Systemische und spezielle Kreisläufe

Das Blut bewegt sich in einem kontinuierlichen Kreislauf von Blutgefäßen durch den Körper. Verschiedene Organe haben einzigartige Funktionen und haben daher unterschiedliche Anforderungen, Kreislaufmuster und Regulationsmechanismen. Einige der lebenswichtigsten Organe (einschließlich Gehirn, Herz und Nieren Nieren Niere) haben autoregulatorische Eigenschaften, was bedeutet, dass sie trotz Schwankungen des mittleren arteriellen Drucks (MAD) einen relativ konstanten Blutfluss aufrechterhalten können. In anderen Fällen können lokal produzierte Faktoren (wie Adenosin, CO2 oder NO) eine lokale Vasokonstriktion Vasokonstriktion Physiologie des Blutkreislaufs oder Vasodilatation bewirken und den Blutfluss unter bestimmten physiologischen Bedingungen regulieren.

Aktualisiert: 23.05.2023

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Mit Video-Repetitorien von Lecturio kommst du sicher
durch Physikum, M2 und M3.

Überblick über den Körperkreislauf und den Kapillaraustausch

Anatomischer Überblick über den Körper- und Lungenkreislauf

Das Blut fließt in einer Richtung durch das Herz und durch die Lunge Lunge Lunge: Anatomie und passiert dabei nacheinander die folgenden Strukturen:

Blutzirkulation durch den Körper

Blutzirkulation durch den Körper:
Sauerstoffarmes Blut tritt in die rechte Herzhälfte ein und gelangt durch den Truncus pulmonalis in die Lunge, wo es oxygeniert wird. Das Blut fließt dann über die Vv. pulmonales zum linken Herzen zurück, wo es in die Aorta gepumpt und im ganzen Körper verteilt wird. Das Blut fließt durch Kapillaren, wo es wieder desoxygeniert wird, und wandert über die V. cava superior und die V. cava inferior zum Herzen zurück.
LA: linkes Atrium
LV: linker Ventrikel
RA: rechtes Atrium
RV: rechter Ventrikel

Bild von Lecturio.

Verteilung des Herzzeitvolumens (HZV)

Blutfluss durch und um die Kapillaren Kapillaren Kapillaren

  • Gelangen des Blutes in die Arteriolen → Metarteriolen → Kapillaren Kapillaren Kapillaren
  • Durchgangskanal → Venolen
  • Präkapilläre Sphinkter aus glatter Muskulatur am Übergang von Metarteriolen zu jeder einzelnen Kapillare:
    • Regulation des Blutflusses in das Kapillarbett
    • Geschlossene Sphinkter → Umgehung des Kapillarbetts und Fluss durch den Durchgangskanal
  • Arteriovenöse Anastomosen (AV-Shunts): Gefäße, die die Kapillarbetten umgehen und Arterien Arterien Arterien und Venen Venen Venen direkt verbinden
    • Vorhandensein bei geschlossenen präkapillären Sphinktern
    • V.a. in der Dermis Dermis Haut: Aufbau und Funktion vorhanden: Regulation der Körpertemperatur
Kapillarbett

Kapillarbett, das die Arteriole, die Metarteriole, den präkapillären Sphinkter, den Durchgangskanal und die Venole zeigt

Bild: „Capillary bed“ von OpenStax College. Lizenz: CC BY 3.0

Physiologie der Kapillaren Kapillaren Kapillaren

Funktionen:

Einfluss von Starling-Kräften auf die Kapillaren Kapillaren Kapillaren:

  • Relativ höherer hydrostatischer Druck in den Arteriolen: Filtration von Flüssigkeit, Nährstoffen und anderem Zellmaterial in die umgebende Extrazellulärflüssigkeit
  • Keine Passage von Plasmaproteinen durch die Kapillarwände möglich → Anstieg des kolloidosmotischen Drucks zum venösen Ende der Kapillare
  • Relativ höherer kolloidosmotischer Druck in den Venolen → Aufnahme von Abfallprodukten in die Gefäße

Differentialdiagnosen eines erhöhten hydrostatischen Drucks in den Kapillaren Kapillaren Kapillaren:

  • Pathologie, die eine Vorwärtsbewegung des venösen Blutes verhindert → Anstieg des hydrostatischen Drucks in den Kapillaren Kapillaren Kapillaren → Austritt von mehr Flüssigkeit und darin enthaltenen Substanzen in die Extrazellulärflüssigkeit
  • Herzinsuffizienz: ineffizientes Pumpen durch das Herz → venöse Stauung, da das Blut nicht effektiv durch das Herz fließt → Belastungs- und/oder Ruhedyspnoe, Orthopnoe Orthopnoe Atemwegsobstruktion und peripheres Ödem
  • Zirrhose: Spätstadium der Lebernekrose und Narbenbildung → venöse Stauung in V. portae
  • Tiefe Venenthrombose Tiefe Venenthrombose Tiefe Venenthrombose (TVT) der unteren Extremitäten: Verschluss einer tiefen Vene durch eine Thrombose, die am häufigsten in den Waden auftritt → venöse Stauung hinter dem Verschluss
Starkräfte innerhalb einer Kapillare

Starling-Kräfte:
Starling-Kräfte innerhalb einer Kapillare bestimmen den Fluss von Molekülen in das und aus dem Gefäß.

Bild:  „Net filtration“ von Phil Schatz. Lizenz: CC BY 4.0

Hepatische Durchblutung

Arterielle Versorgung der Leber Leber Leber

  • Aorta abdominalis → Truncus coeliacus → A. hepatica communis
  • Transport von sauerstoffreichem Blut und Nährstoffen zu den Hepatozyten Hepatozyten Leber
  • Ungefähr 25 % der Blutversorgung der Leber Leber Leber

Pfortaderkreislauf

Die V. portae hepatis (Pfortader) transportiert sauerstoffarmes Blut von den Bauchorganen zur Leber Leber Leber für den First-Pass-Metabolismus von allen Substanzen, die im GI-Trakt resorbiert werden.

  • Weg vom Herzen zur Leber Leber Leber:
    • Aorta →
    • A. mesenterica superior (AMS), A. mesenterica inferior (AMI) →
    • Kleinere Arterien Arterien Arterien
    • Kapillaren Kapillaren Kapillaren in den GI-Zotten →
    • Kleinere Venen Venen Venen
    • V. portae hepatis → Vv. interlobulares
  • Filtration des Bluts aus den Vv. interlobulares durch hepatische Sinusoide, die von Hepatozyten Hepatozyten Leber ausgekleidet sind:
    • Metabolismus vieler über den GI-Trakt aufgenommene Stoffe durch Hepatozyten Hepatozyten Leber
    • Filtration des Bluts aus der arteriellen Versorgung durch die hepatischen Sinusoide
  • V. centralis eines Leberläppchens → Vv. hepaticae → VCI
Anatomie eines Leberläppchens

Anatomie eines Leberläppchens:
Zu filterndes Blut tritt durch die Vv. interlobulares ein und fließt durch die Sinusoide und in die V. centralis. Von dort fließt das Blut über die Vv. hepaticae in die V. cava inferior.

Bild: „Microscopic Anatomy of the Liver“ von OpenStax College. Lizenz: CC BY 4.0

Portokavale Anastomosen

Portokavale Anastomosen sind Umgehungskreisläufe, in denen bei gestörtem Blutfluss durch die V. portae hepatis Umgehungskreisläufe über die V. cava superior und die V. cava inferior stattfinden.

  • Gewährleistung der venösen Drainage der Abdominalorgane auch bei Verschlüssen im Pfortadersystem (z. B. Leberzirrhose Leberzirrhose Leberzirrhose)
  • Klinisch wichtige portokavale Anastomosen:
    • Anastomose über die submukösen Ösophagusvenen:
      • V. portae hepatis → Vv. gastricae → Vv. oesophageales → V. azygos/V. hemiazygos → V. cava superior
    • Anastomose über die Venen Venen Venen der Bauchwand:
      • V. portae hepatis → Vv. paraumbilicales → V. epigastrica inferior → V. iliaca externa → V. iliaca communis → V. cava inferior
      • V. portae hepatis → Vv. paraumbilicales → V. epigastrica superior → V. thoracica interna → V. subclavia → V. brachiocephalica → V. cava superior
    • Anastomose über die Venen Venen Venen der retroperitonealen Kolonabschnitte:
      • V. portae hepatis → V. mesenterica superior/inferior → Vv. colicae → Vv. lumbales ascendentes → V. azygos/hemiazygos → V. cava superior
      • V. portae hepatis → V. mesenterica inferior → V. colica sinistra → V. testicularis/ovarica sinistra → V. renalis sinistra → V. cava inferior
    • Anastomose über den rektalen Venenplexus:
      • V. portae hepatis → V. mesenterica inferior → V. rectalis superior → Vv. rectales mediales und inferiores → V. iliaca interna → V. cava inferior
  • Differenzialdiagnose: portale Hypertonie Hypertonie Arterielle Hypertonie
Ösophagusvarizen, Splenomegalie und Rektumvarizen bei portaler Hypertonie

Ösophagusvarizen, Splenomegalie und Rektumvarizen als Folge einer Blutstauung durch erhöhten Druck in der V. portae hepatis.

Bild von Lecturio.

Renale Durchblutung

Blutfluss

Das Blut fließt auf folgendem Weg zu den und durch die Nieren Nieren Niere:

  • Aorta → A. renalis → A. interlobaris → A. arcuata renis → Arteria interlobularis
  • Vas afferens (Zufuhr von arteriellem Blut in den Glomerulus) →
  • Glomeruläre Kapillaren Kapillaren Kapillaren
    • Filtration des Blutes
    • Fluss des Filtrats in den Kapselraum der Bowman-Kapsel Bowman-Kapsel Niere → Nierentubuli → Urinbildung →
  • Vas efferens (Transport des restlichen arteriellen Bluts aus dem Glomerulus) →
  • Peritubuläre Kapillaren Kapillaren Kapillaren und Vasa recta
    • Peritubuläre Kapillaren Kapillaren Kapillaren: Umgebung der proximalen und distalen Tubuli
    • Vasa recta: Umgebung der Henle-Schleife
    • Beginn des venösen Kreislaufs und wichtig für die Regulation des Urininhalts →
  • V. interlobularis → V. arcuata renis → V. interlobaris → V. renalis → VCI
Nierenkreislauf

Renale Zirkulation

Bild von Lecturio.

Regulation der glomerulären Filtration

Die Niere verfügt über mehrere Regulationsmechanismen, die den renalen Blutfluss (RBF) und die glomeruläre Filtrationsrate Glomeruläre Filtrationsrate Nierenfunktionstests (GFR) beeinflussen:

Relative Konstriktion und Dilatation von Vas afferens und Vas efferens:

  • Vas afferens:
    • Konstriktion: ↓ RBF → ↓ hydrostatischer Druck in den glomerulären Kapillaren Kapillaren Kapillaren → ↓ GFR
    • Dilatation: ↑ RBF → ↑ hydrostatischer Druck in den glomerulären Kapillaren Kapillaren Kapillaren → ↑ GFR
  • Vas efferens:
    • Konstriktion: ↑ hydrostatischer Druck in den glomerulären Kapillaren Kapillaren Kapillaren → ↑ GFR, aber ↓ RBF
    • Dilatation: ↓ hydrostatischer Druck in den glomerulären Kapillaren Kapillaren Kapillaren → ↓ GFR, aber ↑ RBF

Bayliss-Effekt:

  • Myogene Autoregulation des RBFs: ↑ systemischer Blutdruck (Englisches Akronym: BP)→ Dehnung der afferenten Arteriolen → Aktivierung nach innen gerichteter Ionenkanäle → Depolarisation → Kontraktion der Arteriole
  • Konstanter RBF innerhalb eines physiologischen Bereichs des MADs (autoregulatorischer Bereich)
  • Stabiler RBF: Ermöglichung, dass andere Regulationsmechanismen (anstelle des systemischen BPs), die GFR regulieren
Einfluss des mittleren arteriellen Blutdrucks auf die Flussrate des renalen Blutflusses (RBF) und die glomeruläre Filtrationsrate (GFR)

Einfluss des mittleren arteriellen Blutdrucks auf die Flussrate des renalen Blutflusses (RBF) und die glomeruläre Filtrationsrate (GFR):
Die GFR und der RBF bleiben innerhalb des autoregulatorischen Bereichs relativ konstant.

Bild von Lecturio.

Tubuloglomeruläres Feedback (TGF):

Zellen der Macula densa (MD) in den Tubuli können die Konzentration von Natrium- und Chloridionen wahrnehmen und anhand dessen die GFR der Nephrone regulieren.

  • Zellen der Macula densa (Lokalisation in den distalen Tubuli):
    • Messung des relativen Flusses von NaCl, der direkt mit der GFR korreliert
    • ↑ NaCl-Fluss = ↑ GFR
    • Fähigkeiten von MD-Zellen:
      • Sekretion von Adenosin
      • Unabhängige Stimulation der Zellen des juxtaglomerulären Apparats zur Sekretion von Renin
  • Adenosin: ↓ GFR durch Konstriktion des Vas afferens
  • Renin: ↑ GFR durch Aktivierung des RAAS
  • Beispiele für tubuloglomeruläres Feedback:
    • ↑ NaCl-Fluss in den Tubuli → Detektion durch MD → Sekretion von Adenosin (und Inhibition von Renin) → GFR ↓
    • ↓ NaCl-Fluss in den Tubuli → Detektion durch MD → Stimulation der Reninfreisetzung (und Inhibition von Adenosin) → GFR ↑

Feinregulation:

Zerebrale Durchblutung

Die zerebrale Durchblutung ist einzigartig, da die Gefäße des Gehirns durch eine spezielle Struktur die Blut-Hirn-Schranke Blut-Hirn-Schranke Nervensystem: Histologie, geschützt sind und da das Gehirn die Fähigkeit besitzt, seine eigene Durchblutung zu regulieren.

Blut-Hirn-Schranke Blut-Hirn-Schranke Nervensystem: Histologie

  • Prävention, dass viele schädliche Substanzen (z. B. Toxine, Bakterien) das Hirnparenchym befallen
  • Ermöglichung der Passage von Ionen und Nährstoffen
  • Komponenten:
    • Astrozytenfortsätze, die sich um die Hirnkapillaren wickeln: Prävention, dass Substanzen dem Gefäßsystem entweichen
    • Kapillaren Kapillaren Kapillaren ohne Fenestrierung
    • Tight Junctions: Prävention der parazellulären Diffusion
Die Blut-Hirn-Schranke

Die Blut-Hirn-Schranke

Bild von Lecturio.

Autoregulation

Das Gehirn kann seinen eigenen zerebralen Blutfluss (Englisches Akronym: CBF) als Reaktion auf Veränderungen des Blutdrucks, des CO2-Spiegels und des Aktivitätsniveaus verschiedener Gehirnregionen regulieren.

  • Myogene Autoregulation als Reaktion auf Veränderungen des mittleren arteriellen Blutdrucks (ähnlich den Nieren Nieren Niere):
    • ↑ systemischer MAD: Vasokonstriktion Vasokonstriktion Physiologie des Blutkreislaufs der Zerebralarterien, Begrenzung des Blutflusses
    • ↓ systemischer MAD: Vasodilatation der Zerebralarterien, Aufrechterhaltung der Perfusion
    • Autoregulationsfähigkeit zwischen MAD von 60 bis 150 mmHg
      • < 60 mmHg: CBF ↓, weil der Blutdruck nicht ausreicht, um das Gehirn zu durchbluten
      • > 150 mmHg: CBF ↑, weil der Blutdruck das autoregulatorische System überfordert
  • CO2-induzierte Vasodilatation:
  • Umverteilung des Blutflusses im gesamten Gehirn entsprechend der notwendigen Funktionen:
    • Beispiel: motorische vs. sensorische vs. kognitive Funktionen
    • Auftreten innerhalb von Sekunden
    • Wirkung lokaler Metaboliten
Blutflussumverteilung im Gehirn nach verschiedenen Aufgaben

Umverteilung des Blutflusses im Gehirn entsprechend der notwendigen Funktionen:
Die Umverteilung hängt stark von der Stoffwechselaktivität der verschiedenen Areale des Hirngewebes ab.

Bild von Lecturio.

Durchblutung der Koronarien und der Skelettmuskulatur

Koronarkreislauf

Das Herz erhält keine signifikanten Mengen O2 und Nährstoffe aus dem durchfließenden Blut. Der Koronarkreislauf beschreibt den Blutfluss durch die Gefäße (Koronarien), die das Myokard selbst versorgen.

  • Es gibt 2 Koronararterien:
    • A. coronaria sinistra, Hauptäste:
      • Ramus interventricularis anterior
      • Ramus circumflexus
    • A. coronaria dextra, Auszug einzelner Abgänge:
      • Ramus interventricularis posterior
      • Ramus marginalis dexter
      • Ramus nodi atrioventricularis
      • Ramus nodi sinuatrialis
    • Abstammung der Koronararterien aus der Aorta, direkt über der Aortenklappe Aortenklappe Anatomie des Herzens
    • Differentialdiagnose: Verschluss dieser Gefäße (typischerweise durch einen Thrombus) → Ischämie und potentielle Nekrose des umgebenden Myokardgewebes (bekannt als Myokardinfarkt Myokardinfarkt Myokardinfarkt (MI))
  • Ventrikelfüllung und Durchblutung des Myokards während der Diastole Diastole Herzzyklus (Entspannung des Myokards):
    • Systole Systole Herzzyklus: Kompression der kleinen Gefäße, die das Myokard perforieren/versorgen
    • Schneller Herzschlag → kürzere Diastole Diastole Herzzyklus → weniger Zeit für die Durchblutung des Herzens
  • Autoregulation: Wie das Gehirn und die Nieren Nieren Niere besitzt das Herz die Fähigkeit zur Vasokonstriktion Vasokonstriktion Physiologie des Blutkreislaufs oder Vasodilatation der Koronargefäße, wenn ein gewisser Bereich des MADs eingehalten wird. So wird eine konstante Flussrate aufrechterhalten.
Herzspülung während der Diastole

Herzdurchblutung während der Diastole:
Während der Ventrikelkontraktion (Systole) reduziert sich der Fluss zum Herzgewebe. Während der ventrikulären Entspannung (Diastole) erhöht sich der Fluss zum Herzen.

Bild von Lecturio.

Durchblutung der Skelettmuskulatur Skelettmuskulatur Muskelphysiologie der Skelettmuskulatur

Aktiv kontrahierende Muskeln erhöhen die Eigendurchblutung.

Durchblutung der Haut

Die Regulation der Durchblutung der Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion ist für die Thermoregulation entscheidend, da Wärme abtransportiert wird, wenn Blut nahe der Hautoberfläche fließt.

Behaarte Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion

  • Stabile Temperaturen: Blutfluss gering und konstant
  • Reaktion auf Kälte am gesamten Körper:
  • Reaktion auf lokale Kälte:
  • Reaktion auf Wärme am gesamten Körper:
    • Beendigung der Vasokonstriktion Vasokonstriktion Physiologie des Blutkreislaufs
    • Aktivierung der Vasodilatation → verstärkter Abtransport von Wärme durch Blut in der Nähe der Hautoberfläche
    • Über Acetylcholin und ein unbekanntes Molekül (vermutlich mit NO verwandt, das eine Dilatation der glatten Muskulatur verursacht)
  • Reaktion auf lokale Wärme:
    • Axonreflex: schnelle Zunahme der Vasodilatation
    • NO: Erhalt der maximalen Vasodilatation

Unbehaarte Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion

Unbehaarte Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion ist dicker (z. B. Handflächen, Fußsohlen, Ohrläppchen):

  • Tonische Aktivierung des Sympathikus → fast immer Vasokonstriktion Vasokonstriktion Physiologie des Blutkreislaufs, Verstärkung möglich
  • Mechanismen:
    • Noradrenalin
    • Neuropeptid Y
  • Arteriovenöse Anastomosen:
    • Shunts, die die Kapillarbetten nahe der Hautoberfläche umgehen
    • Größerer Blutfluss ohne Wärmeverlust möglich
  • Unbehaarte Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion: keine aktive Vasodilatation: Erhöhung des Flusses, indem die Vasokonstriktion Vasokonstriktion Physiologie des Blutkreislaufs beendet wird
  • Reaktion auf lokale Wärme oder Kälte: Öffnen und Schließen der arteriovenösen Anastomosen zur Veränderung des Blutflusses
Arteriovenöse Anastomose in den dermalen Schichten der kahlen Haut

Arteriovenöse Anastomose in den dermalen Schichten der unbehaarten Haut, die eine erhöhte Durchblutung ohne Wärmeverlust in diesen Bereichen ermöglicht
NE: Noradrenalin

Bild von Lecturio.

Wheal and Flare (Triple Response)

  • Lokalisierte Hautreaktion, die als Reaktion auf ein Allergen auftritt (z. B. Allergietests und Mückenstiche)
  • Wheal (Quaddel (Schwellung)):
    • Aufgrund der aus den Blutgefäßen austretenden Flüssigkeit nach der Mastzellaktivierung
    • Mastzellaktivierung → Histaminfreisetzung → erhöhte Kapillarpermeabilität → ↑ Flüssigkeitsaustritt aus dem Blut in den interstitiellen Raum
  • Flare (Reflexerythem (rot)): aufgrund der lokalen Vasodilatation und des erhöhten Blutflusses

Quellen

  1. Mohrman, D. E., Heller, L. J. (2018). Overview of the cardiovascular system. Kapitel 1 von Cardiovascular Physiology, 9. Auflage. McGraw-Hill Education. accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1153946098 (Zugriff am 16.11.2021)
  2. Mohrman, D. E., Heller, L. J. (2018). Vascular control. Kapitel 7 von Cardiovascular Physiology, 9. Auflage McGraw-Hill Education. accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1153946722 (Zugriff am 16.11.2021)
  3. Klabunde, R. (2020). Skeletal muscle blood flow. Cardiovascular Physiology Concepts. https://www.cvphysiology.com/Blood%20Flow/BF015 (Zugriff am 16.11.2021)
  4. Deutsche Zeitschrift für Akupunktur (2001). Subjektive und objektivierbare Wirkungen der Akupunktur auf allergische Reaktionen. DOI: 10.1055/s-2001–19473. https://www.thieme-connect.com/products/ejournals/abstract/10.1055/s-2001-19473 (Zugriff am 03.03.2023)
  5. EKG & Echo Training. Die Koronararterien. https://ekgecho.de/thema/koronararterien-anatomie-physiologie-ekg/ (Zugriff am 03.03.2023)
  6. Franz Gerrer. Portokavale Anastomose. https://www.medizin-kompakt.de/portokavale-anastomose (Zugriff am 05.03.2023)

Details