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Zentralbl Chir 2014; 139(5): 499-507
DOI: 10.1055/s-0032-1327967
Übersicht
Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Aspekte der Gefäßphysiologie im klinisch-operativen Alltag: Grundbegriffe der Gefäßmechanik

Aspects of Vascular Physiology in Clinical and Vascular Surgical Practice: Basic Principles of Vascular Mechanics
H. Nocke
1   Institut für Physiologie, Universitätsklinikum Magdeburg A. ö. R., Magdeburg, Deutschland
,
F. Meyer
2   Klinik für Allgemein-, Viszeral- & Gefäßchirurgie, Universitätsklinikum Magdeburg A. ö. R., Magdeburg, Deutschland
,
V. Lessmann
1   Institut für Physiologie, Universitätsklinikum Magdeburg A. ö. R., Magdeburg, Deutschland
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Publication Date:
16 January 2013 (online)

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Zusammenfassung

Hintergrund: Um ein Gefäßproblem richtig durchdenken zu können, sind Grundbegriffe der Gefäßphysiologie erforderlich, wie sie in der Physiologie seit Langem gelehrt werden. Diese Übersichtsarbeit behandelt ausgewählte Definitionen und Gesetze der passiven Gefäßmechanik, eingeteilt in Parameter der Gefäßfüllung und Parameter der Gefäßdurchströmung.

Parameter der Gefäßfüllung: Bei Gefäßfüllung dehnt der transmurale Druck die Gefäßwand so weit, bis ihm durch die Wandspannung das Gleichgewicht gehalten wird. Das Ausmaß der Dehnung bis zum Gleichgewicht hängt von der Elastizität der Wand ab. Transmuraler Druck, Wandspannung und Elastizität werden definiert, und ihre jeweilige Bedeutung wird durch klinische Beispiele aufgezeigt, z. B. Aneurysma und Varize.

Parameter der Gefäßdurchströmung: Die Gefäßdurchströmung wird in stationär und pulsierend eingeteilt. Für den Blutkreislauf sind beide Strömungen relevant. Weil der Blutstrom im Kreislauf gerichtet ist, kann er in erster Näherung als stationär (Gleichstrom) aufgefasst werden.

Im Gleichstrommodell werden von pulsierenden Größen nur die Mittelwerte verwendet. Der große Vorteil des Gleichstrommodells ist, dass es mit einfachen Gesetzen beschrieben werden kann, die zwar nicht uneingeschränkt gelten, aber oft eine erste theoretische Annäherung an ein Gefäßproblem ermöglichen: Ohmʼsches Gesetz, Perfusionsdruck, Strömungswiderstand, Hagen-Poiseuille-Gesetz, Wandscherstress, Kontinuitätsgesetz, Bernoulli-Gleichung und Reynolds-Zahl werden beschrieben und mit klinischen Beispielen verbunden.

Das Herz ist eine Druck-Saug-Pumpe und erzeugt eine pulsierende Strömung, den Puls. Der Puls läuft mit Pulswellengeschwindigkeit, die viel größer ist als die Blutflussgeschwindigkeit, durch das arterielle Gefäßsystem. In seinem Lauf muss der Puls den Wellenwiderstand (Impedanz) überwinden. Überall dort, wo der Wellenwiderstand sich ändert, z. B. an Gefäßverzweigungen und in der Peripherie, kommt es zu Reflexionen. Einfallende (rechtläufige) und reflektierte (rückläufige) Wellen überlagern sich und ergeben den endgültigen Puls. An diesem kann man durch Messung Druck- und Strompuls unterscheiden. Beide werden getrennt beschrieben, und ihre jeweilige klinische Bedeutung wird exemplarisch beleuchtet, z. B. arterielle Gefäßsteifigkeit bzw. prä-/postokklusiver Hoch-/Niedrigwiderstandsfluss.

Abstract

Background: To be able to evaluate properly a vascular problem, basic concepts of vascular physiology need to be considered, as they have been taught in physiology for a long time. This article deals with selected definitions and laws of passive vascular mechanics, subdivided into parameters of vascular filling and parameters of vascular flow.

Parameters of vascular filling: During vascular filling the transmural pressure distends the vascular wall until it is balanced by the wall tension. The extent of this distension up to the point of balance depends on the elasticity of the wall. Transmural pressure, wall tension and elasticity are defined, and their respective importance is described by clinical examples, e.g. aneurysm and varix.

Parameters of vascular flow: The vascular flow can be divided into stationary and pulsating components. Both components are relevant for the bloodstream. Since the blood flow is directed in the circuit, it can be understood in first approximation as stationary (“direct current”).

The direct current model uses only the average values of the pulsating variables. The great advantage of the direct current model is that it can be described with simple laws, which are not valid without reservation, but often allow a first theoretical approach to a vascular problem: Ohmʼs law, driving pressure, flow resistance, Hagen-Poiseuille law, wall shear stress, law of continuity, Bernoulliʼs equation and Reynoldʼs number are described and associated with clinical examples.

The heart is a pressure-suction pump and produces a pulsating flow, the pulse. The pulse runs with pulse wave velocity, which is much larger than the blood flow velocity, through the arterial vascular system. During propagation, the pulse has to overcome the wave resistance (impedance). Wherever the wave resistance changes, e.g., at vascular bifurcations and in the periphery, it comes to reflections. The incident (forward) and reflected (backward) waves are superimposed to yield the resulting pulse wave. This pulse wave allows one to distinguish pressure and flow pulse by measurement. Both are described separately, and their respective clinical meaning is illustrated by appropriate examples, e.g., arterial stiffness and pre-/postocclusive high/low resistance flow, respectively.

Schlüsselwörter

Gefäßfüllung - Wandspannung - Elastizität - Gefäßdurchströmung - Strömungswiderstand - Wellenwiderstand

Key words

vascular filling - wall tension - elasticity - vascular flow - flow resistance - impedance
 

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