zu verengen und dadurch das während der liegenden Bratphase venös gestaute Blut zurück in den Kreislauf zu schaffen.

Die Steuerung der Weite der Venen erfolgt aufgrund des Blutdrucks, der an verschiedenen Stellen gemessen wird (Einzelheiten später unter „Steuerung“).

Soviel zu den lokalen Werkzeugen der Kreislaufregulation. Weil Sie hier aber ein Buch über die Funktion des Herzens vor sich haben ist es eigentlich klar, daß auch das Herz selber bei der Kreislaufregulation mitspielt.

Das Herz

Das Herz arbeitet hier durch 3 Mechanismen mit:

- Den STARLING[4]-Mechanismus

- die Inotropie[5] und

- die Herzfrequenz

STARLING-Mechanismus

Der Herzmuskel und seine Pumpkraft ist zwar derjenige Teil des Körpers, der den Kreislauf in Gang halten soll, dennoch kann auch er auf die verschiedenen Gegebenheiten reagieren. Für diese eigene Regulation seiner Pumpkraft spielt ein Mechanismus eine Rolle, den man FRANK-STRAUB-STARLING-Mechanismus nennt (benannt nach seinen Entdeckern).

Dieser Reflex hat etwas damit zu tun, wie stark eine Herzmuskelfaser gedehnt wird. Stellen Sie sich einmal ein Experiment vor, in dem Sie eine Muskelfaser nehmen, sie zwischen 2 Stöcken befestigen, die Muskelzelle dann mit einem elektrischen Stromstoß reizen und zum Zusammenziehen bringen und dann die Kraft messen, mit der sich die Muskelfaser zusammen zieht (Film 51, beachten Sie das blaue Kraft-Meßgerät rechts im Film).

Film 51 (Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

Und dann führen Sie dasselbe Experiment durch, nachdem Sie den Muskel zuvor etwas stärker gedehnt haben (Film 52). Sie reizen den Muskel erneut durch einen kleinen Stromimpuls und messen erneut die Kraft, mit der er sich zusammenzieht.

Film 52 (Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

Auf diese Weise können Sie feststellen, wie stark sich der Muskel zusammenzieht, wenn er in verschiedenem Ausmaß gedehnt wurde. Man erhält dabei eine Kurve, wie Sie sie in Abb. 136 sehen.

Abb. 136

In diesem Diagramm sehen Sie 2 wichtige Kurven: Die Ruhe-Dehnungskurve und die Kurve der isovolumetrischen Maxima.

Ruhe-Dehnungskurve: Die „Vordehnung“ der Kammer ist abhängig von der Füllung der Kammer. Je stärker die Kammer gefüllt ist, d.h. je mehr Volumen sich in ihr befindet desto stärker sind die Muskelfasern gedehnt. So wie bei einem Luftballon: Je stärker er aufgeblasen wird desto stärker ist die Gummiwand gedehnt. Auf der einen Achse des Diagramm steht als Ersatz für die „Vordehnung“ nun das Volumen der Herzkammer.

Kurve der isovolumetrischen Maxima: Sie ergibt sich daraus, daß man den Herzmuskel von jedem Punkt seiner Vordehnung zur Zuckung, d.i. zum Zusammenziehen bringt und dann mißt, welche Kraft, d.i. welchen Druck er dabei entwickeln kann. Für die Betrachtung dieses Diagramm ist der rechte Teil der grünen Kurve wichtig: Er zeigt Ihnen nämlich, daß dieser Automatismus ( größere Vordehnung => größere Kraftentfaltung) nicht unendlich ist. Es gibt einen Punkt, an dem die Vordehnung der Muskeln so groß ist, daß die Kraftentfaltung der Muskulatur sogar wieder abnimmt. Man sagt hierzu, daß der Herzmuskel „überdehnt“ ist.

Mit Hilfe dieser beiden Kurven kann man nun die Arbeitsweise des Herzens bestimmen (Abb. 137:

Abb. 137

Betrachten Sie zunächst Bild 1: Die Herzkammer ist mit einem bestimmten Volumen gefüllt („1“). Ausgehend von diesem Füllungsvolumen kann man nun denjenigen („Dehnungs-“) Druck bestimmen, der bei diesem Volumen herrscht („b“) und denjenigen Druck, den die Herzkammer maximal aufbringen könnte („a“).

Nun wird dieser maximale Druck gemessen, wenn sich die Herzkammer nicht entleeren kann, wenn die Ausgangsklappe der Herzkammer während der gesamten Kontraktion geschlossen wäre, denn die grüne Kurve heißt ja „Kurve der isovolumetrischen Maxima“ und das bedeutet: Kraftentfaltung bei stets gleichem Volumen.

In der Praxis arbeitet die Herzkammer aber so, daß sie sich zunächst wirklich ohne eine Änderung ihres Volumen zusammen zieht („isovolumetrischer Anteil“ der Kontraktion). Aber zu einem bestimmten Zeitpunkt öffnet sich ja die Ausgangsklappe der Kammer (in diesem Beispiel des linken Ventrikels: Die Aortenklappe, siehe Bild 2) („Austreibungsphase“).

Und von diesem Zeitpunkt an kontrahiert die Herzkammer weiter, ihr Volumen nimmt aber ab, d.h. es wird Blut aus der Kammer ausgepumpt und ihr Volumen nimmt ab. Es wird nun nicht mehr der maximale isovolumetrische Druck erzeugt werden, weil ein Teil der Energie der Muskelkontraktion nun für die Beförderung des Blutvolumens verbraucht wird. Das unter diesen Verhältnissen erzeugte Druckmaximum liegt also irgendwo zwischen dem Füllungsdruck der Kammer zu Beginn ihrer Kontraktion („b“ in Bild 1) und dem isovolumentischen Maximum („a“ in Bild 1).

Den unter diesen Bedingungen erzeugten maximalen Druck kann man ermitteln, indem man die Punkte des Füllungsdruck („b“) und des isovolumetrischen Drucks („a“) miteinander verbindet. Man erhält auf diese Weise die „Kurve der Unterstützungszuckung“ oder die „U-Kurve“. (Es würde an dieser Stelle zu weit führen, wenn ich erklären sollte, warum die Kurve „Unterstützungszuckung“ heißt; googlen Sie es mal.)

Also: Die Aortenklappe hat sich geöffnet und Blut wird ausgepumpt, bis der maximale Druck erreicht worden ist (Bild 3). Nun erschlafft das Herz wieder, ohne daß es sich zunächst wieder mit Blut füllt (Bild 4).

Am Ende der Erschlaffung öffnet sich die Eingangsklappe in die Herzkammer (linker Ventrikel = Mitralklappe) und die Herzkammer füllt sich wieder (Bild 4) mit einem bestimmten Volumen. Das Spielchen kann mit dem nächsten Herzschlag wieder beginnen.

Das Blutvolumen, das die Herzkammer während einer solchen Aktion ausgepumpt hat nennt man „Schlagvolumen“ (roter Doppelpfeil in Bild 4).

Diese Art der Darstellung der Arbeitsweise der Herzkammer bezeichnet man als „Arbeitsdiagramm des Herzens (blaues Rechteck in Abb. 138 und Film 53).

Abb. 138

Film 53 (Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

Ein sehr wichtiger Beginn in einem solchen Arbeitsdiagramm ist das „Schlagvolumen“, d.i. diejenige Menge Blut, die die Herzkammer mit jedem Schlag auspumpt. In Abb. 140 ist dieses Schlagvolumen mit dem blauen Doppelpfeil gekennzeichnet.

Abb. 140

Und es gibt weitere Begriffe, die Sie kennen sollten (Abb. 140 und 141):

Abb. 141

„Systole“: Pumpphase des Herzens

„Diastole“ Füllungsphase des Herzens

„enddiastolischer Druck“: Druck im Herzen zum Zeitpunkt, an dem die Füllungsphase des Herzens endet

„endsystolischer Druck“: Druck im Herzen zum Zeitpunkt, an dem die Pumpphase des Herzens endet

„enddiastolisches Volumen“: Volumen der Herzkammer zum Zeitpunkt des Endes ihrer Füllungsphase

„endsystolisches Volumen“: Volumen der Herzkammer zum Zeitpunkt des Endes ihrer Füllungsphase.

Soweit so gut. Sie werden nun zu Recht fragen, was dies alles mit der Regulation der Kreislauffunktion zu tun haben. Und weil dies eine berechtigte und gute Frage ist werde ich es Ihnen erklären:

Stellen Sie sich einmal vor, der Blutdruck würde (warum auch immer) ansteigen. Sehen Sie die Ereignisse in Film 54 und betrachten Sie zunächst einfach das Geschehen, ohne zu versuchen, den Film zu verstehen.

Film 54 (Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

Und nun sehen Sie sich als nächstes die Abb. 142 und 143 an, in der die wichtigsten Schritte dieses Films als Bild dargestellt sind:

Abb. 142

Abb. 143

In Phase 1 arbeitet die Herzkammer normal, wie ich es zuvor beschrieben hatte. Dabei wird die Menge des ausgepumptes Blutes mit dem Doppelpfeil „a“ dargestellt (Schlagvolumen).

In Phase 2 steigt der Blutdruck an („b“). Die Folge, wenn man das Arbeitsdiagramm mit diesem neuen erhöhten Druck benutzt ist die rote Ruhe-Dehnungskurve. Sie zeigt, wie das Herz arbeiten würde, wenn man den Druck, den es erzeugen muß plötzlich und schlagartig ansteigt (rotes Rechteck). Sie können hoffentlich sofort erkennen, was die Konsequenz ist:

Das endsystolische Volumen, d.i. dasjenige Blutvolumen, das in der Kammer übrig bleibt ist gegenüber einem normalen Schlag erhöht, d.h. das Herz entleert sich nicht in der normalen Weise. Und wenn das endsystolische Volumen zunimmt dann nimmt logischerweise das Schlagvolumen („c“) ab (vergleichen Sie „c“ mit dem Schlagvolumen „a“ eines normalen Schlages).

Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die Herzkammer zwar in der Lage ist, einen deutlich erhöhten Blutdruck zu produzieren, dies aber nur um den Preis eines deutlich verminderten Schlagvolumens.

Diese Verminderung des Schlagvolumens wiederum mag der Körper des Menschen nicht. Denn die einzelnen Organe interessieren sich weniger für den gerade herrschenden Blutdruck, sondern sie sind daran interessiert, ausreichend Blut zu bekommen, damit der Stoffwechsel immer genügend Nachschub erhält. Was passiert?

In Phase 3 (Abb.143) sehen Sie es:

Das Herz füllt sich nun wieder mit dem „normalen“ Schlagvolumen („d“). Ausgehend von einem erhöhten endsystolischen Volumen hat dies zur Folge, daß die Herzkammer am Ende der Diastole nun mit einer größeren Blutmenge gefüllt ist als im Normalfall. Mit anderen Worten:

„4“ in Abb. 143: Der Preis, den das Herz dafür bezahlen muß, daß es akut einen höheren Blutdruck aufbringen muß ist seine Vergrößerung. Jedes Herz, daß erhöhten Druck produziert ist daher größer als das normale Herz.

„Großartig!“ werden Sie nun sagen. Dann kann ja nichts schief gehen, wenn das Herz auch mit kurzfristigen und akuten Änderungen der Druckanforderungen fertig werden kann.

Das ist irgendwie schon richtig, aber das „nix schief gehen“ kann stimmt nicht so richtig. Denn auf diesem Planeten ist nichts umsonst, für alles muß man bezahlen. Und so ist das auch für die Größenzunahme des Herzens:

Das hat etwas mit der Wandspannung des Herzens zu tun. Ich möchte an dieser Stelle nicht genauer darauf eingehen, denn das würde den Rahmen einer einfachen Übersicht über die Arbeitsweise des Herzens sprengen. Ich möchte nur soviel sagen:

Umso größer das Herz ist und umso mehr die Herzmuskelfasern gedehnt werden desto größer ist die sog. Wandspannung des Herzens (Gesetz nach LaPlace). Und umso größer die Wandspannung des Herzens ist desto größer ist der Sauerstoffbedarf des Herzens. Das bedeutet, daß ein vergrößertes Herz einen sehr viel höheren Sauerstoffbedarf hat als ein normal großes.

OK, werden Sie wieder sagen, was soll´s, dann bekommt der Herzmuskel einfach soviel Sauerstoff und Blut geliefert wie er benötigt.

Ist vom Grundsatz auch in Ordnung, jedenfalls solange die Lieferwege des Sauerstoffes, d.i. die Herzkranzarterien gesund und nicht verengt sind. Das ist aber nicht so selbstverständlich, denn es gibt Umstände, die dazu führen, daß sowohl die Druckbelastung des Herzens auf Dauer (!) erhöht ist und diese Druckbelastung gleichzeitig auch einen Risikofaktor für die Herzkranzarterien darstellt: Die Hochdruckkrankheit beispielsweise.

Bei dieser Krankheit wird das Herz (durch wen oder was auch immer) veranlaßt, einen z.T. stark erhöhten Blutdruck zu produzieren (was auf Dauer zur Herzvergrößerung und damit zum vermehrten Sauerstoffbedarf führt). Wenn die Hochdruckkrankheit aber zur Verengung von Herzkranzarterien führt kann dieser vermehrte Sauerstoffbedarf nicht mehr bedient werden.

Oder: Bei einer Verengung der Ausgangsklappe der linken Herzklappe (Aortenklappenstenose) muß das Herz einen deutlich erhöhten Druck aufbringen, um das Blut durch die verengte Klappe hindurch zu pressen. Auch diese Druckbelastung führt zur Größenzunahme und zum vermehrten Sauerstoffbedarf des Herzens. Diese Art der Druckbelastung stellt aber keinen Risikofaktor für die Gesundheit der Schlagadern dar, weil außerhalb der Herzkammer normale Blutdrücke herrschen (im Idealfall jedenfalls). Das bedeutet, daß bei dieser Krankheit die Herzkranzgefäße eigentlich gesund und nicht verengt sein sollten.

Und trotzdem kann es dazu kommen, daß der Sauerstoffbedarf des Herzmuskels nicht bedient werden kann, nämlich dann, wenn der Sauerstoff- und damit der Blutbedarf des Herzmuskels derartig groß ist, daß auch die gesündesten Koronararterien dies nicht bewerkstelligen können. Stellen Sie sich ein Mietshaus vor, dessen Bewohner Wasser für Badewanne, Spülmaschine, Kaffeemaschine und zum Zähneputzen benötigen. Wenn Sie einen Gartenschlauch nehmen, um das ganze Haus mit Wasser zu versorgen wird das nicht funktionieren, denn der Schlauchdurchmesser ist dazu einfach zu gering. Sie brauchen schon ein dickes Rohr wie dasjenige, mit dem die Stadtwerke die nötige Wassermenge anliefern können.

Also: Der FRANK-STRAUB-STARLING-Mechanismus stellt einen wichtigen Mechanismus dar, mit dessen Hilfe das Herz auf veränderte Arbeitsbedingungen reagieren kann. Er ist für das Herz nicht kostenlos erhältlich, sondern führt zur Größenzunahme und zum vermehrten Sauerstoffbedarf des Herzens. Und weil dies auf Dauer nicht gut ist hat das Herz ebenfalls Mechanismen entwickelt, um diesen vermehrten Sauerstoffbedarf trotz anhaltender Druckbelastung wieder zu vermindern. Hierzu aber an derer Stelle mehr.

Nun stellt eine akute Druckbelastung aber nicht die einzige Herausforderung für das Herz dar. Es gibt nämlich noch 2 andere problematische Situationen: Eine vermehrte Volumenbelastung der Herzkammern und eine Schwächung des Herzmuskels.

Zu einer Schwächung des Herzmuskels kommt es unter normalen, d.i. gesunden Betriebsverhältnissen eines Menschen eigentlich nie. Schwächungen des Herzmuskels sind in der Regel auf Krankheiten zu beziehen. Z.B. durch eine Herzmuskelentzündung oder durch eine Durchblutungsstörung des Herzmuskels.

Auch in solchen Situationen Hilfe der STARLING-Mechanismus.

Film 55 (Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

Sehen Sie sich zunächst wieder Film 55 an ohne ihn verstehen zu wollen und betrachten Sie anschließend die Abb. 144 und 145 mit dem Arbeitsdiagramm des Herzens:

Abb. 144

Abb. 145

In Bild 1 sehen Sie die Ruhe-Dehnungskurve (rot) und die Kurve der isovolumetrischen Maxima des gesunden Herzens (grüne Kurve). eingezeichnet ist auch das Arbeitsdiagramm des gesunden Herzens (blaues Rechteck) und das Schlagvolumen („a“). Eingetragen ist aber auch die Schwächung des Herzmuskels in Form der veränderten Kurve der isovolumetrischen Maxima (blaue Kurve).

In Bild 2 sehen Sie nun das Arbeitsdiagramm dieses geschwächten Herzens (rotes Rechteck). Sie können sofort erkennen, welche Auswirkungen die Schwächung des Herzens hat:

Der Blutdruck sinkt ab („b“) und das Schlagvolumen nimmt ebenfalls deutlich ab („c“).

Beides mag der Körper des Betroffenen nicht, sodaß nun der STARLING-Mechanismus tätig wird:

Bild 3: (Abb. 145) Das Herz füllt sich, ausgehend von einem erhöhten endsystolischen Volumen mit dem „normalen“ Schlagvolumen, das der Körper nun einmal zur ausreichend Versorgung seiner Organe benötigt („d“ in Bild 3) und schließlich wie auch der abgesunkene Blutdruck gesteigert und wieder auf „Normalmaß“ eingestellt („e“ in Bild 4).

Bild 5: Und am Ende hat das Herz mit Hilfe des FRANK-STRAUB-STARLING-Mechanismus auch die Schwächung des Herzmuskels bewältigt, aber der Preis dafür lautet erneut Größenzunahme („f“ in Bild 5) und vermehrter Sauerstoffbedarf des Herzens.

Solche Kompensationsvorgänge erfolgen natürlich nicht schlagartig, so wie ich Ihnen dies in Abb. 144 und 145 zeige, sondern sie erfolgen kontinuierlich über mehrere Schläge, indem die zu den jeweiligen Volumina und drücken der Herzkammern jeweils gültigen Arbeitsdiagramm stufenweise angepaßt werden, was ich in Film 55 habe zeigen wollen.

Abb. 146

Auch hier ist also die Größenzunahme des Herzens die logische Konsequenz des Verfahrens. Und daß dies keine reine Theorie ist möchte ich Ihnen in Abb. 146 zeigen, wo Sie links ein normal großes und rechts das deutlich vergrößertes Herz eines Menschen sehen, dessen Herzkraft durch eine Alkoholkrankheit deutlich geschwächt wurde.

Der vermehrte Sauerstoffbedarf des Herzens stellt bei Menschen mit geschwächtem Herzmuskel in vielen Fällen ein besonderes Problem dar. Wenn die Herzschwäche beispielsweise derartig stark ist, daß das Herz die Bedürfnisse des Organismus auch mit Hilfe des STARLING-Mechanismus nur so mit Ach und Krach bedienen kann muß es auf weitere Hilfsmechanismen zurück greifen (z.B. die Zunahme der Herzfrequenz oder des Blutvolumens), die aber den Sauerstoffbedarf des Herzens ebenfalls steigern. Und so kann auch hier eine Situation eintreten, in der die Blutversorgung des Herzmuskels auch bei gesunden Kranzgefäßen nicht mehr ausreicht. Ganz zu schweigen davon, was passiert, wenn die Herzkranzarterien selber erkrankt und damit verengt sind.

Und schließlich kann der Herzmuskel auch derartig geschwächt sein, daß der STARLING-Mechanismus nicht mehr ausreicht und eine Situation eintritt, die man mit „Dekompensation“ bezeichnet: Das Herz wird immer größer und kann die Blutbedürfnisse des Körpers dennoch nicht befriedigen. Sehen Sie dies in Film 56:

Film 56 (Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

Die Schwächung des Herzens, z.B. durch einen riesigen Herzinfarkt oder eine schwere Herzmuskelentzündung wird durch die Absenkung der Kurve der isovolumetrischen Maxima (Pfeile) gekennzeichnet.

Wenn das Herz angesichts dieser massiven Schwächung versucht, das erforderliche Schlagvolumen zu produzieren wird es aus den vorhin genannten Gründen immer größer (rote Linien an der Volumen-Skala) und schließlich sinkt sogar der Blutdruck (blaue Linien an der Druck-Skala).

In diesem Beispielfilm ist die Schwächung des Herzmuskels derartig massiv, daß der Anpassungsprozess des Herzens nicht ausreicht, um ein notwendiges Schlagvolumen zu produzieren, ob wohl das Herz immer größer wird. Am Ende des Films ist der Prozess noch nicht beendet und würde immer weiter gehen: Trotz erheblicher Zunahme des Herzvolumens würde der Druck am Ende dennoch zusammenbrechen. Übertragen auf das Leben bedeutet dies: Das Herz versagt und der Mensch stirbt am Pumpversagen seines Herzens.

Bei wirklich kapitalen Schwächungen des Herzens geschieht dies auch, aber bei nicht ganz so ausgeprägten Schwächungen kann das Herz diesem Vorgang entgegen wirken. So kann es seine Inotropie steigern und das Blutvolumen steigern, ich werde im späteren Verlauf dieses Kapitels noch darauf zu sprechen kommen.

Sie haben also jetzt die STARLING-Kurven einer Druckbelastung und eines geschwächten Herzens gesehen. Fehlt noch die sog. „Volumenbelastung“.

Sie tritt dann auf, wenn beispielsweise die Ausgangsklappe einer Herzklappe undicht ist (z.B. bei einer Aortenklappeninsuffizienz). Die Folge ist, daß Blut, das gerade aus der Herzkammer ausgepumpt wurde wieder in die Herzkammer zurück strömt und dann ein weiteres Mal ausgepumpt werden muß. Diese Belastung der Herzfunktion durch das zurück fließende Blut (-volumen) bezeichnet man „Volumenbelastung“. Wie reagiert das Herz mit Hilfe des STARLING-Mechanismus darauf?

Sehen Sie zunächst das Problem mit der undichten Herzklappe in Film 57.

Film 57 (Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

Sie sehen die schematische Ansicht der linken Herzkammer mit dem Einlaßventil (grün, Oberseite der Kammer) und die Auslaßklappe (schwarz, rechte Seite der Kammer). Wenn die Auslaßklappe der Herzkammer undicht ist hat dies zur Folge, daß ein Teil des Blutes, das soeben ausgepumpt wurde in die Herzkammer zurück fließt. Das hat wiederum logischerweise zur Folge, daß das Blutvolumen in der Kammer zunimmt.

Nun ist es ja die Aufgabe des Herzens, den Körper mit einer bestimmten Menge Blut zu versorgen, sagen wir der Einfachheit halber einmal, daß mit jedem Herzschlag 100 ml Blut in den Körper ausgepumpt werden muß, damit der Körper ausreichend versorgt wird.

Wenn durch die undichte Klappe nun 30 ml wieder zurück in die Herzkammer und nicht nach vorne in Richtung auf den Körper fließen dann bedeutet dies, daß die Herzkammer mit jedem Schlag insgesamt 130 ml Blut pumpen muß: 30 ml fließen wieder zurück, 100 ml fließen in den Körper. Das Herz muß also ein größeres Blutvolumen pumpen, daher spricht man in diesen Fällen von der „Volumenbelastung“ des Herzens.

Und nun sehe Sie in Abb. 147, was nach dem STARLING-Mechanismus passiert:

Abb. 147

In Bild 1 sehen Sie zunächst das schon bekannte Arbeitsdiagramm des normal arbeitenden Herzens (blaues Rechteck) mit dem normalen Schlagvolumen (blauer Pfeil).

Wenn dieses normale Schlagvolumen nun um die Menge des unnützerweise zurück fließenden Blutes vergrößert wird (b) dann ergibt sich daraus ein anderes Arbeitsdiagramm (c), dessen enddiastolisches Volumen logischerweise größer ist.

In Bild 2 sehen Sie nun, wie sich das Arbeitsdiagramm diesem vergrößerten Schlagvolumen anpaßt: Das enddiastolische Volumen wird deutlich größer.

Auch für diesen Fall gilt also, daß das Herz in der Lage ist, ein vergrößertes Volumen zu pumpen, daß es dafür aber den Preis eines deutlich vergrößerten enddiastolischen Volumens bezahlen muß.

Wenn nun das enddiastolische Volumen zunimmt dann geschieht etwas, was man als „Zunahme der Wandspannung des Herzens“ bezeichnet. Was ist das jetzt wieder? Es hat etwas mit dem „Gesetz von LaPlace“ zu tun.

Das LaPlace-Gesetz

Der Marquis de LaPlace war während der französischen Revolution ein Mathematiker und Physiker, unter Napoléon sogar Innenminister. Er hat die Beobachtung gemacht, daß die Spannung in der Wand eines elastischen Körpers von verschiedenen Faktoren abhängig ist: Vom Druck innerhalb des elastischen Körpers, von dessen Radius und der Dicke der Wand dieses Körpers:

Meines Wissens gab es damals noch keine Luftballons aus Gummi, denn wenn es sie gegeben hätte wären Kindergeburtstage während der französischen Revolution richtig lustig gewesen und die Weltgeschichte wäre vielleicht ganz anders gelaufen. Man kann den von LaPlace entdeckten Zusammenhang aber an einem solchen Luftballon perfekt studieren:

Blasen Sie den Ballon prall auf dann werden Sie merken, daß die Gummiwand des Ballons prall gespannt ist (= große Wandspannung), blasen Sie ihn weniger auf ist die Wand des Ballons weniger stark gespannt (= geringere Wandspannung).

LaPlace wäre nicht Napoléons Innenminister geworden wenn er diese Beobachtung nicht auch gleich in eine mathematische Formel umgesetzt hätte:

Wandspannung = Druck * Radius ___________ Wanddicke

Auf das Herz übertragen bedeutet dies, daß die Spannung in der Wand der Herzkammer um so höher ist desto größer die Herzkammer ist.

Nun hat der Körper und alle seine Bestandteile die Angewohnheit, nach Möglichkeit alles im Normbereich zu halten. Sinkt der Blutdruck ab werden Mechanismen aktiviert, die ihn wieder steigern; steigt der Blutzuckerwert im Blut zu stark an wird Insulin produziert, um ihn wieder zu senken und wird der Körper (z.B. im Sommer) zu warm schwitzt man zur Erzeugung von Verdunstungskälte. Und das Herz?

Wandspannung = Druck * Radius ___________ Wanddicke

Man kann aus der oben stehenden Formel ersehen, daß sich nur 1 Möglichkeit zur Verminderung der Wandspannung ergibt:

Blutdruck? Geht nicht, weil die verschiedene Organe einen bestimmten Druck benötigen, um vom Blut durchströmt zu werden. Radius? Geht auch nicht, weil das Herz ja gerade wegen seiner Anpassung an gesteigerte Druck- bzw. Volumenbedürfnisse gemäß des STARLING-Mechanismus größer werden mußte. Also bleibt nur die Wanddicke. Und genau das geschieht:

Die Wand der Herzkammer wird dicker in dem Bestreben, die Wandspannung wieder zu normalisieren. Aus diesem Grund hat die linke Herzkammer bei Druckbelastungen (z.B. bei der Hochdruckkrankheit) oder bei der Volumenbelastung (z.B. bei einer undichten Aortenklappe) eine viel dickere Wand als dies ein normales Herz hätte.

Na und, werden Sie das nun sagen, was soll´s? Dünne oder dicke Wand, Hauptsache, die Pumpe pumpt soviel wie sie soll!

Ist im Prinzip richtig, aber nur ebenso richtig wie die Aussage Ihres Autohändlers, dem Sie sagen, Sie könnten sich den neuen Maserati eigentlich nicht leisten und müßten sich Geld leihen. Angesichts der niedrigen Zinsen, die die Banken derzeitig für Darlehen verlangen wird er Ihnen sagen: „Kaufen Sie das Auto ruhig, das Geld kostet ja nix“. Böser Spruch, denn natürlich müssen sie für das geliehene Geld Zinsen zahlen, auch wenn es augenblicklich nur wenig ist. Solange alles gut bei Ihnen läuft ist alles klar und Sie können diese Zinsen auch bezahlen. Aber wehe, wenn irgendetwas schief läuft und Sie beispielsweise Ihre Arbeit verlieren. Dann fallen die Einnahmen weg und Sie werden möglicherweise Schwierigkeiten bekommen, die Zinsen zu zahlen.

Zinsen? Herz? Wie hängt das zusammen?

Es hat etwas mit dem Sauerstoffbedarf des Herzens zu tun:

Wenn der Herzmuskel dicker wird dann nimmt seine Masse zu. 5 dicke Äpfel wiegen schließlich auch mehr als 5 kleine. Und wenn die Herzmasse zunimmt dann nimmt sein Sauerstoffbedarf zu.

Warum das so ist kann ich Ihnen nicht leicht verständlich erklären. Sie können Sie nur ganz einfach mit einer Stadt und deren Nahrungsbedarf vergleichen: Ein kleines Dorf auf dem Land mit nur wenigen Bewohnern benötigt weniger Brot, Milch und Marmelade als eine Großstadt mit seinen Tausenden von Einwohnern. Und so ist es mit dem Herzmuskel auch: Je dicker er wird und desto mehr Muskelmasse es gibt desto größer ist sein Sauerstoffbedarf (Abb. 148).

Abb. 148

Und dies bringt mich wieder zurück zum Herzen und den vorhin erwähnten Zinsen für das neue Auto:

Solange alles mit dem Herzen in Ordnung ist spielt dieser vermehrte Sauerstoffbedarf keine Rolle, denn durch die Herzkranzgefäße wird genügend Nachschub angeliefert. Nun kann es aber vorkommen, daß die Herzkranzgefäße krank werden und sich verengen. Und in diesem Fall entsteht das Problem:

Gesunde Kranzgefäße können jede Menge Blut anliefern, verengte Adern aber nur entsprechend ihrer Verengung weniger. Und kann es zu einer verminderten Sauerstoffversorgung des Herzmuskels mit den entsprechenden Folgen (Schwächung des Herzmuskels, Herzrhythmusstörungen) kommen.

Also, fassen wir es mal zusammen:

Das Herz muß aus welchen Gründen auch immer einen erhöhten Druck produzieren oder ein vergrößertes Blutvolumen pumpen ➔ aufgrund des STARLING-Mechanismus reagiert das Herz darauf mit einer Vergrößerung der Herzkammern ➔ die Vergrößerung der Kammer führt zur Zunahme der Wandspannung ➔ das Herz gleicht diese vermehrte Wandspannung durch eine Verdickung seiner Wand aus ➔ die Verdickung der Wand führt zu einer Zunahme des Sauerstoffbedarfs des Herzens.

Das Herz hat noch eine weitere Möglichkeit, sich an veränderte äußere Arbeitsbedingungen anzupassen, nämlich die Zunahme der Inotropie.

Zunahme der Inotropie

Mit „Inotropie“ bezeichnet man die Kraft, mit der sich die Herzmuskeln und damit die Herzkammern zusammenziehen können. Sie können dies sehr gut am Arbeitsdiagramm des Herzens verstehen (Abb. 149):

Abb. 149

Die grüne Kurve zeigt die normalen isovolumentrischen Maxima, d.i. die maximale Druckentfaltung einer Herzkammer bei einem bestimmten enddiastolischen (Füllungs-) Volumen. Die rote zeigt die Kurve bei erhöhter Inotropie, d.i. verstärkter Herzkraft. Man kann sehr einfach sehen, daß die Herzkammer bei demselben Füllungsvolumen einen sehr viel größeren Druck produzieren kann (blauer Pfeil). Und was hat das für Auswirkungen?

Abb. 150

Sehen Sie zunächst die Druckbelastung: Sie sehen in Abb. 150 (wie schon in einem vorherigen Bild vorgeführt) 3 Phasen der Anpassung des Herzens an eine Druckbelastung:

In Bild 1 sehen Sie zunächst die grüne Kurve mit der normalen Inotropie (= Pumpkraft) des Herzens und das daraus resultierende Schlagvolumen der Herzkammer („b“).

Sie sehen ebenfalls den Verlauf der isovolumetrischen Kurve unter erhöhter Inotropie (rote Kurve) und die Situation, in der das Herz einen erhöhten Blutdruck produzieren muß („a).

In Bild 2 habe ich mal so getan, als würde die Drucksteigerung („a“) ganz plötzlich von einem Herzschlag auf den nächsten aufgetreten sein. Sie sehen nun die Arbeitsdiagramm dieses 1. Schlages „danach“:

Das Herz mit der normalen Inotropie (grüne Kurve) schafft es nicht, das ganze notwendige Schlagvolumen auszupumpen, denn seine Kraft geht zum Teil dafür verloren, den höheren Druck aufzubauen. Das Schlagvolumen ist somit kleiner als normal („e“). Das Herz mit der erhöhten Inotropie (rote Kurve) hingegen schafft es, sowohl das erforderliche Schlagvolumen auszuwerfen als auch den erhöhten Blutdruck zu produzieren.

In Bild 3 schließlich sehen Sie, wie das Herz nach einer gewissen Weile arbeitet, wenn sich alles stabilisiert hat:

Bei Herzen, also sowohl das mit der normalen als auch das mit der erhöhten Inotropie schaffen es, den erhöhten Blutdruck zu produzierten. Das Herz mit der normalen Inotropie zahlt hierfür allerdings den Preis, daß sein enddiastolisches Volumen und damit sein Sauerstoff- bzw. Energieverbrauch zugenommen hat.

Nun ist es aber nicht so, daß das Herz mit der erhöhten Inotropie nichts dafür bezahlen müßte, daß es einen höheren druck aufbringen muß. Denn die Erhöhung der Inotropie ist ebenfalls energiebedürftig und wenn man es einmal genau nähme steigt der Energiebedarf eines Herzens mit Steigerung der Inotropie sogar mehr als lediglich durch die Vergrößerung des enddiastolischen Volumens. Also hat das Herz durch die Zunahme eigentlich sogar ein schlechtes Geschäft gemacht. Warum tut es dann so etwas Unsinniges?

In Wahrheit macht es beides: In einer kombinierten und irgendwie aufeinander abgestimmten Weise erhöht es sowohl sein enddiastolisches Volumen als auch die Inotropie. Es wird dabei schon irgendwie darauf achten, daß nach Möglichkeit (!) keiner der beiden Mechanismen überwiegt und daß der Sauerstoffverbrauch insgesamt nur so gering als irgendwie möglich gesteigert wird. Wie das Herz dies hinbekommt weiß ich nicht. Aber irgendwie sage ich mir auch, daß es sich bei solchen Vorgängen wie akute Drucksteigerungen um außergewöhnliche Notfallsituationen handelt, auf die das Herz ebenso akut antworten muß, weil´s sonst vorbei ist mit dem Leben. Und wie das in Notfallsituationen so ist: Da kommt´s nicht auf Details an und (denken Sie an die Euro-Krise): Kopf einziehen und durch nach der Parole: „Egal wie, Hauptsache am Leben bleiben; um die Behebung der Schäden kümmern wir uns später!“

Über diesen kleinen philosophischen Exkurs werden Sie sicherlich nicht vergessen haben, daß neben der Antwort des Herzens auf eine Drucksteigerung auch eine Antwort auf eine vermehrte Belastung des Herzens mit Blutvolumen gefordert ist, z.B. bei einer undichten Herzklappe oder dann, wenn der Mensch (oder der Hund oder das Eichhörnchen oder das Pferd) plötzlich ganz schnell laufen muß und daher ein erheblich größeres Blutvolumen als normalerweise pumpen muß. Was in diesen Situationen geschieht sehen Sie in Abb. 151:

Abb. 151

In Bild 1 sehen Sie wieder die isovolumetrischen Kurven für den normalen Herzmuskel und denjenigen mit erhöhter Inotropie. Sie sehen auch das Schlagvolumen für die normale Inotropie („b“) und das (warum auch immer) gesteigerte Schlagvolumen der „abnormen Situation“.

In Bild 2 sehen Sie schließlich den Endzustand:

„d“ zeigt Ihnen das Schlagvolumen im Normalfall ohne gesteigertes Schlagvolumen. „f“ zeigt Ihnen das stark erhöhte enddiastolische Volumen, mit dem das Herz mit normaler Inotropie das erhöhte Schlagvolumen pumpt.

Und „e“ zeigt Ihnen das enddiastolische Volumen, mit dem ein Herz mit erhöhter Inotropie dasselbe stark erhöhte Schlagvolumen pumpt.

Was lernen Sie?

Auch bei der Volumenbelastung schafft es das Herz mit Hilfe einer Steigerung seiner Pumpkraft (= Inotropie), das erhöhte Schlagvolumen mit kleinerem enddiastolischem Volumen zu bewältigen als dies ein „normal“ arbeitendes Herz tun könnte.

Auch hier gilt aber, daß der Sauerstoffbedarf des Herzens durch eine Zunahme der Inotropie stärker erhöht wird als durch die Erhöhung des enddiastolischen Volumens. Und auch hier gilt, daß ich Ihnen auch jetzt nicht erklären kann, warum das Herz das tut.

Der STARLING-Mechanismus ist etwas, das ohne Beeinflussung von außen, d.h. ohne Befehl von irgendjemandem vollautomatisch abläuft. Das Herz regelt dies sozusagen selbstständig. Mit der Zunahme der Inotropie ist das etwas anderes, denn zur Erhöhung der Inotropie bekommt das Herz einen Befehl von „ganz oben“, aber dazu später.

Herzfrequenz

Auch die Geschwindigkeit des Herzschlages hat Auswirkungen auf die Arbeitsleistung des Herzens. Sie kennen das, wenn Sie sich körperlich anstrengen und z.B. wie jeden Morgen Ihren Jogging-Lauf durch den Stadtpark unternehmen:

Wenn Sie starten ist der Herzschlag normal, laufen Sie aber erst einmal eine weile nimmt die Herzfrequenz zu, d.h. das Herz schlägt nun schneller.

Man könnte meinen, daß diese Zunahme der Herzfrequenz auch zu einer Zunahme der Herzleistung, d.i. zu einer Steigerung des vom Herzen gepumpten Blutvolumens führt. Das ist auch richtig, aber ganz so einfach geht´s nun wieder auch nicht:

Diagr. 1

Wenn ein Herz sehr schnell schlägt dann hat es zwischen den einzelnen Schlägen natürlich weniger Zeit, um sich wieder mit neuem Blut zu füllen. Das bedeutet, daß mit zunehmender Herzfrequenz das Schlagvolumen abnimmt (Diagr. 1, graue Linie).

Diese Abnahme des Schlagvolumens wird aber durch die Zunahme der Herzfrequenz ausgeglichen, teilweise jedenfalls. Denn die Menge des gepumpten Blutes berechnet sich nach der Formel:

Schlagvolumen (ml) * Herzfrequenz (Schläge / Minute)

Das Ergebnis dieser Multiplikation stellt diejenige Menge Blut dar, das das Herz pro Minute pumpt. Daher nennt man dieses Volumen auch „Herzminutenvolumen“ (abgekürzt: HMV) oder „Herzzeitvolumen“ (HZV).

Der Rest ist einfache Mathematik: Wenn man das Schlagvolumen bei jeder einzelnen Herzfrequenz mit der jeweiligen Herzfrequenz multipliziert erhält man eine Kurve für das HMV (rote Linie in Diagr. 1).

Sie können diesen Kurven entnehmen, daß trotz absinkenden Schlagvolumens das HMV bis zu einer Herzfrequenz von etwa 110/min zu, danach aber abnimmt. Auf Deutsch: Je schneller das Herz schlägt, desto weniger Blut pumpt es. Wie gesagt: Das ist einfache Mathematik.

Es ist aber eine Weisheit, die ich schon als Besucher einer öffentlichen Schule gelernt habe: „Mathe ist Mist, das stimmt alles sowieso nicht!“.

Gemeint hatte ich damals natürlich, daß ich aufgrund intellektueller Defizite nicht in der Lage war, ordentlich zu rechnen. Aber auf unser Herz übertragen kann man ja wirklich sagen, daß das, was ich Ihnen da gesagt habe von abnehmender Pumpmenge des Herzens mit steigender Frequenz widerspricht ja auch allen alltäglichen Erfahrungen. Es ist ja tatsächlich so, daß das Herz mit zunehmender Herzfrequenz wirklich viel mehr pumpt als mit einer niedrigen. Und das hängt wiederum mit der Inotropie zusammen:

Wenn man sich körperlich stark belastet dann bekommt der Körper das natürlich mit. Das sog. Kreislaufzentrum im Gehirn empfängt von überall her Signale nach dem Motto: „Achtung Gefahr! Alles auf volle Pulle schalten, sonst erwischt uns der Säbelzahntiger und frißt uns!“.

Und wenn ein solches Kommando kommt wird Alles auf volle Pulle geschaltet: Das vegetative Nervensystem feuert das Herz an und bestimmte Kreislaufhormone werden ebenfalls tätig. Im Endeffekt (Einzelheiten lesen Sie bei den jeweiligen Mechanismen) kommt es u.a. zu einer Zunahme der Pumpkraft des Herzens (= Zunahme der Inotropie), wie Sie dies vorhin zu Druck- und Volumenbelastung gelesen haben. Und diese zunehmende Inotropie verhindert nun, daß das Schlagvolumen absinkt, jedenfalls nicht so schnell, wie ich dies in Diagr. 1 gezeigt habe (Diagr. 1 war nämlich eine Labor-Untersuchung am isolierten Herzen, also ohne Nervenverbindung und ohne Hormon-Einflüsse).

Und wenn Sie nun dasselbe Diagramm noch einmal berechnen, das Schlagvolumen dabei aber viel langsamer abnehmen lassen als im Normalfall erhalten Sie Diagramm 2. Und hier sehen sie etwas, das schon eher zu den alltäglichen Bedingungen paßt:

Diagr. 2

Das Herzzeitvolumen nimmt bis etwa zu einer Herzfrequenz von 160/min zu und erst danach ab. Genau berechnen kann man dies nicht, denn die Entwicklung der Schlagvolumina hängt von vielen Faktoren ab: Wie trainiert ist der Mensch, wieviel Milchsäure produzieren seine Muskeln unter Belastung, wie leistungsfähig ist die Lunge und damit die Sauerstoffaufnahme des Körpers usw..

Ich habe Ihnen die Diagramme nur gezeigt, um Ihnen zu demonstrieren, das auch die Veränderung der Herzfrequenz zu einer Anpassung der Herzleistung an die verschiedenen Situationen eines gesunden und kranken Alltags gehört.

Sie haben nun etwas über den STARLING-Mechanismus, das LaPlace-Gesetz und die Herzfrequenz gehört und dadrüber, wie sie die Arbeit des Herzens regularisieren und den aktuellen Bedürfnissen anpassen. Das ist aber bei Weitem noch nicht alles und so will ich jetzt in der Aufzählung der verschiedenen Regularisationsmechanismen fortfahren. Wie diese verschiedenen Mechanismen zusammenwirken will ich versuchen, am Ende dieses Kapitels zu beschreiben. Also als nächstes kommt die Niere dran.

Niere

Was, werden Sie nun fragen, hat denn die Niere eigentlich mit der Regulation des Herzens und des Kreislaufes zu tun, schließlich liegt sie etwa 20 cm unterhalb des Herzens und im Bauch-, nicht im Brustraum.

Die Antwort hat etwas mit Hormonen und dem Flüssigkeitshaushalt zu tun. Auf die Hormone gehe ich etwas später ein, hier zunächst der Flüssigkeitshaushalt:

Wir betrachten dazu den gesamten Kreislauf, also nicht nur das Herz, sondern auch die Blutgefäße, denn das Herz pumpt das Blut in die Blutgefäße zu den verschiedenen Organen hin, das ist ja gerade der Zweck der Übung.

Ich finde es immer schwer, sich etwas irgendwie abstraktes wie den Blutkreislauf vorzustellen. Die Heizung in einem Haus kann ich mir aber gut vorstellen, daher möchte ich auf dieses Beispiel nun zurückgreifen:

Abb. 152

Ein solches Heizungssystem eines Hauses besteht zunächst in dem Kessel, in dem sich Wasser befindet. Dieses Wasser wird mit Hilfe des Brenners erwärmt und das warme Wasser wiederum dient zur Erwärmung der Heizkörper in den einzelnen Zimmer und zum Waschen bzw. Duschen oder Baden. Damit das warme Wasser zu den einzelnen Verbrauchsstellen (Heizkörper, Dusche, Badewanne) gelangt wird es in die Rohre des Herzsystem gepumpt. Zuständig dafür ist die Heizpumpe (siehe Abb. 152). Diese Pumpe drückt das warme Wasser mit einem gewissen Druck in die Versorgungsrohre (rote Leitungen), die zu den Verbrauchsorten führen. Hier kühlt sich das Wasser ab und fließt wieder zurück in den Heizkessel, wo es wieder erwärmt und zurück in den Heizkreislauf gepumpt wird.

Übertragen auf das Herz bedeutet dies, daß die Heizpumpe das Herz, die Heizkörper die einzelnen Organe, die zuführenden Versorgungsleitungen die Schlagadern (= Arterien) und die ableitenden Rohre die Venen sind.

Der Wasserdruck im Rohrleitungssystem muß eine bestimmte Höhe haben: Ist er zu hoch platzen die Rohre, ist zu gering kommt oben unter dem Dach kein warmes Wasser mehr an.

In den primitiven Phasen der Menschheit mußte man selber für den richtigen Wasserdruck sorgen und das ging relativ einfach: Zeigte das Druckmeßgerät einen zu hohen Druck an mußte man etwas Wasser aus dem Kessel ablassen, war der Druck zu gering mußte man Wasser nachfüllen. (Für die Jüngeren unter den Lesern: Das funktionierte auch ohne Smartphone-App und zwar erstklassig. Und wenn´s mal nicht ging nahm man eine Rohrzange und/oder einen Hammer und schon ging´s wieder. Man konnte allerdings schmutzige Hände bekommen!). Damals funktionierte alles nur über die Menge des Wassers im Kessel und den Rohrleitungen, denn die Kraft der Pumpe war von der Heizungsfirma fest eingestellt und da konnte man nichts verändern, was heute etwas anders zu sein scheint.

Also: Der Füllungszustand des Leitungssystems war der entscheidende Parameter für die Höhe des Drucks. Und ebenso funktioniert das am Kreislauf: Je mehr Blut sich in den Blutgefäßen befindet desto höher ist der Druck, theoretisch jedenfalls, denn anders als die Bleirohre des Heizungssystems können sich Blutgefäße erweitern oder verengen und sie sind zudem elastisch, auch dazu komme ich etwas später noch. Nehmen wir also zunächst einmal als gegeben, daß die Blutgefäße ebenso wie die Heizungsrohre immer denselben Durchmesser haben und daß sie eine unelastische Wand haben:

Ich hoffe, daß Sie sich nun vorstellen können, daß der Druck in den Blutgefäßen ganz maßgeblich von der Blutmenge abhängt: Viel Blut = hoher Druck, wenig Blut = niedriger Druck.

Nun besteht Blut zu etwa 45% aus zellulären Bestandteilen, also etwas den roten und weißen Blutkörperchen und den Blutplättchen und zu 55% aus dem sogenannten Plasma. Das Blutplasma wiederum besteht zu 90% aus Wasser, der Rest sind Eiweiß, Salze, Hormone, Zucker, Fette usw.. Also kann man vereinfacht sagen, daß Blut zu etwa der Hälfte aus Wasser besteht (und nur, um Ihnen die bittere Wahrheit zu berichten: Der ganze Mensch besteht insgesamt zu 50-60% aus Wasser; deprimierend, was?).

Also, wenn das Blut zu etwa 50% aus Wasser besteht ahnen Sie nun, warum die Niere bei der Regulation des Kreislaufes eine so wichtige Rolle spielt, denn bekanntlich ist die Niere für den Wasserhaushalt des Körpers wesentlich verantwortlich. (Natürlich gibt es andere Wasserregulatoren, wie etwas die Haut (Schwitzen), die Atmung (Wasserdampf in der Atemluft) und den Darm (Wassergehalt des Stuhlgangs), aber auf diese Regulatoren will ich im Zusammenhang mit der Regulation des Kreislaufes nicht genauer eingehen.)

Wie macht die Niere das mit dem Wasser?

Im Grunde genommen ist sie ein feinporiges Filter, das die zellulären Bestandteile (also die Blutkörperchen und -plättchen) zurückhält und nur das Wasser durchläßt (Abb. 153 und 154).

Abb. 153: Links: Fenster in den Wandzellen der Blutgefäße des Geflechtes im Inneren der BOWMAN-Kapsel. rechts: Gefäßgeflecht

Abb. 154

Der eigentliche Filter ist dabei die BOWMAN´sche Kapsel (benannt nach ihrem Entdecker) (siehe rechtes Bild in Abbildung 154). Dabei handelt es sich um einen kleinen „Beutel“, in dem sich ein Geflecht kleinster Blutgefäße befindet. Das Blut wird nun auf der einen Seite mit einem gewissen Druck in dieses Geflecht hinein gepumpt und verläßt es auf der anderen Seite wieder. Die Wand dieses Geflechtes ist so beschaffen, daß sie wie ein feines Sieb funktioniert: Wasser wird durchgelassen, die festen Bestandteile aber zurück gehalten. Das Filtrat, das auf diese Weise entsteht nennt man „Primärharn“. Weil die Nieren sehr gut durchblutet werden (ca. 1.500 l/Tag) ist auch die Menge dieses Primärharns sehr groß: Ca. 180 l/d.

Nun weiß jeder, daß der Mensch nicht 180 l Urin am Tag läßt, sondern nur 1.5 - 2.0 l. Diese Verminderung der ursprünglichen Urinmenge ist darauf zurück zu führen, daß der Primärharn nach dem Verlassen der BOWMAN´schen Kapsel in ein Rohr gelangt, in dem Wasser zurück in die Blutbahn resorbiert wird. Dieses Rohr nennt man die HENLE´sche Schleife (mittleres Bild in Abb. 154), weil sie sehr charakteristisch geformt ist: Sie verläuft zunächst abwärts in Richtung des Niereninneren („absteigender Teil“ der HENLE´schen Schleife), biegt dann um 180^0 um und steigt wieder auf („aufsteigender Teil“ der HENLE´schen Schleife). Am Ende dieses aufsteigenden Teils mündet die Schleife in einen Harnleiter, der den nun fertigen Urin ins Nierenbecken, von dort über den Harnleiter in die Harnblase und über die Harnröhre schließlich ins Freie befördert.

Eine solche Funktionseinheit der Niere, bestehend aus BOWMAN´scher Kapsel und HENLE´scher Schleife nennt man ein „Nephron“ und es gibt davon etwa 1 Millionen in jeder Niere.

Der Wasserhaushalt des Menschen kann mit Hilfe dieser Nephronen auf 2 Weisen verändert werden:

1. Die Menge des durch die BOWMAN´sche Kapsel fließenden Blutes und damit die Menge des Primärharns

2. die Menge des in der HENLE´schen Schleife rückresorbierten Wassers.

Kommen wir zunächst zur Menge des durch die BOWMAN-Kapsel fließenden Blutes:

Menge des Primärharns

Abb. 155

Stellen Sie sich einmal ein altes Kaffeefilter vor (Abb. 155), also keine Kaffeemaschine. Je mehr Wasser Sie auf den Kaffee gießen desto mehr wird gefiltert und desto mehr Kaffee haben Sie. An der Niere funktioniert es ebenso: Je mehr Blut durch die Nieren fließt desto mehr wird gefiltert und desto mehr Primärharm wird produziert.

Und nun nehmen Sie eine Expressomaschine. Die preßt das Wasser nämlich mit hohem Druck durch das Kaffeemehl nach dem Prinzip: Je höher der Druck desto mehr Kaffee wird gefiltert.

Damit haben Sie schon 2 wichtige Funktionsprinzipien der Nierenfiltration kennen gelernt:

- Die Menge des durchfließenden Blutes und

- der Druck, mit dem gefiltert wird.

Wie macht die Niere das?

Die Menge des durch die Niere fließenden Blutes wird nicht nur durch den Blutdruck geregelt, der in allen Arterien herrscht (Prinzip: Hoher Blutdruck = hoher Filtrationsdruck), sondern durch diejenigen Arterien, die das Blut in die BOWMAN-Kapsel leitet: Die zuführenden Arterien oder die „Vasa afferens“.

Film 58 (Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

Die wiederum funktionieren nachdem Prinzip des Wasserkrans (siehe Film 58): Je stärker man ihn aufdreht desto kräftiger fließt das Wasser. Und weil der Kran des Wasserhahns nichts anderes macht als den Durchmesser des Rohres des Wasserhahns einzuengen oder zu erweitern bedeutet dies: Je größer der Durchmesser des Wasserrohrs im Wasserkran desto größer der Druck, mit dem das Wasser heraus fließt.

Die Funktion des regulierbaren Krans am Wasserhahn wird an den Nieren durch die zuführenden Gefäße wahrgenommen, denn diese Gefäße haben eine Wand aus starkem Muskel. Dieser Gefäßmuskel kann sich zusammenziehen oder erschlaffen. Zieht er sich zusammen engt er das Gefäß ein, erschlafft er wird das Gefäß wieder weit. Ein weites zuführendes Gefäß bedeutet somit eine starke Durchblutung der Niere, damit eine große Menge an Primärfiltrat. Ein enges Gefäß das Gegenteil: Weniger starke Durchblutung und geringere Menge an Primärfiltrat.

Wenn der Körper also Wasser verlieren muß dann muß er nur die zuführenden Nierengefäße erweitern und schon wird mehr Wasser abfiltriert; muß er Wasser einsparen verengt er dieselben Gefäße, sodaß weniger Wasser abfiltriert wird und damit mehr Wasser im Körper verbleibt. Auf die Steuerungsmechanismen komme ich etwas später zu sprechen.

Der Durchmesser der zu- und abführenden Schlagadern hat aber nicht nur Auswirkungen auf die Menge des durch die Niere fließenden Blutes, sondern auch auf den sog. Filtrationsdruck:

Ist die zuführende Arterie weit kommt viel Druck in den Nierenkörperchen an. Aber es gibt da auch noch das abführende Gefäß:

Dessen Wand hat nämlich ebenfalls eine kräftige Muskelwand, die den Durchmesser dieses Gefäßes verändern kann. Und nun müssen Sie sich nur noch vorstellen was geschieht, wenn sich die abführende Arterie verengt:

Der Druck in der BOWMAN-Kapsel steigt ebenfalls an. Ist doch klar, oder? Das ist das Staudamm-Phänomen (Abb. 156) und jeder Biber kennt es:

Abb. 156

Wenn man den (Ab-) Fluß eines Baches einengt steigt der Druck in Flußrichtung vor der Einengung an und fällt hinter der Einengung ab. Physikalisch formuliert bedeutet dies, daß der Druckunterschied zunimmt.

Auf die Niere übertragen bedeutet dies, daß durch die Verengung der abführenden Gefäße der Blutdruck in dem Geflecht der feinen Gefäße der BOWMAN-Kapsel ansteigt:

Abb. 157: BOWMANN´sche Kapsel

Steigt der Druck in diesen Gefäßen an, bleibt der Druck im Sack für das Filtrat (Abb. 157) aber unverändert niedrig dann nimmt der Druckunterschied zwischen Blutgefäß und Filtratbehälter zu, d.h. der Filtrationsdruck steigt und der Filtrationsdruck ist die entscheidende Größe:

Hier greift wieder das Beispiel mit der Expressomaschine Ihres Italieners. Durch die Pumpe in der Maschine wird das Wasser mit großem Druck durch das Kaffeemehl gepreßt. Hoher Druck = viel und schnell Kaffee, niedriger Druck (= „Dröppelmina[6]“) = wenig, langsamer und schrecklicher Kaffee.

Abb. 158: Dröppelminna

Also kann der Körper die Menge des Wassers, das er verlieren oder einsparen muß auch durch die Regulation der abführenden Gefäße steuern: Verengt er die abführenden Gefäße führt das zum Anstieg des Drucks im Gefäßgeflecht, der Filtrationsdruck steigt und die Menge des Primärharns nimmt zu; erweitert er die abführenden Gefäße fällt der Filtrationsdruck und die Menge des abgefilterten Wassers nimmt ab, d.h. der Körper scheidet weniger Wasser aus.

Und besonders effektiv wird es, wenn das zuführende Gefäß erweitert und das abführende verengt wird oder (anders herum) wenn das zuführende Gefäß verengt und das Abführende erweitert wird. Sie werden die Frage, was dann passiert nun bestimmt richtig beantworten können!

Rückresorption von Wasser

Wie Sie schon gelesen haben entsteht in den BOWMAN-Kapseln der Primärharn durch die „einfache“ Filtration des Blutes (frei nach dem Motto eines Barkassenkapitäns im Hamburger Hafen: „Wenn Ihnen schlecht wird: Zähne zusammenbeißen und nur das Flüssige durchlassen!“). Durch diese Filtrierung entstehen etwa 180 l am Tag. Dieser Primärharn gelangt nun in die HENLE´schen Schleifen.

Dies ist nun der Zeitpunkt, an dem wir uns mit der HENLE´schen Schleife beschäftigen müssen. Wie sie aufgebaut ist sehen Sie in Abb. 159.

Abb. 159: Aufbau der HENLE´schen Schleife

Aus der BOWMAN-Kapsel fließt der Primärharn in den absteigenden Teil der HENLE-Schleife, von dort in den aufsteigenden Teil, die am Ende in die Sammelrohre münden, die den Urin schließlich ins Nierenbecken und von hier über die Harnleiter in die Blase leiten. Den absteigenden Teil der Schleife nennt man „absteigenden Tubulus“, den aufsteigenden Teil der Schleife den „aufsteigenden Tubulus“.

Entscheidend für die Funktion der HENLE-Schleife ist, daß der absteigender Tubulus für Wasser durchlässig ist, der aufsteigende Tubulus jedoch nicht. Und man muß zudem wissen, was „Osmose“ bedeutet. Beginnen wir mit der Osmose, denn sie ist für den gesamten Flüssigkeitshaushalt eines biologischen Organismus verantwortlich:

Osmose und Diffusion

Osmose hat etwas mit der Wasserdurchlässigkeit von Membranen zu tun. Stellen Sie sich einmal einen Eimer Wasser vor, in den sie abends einen Luftballon (Typ „Kindergeburtstag[7]“) eintauchen, der mit dunkelbraunem Tee gefüllt ist. Wenn Sie sich den Wassereimer mit dem Ballon am nächsten Morgen ansehen werden Sie das klare Wasser und den darin schwimmenden Ballon mit dem braunen Tee vorfinden und auch wenn Sie nun 4 Wochen in Urlaub fahren, wiederkehren und sich den Eimer ansehen wird sich daran nichts geändert haben, denn die Wand des Luftballons ist aus Gummi und daher absolut dicht.

Biologische Membranen hingegen (z.B. die Wände von Zellen) sind nicht so absolut dicht wie der Luftballon. Sie lassen bestimmte Substanzen passieren, andere dagegen nicht. Daher nennt man solche biologischen Membranen auch „semipermeable“ (d.h. halb-durchlässige) Membranen. Klassisches Beispiel für solche semipermeablen Membrane sind Türsteher[8] vor Diskotheken: Sie lassen nur junge, schlanke Blondinen hinein, während unrasierte und etwas rundliche Männer und Jungs mit gammeligen Parkas draußen bleiben müssen.

Zellmembranen sind semipermeabel für Wasser, d.h. sie lassen Wasser durch, andere Substanzen wie Hormone, Zucker, Fette, Blutsalze hingegen nicht. Das ist das Erste, das Sie wissen müssen.

Das Zweite (und das ist ein physikalisches Prinzip) nennt sich Diffusion:

Sie besagt, daß sich 2 Flüssigkeiten, die sich in einem Behälter befinden immer vollständig und vollkommen miteinander vermischen.

Film 59: Film einfach laufen lassen, Mischungsprozeß dauert lange! (Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

Nehmen Sie als Beispiel den Film 59, den wir einigen genialen Physikern verdanken, die das Prinzip der Diffusion an 2 Plastikflaschen gezeigt und gefilmt haben. Sie haben dazu 2 Flaschen mit Flüssigkeiten gefüllt und ohne Deckel aufeinander gestellt. In der unteren Flasche befindet sich warmes rot gefärbtes Wasser, in der oberen Flasche klares normal warmes Wasser. Sie können die Vermischung aufgrund des Prinzips der Diffusion sofort erkennen, wenn Sie den Film laufen lassen.

Man kann dieses Phänomen so formulieren, daß sich Konzentrationsunterschiede immer auszugleichen versuchen; die rote Flüssigkeit ist ein Ort mit hoher, das Wasser einer mit niedriger Farbkonzentration. Der von der Natur erwünschte Endzustand besteht dann darin, daß sich dieser Konzentrationsunterschied ausgleicht und über all im Wasser dieselbe Farbkonzentration herrscht.

Was haben nun semipermeable Membranen, Osmose und Diffusion miteinander zu tun?

Stellen Sie sich mal vor, die Wand des Luftballons, über den ich eingangs berichtet hatte wäre eine solche semipermeable Membran, Sie würden diesen Luftballon mit sehr salzigem Wasser füllen und den Ballon dann zugeknotet in einen Eimer mit normalem Leitungswasser legen (Abb. 160).

Abb. 160

Innerhalb des Luftballons herrscht nun eine sehr hohe, im Leitungswasser eine sehr viel niedrigere Salzkonzentration. Gemäß des physikalischen Grundgesetzes der Diffusion versucht nun die Natur (oder wer auch immer), diesen Konzentrationsunterschied auszugleichen. Dazu gibt es 2 Möglichkeiten:

1. Salz könnte aus dem Luftballon ins Wasser diffundieren und hier die Salzkonzentration erhöhen oder

2. Leitungswasser könnte aus dem Eimer ins Innere des Ballons diffundieren und hier die Salzkonzentration verdünnen.

Die semipermeable Membran der Ballonwand verhindert, das Salz aus dem Balloninnere ins Leitungswasser gelangt, die erlaubt es aber dem Leitungswasser, ins Innere des Ballons einzudringen. Also wird dies auch geschehen: Wasser wird durch die Wand des Ballons einsickern und das Salz verdünnen (daß der Ballon durch das Eindringen großer Mengen „Diffusionswassers“ platzen könnte lassen wir hier jetzt mal unberücksichtigt.

Und so geschieht es auch an der Niere:

Im aufsteigenden Tubulus der HENLE`schen Schleife wird Natrium aus dem Innenraum der Schleife in das umgebende Bindegewebe gepumpt. Dabei wird Natrium in den Innenraum des Tubulus herein und gleichzeitig Kalium aus dem Tubulus ins umgebende Gewebe heraus gepumpt. Zuständig für diese „Natrium-Auspumpung“ sind die Zellen der Schleifenwand. An bestimmten Stellen der HENLE´schen Schleife sind diese Spezialzellen Hormon-abhängig und zwar werden sie durch Aldosteron[9]. Auf die Wirkung des Aldosterons und auf den Austauschmechanismus Natrium gegen Kalium werde ich später eingehen.

Ich war bei Diffusion und semipermeabler Membran. Also:

Im aufsteigenden Teil der HENLE´schen Schleife wird Natrium durch aktive Vorgänge aus dem Primärharn ins das umgebende Bindegewebe gepumpt (Abb. 161). Dadurch sinkt die Natriumkonzentration im Primärharn ab und das Natrium reichert sich im Bindegewebe an.

Und nun kommen Osmose und Diffusion ins Spiel:

Um die hohe Natriumkonzentration im Bindegewebe auszugleichen wird nun Wasser aus den Tubuli der HENLE-Schleife ins Bindegewebe sickern. Und weil Urin zum größten Teil aus Wasser besteht wird der Urin durch das „Aussickern“ des „Osmose-Wassers“ eingedickt. Die Folge ist, daß die Menge des Primärharns abnimmt und zwar gewaltig: Von etwa 180 l/d auf 2 l/Tag.

Dieser Wasserentzug des Primärharns erfolgt dabei nur im absteigenden Tubulus der HENLE-Schleife, denn nur dieser Teil ist im Sinne einer semipermeablen Membran wasserdurchlässig, der aufsteigende Tubulus, in dem die Natrium-“Ausschleusung“ erfolgt hingegen nicht. Auf diese Weise entsteht ein Mechanismus mit Namen „Gegenstromprinzip“, auf den ich hier aber nicht eingehen möchte.

Sehen Sie die Vorgänge im Zusammen mit dem Wasserentzug in Abb. 161 und Film 60 (nächste Seite).

Abb. 161: Natrium-Ausstrom im aufsteigenden Tubulus: Durch aktive „Pumpvorgänge. Wasserausstrom im absteigenden Tubulus: Durch passive Vorgänge (Diffusion, Osmose)

Film 60: Rot = Natrium, blau = H_2O (Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

Um diese hohe Natriumkonzentration auszugleichen wird das Wasser nach den Prinzipien von Osmose und Diffusion aus den Tubuli ins umgebende Bindegewebe einströmen.

Was nun die Frage aufwirft, woher der Körper weiß, ob er die Gefäße erweitern oder verengen soll. Ein großer Teil dieser Regulation erfordert Steuerungsmechanismen, auf die ich später eingehen möchte, weil sie von außerhalb der Niere gesteuert werden. Aber: Selbst ist die Niere, denn sie hat ebenfalls Möglichkeiten einzugreifen:

Das zuführende Gefäß hat zunächst eine Schutzfunktion für das sehr empfindliche Nierengewebe, um die feinen Blutgefäße der BOWMAN-Kapseln vor einem zu hohen Blutdruck zu schützten. Durch einen stark erhöhten Druck in den Gefäßen der BOWMAN-Kapsel nehmen diese nämlich auf Dauer irreparablen Schaden. Daher gibt es (in der Niere ebenso wie in vielen anderen Organen auch) einen automatisch ablaufenden Reflex, den man BAYLISS-Effekt[10] nennt:

Je höher der Blutdruck im Kreislauf ansteigt desto stärker verengen sich die zuführenden Gefäße der BOWMAN-Kapsel. Durch diese Gefäßverengung fangen sie den hohen Blutdruck ab und schützen dadurch die BOWMAN-Gefäße. Bei niedrigem Blutdruck erweitern sich die Gefäße wieder. Diesen Vorgang nennt man „Autoregulation“, also eine vollautomatische Regelung des Gefäßdurchmessers.

Diesen Vorgang meinte ich aber nicht als ich von den Regularisationsmechanismen des Wasserhaushaltes durch die Niere sprach, denn die Niere hat eigene Möglichkeiten, die Menge des abfiltrierten Wassers selber zu steuern. Dazu benutzt sie eine Struktur mit dem komplizierten Namen „juxtaglomerulärer Apparat“.

Es handelt sich dabei um eine Ansammlung spezialisierter Zellen derjenigen Blutgefäße, die das Nierenkörperchen mit Blut versorgen (zuführende Gefäße), spezialisierten Zellen desjenigen Harnkanälchens, das in der Nähe der zuführenden Gefäße verlaufen und aus spezialisierten Zellen des Bindegewebes in dieser Gegend. Diese Zellen liegen in unmittelbarer Nähe des Eingangs in die BOWMAN-Kapsel in engem Kontakt mit den zu- und abführenden Gefäßen und einem Teil des Harnröhrchens (Abb. 162).

Abb. 162: Juxtaglomerulärer Apparat

Hier wird ein Hormon mit dem Namen „Renin“ produziert. Wie das Ganze funktioniert lesen Sie etwas später im Kapitel „Renin“.

Das Kapitel über die Werkzeuge der Kreislaufregulation hätte ich jetzt abgehandelt, sodaß als nächstes die Meßfühler (= Sensoren) folgen.

Die Meßfühler

An der Zentralheizung Ihres Hauses gibt es nur 2 Meßfühler: Einen für die Temperatur und einen für den Wasserdruck im System. Der Mensch wäre aber nicht der Mensch, wenn er nicht viel mehr hätte. Er hat sogar jede Menge davon, die den Blutdruck, die Wandspannung und Wanddehnung von Gefäßen und Herzmuskel, den Säuregehalt des arteriellen und venösen Blutes (pH-Wert), den Sauerstoffgehalt der Atmungsluft und in den verschiedenen Geweben, den Gehalt des Blutes, der Gewebes und des Urins an verschiedenen Salzen (z.B. Natrium, Kalium), die Temperatur des Gewebes und beispielsweise auch den Gehalt des Gewebes an ADP messen. Es ist so unglaublich kompliziert, daß ich als einfacher Arzt nicht einmal annäherungsweise die Vorstufen der Erkenntnis der Gesamtzusammenhänge hätte. Zudem funktionieren die Meßfühler aufgrund molekularer Vorgänge, von denen ich nicht einmal weiß, wie man sie schreibt.

Ich bitte daher um Verzeihung, daß ich Ihnen nachfolgend nur über 1 Meßfühler berichte, dessen Funktion ich verstehe. Dabei handelt es sich um einen Barorezeptor, d.h. einen Meßfühler für den Druck.

Barorezeptor

Barorezeptoren gehören zur Gruppe der „Mechanorezeptoren“. Dies sind Sinneszellen, die Druck wahrnehmen können. In der Haut finden Sie beispielsweise solche Mechanorezeptoren, die Ihnen vermitteln, daß gerade Druck auf die Haut ausgeübt wird, weil Sie noch die Finger in der Tür haben und sich die Tür gerade schließt. Fragen Sie mich nicht wie diese Meßfühler funktionieren, wahrscheinlich verändern sie unter mechanischem Druck und durch Dehnung der Zellen ihre elektrischen Eigenschaften und produzieren dadurch elektrische Impulse, die der Steuerungszentrale zugeleitet werden.

Nun sind die Druckrezeptoren Ihrer Finger für die Kreislaufregulation nicht so interessant; es gibt solche Rezeptoren aber auch in den Wänden von Schlagadern, wo es ihre Aufgabe ist, den Blutdruck zu messen. Motto: Sinkt der Blutdruck wird dies der Steuerungszentrale gemeldet, die die entsprechenden Konsequenzen aus dieser Information zieht; steigt der Blutdruck wird dies ebenfalls gemeldet.

Das prominenteste Beispiel für einen solchen Barorezeptor ist der Carotissinus (Abb. 163):

Abb. 163

Es handelt sich um ein Ansammlung von vielen Barorezeptoren, die in der Gabel der Halsschlagader (= A. carotis communis) in die äußere (= A. carotis externa) und die innere Halsschlagader (= A. carotis interna) gelegen ist. Dieser Carotissinus ist einer der wichtigsten Druckfühler des Kreislaufes:

Miß er einen zu hohen Blutdruck meldet er dies dem Kreislaufzentrum, das aus dieser Information seine Rückschlüsse zieht; meldet er einen zu niedrigen Blutdruck wird dies ebenfalls gemeldet und man zieht an zuständiger Stelle ebenfalls die Konsequenzen (schrecklicher Ausdruck: „dies wird gemeldet und man wird an zuständiger Stelle die richtigen Rückschlüsse ziehen“; klingt bedrohlich (so nach geheimer Geheimpolizei oder Staatssicherheit oder KGB oder so, aber Sie wissen hoffentlich, wie ich´s meine).

Wie wichtig dieser Carotissinus ist merkt man, wenn dieser Drucksensor krank wird. Beim „überempfindlichen Carotissinus“ reagiert dieses Meßgerät nämlich schon auf normale Drücke, z.B. den Druck auf die Haut mit dem Rasierapparat (betrifft natürlich nur Männer!) oder er reagiert dann, wenn man den Hals dreht und dabei unvermeidlicherweise diese Stelle des Halses unter Druck setzt. In diesen Fällen meldet der überempfindliche Carotissinus nämlich: „Achtung! Massiv erhöhter Druck“. Die zuständige Dienststelle empfängt diese Meldung und kann deren Wahrheitsgehalt natürlich nicht überprüfen, sondern nimmt sie als gegeben und wahr an (wie im Leben: Das, was gemeldet wird (erst Recht wenn´s schriftlich erfolgt) muß wahr sein.). Die logische Konsequenz der Dienststelle besteht darin, nun alles zu unternehmen, um diesen vermeintlich massiv erhöhten Blutdruck zu senken. Dies geschieht, indem dem Herzen der Befehl gegeben wird, seine Schlagfrequenz zu verlangsamen oder sogar kurzfristig einzustellen, denn das geht am schnellsten. Die Folge: Kurzer Herzstillstand oder starke Verlangsamung des Herzschlags mit der Folge eines nun drastischen Blutdruckabfalls mit Schwindel oder sogar Ohnmacht.

Soviel also zu den Druckrezeptoren. Es gibt noch andere Sensoren, bei denen es sich meistens um

Chemorezeptoren

handelt.

Chemorezeptoren überwachen alle chemischen Vorgänge des Körpers, also beispielsweise den Sauerstoffgehalt des Blutes oder der Gewebe, den Säuregehalt des Gewebes, den Wassergehalt und den Salzgehalt des Urins und vieles mehr. Mit dem juxtaglomerulären Apparat haben Sie ja einen dieser Chemorezeptoren ja schon kennen gelernt.

Alle diese Rezeptoren funktionieren in unterschiedlicher Weise, auf die ich hier nicht genauer eingehen kann, weil ich ihre molekulare Funktionsweise ehrlich gesagt selber noch nie verstanden hat (oder weil sie vielleicht überhaupt noch niemand verstanden hat). Gemeinsam ist allen diesen Meßfühlern, daß die Vorgänge im Körper und im Stoffwechsel der Zellen messen, die für die normale Funktion des Organismus von ausschlaggebender Bedeutung sind und die unbedingt in Ordnung gehalten werden müssen, weil anderenfalls der Zusammenbruch des gesamten System drohen würde.

Fieber z.B. muß von Temperaturfühlern bemerkt werden, um es mit den Möglichkeiten eines tierischen, also ach menschlichen Organismus zu senken, weil es ansonsten zur Überhitzung des Körpers käme und verschiedene biochemische Vorgänge nicht mehr ablaufen können, weil sie nur bei einer bestimmten Körpertemperatur funktionieren. Oder warum glauben Sie beträgt die normale Körpertemperatur eines Menschen 36-37^0C? Weil der liebe Gott (sorry: Oder wer auch immer) der Meinung war, 36 sei eine ästhetisch schöne Zahl oder weil er sie ausgewürfelt hat? Keinesfalls, denn bei dieser Temperatur funktionieren die biochemischen Reaktionen des Körpers auf allen Ebenen eben am besten. Was dann die logische Folgefrage aufwirft, warum denn die Stoffwechselvorgänge selber nur bei 36-37^0 C am besten funktionieren. Die Erörterung dieser Frage ist zwar hochinteressant, würde uns aber auf das Gebiet der Philosophie, philosophischen Chemie und erweiterten Moralethik führen, und dieses Buch ist für so etwas wirklich nicht die Plattform.

Kommen wir nach der Besprechung der Werkzeuge nun zu den Informationskanälen.

Die Informationskanäle

Kanäle ist hier nicht im Sinne eines Klemptners gemeint, sondern mehr im übertragenen Sinn der Informationstechnik. Gemeint sind die Wege, über die die Meßergebnisse der Sensoren an die Steuerungszentrale übermittelt werden und über die die Befehle der Steuerzentrale an die Werkzeuge übermittelt werden.

Man kann sie ganz grob unterteilen in

- Nervenbahnen

- chemische, d.i. hormonale Informationsübertragung und

- streng lokale Informationswege.

Nervenbahnen

Man unterscheidet hier das „somatische“ und das „autonome Nervensystem.

Das somatische Nervensystem nennt man auch das „willkürliche“ Nervensystem. Dabei handelt es sich um diejenigen Nerven, die man benutzt, wenn man bestimmte Teile seines Körpers (z.B. die Finger) bewußt und damit willkürlich bewegen möchte. Diese Nervenbahnen sind bei der Regulation des Kreislaufes nicht tätig, weshalb ich hier nicht weiter darauf eingehen möchte.

Interessant in unserem Zusammenhang ist das autonome Nervensystem, das manche Menschen auch als „vegetatives“ Nervensystem bezeichnen. Es arbeitet im Unterbewußten, d.h. Sie können es nicht willkürlich beeinflussen (es sei denn, Sie wären ein indischer Guru oder würden erfolgreich Yoga oder ähnliche Übungen praktizieren).

Das autonome Nervensystem ist an allen Vorgängen beteiligt, die der Körper automatisch, d.h. ohne daß Sie darüber nachdenken müssen vornimmt. Man unterscheidet 2 verschiedene Systeme: Das sympathische Nervensystem („Sympathikus“) und das Vagale („Nervus vagus“). Diese beiden autonomen Nervensysteme sind nicht nur anatomisch verschieden, sondern sie haben auch unterschiedliche Aufgaben:

Der Sympathikus treibt Herz und Kreislauf an, der Vagus ist mehr für das Herunterfahren von Herz und Kreislauf zuständig. Nähere Einzelheiten zu diesen Nervensystemen hatte ich Ihnen schon im Kapitel Herznerven (Kapitel „Anatomie“ in Band 3) beschrieben, weshalb ich mich hier nicht wiederholen möchte.

Sie sollten nur noch einmal 4 Dinge wissen,

1. Wenn der Sympathikus aktiv wird steigert er die Herzfrequenz und die Pumpkraft des Herzmuskels (positive Inotropie); an den Blutgefäßen bewirkt er eine Verengung der Arterien. Dadurch werden die Auswurfleistung des Herzens und die allgemeine Durchblutung gesteigert.

2. Der Vagus verlangsamt die Herzfrequenz und senkt die Pumpkraft des Herzmuskels (negative Inotropie); zudem bewirkt er eine Erweiterung der Blutgefäße. Hierdurch kommt es zu einer Verminderung der Auswurfleistung des Herzens und der allgemeinen Durchblutung.

3. Das Nervensystem des Sympathikus und des Vagus sind Leitungsbahnen, über die Herz und Kreislauf Informationen darüber bekommen, wie sie zu arbeiten haben.

4. Die Informationsverbreitung über das Nervensystem geht sehr schnell, während die nun folgenden Systeme eher etwas langsamer, dafür aber nachdrücklicher wirken:

Die Hormone

Auch Hormone sind auch irgendwie Informationskanäle: Sie werden an verschiedenen Stellen des Körpers, u.U. weit vom Herzen entfernt gebildet und gelangen dann auf dem Blutweg zum Herzen, zu den Gefäßen oder zu anderen Organen (z.B. zur Niere oder Lunge), wo sie dann ihre Wirkung entfalten. Wenn sie einmal einen amerikanischen Krimi gesehen haben wissen Sie, was ich meine:

Wenn eine Bank überfallen wird und Geiseln genommen werden rückt als erstes die Streifenpolizei aus (= Werkzeuge). Diese Polizisten alarmieren dann das Polizeipräsidium (= Steuerzentrale) über Telephon bzw. Funk (= Informationskanäle“) und die schickt dann eine mobile Einsatzzentrale, in der Regel mit einem schicken schwarzen Lastwagen und Denzel Washington als Einsatzleiter. Der bringt dann seine Jungs vor Ort auf Trapp und sagt ihnen, was zu tun ist. Denzel ist damit sozusagen das Hormon für seine Truppe.

Es gibt eine unendliche Zahl an Hormonen, die alle irgendwie das Herz und den Kreislauf beeinflussen. Lassen Sie mich daher im folgenden nur über die wichtigsten berichten:

Renin

Renin ist ein Eiweiß, das im Körper bestimmte Reaktionen auslöst:

Es wird im juxtaglomerulären Apparat der Nieren gebildet, von dem Sie ja schon gehört haben. Dort mißt es den Blutdruck und die Salzkonzentration in den Harnröhrchen. Dieser juxtaglomeruläre Apparat ist aber zusätzlich auch an das sympathische Nervensystem angeschlossen und kann dadurch direkt von der Steuerzentrale des Kreislaufes beeinflußt werden.

Freigesetzt wird Renin in den folgenden Situationen:

- Bei verminderter Durchblutung der Nieren,

- bei vermindertem Blutdruck (gemessen wird dies an den Blutdrucksensoren (Barorezeptoren) der zuführenden Gefäße der Nierenkörperchen),

- bei einer Abnahme der Flüssigkeitsmenge, die in den Nierenkörperchen abfiltriert wird,

- bei erniedrigte Konzentration von Kochsalz im Harn und

- bei der Aktivierung des sympathischen Nervensystems.

Renin wird also immer dann freigesetzt, wenn der Blutdruck abfällt (z.B. bei einer Verengung der Nierenschlagadern und/oder wenn ein Verlust an Kochsalz und Wasser (und damit Blutvolumen) auftritt, der zum Abfall des Blutdrucks führt.

Dies bemerkt der juxtaglomeruläre Apparat dies und produziert das Hormon Renin.

Renin wird nun ins Blut freigesetzt und wandelt hier ein in der Leber gebildetes inaktives Hormon „Angiotensinogen[11]“ in ein chemisch etwas verändertes Hormon mit Namen „Angiotensin 1“ um (Abb. 164).

Abb. 164

Dieses Angiotensin 1 wird wiederum durch ein in den Lungen produziertes Enzym[12] mit Namen „Angiotensin-Converting-Enzym“ (abgekürzt: ACE[13]) in Angiotensin 2 umgewandelt. Dieses Angiotensin 2 ist die eigentlich aktive Substanz, denn sie wirkt nun dem Abfall des Blutdrucks entgegen.

Und das macht es, indem es die Blutgefäße verengt. Angiotensin 2 ist nämlich eine der am stärksten Blutgefäß-verengenden Substanzen, die der Körper produziert. Durch die Verengung der Blutgefäße steigt der Blutdruck an.

Renin führt aber nicht nur zur Produktion von Angiotensin 1 und 2, sondern fördert ebenfalls die Ausschüttung von 2 weiteren Hormonen des Körpers: Des Aldosterons und des antidiuretischen Hormons (ADH). Lesen Sie etwas später mehr über das ADH und das Aldosteron.

Angiotensin[14]

Angiotensin entsteht aus einer chemischen Vorstufe, dem Angiotensinogen. Angiotensinogen besteht aus 452 Aminosäuren[15]. Das Molekül[16] wird in der Leber gebildet, von hier aus ins Blut abgegeben und hat selber keine kreislaufaktive Wirkung.

Wenn es im Blut in Kontakt mit dem Renin kommt wird aus dem Angiotensinogen ein Molekül aus 10 Aminosäuren abgespaltet, das den Namen Angiotensin 1 trägt. Auch das Angiotensin 1 ist eine Substanz, die keine Wirkung auf Herz oder Blutgefäße hat.

Erst wenn Angiotensin 1[17] im Blut in Verbindung mit dem ACE (= angiotensin-converting-enzyme = Angiotensin-Umwandlungs-Enzym) entsteht Angiotensin 2.

Das ACE spaltet aus dem Angiotensin 1 (10 Aminosäuren) 2 ab und verwandelt es dadurch in Angiotensin 2, das die eigentliche Wirksubstanz darstellt.

Es entfaltet seine Wirkung auf verschiedene Strukturen:

Gefäße

Seine Hauptwirkung entfaltet Angiotensin 2 an den Blutgefäßen. Hier führt es zu einer starken Verengung der kleinen Blutgefäße. Dies führt direkt zu einer Erhöhung des Blutdrucks. Wie dies funktioniert habe ich versucht, in Film 61 darzustellen.

Film 61

(Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

Angiotensin 2 wirkt über zwei verschiedene Rezeptoren (= Empfänger für chemische Substanzen): AT1- und AT2-Rezeptoren. Sie sind in den verschiedenen Geweben des Körpers unterschiedlich verteilt. Z.B. gibt es in den Wänden der kleinen Schlagadern ganz überwiegend AT1-Rezeptoren. Wenn das Angiotensin 2 mit diesen Rezeptoren in Verbindung kommt ziehen sich die Muskeln der Gefäßwände zusammen und der Blutdruck steigt (so wie in Film 61 gezeigt).

Niere

An den Nieren hat Angiotensin 2 Auswirkungen:

1. Hier führt es zu einer Verengung vor allem derjenigen Gefäße, die Blut von den Nierenkörperchen wegführen. Man nennt diese Gefäße die sogenannten Vasa efferentes. Durch diese Verengung der ab- (nicht der zuführenden) Gefäße erhöht sich der Gefäßwiderstand im Abflussbereich der Glomeruli und damit auch der Blutdruck in dem Gefäßgeflecht der Nierenkörperchen. Da der Druck in diesem Gefäßgeflecht wiederum die treibende Kraft für die Filtration darstellt kann dank dieses Mechanismus die Filtration in den Nierenkörperchen trotz verminderter Nierendurchblutung aufrechterhalten werden.

2. Auf der anderen Seite befinden sich in den Wandzellen der HENLE´schen Schleife ebenfalls viele AT1-Rezeptoren. Diese nehmen hier Einfluß auf die Entfernung von Natrium aus den Harnkanälchen. Das Natrium wiederum zieht Wasser mit sich, sodaß eine vermehrte Rückresorption des Natrium zum vermehrten Wassereinstrom in die Blutbahn führt, was letztlich auch zur Steigerung des Blutdrucks führt.

Nebenniere

In der Nebennierenrinde führt Angiotensin 2 zu einer Freisetzung des Hormons Aldosteron. Dieses fördert in den Harnkanälchen den Rücktransport von Natrium und Wasser aus dem Urin ins Blut, wodurch der Kochsalzgehalt des Blutes und das Blutvolumen steigen.

Hirnanhangsdrüse

Abb. 165

In der Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) (Abb. 165) führt Angiotensin 2 zu einer vermehrten Freisetzung des antidiuretischen Hormons (ADH). Dieses Hormon führt zu einer verminderten Wasserausscheidung durch die Nieren und dient somit ebenfalls der Konservierung von Wasser.

Gehirn

In einem bestimmten Teil des Gehirns (Hypothalamus) bewirken die AT1-Rezeptoren unter dem Einfluß von Angiotensin 2 einen vermehrten Salzhunger und das Durstgefühl (Abb. 166).

Abb. 166

Die vermehrte Aufnahme von Salz führt dann wiederum ebenso wie das vermehrte Trinken von Wasser (wegen des Durstgefühls) zur vermehrten Wasseransammlung in den Blutgefäßen und damit zum Anstieg des Blutdrucks.

Renin, Angiotensinogen und damit Angiotensin 2 sind also dafür zuständig, daß der Blutdruck immer eine gewisse minimale Höhe hat, damit die Blutversorgung aller Organe und Gewebe immer ausreichend ist. Der Abfall des Blutdrucks führt also zur vermehrten Freisetzung von Renin.

Das Gegenteil geschieht, wenn der Blutdruck ansteigt (jedenfalls beim „normalen“ Menschen ohne Hochdruckkrankheit): In diesem Fall wird sehr viel weniger Renin und damit auch Angiotensin 2 produziert und der erhöhte Blutdruck kann wieder absinken.

Das Renin führt nicht nur über die gerade geschilderten Wege zur vermehrten Freisetzung von Angiotensin 1, sondern wirkt auch auf die Nebenniere. Hier kommt ein weiteres Hormon ins Spiel, nämlich

Aldosteron

Es handelt sich um ein Hormon, das in den Salzhaushalt des Körpers eingreift. Um weil Salze irgendwie Mineralien sind und das Aldosteron in der Rinde (= Cortex) der Nebenniere gebildet wird nennt man es auch allgemein ein „Mineralokorticoid“.

Es wird (wie gesagt) in der Rinde der Nebenniere produziert:

Die Nebenniere ist ein Hormon-produzierendes Organ, das wie eine Art Kappe oben auf den beiden Nieren sitzt (Abb. 167).

Abb. 167

Sie besteht aus dem Nebennieren-“Mark“ und der Nebennieren-“Rinde“. Über das Mark werden Sie im Zusammenhang mit dem Adrenalin noch hören. Die Ringe besteht aus 3 Schichten, in denen jeweils verschiedene Hormone produziert und ins Blut abgegeben werden. Aldosteron wird in der äußersten Schicht der Nebennierenrinde hergestellt (Abb. 168).

Abb. 168

Interessant ist in diesem Zusammenhang, daß in der Nebenniere auch Cortisol und Geschlechtshormone entstehen. Letztere natürlich nicht in der gleichen Menge wie in Eierstöcken oder Hoden, aber sie werden eben auch hier produziert.

Es entsteht (aber das erzähle ich hier nur am Rande und der Info halber) aus dem Cholesterin, das in weibliches Geschlechtshormon (Progesteron) und dieses schließlich in verschiedenen chemischen Reaktionen in Aldosteron umgewandelt wird.

Die Nebenniere schüttet das Aldosteron bei Bedarf aus und gibt es ins Blut ab. „Bei Bedarf“ bedeutet in diesem Zusammen bei einem Absinken des Blutdrucks, einer verminderten Salzkonzentration in den Harnkanälchen und bei einer Verminderung der Blutmenge, wobei das mittlerweile schon bekannte Renin als Vermittler dient (Sie erinnern sich: Absinken des Blutdrucks wird im juxtaglomerulären Apparat der Nieren gemessen, worauf Renin ausgeschüttet wird. Dieses wird mit dem Blut zu den Nebennieren transportiert und löst hier die vermehrte Ausschüttung von Aldosteron aus.) Darüber hinaus wird seine Produktion bzw. Ausschüttung auch über die gesteigerte Konzentration von Kalium und eine verminderte Natriumkonzentration im Blut gesteuert:

- Steigt die Kaliumkonzentration wird vermehrt Aldosteron produziert, fällt sie wird vermindert Aldosteron hergestellt,

- steigt die Natriumkonzentration im Blut wird weniger, fällt der Natriumspiegel wird mehr Aldosteron hergestellt,

- sinkt der Blutdruck wird mehr, fällt er wird weniger Aldosteron produziert.

Warum gerade solche diese Zusammenhänge zwischen Natrium, Kalium und dem Blutdruck bestehen wird Ihnen klar, wenn sie erfahren, wie Aldosteron wirkt:

An bestimmten Stellen der Harnkanälchen aktiviert es einen „Transporter“, der Natrium-Ionen aus dem Harn in das umliegende Gewebe und die Blutgefäße herein schaufelt und dafür Kalium herausbringt (Film 62).

Film 62: Blau = Kalium, grün = Natrium (Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

Wenn Sie im Zusammenhang mit medizinischen Vorgängen „Natrium“ hören müssen Sie auch immer an Wasser denken, denn Natrium zieht immer auch Wasser mit sich. Das hat etwas mit den schon erwähnten „semipermeablen Membranen“ zu tun. Also: Dorthin, wohin sich Natrium bewegt sich auch Wasser. Und wenn Aldosteron nun dafür sorgt, daß Natrium in die Blutgefäße geschaffen wird bedeutet das gleichzeitig, daß auch Wasser in die Gefäße gelangt. Steigt der Wassergehalt des Blutes nimmt das Blutvolumen zu und der Blutdruck steigt. Anders herum funktioniert es natürlich ebenso: Weniger Natrium, das in die Blutgefäße verschoben wird bedeutet weniger Wasser in den Gefäßen und damit geringeren Blutdruck.

Aus diesem Wirkmechanismus des Aldosterons erklärt sich, warum es auf Schwankungen des Natriums, Kaliums und Blutdrucks reagiert:

- Weniger Natrium im Blut ➔ Aldosteron wird produziert und schafft vermehrt Natrium ins Blut

- mehr Natrium im Blut ➔ weniger Aldosteron wird produziert, sodaß weniger Natrium ins Blut gelangt

- weniger Kalium im Blut ➔ mehr Aldosteron wird produziert, was dazu führt, daß mehr Kalium im Austausch gegen Natrium ins Blut gelangt

- mehr Kalium im Blut ➔ mehr Aldosteron wird produziert, sodaß Kalium im Austausch gegen Natrium aus dem Blut heraus geschafft wird und der Kaliumspiegel im Blut absinkt

- Blutdruck sinkt ➔ es wird vermehrt Aldosteron ausgeschüttet ➔ mehr Natrium und damit mehr Wasser werden ins Blut zurück geschafft ➔ Blutvolumen nimmt zu ➔ Blutdruck steigt.

Renin, Angiotensin und Aldosteron faßt man, weil alles im Wesentlichen über die Niere und deren juxtaglomerulären Apparat gesteuert wird auch zusammen als RAAS (Renin-Angiotensin-Aldosteron-System).

Die Wirkungen seiner Bestandteile führen in ihrer Gesamtheit zu einer Erhöhung des Kochsalz- und Wassergehaltes des Körpers, damit zu einem größeren Blutvolumen und damit schließlich zu einem höheren Blutdruck. Die Hormone des RAAS helfen also mit, Blutdruckabfälle durch Salz- und Volumenverluste zunächst durch vermehrte Konservierung der verbleibenden Salz- und Wasserreserven zu kompensieren, um sie dann durch vermehrte Zufuhr (über Durst und Salzhunger) zu korrigieren.

Antidiuretisches Hormon

Das antidiuretische Hormon (ADH) wird im Hypothalamus des Gehirns gebildet und von hier aus über spezielle Leitungsbahnen in die Hirnanhangsdrüse (= Hypophyse) transportiert, wo es gespeichert wird. Es dient der Steuerung des Wasserhaushaltes des Organismus und des Blutdrucks.

Bei Wassermangel enthält das Blutplasma zu viele Bestandteile. „Zu viele“ bedeutet in diesem Zusammenhang, daß das Verhältnis von Wasser, Atmen und Molekülen, das normalerweise im Blut herrscht gestört wird. Stellen Sie sich das wie der Kaffee auf diesen praktischen, aber unzivilisierten Kaffeemaschinen vor:

Kommt der Kaffee frisch aus der Maschine wird er in der gläsernen Kaffeekanne gespeichert. Diesen Vorgang übt man in Büros und Arztpraxen jeden Morgen spätestens um 8:00 h aus. Nun steht diese Kanne da auf ihrer Warmhalteplatte und wartet auf Entnahme. Weil aber alle arbeiten müssen, ohne dabei Kaffee trinken zu können steht er da stundenlang. Weil er beim Stehen aber durch die Warmhalteplatte über Stunden erhitzt wird verdampft das Wasser aus dem Kaffee so langsam. Wenn Sie dann so gegen 10:35 h einen Kaffee trinken möchten werden Sie eine tief dunkelbraune Flüssigkeit vorfinden, die nicht nur fast cremige Konsistenz hat, sondern die dann auch noch grauenhaft schmeckt. Der Kaffee ist nämlich zwischen 8:00 und 10:35 h „eingedampft“, d.h. das Wasser ist zum Teil in Dampfform verschwunden und übrig geblieben sind die festen Bestandteile des Kaffees. Von den festen Bestandteilen ist um 10:35 h noch ebenso viel im „Kaffee“ wie um 8:00 h, aber es gibt weniger Wasser. Man könnte sagen, daß Sie nun ein „Kaffee-Konzentrat“ vor sich haben.

Dasselbe geschieht bei Wassermangel des Körpers:

Wenn man beispielsweise nicht genügend trinkt dann verliert der Körper Wasser, aber keine „festen“ Bestandteile, das Blut wird konzentriert und dies bemerken bestimmte Sensoren („Osmorezeptoren“), die sich im Hypothalamus des Gehirns befinden (Abb. 169).

Abb. 169

In diesem Fall wird das ADH aus der Hypophyse freigesetzt und fließt dann mit dem Blut zu den Nieren, wo es an den Nierenkanälchen wirkt.

Abb. 170: Rot = Natrium, blau = H_2O

Die Wände dieser Nierenkanälchen (Sie erinnern sich bestimmt, Abb. 170)) sind für Wasser durchlässig, aber nur dann, wenn ADH anwesend ist. Wenn kein oder nur wenig ADH vorhanden ist sind die Wände der HENLE´schen Schleife entweder wasserundurchlässig oder sie lassen nur wenig Wasser durch. Und schon verstehen Sie das Prinzip:

Ist das Blut zu konzentriert, d.h. ist zu wenig Wasser im Blut wird ADH ausgeschüttet. Es macht die Wände der HENLE´schen Schleife vermehrt wasserdurchlässig, sodaß mehr Wasser aus dem Urin ins Gewebe der Niere und damit zurück in die Blutbahn gelangt. Wird mehr Wasser ins Blut zurück resorbiert steigt der Wassergehalt des Blutes wieder an und der Zustand des Wassermangels normalisiert sich.

(Übrigens: Wenn in der Niere mehr Wasser zurück ins Gewebe gelangt und damit dem Primärharn entzogen wird nimmt logischerweise die Menge des Urins ab und nun entsteht ein „Wassermangel“ des Urins, was völlig unproblematisch ist. Dieser Mechanismus ist der Grund dafür, warum Sie, wenn man längere Zeit nichts trinkt: Sie produzieren weniger Urin und der ist zudem dunkel gefärbt. Der Körper benutzt den Primärharn als Puffer zur Regulation des Blutvolumens und dabei benutzt er als Steuerungs-“Gerät“ das ADH.)

Bei einem Abfall des Blutdrucks funktioniert es ebenso:

Hier melden allerdings nicht die Osmorezeptoren des Hypothalamus das Problem, sondern die Drucksensoren in der Hauptschlagader (Aorta) und im rechten Vorhof. Fällt der Blutdruck ab möchte der Körper dies durch das Auffüllen der Blutgefäße, d.h. durch die Zunahme des Blutvolumens ausgleichen. ADH wird produziert und vermehrt die Rückgewinnung von Wasser aus dem Primärharn.

Dieses Verfahren der ADH-Ausschüttung arbeitet unabhängig von der Konzentration des Blutes, wie ich es gerade vorhin beschrieben habe. So funktioniert es auch, wenn ein Mensch schwer verletzt ist und stark blutet. Er verliert Blutvolumen, der Blutdruck fällt ab, die Drucksensoren bemerken dies und veranlassen die Ausschüttung von ADH.

Und wo ich gerade davon gesprochen habe, daß sich einige Drucksensoren im rechten Vorhof befinden. Hier im Herzen wird ein weiteres Hormon produziert, nämlich das

BNP

BNP ist die Abkürzung für „brain natiuretic hormone“, also „Hormon, das die Ausscheidung von Natrium (= Salz)“ regelt. Es hat 2 Wirkungen:

Zunächst erweitert es die Schlagadern (= Vasodilatation). Dies geschieht dadurch, daß es Pumpen in der Zellwand aktiviert, die für den Transport von Calcium verantwortlich sind. Dabei handelt es sich um Pumpen, die das Calcium aus den Zellen herauspumpen.

Das BNP kann nur solche Calcium-Transporter aktivieren, die sich in der Wand von Schlagadern befinden, daher kann es auch nur dort wirken. Wird Calcium aus der Muskelwand einer Arterie heraus geschafft bleibt in der Muskelzelle selber weniger Calcium übrig und das hat eine Erweiterung der Schlagader zur Folge. Warum das sinnvoll ist lesen Sie später.

Das BNP wirkt aber auch in der Niere: Hier vermindert es die Rückgewinnung von Natrium, was zu einer gesteigerten Natrium-Ausscheidung mit dem Harn führt. Erinnern Sie sich: Wenn Sie an Natrium denken müssen Sie auch an Wasser denken. Logischerweise führt das BNP durch die vermehrte Ausscheidung von Natrium und damit auch zu einer vermehrten Ausscheidung von Wasser. Wenn dem Körper Wasser entzogen wird wird auch dem Blut Wasser entzogen, was bedeutet, daß das Blutvolumen abnimmt.

Beide der soeben beschriebenen Effekte sind, wie Sie sofort gemerkt haben werden, das krasse Gegenteil der bis dahin beschriebenen Mechanismen: Führte die Aktivierung aller bislang beschriebenen Vorgänge (z.B. RAAS oder ADH) zum Anstieg des Blutdrucks und des Blutvolumens so wirkt das BNP genau gegenteilig: Es vermindert das Blutvolumen und den Blutdruck. Warum sollte es das tun?

Im Leben eines Neandertalers war es von lebenswichtiger Bedeutung, immer einen ausreichend hohen Blutdruck zu haben. Nur wenn die Maschinerie auf vollen Touren lief war es möglich, körperlich so aktiv zu sein, daß man abends, wenn aus dem Büro in die heimische Höhle zurückkehrte und dort einen Säbelzahntiger vorfand, der gerade die eigene Frau auffressen wollte diesen Tiger zu verscheuchen oder sogar zwecks Gestaltung des Abendessens zu erlegen.

Abb. 171: Berühmter Säbelzahntiger aus dem Film Ice Age (sensationelles Werk)

Nun konnte es aber auch vorkommen, daß unser Neandertaler zuviel Flüssigkeiten in sich hatte. Z.B. weil er zuviele bewußtseinserweiternde Substanzen wie Bier oder Wodka intus hatte, er konnte aber auch eine Nierenkrankheit haben, die die Ausscheidung von Flüssigkeiten vermindert und zur Wasseransammlung im Körper führt oder eine Herzschwäche, die ebenfalls zu einer vermehrten Wasseransammlung im Körper führt. Für diese Zwecke hat der Schöpfer dem Neandertaler (und damit auch uns) den BNP-Mechanismus eingebaut:

Hat der Kreislauf zuviel Wasser in sich werden die Wände des Herzens gedehnt (wie die Wände eines Luftballons, den Sie mit Wasser füllen). Diese vermehrte Wanddehnung werden von „Dehnungssensoren“ der Wände der Herzvorkammern wahrgenommen und diese wiederum geben den Herzmuskelzellen den Befehl, BNP zu produzieren. Das BNP wiederum führt zu einer vermehrten Wasserausscheidung durch die Nieren, aber auch zu einer Erweiterung der Blutgefäße, was logischerweise zu einer Verminderung des Blutvolumens und damit auch zu einer Verminderung der Dehnung der Herzmuskelwände führt.

So greift halt Eines ins Andere. Ach übrigens:

Die Bezeichnung „Brain“ (= „Gehirn“) geht darauf zurück, dass BNP zuerst im Gehirn von Schweinen nachgewiesen wurde.

Adrenalin und Noradrenalin

Wenn man an die Regulation des Kreislaufs denkt kommt einem sofort der Begriff „Adrenalin“ in den Sinn und das ist auch richtig. Adrenalin wirkt nämlich nicht nur auf die Psyche von richtigen Männern („Adenalin-Junkies“, so wie Wladimir P., 62, prominenter Staatenlenker aus M.), die eigenhändig Bären jagen, mit nacktem Oberkörper durch die feindliche Tundra reiten, antike Amphoren aus dem Meer holen (aus 1.257 m ohne Schnorchel natürlich) oder mit selbst gesteuerten Löschhubschraubern ausgedehnte Steppenbrände löschen kann; nein, Adrenalin ist auch für die Regulation des Kreislaufs wichtig, und zwar lebenswichtig.

Adrenalin entsteht aus 2 Aminosäuren, die in einer chemischen Kettenreaktion zuerst zu Noradrenalin und danach zu Adrenalin verarbeitet werden.

Beide Substanzen werden im Mark der Nebennieren hergestellt, spielen aber auch bei der Funktion des vegetativen Nervensystems eine große Rolle:

Erinnern Sie sich noch an das Kapitel über die Herznerven? Wenn ja lesen Sie weiter, wenn nein: Lesen Sie den entsprechenden Abschnitt in Band 3 (Kapitel „Anatomie“) noch einmal nach.

Vereinfacht gesagt kann man sagen, daß Nerven auf 2 Weisen verbunden sein müssen: Einmal, wenn es darum geht, 2 Nerven miteinander zu verbinden (sozusagen als Nerv-Verlängerung) und einmal am Ende des Nerven, nämlich dort, wo er etwas bewirken soll. Diese Verbindungsstellen nennt man „Synapsen“.

Die Übertragung eines elektrischen Impulses von einem Nerven auf einen anderen Nerven oder beispielsweise einen Muskel erfolgt nicht einfach durch direkten Kontakt (wie bei 2 Kabeln, deren Kupferseele Sie einfach miteinander verdrillen), sondern mit Hilfe chemischer Substanzen (Film 63). Diese chemischen Übertragungssubstanzen nennt man „Neurotransmitter“.

Film 63 (Film nur in den elektronischen eBooks zu sehen)

An den meisten Synapsen des peripheren Nervensystems heißt dieser Neurotransmitter Acetylcholin, Dopamin oder Serotonin. Aber an den Endsynapsen des sympathischen Nervensystems ist es Noradrenalin.

Noradrenalin wirkt an den Nervenenden dadurch, daß es in Verbindung mit bestimmten Rezeptoren tritt, die hierdurch aktiviert werden. Was durch diese Aktivierung geschieht hängt davon ab, an welchen Rezeptor sich der Neurotransmitter bindet.

Für Noradrenalin und sein chemisches Folgeprodukt Adrenalin sind sog. Adrenorezeptoren zuständig. Und davon gibt es 3:

1. α1-Adrenozeptoren, die vorwiegend in Blutgefäßen gefunden werden können

2. α2-Adrenozeptoren, die beispielsweise auf Blutplättchen und auf Zellen des vegetativen Nervensystems zu finden sind

3. β-Adrenozeptoren mit den Subtypen β1, β2 und β3, die für die Regulation der Herztätigkeit und die Entspannung glatter Muskelzellen (z. B. in Bronchien) verantwortlich sind.

Produziert werden Noradrenalin und Adrenalin gemeinsam im Nebennierenmark und an den Nervenenden des sympathischen Nervensystems. Wenn Sie wissen, daß sich das Nebennierenmark entwicklungsgeschichtlich aus dem sympathischen Nervensystem gebildet hat verstehen Sie, warum gerade das Nebennierenmark Produktionsort dieser beiden Substanzen ist.

Wo war ich, ach ja: Bei der Wirkung.

Noradrenalin fungiert hauptsächlich als Neurotransmitter, weshalb ich es bei den folgenden Betrachtungen einmal außer Acht lassen möchte, es wirkt aber letztlich ebenso wie Adrenalin.

Adrenalin ist ein Streßhormon, daß die Voraussetzungen schafft für die rasche Bereitstellung von Energiereserven, die in gefährlichen Situationen das Überleben sichern sollen (Kampf oder Flucht). Um diesen Effekt zu haben wirkt es an verschiedenen Stellen unseres Körpers in verschiedener Weise, je nachdem, welchen Rezeptor (α1-,α2- oder β-Rezeptoren) an der jeweiligen Körperstelle vertreten ist:

Herz

Hier gibt es überwiegend β1-Rezeptoren. Deren Aktivierung durch Adrenalin führt zu einer erhöhten Herzfrequenz (positiv chronotrope Wirkung), einer beschleunigten Leitung elektrischer Impulse durch das Erregungsleitung des Herzens (positiv dromotrope Wirkung), einer erhöhten Pumpkraft des Herzens (positiv inotrope Wirkung) und einer Senkung der Reizschwelle des elektrischen Systems des Herzens (positiv bathmotrope Wirkung).

Die Beschleunigung der Herzfrequenz und die Kräftigung des Herzmuskels, d.i. die Zunahme der Inotropie (siehe in einem früheren Kapitel) führen zu einer „Ankurbelung“ der Herztätigkeit, was die Menge des in den Körper gepumpten Blutes steigert und den Blutdruck erhöht.

Blutgefäße

Adrenalin aktiviert die α1-Rezeptoren an den kleinen Blutgefäßen. Hierdurch kommt es zu einer Engstellung dieser Gefäße, wodurch der Blutdruck gesteigert wird.

Bronchien

In den Wänden der Bronchien, die ja auch z.T. aus Muskulatur bestehen gibt es besonders viele β2-Rezeptoren. Wenn diese durch das Adrenalin aktiviert werden erschlaffen diese Muskeln, was zur Folge hat, daß sich die Bronchien erweitern und man besser und mehr Luft holen und damit Sauerstoff aufnehmen kann. Auch dies dient, wie Sie sich denken können, der Aktivierung des Körpers und seiner Vorbereitung auf anstrengende Tätigkeiten.

Stoffwechsel

Adrenalin hat auch Wirkungen auf unseren Stoffwechsel:

In Streßsituationen (denken Sie an den Säbelzahntiger) benötigt der Körper sehr viel Energie. Und wo ist Energie drin (außer in den viel beworbenen viereckigen Traubenzuckerwürfeln einer namhaften deutschen (?) Firma)? In Zucker und im Fett. Also sorgt Adrenalin dafür, daß der Körper Fett abbaut und Zucker mobilisiert bzw. herstellt. Adrenalin fördert also den Abbau von Fetten (die ja bekanntlich als Energiespeicher dienen) und zur Freisetzung bzw. Herstellung von Zucker (Glukose). Darüber hinaus hemmt es u.a. die Produktion von Insulin und fördert die Zuckeraufnahme durch die Muskelzellen. Alles zum Zweck der maximierten Bereitstellung von Energie für den Ernstfall.

Magen-Darm- und Harnwegs-Trakt

Warum Adrenalin auf Magen-Darm und den Schließmuskel der Harnblase wirkt hat ein Professor während meines Studiums sehr einleuchtend erklärt:

Stellen Sie sich die Situation mit dem Säbelzahntiger vor: Sie kommen nach Hause und das Tierchen jagt gerade Ihre Frau, was Sie veranlaßt einzugreifen. Es geht um Sekunden! Da ist es ziemlich kontraproduktiv, wenn Sie mit Betreten der Höhle und Feststellung der Alarmsituation erst mal auf die Toilette müßten, um Darm und Blase zu entleeren. Es gibt zwar Menschen, die bei Streß vermehrt Wasser lassen müssen oder Durchfall bekommen. Aber das geschieht mehr aus Angst oder Aufregung und wird nicht durch die Streßreaktion verursacht.

Gehirn

Wirkungen auf das Gehirn i.S. des genannten „Adrenalin-Junkies“ hat Adrenalin nicht. Es putscht nicht auf, dafür sind eher andere Substanzen (Kokain u.ä.) zuständig. Adrenalin beeinflußt das Gehirn sehr wohl, aber mehr im Sinne der Aktivierung des sympathischen Nervensystems, aber die Psyche läßt es im wesentlichen in Ruhe.

Andere Adrenalinwirkungen

Adrenalin hat noch viele andere Wirkungen, die aber für die Regulation des Kreislaufs keine große Rolle spielen und die ich hier nur des Spaßes wegen erwähne: Vermehrtes Schwitzen, Gänsehaut, Pupillenerweiterung und trockener Mund.

Andere Hormone

Es gibt noch viele andere als die genannten Substanzen, die auf den Kreislauf, d.h. das Herz und die Gefäße wirken. Sie sind alle wichtig und haben alle ihren ganz zentralen Stellenwert, dennoch möchte ich sie hier nur am Rande streifen:

- Stickstoffmonoxyd (chemische Formel NO): Es wird in den Zellen der Gefäßwände produziert und ausgeschüttet, wenn bestimmte Signalstoffe (z.B. Acethylcholin, ATP, Endothelin und Histamin) diese Ausschüttung auslösen. NO führt zu einer Erweiterung der Blutgefäße.

- Endothelin 1: Auch das Endothelin wird von den Zellen der inneren Gefäßwand produziert und auf Vermittlung von Angiotensin 2 und ADH ausgeschüttet. Er wirkt ausschließlich lokal auf die Muskulatur der Blutgefäße und führt hier zu einer Verengung dieser Gefäße.

- Prostaglandin F2 und Thromboxane A2 und B2: Wirken gefäßverengend

- Prostaglandin E2 und Prostacyclin: Wirken gefäßerweiternd

- Bradykinin, Kallidin und Histamin: Wirken gefäßerweiternd

- Serotonin: Bewirkt eine Gefäßverengung und erhöht die Durchlässigkeit der Kapillaren.

So, meine Damen und Herren! Sie kennen nun also die Werkzeuge, die Meßfühler und die Informationskanäle der Kreislaufregulation. Bleibt nur noch eines übrig, nämlich die

Steuerungszentralen

Und da ergibt sich nun die Frage, was die Kreislaufregulation mit dem Militär gemeinsam hat.

Jede Armee ist folgendermaßen organisiert:

- Es gibt das Hauptquartier, das sich etwas ausdenkt. Es gibt das Produkt seiner Denkarbeit in Gestalt eines Befehls an den Armeestab (oder bei uns: den Divisionsstab) weiter. Und der Divisionsstab informiert schließlich die einzelnen Soldaten.

- Planung ist immer gut, aber es gibt Situationen, da kann man den beschriebenen normalen Befehlsweg nicht abwarten, ein Überraschungsangriff beispielsweise. Hier passiert folgendes:

- Der einzelne Soldat sieht die heranstürmenden Feinde. Er ergreift seine Flinte und wird hiermit sofort tätig; das geht schnell. Handelt es sich um einen kleinen Überraschungsangriff werden die Soldaten in der 1. Linie damit vielleicht auch fertig. Sicherheitshalber greift der Nebenmann des Soldaten zwar auch zur Flinte, aber erst, nachdem er über Funk den Divisionsstab informiert und um weitere Befehle gebeten hat.

- Wenn´s richtig brennt wird der Divisionsstab sagen: „OK Männer, wir schick Euch Verstärkung!“ und die schickt er dann auch tatsächlich los. Vielleicht klappt die Abwehr des Angriffs dann mit der Verstärkung.

- Sicherheitshalber wird der Divisionsstab aber auch das Hauptquartier alarmieren. Das Hauptquartier rollt nun die Landkarten aus und stellt fest, daß da wohl ein größerer Angriff läuft, mit dem die einzelnen Soldaten incl. der Verstärkung aus der Division wohl nicht fertig werden können. Also wird auch das Hauptquartier tätig und schickt Verstärkung aus anderen Armeen und Flugzeuge und Schiffe, Munition, Essen und was man sonst noch so benötigt.

Die Regulation des Kreislaufes funktioniert nach einem ähnlichen Prinzip. Auch hier laufen die Regulationsvorgänge, die ja immer dann gefragt sind, wenn etwas schief läuft auf 3 Ebenen:

- Auf lokaler Ebene (= einzelne Soldaten)

- auf überregionaler Ebene (= Divisionsstab) und

- auf der Ebene der Kommandozentrale (= Hauptquartier).

Beginnen wir mit der lokalen Ebene:

Lokale Ebene

„Lokal“ bedeutet in diesem Zusammenhang: Ursache und Wirkung sind hier streng regional begrenzt. Anderes, nicht so militärisches Beispiel: Am Auto platzt ein Reifen. Sie als Fahrer bemerken das mit Ihren Meßfühlern (Ohr: Komisches Geräusch beim Fahren, Gefühl: Sonderbares Ruckeln im Lenkrad, Auge: Auto fährt schräg). Mit diesen Informationen entscheiden Sie nun selbstständig, den Reifen zu wechseln.

Diese lokale Steuerung nennt man am Kreislauf „Autoregulation“. Sie dient dazu, die Durchblutung der Gewebe unabhängig vom aktuell herrschenden Blutdruck immer konstant zu halten und die Durchblutung den gerade herrschenden Bedingungen anzupassen. Der VON-EULER-LILJESTRAND- und der BAYLISS-Reflex[18] sind Beispiels einer solchen lokalen Autoregulation. Werden Teile der Lunge schlecht belüftet verengen sich die betreffenden Blutgefäße, verbessert sich die Belüftung werden die Gefäße wieder weit und die Durchblutung dieser Areale wird besser. Oder (BAYLISS-Effekt): Steigt der Blutdruck an dann verengen sich die Gefäße, um das dahinter gelegene Organ vor den schädigenden Auswirkungen des hohen Blutdrucks zu schützen, sinkt der Blutdruck ab erweitern sich die Gefäße wieder. Oder: Sauerstoffmangel in bestimmten Geweben löst eine Erweiterung der Blutgefäße aus, um mehr Blut heran zu schaffen.

Oder: Das Vorkommen gewisser Stoffe im Blut (z.B. Kohlendioxyd, ADP, Wasserstoff-, Kalium-Teilchen) lösen lokal eine Gefäßweitung aus. Die daraus resultierende bessere Durchblutung begünstigt den Abtransport dieser Stoffe. Besonders wichtig ist diese Art der Steuerung im Herzmuskel und im Gehirn.

Solche Mechanismen laufen in der Regel streng lokal ab, d.h. man würde sie auch dann beobachten und nachweisen können, wenn die entsprechende Körperregion von jeglicher Nervenversorgung abgeschnitten wäre.

Die nächste Ebene ist die

Überregionale Ebene

Beispiel: Am Auto platzt ein Reifen. Ihr Auto besitzt ein Reifendruck-Meßgerät, daß das Reifenproblem sofort an den nächsten Automobilclub meldet, der das Pannenmobil schickt.

Übertragen auf die Kreislaufregulation spricht man hier von der „spinalen“ Ebene, weil das Rückenmark einbezogen ist.

Sehen Sie ein Beispiel in Abb. 172:

Abb. 172

Dargestellt ist rechts im Bild ein Kapillargefäß-System, links sehen Sie das Rückenmark mit seiner grauen Substanz, seiner vorderen und hinteren Wurzel, dem Spinalganglion, dem sympathischen Ganglion und dem Spinalnerven.

Wenn in einem Gewebe Sauerstoffmangel auftritt (z.B. in den Füßen, weil Sie abschnürende Kniestrümpfe tragen) dann wird dieser Mangelzustand von den entsprechenden Meßfühlern wahrgenommen (in Abb. 172 ist der Sauerstoffmangel mit den gelben Flächen innerhalb der Kapillaren symbolisiert und der Meßfühler das Instrument, das mit spitzer Nadel in die gelbe Fläche zeigt).

Die Meßfühler signalisieren den Sauerstoffmangel über Nerven in Richtung des Rückenmarks. Die Enden dieser Informations-zuführenden Nerven sind nun von der Natur so geschaltet, daß sie mit anderen Nerven innerhalb des Rückenmarks in direktem Kontakt stehen. Sinnvollerweise werden das in unserem Beispiel solche Nerven sein, die die Schließmuskeln der kleinen Arterien beeinflussen. Diese Beeinflussung erfolgt im Sinne einer „Hemmung“, d.h. wenn diese Nerven aktiv werden bedeutet das für die Schließmuskeln: „Entspann Dich“. Wenn sich die Schließmuskeln entspannen bedeutet dies, daß die Gefäße weiter werden. Es kann dann mehr Blut in die Kapillaren fließen und der Sauerstoffmangel kann durch vermehrte Durchblutung beseitigt werden.

Ist der Sauerstoffmangel beseitigt werden die Meßfühler dies ebenfalls bemerken und weniger Impulse an das Rückenmark übersenden. Dort werden die Informationen wieder auf den „Schließmuskel-Nerven“ umgeschaltet, der nun weniger „Entspannungssignale“ an den Schließmuskel übertragen, worauf sich die Arterie wieder verengt.

Ein solcher spinaler Reflex arbeitet automatisch (daher die Bezeichnung „Autoregulation“, d.h. die nächste höhere Befehlsebene (s. „Kommandozentrale“) wird zwar informiert, muß aber noch nicht eingreifen.

Es gibt zahlreiche solcher spinalen Reflexe, die sich nicht nur um die Verarbeitung verschiedener Informationen (z.B. Wärme, Sauerstoffmangel, Blutdruck usw.)( kümmern, sondern deren Wirkung u.U. vollkommen verschieden sind:

- Werden z.B. die Kältesensoren der Finger alarmiert dann werden die Schließmuskeln der Fingerarterien aktiviert, sodaß die Durchblutung der Finger abnimmt, um einem Wärmeverlust des Körpers vorzubeugen.

- Werden die Sauerstoffmangel-Sensoren (wie in dem vorhin geschilderten Beispiel) aktiviert werden (über andere Verschaltungen innerhalb des Rückenmarks) die Schließmuskeln zur Erschlaffung veranlaßt.

- Ist der Blutdruck zu hoch werden die Gefäßschließmuskeln ebenfalls aktiviert, damit sie die Blutgefäße verengen und das nachgeschaltete Organ vor den schädigenden Auswirkungen des hohen Blutdrucks zu schützen.

Es gibt also „hemmende“ und „aktivierende“ spinale Reflexe. Und alles läuft vollautomatisch ab, ohne daß wir bewußt eingreifen müßten. Ein Wunder, wie wir so nervlich verschaltet sind, oder?

Und dann fehlt dann bei der Beschreibung der Regularisationsmechanismen noch das Hauptquartier, die

Kommandozentrale

Beispiel: Am Auto platzt ein Reifen. Ihr Auto besitzt ein Reifendruck-Meßgerät, daß das Reifenproblem über Funk oder das Internet an das zuständige Verkehrministerium schickt. Das denkt über das Problem nach, sieht in den entsprechenden Krisen-Handbüchern nach, fragt bei der Polizei nach, ob das Auto Ihnen gehört oder ob es gestohlen wurde, fragt am Finanzamt nach, ob Sie auch die Kfz-Steuer bezahlt haben und alarmiert dann (je nachdem, was es bei seinen Anfragen herausbekommen hat) entweder den Pannendienst, der mit seinem Pannenmobil ausrückt (wenn alles in Ordnung war) oder die Polizei (wenn das Auto gestohlen war), die Sie verhaftet oder die Steuerfahndung (wenn Sie die Kfz-Steuer nicht bezahlt hatten), die Sie auch verhaftet.

Abb. 173

Das Zentrum, das für die Steuerung des Kreislaufes (speziell: des Blutdrucks) ist im Hirnstamm (= Medulla oblongata) gelegen. Wie Sie Abb. 173 entnehmen können befindet es sich in unmittelbarer Nachbarschaft mit den Zentren für die Atmung, die Nahrungsaufnahme (Hunger nach Salz bei Salzmangel des Körpers), für den Wasser-Salz-Haushalt, die Wärmeregulation und die Entleerung der Harnblase. Das ist logisch, denn alle diese Zentren stehen miteinander in Verbindung.

Im Kreislaufzentrum werden Informationen von Meßfühlern ausgewertet, die den Blutdruck, die Pulsfrequenz, den Füllungsdruck des rechten Teil des Herzens, den Säurewert des Blutes (= pH-Wert) und den Kohlendioxyd- und Sauerstoff-Gehalt des Blutes messen.

Die Drucksensoren befinden sich in der Wand der Aorta und der inneren Halsschlagader (Carotissinus), in den Hohlvenen und den Vorhöfen (Dehnungssensoren).

Der Gehalt des Blutes an Sauerstoff und Kohlendioxyd, sowie der pH-Wert des Blutes werden von spezialisierten Sensoren in Sensoren erfasst, die ebenfalls an der Halsschlagader (Carotissinus), der Aorta und der Lungenarterie liegen.

Die Informationen dieser Sensoren werden an das Kreislaufzentrum im Stammhirn übermittelt.

Zusätzlich steht das Kreislaufzentrum aber noch u.a. mit dem Großhirn in Verbindung. Von hier aus werden nämlich die Muskeln des Körpers gesteuert und es macht schon Sinn, wenn das Großhirn beschließt, einen Marathon zu laufen und hierzu die entsprechenden Muskeln aktiviert. Natürlich könnte der Kreislauf nun so lange warten, bis der Lauf begonnen hat und die ersten Anzeichen für eine Übersäuerung der Muskeln und einen (relativen) Sauerstoffmangel gemeldet werden. Sinnvoller ist es allerdings, wenn schon im Vorfeld des Marathon-Starts die vorbereitenden Befehle an den Kreislauf gesendet werden: Herzfrequenz steigern, Blutdruck steigern, Harnblase schließen, Darm vorübergehend außer Betrieb nehmen, Niere auf Wassereinsparung programmieren usw. Aus diesem Grund gibt es diese Verschaltung.

Die Vorgänge, die bei der Regulation des Kreislaufes unter Einschluß aller bislang beschriebenen Ebenen eine Rolle spielen sind äußerst kompliziert und, wenn man es einmal genau betrachtet auch heute im 21. Jahrhundert noch nicht in allen Einzelheiten bekannt. Unsere Gattung hat es geschafft, zum Mond und wieder zurück zu fliegen. Wir können banale Mandelentzündungen mit Penicillin behandeln, was zahlreichen Menschen das Leben gerettet hat und wir haben Bomben erfunden, mit denen der gesamte Planet mehrfach in die Luft gesprengt werden könnte. Aber wir verstehen bis zum heutigen Tag noch nicht in allen (biochemischen) Einzelheiten, wie es ein 80 - 100 kg schweres Wesen schafft, die beiden unterschiedlich gebauten Herzkammern synchron arbeiten zu lassen, in der Wüste nicht automatisch einen Kreislaufkollaps zu bekommen oder beim Tauchen im Schwimmbad dafür zu sorgen, daß die Haut gegen den Widerstand des Wasserdrucks noch ordentlich durchblutet wird.

Dies liegt überwiegend daran, daß an der Regulation des Kreislaufes die verschiedensten Mechanismen beteiligt sind und daß diese Mechanismen nicht nur jeder für sich oder nacheinander arbeiten, sondern daß alles gleichzeitig abläuft und sich dann auch noch gegenseitig beeinflußt.

Und wenn schon viel schlauere Menschen als ich diese Vorgänge nicht in ihrer gesamten Komplexität verstehen: Wie sollte ich dann in der Lage sein, Ihnen das alles zu erklären. Am Ende des Kapitels möchte ich Ihnen eine Abbildung zeigen, mit der die komplexen Vorgänge für die Regulation des Blutdrucks angedeutet werden. Ähnliche Schematat gibt es auch für Atmung, Wassergehalt des Körpers und vieles andere. Und alle diese verschiedenen Regularisationsmechanismen stehen auch noch untereinander in Verbindung. Es ist also wirklich kompliziert.

Überblick über die gesamte Kreislaufregularisation

Um nun einmal einen ungefähren Eindruck von der Komplexität der Vorgänge zu verschaffen sehen Sie sich einmal die Abb. 174 an.

Abb. 174

Sie sehen hier in einer vereinfachten (!) Darstellung, durch welche Mechanismen der Blutdruck konstant gehalten wird. Versuchen Sie einmal nachzuvollziehen, was passiert, wenn der Blutdruck absinkt oder ansteigt. Und versuchen Sie, alles das, was ich Ihnen bislang zur Kreislaufregulation erklärt habe zu verstehen. Wenn das klappt bin ich zufrieden, ansonsten wäre ich etwas enttäuscht, denn ich bin nun am Ende meiner Broschüre über das Herz, seine Bestandteile und seine Funktion angekommen.

Schlußbemerkung

Es würde mich sehr freuen, wenn Sie sich am Ende der Lektüre sagen würden, daß sich der Wahnsinnspreis für die Anschaffung der Broschüre gelohnt hat. Noch mehr würde es mich allerdings freuen, wenn Sie mir eine eMail schicken würden, um mich zu loben und freudetrunken wäre ich, wenn Sie Anregungen oder Kritik hätten, die Sie mir auch emailen würden, damit ich eine neue verbesserte Auflage schreiben kann.

Also, an alle Zuhören, Zuseher und Leser draußen in den Weiten des Universums:

Macht´s gut, viel Glück und danke für den vielen Fisch (Mitteilung der Dephine an die Menschen, bevor sie die Erde verließen, die kurze Zeit später gesprengt werden wird, um einer neuen Hyperraum-Umgehungsstraße Platz zu machen (siehe: „Per Anhalter ins All“, googlen Sie mal nach dem Hörspiel)).

1 technisches Gerät, mit dessen Hilfe Drücke gemessen werden können. Bestehen aus einem Silikon-Streifen, dessen elektrischer Widerstand sich verändert, wenn er verbogen wird.

2 Direkte Verbindung zwischen Schlagader und Vene

3 Bezeichnung für einen Automatismus, der dafür sorgt, daß in der Lunge nicht belüftete Gebiete auch nicht durchblutet und nicht durchblutete Gebiete auch nicht belüftet werden

4 beschreibt eine bestimmte Arbeitsweise des Herzens, nämlich den Zusammenhang zwischen Füllung und Auswurfleistung der Herzkammern. Benannt nach den Ärzten Friedrich Wilhelm Ferdinand Otto Frank (1865 - 1944), Hermann Straub (1882 - 1938) und Ernest Henry Starling (1866 - 1927)

5 Kraft der Herzmuskelzellen. Positiv inotrop = Herzkraft nimmt zu; negativ inotrop = Herzkraft nimmt ab

6 Altertümliche Kaffeekanne, aus der der Kaffee tropfenweise abfloß, weil sich der Kaffeesatz unten in der Kanne ablagerte und der Kaffee daher nur tropfenweise aus dem Hahn floß (= „dröppelte“)

7 Alljährlich wiederkehrendes Ereignis, das mit Luftballons, Luftschlangen, albernen Papphütchen und mengenweise Pommes rot-weiß begangen wird und die Wohnung grundsätzlich im Chaos hinterläßt (es sei denn, die Feier findet bei den Eltern der Freunde statt)

8 körperlich gut trainierter Mann, der an der Eingangstür verschiedener Einrichtungen der Unterhaltungsindustrie steht und nur erwünschten Personenkreis einläßt. Erfordert langjährige Erfahrung und Schulung, weil „erwünschter“ Personenkreis von Lokalität zu Lokalität stark unterschiedlich sein kann. Z.B. Disko: Unerwünscht: Männer mit ungewaschenen Haaren und gammeligem Parka. Oder: Boxbude auf der Kirmes: Männer mit ungewaschenen Haaren und gammeligen Parka erwünscht (!) (es sei denn, daß sie pleite aussehen)

9 Hormon, das u.a. für die Regularisation des Wasserhaushaltes verantwortlich ist. Fördert in der Niere die Rückresorption von Natrium und die Ausscheidung von Kalium

10 Mechanismus zur Konstant-Erhaltung der Durchblutung eines Organs oder Gewebes: Steigt der Blutdruck wird die Wand der Schlagader vermehrt gedehnt. Durch vermehrte Dehnung wird Zusammenziehen des Gefäßes verursacht. Benannt nach dem engl. Arzt William Bayliss

11 Eiweiß, das die Vorstufe von Angiotensin 1 und Angiotensin 2 ist. Wird in der Leber gebildet und wandelt unter der Einwirkung von Renin Angiotensinogen in Angiotensin 1 um

12 Eiweiß, das eine chemische Reaktion in eine bestimmte Richtung lenken kann oder beschleunigt

13 Abkürzung für Angiotensin-converting-enzym. Bewirkt die Umwandlung Angiotensin 1 in Angiotensin 2. Wird in der Lunge gebildet

14 Eiweißkörper, der für die „Ankurbelung“ des Kreislaufs verantwortlich ist. Oberbegriff für Angiotensin 1 und Angiotensin 2. Entsteht aus Angiotensinogen (Angiotensin 1) durch die Einwirkung von Renin

15 Wichtiger Bestandteil jeden Organismus. Tragen Namen wie Alanin, Prolin, Cystein usw.. Eiweiß besteht aus vielen einzelnen verschiedenen Aminosäuren

16 Zusammenschluß von einzelnen Atomen. Das Molekül „Wasser“ besteht z.B. aus 2 Atomen Wasserstoff und 1 Atom Sauerstoff, daher chemische Bezeichnung H2O

17 Eiweiß, das durch die Einwirkung von Renin entsteht und in Angiotensin 2 umgewandelt wird. „Kurbelt“ den Kreislauf an

18 Mechanismus zur Konstant-Erhaltung der Durchblutung eines Organs oder Gewebes: Steigt der Blutdruck wird die Wand der Schlagader vermehrt gedehnt. Durch vermehrte Dehnung wird Zusammenziehen des Gefäßes verursacht. Benannt nach dem engl. Arzt William Bayliss

Table of Contents

Kreislauffunktionen

Blutdrücke

Niederdruck- und dem Hochdrucksystem.

Blutfluß

Die Regulation des Kreislaufs

Die Werkzeuge

Schließmuskel der Schlagadern

Arteriovenöse Anastomosen

Weite der Körpervenen

Das Herz

STARLING-Mechanismus

Das LaPlace-Gesetz

Zunahme der Inotropie

Herzfrequenz

Niere

Menge des Primärharns

Rückresorption von Wasser

Osmose und Diffusion

Die Meßfühler

Barorezeptor

Chemorezeptoren

Die Informationskanäle

Nervenbahnen

Die Hormone

Renin

Angiotensin

Gefäße

Niere

Nebenniere

Hirnanhangsdrüse

Gehirn

Aldosteron

Antidiuretisches Hormon

BNP

Adrenalin und Noradrenalin

Herz

Blutgefäße

Bronchien

Stoffwechsel

Magen-Darm- und Harnwegs-Trakt

Gehirn

Andere Adrenalinwirkungen

Andere Hormone

Steuerungszentralen

Lokale Ebene

Überregionale Ebene

Kommandozentrale

Überblick über die gesamte Kreislaufregularisation

Schlußbemerkung