Zusammenfassung Kreislauf
Bau und Funktion des Kreislaufsystems
Hauptaufgaben
- Versorgung der Körperzellen mit O2 und Nährstoffen
- Beseitigung von Abfallprodukten des Stoffwechsels, inklusive CO2
- Vermittlung der chemischen Kommunikation über Hormone
- Temperaturregulation
Transportmechanismen
- Diffusion
o nur über sehr kurze Distanzen (μm-Bereich)
o keine Energie benötigt, Transport erfolgt vom Ort hoher zum Ort niedriger
Konzentration
o entscheidend für den O2-/CO2-Austausch zwischen Alveolarraum und
Lungenkapillaren
o findet auch zwischen Zellen und in Lungenkapillaren statt
- Konvektion
o bei Entfernungen über 0,1mm
o hier werden die Teilchen in einem Trägermedium unter Energieverbrauch bewegt
o z.B. beim Gas- und Stofftransport mit dem Blutstrom
Herzzeitvolumen und O2-Verbrauch
- Herz befördert in körperlicher Ruhe 2,8 – 4,2 Liter Blut pro Minute und
m2 Körperoberfläche durch die Gefäße zwischen linkem Ventrikel und rechtem Vorhof
(= großer Kreislauf!)
- das gleiche Volumen durströmt auch den kleinen Kreislauf zwischen rechtem Ventrikel
und linkem Vorhof, wo das venöse Blut mit Sauerstoff angereichert wird
- in körperlicher Ruhe verbraucht der Mensch 0,17 l O2 pro Minute und m2
Körperoberfläche à ¾ des aufgenommenen Sauerstoffs bleiben ungenutzt
- die O2-Extraktion (also das, was das Blut beim Durchlaufen des großen Kreislaufs abgibt)
beträgt unter Ruhebedingungen also nur 25%
- bei körperlicher Arbeit kann die O2-Extraktion auf Werte um 75% ansteigen
- das Herzzeitvolumen kann bei körperlicher Arbeit um das 3- bis 5-fache ansteigen
Funktionsprinzip des Kreislaufsystems
- Blutvolumen = etwa 5 Liter, abhängig von Statur des Menschen
- der relativ hohe arterielle Blutdruck ermöglicht eine schnelle, bedarfsorientierte und
damit ökonomische Umverteilung des Herzzeitvolumens zugunsten einzelner Organe
durch gezielte Änderung der lokalen Widerstände
o Nachteil: hohe Belastung der Gefäßwände
, Volumenverteilung Widerstandverteilung
Hämodynamik
Flüssigkeiten, die in einem Rohrsystem fließen, unterliegen physikalischen
Gesetzmäßigkeiten. Folgende Parameter sind von Bedeutung:
- Stromstärke (l/min) und Strömungsgeschwindigkeit (m/s)
- Strömungswiderstand (R = mmHg · min · l-1)
- Blutdruck
- Strömungsform
Stromstärke und Strömungsgeschwindigkeit
Stromstärke: Wieviel Volumen wird pro Zeiteinheit durch das System transportiert!
Sie ist abhängig vom Strömungswiderstand (R) und der Druckdifferenz (∆p),
also „Stromstärke = R / ∆p“
∆p = p1 – p2 (Druckdifferenz zwischen zwei Abschnitten im Kreislauf)
Die Stromstärke wird umso größer,
o je größer die Druckdifferenz (∆p) und
o je kleiner der Strömungswiderstand (R) ist
Die Stromstärke muss unabhängig vom jeweiligen Gefäßquerschnitt jederzeit konstant sein.
Deshalb muss sich die mittlere Strömungsgeschwindigkeit entsprechend ändern! Das heißt:
Bei gleichbleibender Stromstärke verhält sich die mittlere Strömungsgeschwindigkeit im
jeweiligen Abschnitt des Kreislaufsystems umgekehrt proportional zum Gefäßquerschnitt.
Beispiel: Der Gesamtquerschnitt der Kapillaren ist deutlich größer als derjenige der Aorta,
sodass der Blutstrom im Kapillarbereich sehr viel langsamer ist!
, Der Strömungswiderstand (R) ist von mehreren Faktoren abhängig:
o Viskosität (η = eta)
o Radius (r)
o Länge (l)
Somit verhält sich R umgekehrt proportional zur vierten Potenz des Gefäßradius:
R ∼ l / r4
Gesamtwiderstand in den Körperkreisläufen
Totaler peripherer Widerstand (TPW):
kann mithilfe des Ohm-Gesetzes berechnet werden:
Strömungswiderstand (hier dann TPW) = Druckdifferenz / Stromstärke
Stromstärke: das ist das HZV mit etwa 5 l/min in Ruhe
Druckdifferenz: in der Aorta (≈100mmHg) und im rechten Vorhof (≈3 mmHg) = 97 mmHg
Dividiert man nun 97 mmHg mit 5 l/min erhält man TPW = ca. 20 mmHg · min/l
Gesamtwiderstand im Lungenkreislauf (dasselbe Prinzip)
Lungenkreislaufwiderstand (LKW) = Druckdifferenz / Stromstärke
LKW = 7 mmHg (PPulmonalarterie – Plinker Vorhof) / 5 l/min
LKW = 1,4 mmHg · min/l
Die Strömungsformen (laminar, turbulent)
Laminare Strömung
- sämtliche Flüssigkeitsteilchen fließen parallel zum Gefäßverlauf
- Flüssigkeitsteilchen verschieben sich auch parallel zueinander
- die äußerste Schicht fließt am langsamsten, weil sich die Teilchen an der Gefäßwand
reiben und dadurch abgebremst werden
- die Geschwindigkeit nimmt von außen nach innen immer weiter zu, weil der
Reibungswiderstand in der Mitte am geringsten ist
- Merke: bei laminarer Strömung bleibt der Strömungswiderstand bei steigender
Stromstärke konstant!
Bau und Funktion des Kreislaufsystems
Hauptaufgaben
- Versorgung der Körperzellen mit O2 und Nährstoffen
- Beseitigung von Abfallprodukten des Stoffwechsels, inklusive CO2
- Vermittlung der chemischen Kommunikation über Hormone
- Temperaturregulation
Transportmechanismen
- Diffusion
o nur über sehr kurze Distanzen (μm-Bereich)
o keine Energie benötigt, Transport erfolgt vom Ort hoher zum Ort niedriger
Konzentration
o entscheidend für den O2-/CO2-Austausch zwischen Alveolarraum und
Lungenkapillaren
o findet auch zwischen Zellen und in Lungenkapillaren statt
- Konvektion
o bei Entfernungen über 0,1mm
o hier werden die Teilchen in einem Trägermedium unter Energieverbrauch bewegt
o z.B. beim Gas- und Stofftransport mit dem Blutstrom
Herzzeitvolumen und O2-Verbrauch
- Herz befördert in körperlicher Ruhe 2,8 – 4,2 Liter Blut pro Minute und
m2 Körperoberfläche durch die Gefäße zwischen linkem Ventrikel und rechtem Vorhof
(= großer Kreislauf!)
- das gleiche Volumen durströmt auch den kleinen Kreislauf zwischen rechtem Ventrikel
und linkem Vorhof, wo das venöse Blut mit Sauerstoff angereichert wird
- in körperlicher Ruhe verbraucht der Mensch 0,17 l O2 pro Minute und m2
Körperoberfläche à ¾ des aufgenommenen Sauerstoffs bleiben ungenutzt
- die O2-Extraktion (also das, was das Blut beim Durchlaufen des großen Kreislaufs abgibt)
beträgt unter Ruhebedingungen also nur 25%
- bei körperlicher Arbeit kann die O2-Extraktion auf Werte um 75% ansteigen
- das Herzzeitvolumen kann bei körperlicher Arbeit um das 3- bis 5-fache ansteigen
Funktionsprinzip des Kreislaufsystems
- Blutvolumen = etwa 5 Liter, abhängig von Statur des Menschen
- der relativ hohe arterielle Blutdruck ermöglicht eine schnelle, bedarfsorientierte und
damit ökonomische Umverteilung des Herzzeitvolumens zugunsten einzelner Organe
durch gezielte Änderung der lokalen Widerstände
o Nachteil: hohe Belastung der Gefäßwände
, Volumenverteilung Widerstandverteilung
Hämodynamik
Flüssigkeiten, die in einem Rohrsystem fließen, unterliegen physikalischen
Gesetzmäßigkeiten. Folgende Parameter sind von Bedeutung:
- Stromstärke (l/min) und Strömungsgeschwindigkeit (m/s)
- Strömungswiderstand (R = mmHg · min · l-1)
- Blutdruck
- Strömungsform
Stromstärke und Strömungsgeschwindigkeit
Stromstärke: Wieviel Volumen wird pro Zeiteinheit durch das System transportiert!
Sie ist abhängig vom Strömungswiderstand (R) und der Druckdifferenz (∆p),
also „Stromstärke = R / ∆p“
∆p = p1 – p2 (Druckdifferenz zwischen zwei Abschnitten im Kreislauf)
Die Stromstärke wird umso größer,
o je größer die Druckdifferenz (∆p) und
o je kleiner der Strömungswiderstand (R) ist
Die Stromstärke muss unabhängig vom jeweiligen Gefäßquerschnitt jederzeit konstant sein.
Deshalb muss sich die mittlere Strömungsgeschwindigkeit entsprechend ändern! Das heißt:
Bei gleichbleibender Stromstärke verhält sich die mittlere Strömungsgeschwindigkeit im
jeweiligen Abschnitt des Kreislaufsystems umgekehrt proportional zum Gefäßquerschnitt.
Beispiel: Der Gesamtquerschnitt der Kapillaren ist deutlich größer als derjenige der Aorta,
sodass der Blutstrom im Kapillarbereich sehr viel langsamer ist!
, Der Strömungswiderstand (R) ist von mehreren Faktoren abhängig:
o Viskosität (η = eta)
o Radius (r)
o Länge (l)
Somit verhält sich R umgekehrt proportional zur vierten Potenz des Gefäßradius:
R ∼ l / r4
Gesamtwiderstand in den Körperkreisläufen
Totaler peripherer Widerstand (TPW):
kann mithilfe des Ohm-Gesetzes berechnet werden:
Strömungswiderstand (hier dann TPW) = Druckdifferenz / Stromstärke
Stromstärke: das ist das HZV mit etwa 5 l/min in Ruhe
Druckdifferenz: in der Aorta (≈100mmHg) und im rechten Vorhof (≈3 mmHg) = 97 mmHg
Dividiert man nun 97 mmHg mit 5 l/min erhält man TPW = ca. 20 mmHg · min/l
Gesamtwiderstand im Lungenkreislauf (dasselbe Prinzip)
Lungenkreislaufwiderstand (LKW) = Druckdifferenz / Stromstärke
LKW = 7 mmHg (PPulmonalarterie – Plinker Vorhof) / 5 l/min
LKW = 1,4 mmHg · min/l
Die Strömungsformen (laminar, turbulent)
Laminare Strömung
- sämtliche Flüssigkeitsteilchen fließen parallel zum Gefäßverlauf
- Flüssigkeitsteilchen verschieben sich auch parallel zueinander
- die äußerste Schicht fließt am langsamsten, weil sich die Teilchen an der Gefäßwand
reiben und dadurch abgebremst werden
- die Geschwindigkeit nimmt von außen nach innen immer weiter zu, weil der
Reibungswiderstand in der Mitte am geringsten ist
- Merke: bei laminarer Strömung bleibt der Strömungswiderstand bei steigender
Stromstärke konstant!
