SKRIPT
HERZ UND kREISLAUF
Dieses Skriptum ist eine Lernhilfe zu meiner Vorlesung
im Modul "Herz-Kreislaufsystem" an der Medizinischen Universität
Innsbruck. Es steht auch in einer pdf-Version
zur Verfügung.
Version 1.0 ©Arno Helmberg 2011
1. REGULATION DES HERZMINUTENVOLUMENS
Mehrzeller benötigen eine effiziente
Logistik, um alle Zellen mit dem Nötigen zu versorgen. Manche Güter,
wie Energieträger, können zu einem gewissen Ausmaß in Zellen gespeichert
werden, andere, wie Sauerstoff und CO2, müssen just in time geliefert oder abtransportiert
werden.
Der Kreislauf unseres Körpers muss
analogen Anforderungen gerecht werden wie unsere Stromversorgung: viele
parallel geschaltete Verbraucher mit zeitlich stark variierender Leistungsabnahme
müssen zu allen Zeiten versorgt werden. Dies bedeutet, dass das "Kraftwerk",
unser Herz, über ein breites Leistungsband reguliert werden muss. Den
"Strom", den unser Herz erzeugt, messen wir als Herzminutenvolumen
(HMV): Schlagvolumen x Herzfrequenz.
Szene 1: Wir
sitzen noch etwas verlangsamt beim Frühstück. Lange gelernt gestern
abend. Unsere Herzfrequenz beträgt 60 Schläge pro Minute, unser Schlagvolumen
70 ml. Mühsam berechnen wir unser HMV: 60x70=4200 ml, also 4,2 l. Hm.
Was ist heute eigentlich für ein Tag? Mittwoch??! Erste Stunde Pathophysiologievorlesung!!
Und der Bus kommt in drei Minuten!!!
Szene 2: Wir
schnappen uns den Rucksack, knallen die Wohnungstür zu und rasen den
Anstieg zur Haltestelle hoch. Der Bus steht schon da! Ein letzter Sprint!
Freundlicherweise öffnet der Fahrer noch einmal die Tür. Keuchend sinken
wir auf den nächsten freien Sitz. Unser Puls rast mit 185, unser Schlagvolumen
ist auf 120 ml hochgeschossen: unser HMV ist 185x120=22.200 ml. Mit
22,2 l ist es fünf mal so groß wie wenige Minuten vorher.
Die Kurzzeitsteuerung unseres Kreislaufs
erfolgt über den Blutdruck. Sobald wir losrennen, steigt der Sauerstoffbedarf
unserer größten Muskeln: die versorgenden Arterien stellen sich durch
Autoregulation weit, der systemische Blutdruck sinkt ab. Dieser wird
dauernd über Barorezeptoren im Carotissinus und am Aortenbogen gemessen.
Nervenendigungen in der Gefäßwand enthalten stretch-sensitive
Ionenkanäle, die dehnungsabhängig zu einer Rezeptordepolarisation führen.
Die momentane Dehnung des Carotissinus wird als Aktionspotentialfrequenz
an die Medulla oblongata gemeldet: sinkender Blutdruck-geringere
Dehnung- geringere Frequenz.
Sinkt der Blutdruck ab, verstärkt das Steuerungszentrum
in der Medulla oblongata den Sympathikotonus. Das führt in der Peripherie
über adrenerge α-Rezeptoren zu einer Gefäßverengung in momentan
weniger wichtigen Körperregionen wie Haut und Gastrointestinaltrakt,
am Herzen über β1-Rezeptoren zu einer verstärkten Pumpleistung.
Das Reizleitungssystem des Herzens besteht aus Sinusknoten, AV-Knoten,
His-Bündel, einem rechten und
zwei linken Tawara-Schenkeln und den Purkinje-Fasern. Die Bestandteile
dieses Systems neigen zur spontanen Depolarisation. Am "nervösesten"
ist der Sinusknoten mit einer Ruhefrequenz von etwa 60 pro Minute; fällt
der Sinusknoten aus, übernimmt der AV-Knoten mit gemächlicheren 40 Impulsen
pro Minute. Durch Sympathikusaktivierung lässt sich der Sinusknoten
jedoch zu rascher aufeinanderfolgenden Depolarisationen treiben. Auch
die weiteren Teile des Reizleitungssystems und das Myokard selbst exprimieren
β1-Rezeptoren, über die sie sich zu mehr Aktivität motivieren
lassen. Zusammenfassend wirkt Sympathikusaktivierung am Herzen
·
positiv chronotrop
(steigert die Schlagfrequenz),
·
positiv inotrop (steigert
die Kontraktionskraft),
·
positiv dromotrop (steigert
die Geschwindigkeit der Reizweiterleitung)
·
positiv bathmotrop
(steigert die Erregbarkeit der Muskelzellmembran).
Die Kurzzeitsteuerung unseres Kreislaufs
erfolgt also über das autonome Nervensystem. Dehnen wir jedoch den Zeitraum
unseres Interesses etwas aus, muss unser Organismus auch das Blutvolumen
steuern. Fällt das Blutvolumen zu weit ab, kann der Druck nicht aufrechterhalten
werden. Wie regulieren wir das Blutvolumen? Im Prinzip regulieren wir
in einem ersten Schritt das Extrazellulärvolumen und verteilen das mit Hilfe des kolloidosmotischen
Drucks der Plasmaproteine zwischen Gefäßen und Interstitium. Mehrere
Regelkreise tragen dazu bei: ADH, Durstgefühl, Plasmaproteinproduktion,
natriuretische Peptide; für unser Verständnis von chronischer Herzinsuffizienz
und deren Therapie ist jedoch das Renin-Angiotensin-Aldosteronsystem
am wichtigsten.
Der Sensor dieses Systems für einen
Abfall des Blutvolumens sitzt an den Nierenglomerula. Zellen des juxtaglomerulären
Apparats schütten Renin aus, wenn der Druck in der afferenten Arteriole
abfällt. Diese Ausschüttung wird verstärkt, wenn gleichzeitig die NaCl-Konzentration
an der Macula densa im distalen Tubulus ansteigt, was für Salz/Wasser-Verluste
spricht, und Sympathikusaktivierung besteht. Renin kurbelt daraufhin
ein komplexes Programm an, das den Blutdruck steigert und weitere Salz/Wasserverluste
minimiert.
Renin ist eine Protease, die aus dem
von der Leber produzierten Plasmaprotein Angiotensinogen das Dekapeptid
Angiotensin I herausbricht. Dieses wird durch Angiotensin converting enzyme (ACE),
das vor allem in den Endothelzellen der Lunge exprimiert wird, zum Oktapeptid
Angiotensin II verkleinert. Die meisten Effekte von Angiotensin II werden
über den AT1-Rezeptor vermittelt. Angiotensin II stimuliert
die Synthese von Aldosteron in der Nebennierenrinde. Aldosteron ist
unser Salzsparhormon. Das Mineralkortikoid bewirkt einen verstärkten
Einbau von Na+-Kanälen und –Transportern in die Zellmembran
des Sammelrohrs und bewirkt damit eine fast vollständige Rückresorption
von Na+ und, im Gefolge, Wasser. Angiotensin II wirkt auch
im ZNS und fördert dort das Entstehen des Durstgefühls, damit das Blutvolumen
wieder aufgefüllt werden kann. Angiotensin II verstärkt die Freisetzung von Catecholaminen
aus der Nebenniere und anderswo und unterstützt damit die Sympathikusaktivität.
In höheren Konzentrationen wirkt Angiotensin II , wie sein Name schon
sagt, verengend auf Arteriolen und steigert damit den Blutdruck direkt.
Außerdem wirkt chronisch erhöhtes Angiotensin II als Wachtumsfaktor
auf das Myokard und trägt damit zur Herzhypertrophie bei.
[Die direkt gefäßverengende Wirkung
von Angiotensin II tritt erst bei höheren Konzentrationen auf und stellt
einen Notfallmechanismus dar, der vor allem die Blutzufuhr zum Splanchnikusgebiet
und zur Niere selbst zugunsten der vitalen Organe reduziert. Abfallendes
Blutvolumen durch zu geringes Trinken, z. B. bei Altersheimbewohnern,
kann so einen Circulus vitiosus einleiten, der durch Abdrehen der renalen
Blutzufuhr in ein Nierenversagen mündet. Im Klinikjargon wird dafür
die leicht surreal anmutende Bezeichnung "prärenales Nierenversagen"
verwendet.]
Ist genügend Na+, aber zu
wenig Wasser vorhanden, wird durch ADH (antidiuretisches Hormon = AVP,
Arginin-Vasopressin) korrigiert. Das Nonapeptid ADH wird im Nucleus supraopticus und Nucleus paraventricularis produziert und
über den Hypophysenhinterlappen ausgeschüttet, wenn die Serumosmolarität
280 mmol/l überschreitet. Melden die Barorezeptoren niedrigen Blutdruck,
verstärkt sich die Ausschüttung. ADH bewirkt in der Niere den Einbau
von Aquaporin 2 in der apikalen Membran des Sammelrohrs, sodass mehr
Wasser rückresorbiert wird. Erst unter maximaler Ausschüttung in Stresssituationen
wirkt ADH tatsächlich als "Vasopressin", also kontrahierend
auf glatte Gefäßmuskulatur.
Druck-Volumen-Beziehungen
Das Blutvolumen und der durch das autonome
Nervensystem aufrecht erhaltene Tonus des Gefäßsystems sind gemeinsam
wesentlich für die diastolische Füllung des Herzens. Mit Hilfe eines
Druck-Volumendiagramms des linken Ventrikels während der Herzaktion
lassen sich die Regulationsmechanismen besonders gut veranschaulichen.
Das Schlagvolumen wird bei Bedarf über zwei Mechanismen erhöht: durch
Erhöhung der Vorlast (erhöhter Füllungsdruck durch zum Herzen zurückströmendes
Blut: Frank-Starling-Mechanismus) und Erhöhung der Kontraktilität. Eine
erhöhte Vorlast quetscht in der Diastole mehr Volumen in den Ventrikel
hinein. Eine erhöhte Kontraktionskraft quetscht in der Systole mehr
Volumen aus dem Ventrikel in die Aorta hinaus. Das gesteigerte Schlagvolumen
wird multipliziert durch die höhere Schlagfrequenz unter Sympathikuseinfluss,
sodass insgesamt eine Vermehrfachung des Herzminutenvolumens erreicht
werden kann.
Die Erhöhung des Schlagvolumens bekommt
man nicht umsonst, sondern zum Preis einer Erhöhung der Herzarbeit (entsprechend
der umschriebenen Fläche im Druck-Volumendiagramm eines Ventrikelarbeitszyklus)
und damit des Sauerstoffverbrauchs. Bestimmend für den Sauerstoffverbrauch
ist die Wandspannung, die proportional dem Druck und dem Radius der
Herzkammer ist, aber umgekehrt proportional der zweifachen Wanddicke
(Laplace-Gesetz: T=p x r/ 2d. T=Wandspannung, p=Druck, r=Ventrikelradius,
d=Wanddicke. Eigentlich ist die bestimmende Größe das Spannungszeitintegral,
da sich die Spannung über die Zeit ja dauernd ändert, doch darüber sehen
wir milde hinweg). Vermehrte diastolische Füllung vergrößert den Radius
und damit den Sauerstoffverbrauch.
2.
CHRONISCHE HERZINSUFFIZIENZ
Es ist faszinierend, dass unser Herz
in der Lage ist, mehr als 80 Jahre lang die erforderliche Pumpleistung
zu erbringen. Allerdings geht die Regulationsbreite mit zunehmendem
Alter zurück.
Beschleunigt wird dieser Rückgang,
wenn das Herz ständig gegen hohen Druck ankämpfen muss (Bluthochdruck)
oder selbst schlecht versorgt wird (Koronare Herzkrankheit). Ist der
arterielle Druck erhöht, sprechen wir von erhöhter Nachlast. Unter dieser
Bedingung wird die Aortenklappe gegen Ende der Systole früher durch
den hohen Aortendruck zugedrückt. Der Ventrikel kann weniger Volumen
auswerfen, mit anderen Worten, das Schlagvolumen geht unter gesteigerter
Nachlast zurück.
Verschlechtert sich der funktionelle
Zustand des Herzens durch Alterung oder zusätzliche Erkrankungen wie
Hypertonie oder KHK, sind die normalen Regulationsmechanismen Sympathikusaktivierung
und Vorlaststeigerung über lange Zeit in der Lage, die meisten Probleme
zu kaschieren. Erst bei starken Belastungen, wie Sport oder Stiegensteigen,
wird die verminderte Leistungsfähigkeit als Dyspnoe bemerkbar.
Das chronische Arbeiten unter der Peitsche
der Kompensationsmechanismen Sympathikusaktivierung (mit Nachlaststeigerung)
und Vorlaststeigerung führt mit der Zeit zu strukturellen Veränderungen
(remodelling), die sich wiederum
negativ auf die Herzfunktion auswirken. Häufige Folgen sind Hypertrophie
und Dilatation. Strukturelle Veränderungen mit Funktionsstörungen fallen
unter den Oberbegriff Kardiomyopathie.
Kardiomyopathie
Der Begriff "Kardiomyopathie"
ist sehr unbefriedigend, da er einen Sack voller Dinge darstellt, die
wenig gemeinsam haben. Die Gemeinsamkeit ist diese: Kardiomyopathien
sind Erkrankungen des Herzmuskels, die mit einer Fehlfunktion einhergehen.
Die Ursache ist unerheblich für die Verwendung des Begriffs. Ursachen
können sein:"unbekannt" (primäre Kardiomyopathie), genetische
Faktoren, andere Erkrankungen (spezifische Kardiomyopathie: KHK, Hochdruck,
Klappenveränderungen, Entzündungen etc. etc.) und chronische Überlastung.
Nach formalen Kriterien unterscheiden wir vier Varianten:
·
Hypertrophische Kardiomyopathie:
die Wand des linken Ventrikels ist verdickt, das Volumen aber nicht
vergrößert. Das geht lange gut, doch je dicker die Wand ist, desto schwieriger
wird es, alle Myokardzellen mit Sauerstoff zu versorgen.
·
Restriktive Kardiomyopathie:
Narben oder Infiltrationen behindern die Dehnung und damit die Füllung
des linken Ventrikels.
·
Dilatative Kardiomyopathie:
das Volumen des linken und/oder rechten Ventrikels ist vergrößert. Hier
arbeitet das Herz in einem ungünstigen Bereich, da es durch die höhere
Wandspannung einen höheren Sauerstoffverbrauch hat. Gleichzeitig behindert
die Wandspannung die Versorgung des Myokards über die Koronargefäße.
Es kommt daher oft zu ischämischen Myokardbezirken, die zu einem Absinken
der Ejektionsfraktion (Schlagvolumen im Verhältnis zum enddiastolischen
Volumen) oder zu Arrhythmien führen.
·
Arrhythmogene rechtsventrikuläre
Kardiomyopathie: bei dieser meist genetisch bedingten Form liegt das
Problem im rechten Ventrikel. Myokard wird zunehmend durch Fettgewebe
ersetzt, was zu Rechtsherzinsuffizienz und Rhythmusstörungen führt.
Systolische
und diastolische Dysfunktion
Die Störung der Herzfunktion setzt
sich zu unterschiedlichen Anteilen aus zwei Komponenten zusammen: der
systolischen und der diastolischen Dysfunktion. Bei einer rein systolischen
Dysfunktion fehlt dem Ventrikel die Kraft, einen normalen Anteil seiner
enddiastolischen Füllung auszuwerfen: die Ejektionsfraktion sinkt unter
48% (normal: >55%). Der schlecht geleerte Ventrikel arbeitet dauernd
in einem hohen Füllungs- und Dehnungszustand. Die Druck-Volumenschleife
ist nach rechts entlang der Ruhedehungskurve verschoben. Bei einer rein
diastolischen Dysfunktion ist die Dehnbarkeit des Ventrikels zurückgegangen:
die diastolische Füllung kämpft mit erhöhtem Druck gegen eine steife
Ventrikelwand. Diastolische Dysfunktion ist besonders empfindlich auf
eine Tachykardie, da sich der Ventrikel in der kurzen Zeit zwischen
zwei Kontraktionen kaum füllen kann und das Schlagvolumen drastisch
zurückgeht. Beiden Dysfunktionstypen gemeinsam ist eine Erhöhung des
enddiastolischen Drucks und damit die Gefahr eines Ödems im vorgeschalteten
Stromgebiet.
Die Dysfunktion geht mit einer Verlängerung
des Aktionspotentials und einer Verflachung der intrazellulären Ca2+-Ströme
einher. Im Zytoplasma kommt es systolisch zu einem verminderten Anstieg
der Ca2+-Konzentration. Dafür wird das Ca2+ in
der Diastole zu langsam in das sarkoplasmatische Retikulum zurückgepumpt,
sodass die Relaxation behindert ist.
Progredienz
Graduell schleicht sich diese Verminderung der
Regulationsbreite in mehr Tätigkeiten des täglichen Lebens. Die Einteilung
der American Heart Association
(AHA) unterscheidet 4 Stadien dieses "kardiovaskulären Kontinuums":
A.
Vorhandensein von Risikofaktoren ohne
strukturelle Herzerkrankung oder Symptome: Hypertonie, Lipoproteinverschiebungen,
metabolisches Syndrom, Rauchen.
B.
Strukturelle Herzerkrankung ohne Symptome:
abgelaufener Infarkt, linksventrikuläre Funktionsstörung, asymptomatische
Klappenerkrankung.
C.
Strukturelle Herzerkrankung mit Symptomen
oder erfolgreich behandelten Symptomen
D.
Therapierefraktäre
Herzinsuffizienz
Rein nach klinischen Kriterien wird der Schweregrad
einer Insuffizienz nach der funktionellen Klassifikation der NYHA (New York
Heart Association) klassifiziert. Therapieempfehlungen beziehen
sich in der Regel auf diese Stadieneinteilung:
NYHA I: ohne Beschwerden bei normaler körperlicher
Belastung
NYHA II: Milde Beschwerden (leichte Atemnot und/oder
Angina pectoris) und leichte
Einschränkung der Leistungsfähigkeit bei normaler körperlicher Belastung
NYHA III: deutliche Beschwerden auch bei leichter körperlicher
Belastung (z. B. 20‑100 m gehen). Beschwerdefreiheit nur
in Ruhe.
NYHA IV: Beschwerden
in Ruhe
Wird das Herz insuffizient, kann es
eine adäquate Pumpleistung erst bei erhöhtem Füllungsdruck erbringen.
Dieser Füllungsdruck wird durch das chronisch aktivierte Renin-Angiotensin-Aldosteronsystem
hochgehalten, das zu einer Na+- und Wasserretention führt.
Wird der benötigte Füllungsdruck zu hoch, führt der venöse Rückstau
zu Problemen bei der Reabsorption von interstitiellem Wasser ins Blut:
es entstehen Ödeme.
Ist die Einschränkung der Pumpfunktion
linksherzbetont, vergrößert sich in der Lunge die Dicke des Flüssigkeitsfilms
zwischen Alveolen und Kapillaren. Durch die längere Diffusionsstrecke
wird der Gasaustausch behindert. Nur mehr ein Teil des Hämoglobins wird
mit O2 beladen, was zur Dyspnoe unter Belastung beiträgt.
In stärkerer Ausprägung entsteht ein lebensgefährliches Lungenödem,
bei dem Flüssigkeit auch in die Lufträume gedrückt wird.
Ist die Einschränkung der Pumpfunktion
rechtsherzbetont, erfolgen Stauung und Wassereinlagerung im großen Kreislauf.
Leberstauung kann zu Schmerzen im rechten Oberbauch führen; auch Stauungsgastritis
kann Beschwerden verursachen. Durch den hydrostatischen Druck macht
sich Wassereinlagerung meist in den Beinen bemerkbar: abends drücken
die Schuhe, die Knöchelgegend ist leicht geschwollen. Liegt man nachts
im Bett, fällt die hydrostatische Komponente weg, das interstitielle
Wasser wird absorbiert und über die Niere ausgeschieden: Nykturie. In
stärkerer Ausprägung entstehen manifeste periphere Ödeme.
Die erhöhte Wandspannung führt auch
zu einer Freisetzung natriuretischer Peptide durch den Ventrikel (irreführend
als BNP, brain natriuretic peptide,
und Nt-proBNP, N-terminales proBNP, bezeichnet). In dieser Situation
sind diese nicht in Lage, das Volumen wirksam zu reduzieren, doch stellen
sie einen auch prognostisch wertvollen Messwert dar, der Aufschluss
über den Schweregrad der Herzinsuffizienz gibt.
Die im Prinzip gut gemeinten Kompensationsmechanismen
Volumenauffüllung und Sympathikotonus können also zum Teil des Problems
werden. Hier setzt die Therapie an, die versucht, diese Mechanismen
sanft zu bremsen.
Pharmakologische
Querverstrebung: Ansatzpunkte der Therapie
Angiotensin II ist ein zentrales Element
der Kompensationsmechanismen. Es führt sowohl zur Salz- und Wasserretention
als auch zur Blutdrucksteigerung durch direkte und indirekte Effekte.
Überdies fördert es den pathologischen Umbau des Myokards. Um es in
seiner Wirkung zu limitieren, gibt es zwei praktische Möglichkeiten:
seine Entstehung durch ACE-Hemmer zu bremsen, oder seine Wirkung durch
AT1-Rezeptorblocker zu antagonisieren.
ACE-Hemmer
(z. B. Captopril, Enalapril, Lisinopril) wirken damit sowohl als Vorlast-
als auch als Nachlastsenker. Durch die Senkung des enddiastolischen
Volumens kann das Herz bei einer geringeren Wandspannung arbeiten. Durch
die Senkung der Nachlast kann der linke Ventrikel trotzdem das Schlagvolumen
beibehalten oder sogar vergrößern. Eine unangenehme Nebenwirkung von
ACE-Hemmern rührt daher, dass das in der Lunge exprimierte ACE auch
Kinine, speziell Bradykinin, abbaut. Bradykinin kontrahiert nicht-vaskuläre
glatte Muskulatur. Wird ACE gehemmt, führt die vermehrte Bradykininwirkung
bei vielen Patienten zu spastischen Hustenanfällen.
AT1-Rezeptorantagonisten (z. B. Losartan, Valsartan) haben sehr ähnliche
Effekte, vermeiden aber das Hustenproblem, da sie keinen Effekt auf
Bradykinin haben.
Auf die Anwendung von β-Blockern zur Therapie der Herzinsuffizienz
gelangte man über Umwege. Die logische Überlegung war zunächst, positiv
inotrop wirksame β-Sympathomimetika zu verwenden, um die Kontraktionskraft
des Herzens und damit das Schlagvolumen weiter zu steigern. In der praktischen
Erprobung fand sich jedoch, dass unter dieser Therapie mehr Patienten
starben. Dagegen hatten β-Blocker einen unerwarteten therapeutischen
Effekt. Während eine Stimulation der Herzaktion durch Sympathikusaktivierung
über β-Rezeptoren ein unentbehrlicher Anpassungsmechanismus ist,
hat eine Daueraktivierung von β-Rezeptoren negative Effekte: sie
fördert unerwünschtes Remodelling. Unter Daueraktivierung gehen mehr
Myokardzellen in Apoptose; der Ventrikel dehnt sich aus bei verminderter
Auswurffraktion.
β-Blocker (z. B. Metoprolol) führen
am grenzkompensierten Herzen bei längerer Anwendung zu einer Verkleinerung
des Ventrikels bei verbesserter Auswurffraktion. Sie haben anfangs der
Therapie den Nachteil, die Kontraktionskraft des Herzens zu mindern,
und müssen daher mit sehr niedriger Dosis eingeschlichen werden. Trotzdem
findet man bereits frühzeitig eine verringerte Inzidenz des plötzlichen
Herztods, wahrscheinlich durch Senkung des Auftretens von Kammerarrythmien.
[Trotzdem wird die β-sympathomimetisch
wirkende Substanz Dobutamin auch noch eingesetzt, aber lediglich bei
akut dekompensierter low output-Herzinsuffizienz
mittels Perfusor über kurze Zeiträume.]
Aldosteronantagonisten (z. B. Spironolacton) können bei fortgeschrittener Herzinsuffizienz (NYHA
III und IV) in Kombination mit den vorher Erwähnten den Schutz vor der
Daueraktivierung des Renin-Angiotensin-Aldosteronsystems komplettieren,
da auch unter ACE-Hemmern meist noch erhöhte Aldosteronspiegel bestehen.
Die bisher erwähnten Medikamentenfamilien
ergaben in Studien eine Senkung der Mortalität. Für die folgenden Therapieansätze
konnte das nicht gezeigt werden, doch lindern diese die Symptome der
Herzinsuffizienz.
Diuretika sind
notwendig, um der Flüssigkeitsretention entgegenzuwirken und bei akuter
Dekompensation die Vorlast zu senken. Dazu werden Schleifendiuretika
(z. B. Furosemid) und Thiazide eingesetzt.
Herzglykoside (Digoxin,
Digitoxin) werden wegen ihrer
geringen therapeutischen Breite zurückhaltend eingesetzt. Sie wirken
positiv inotrop und verstärken die Filterfunktion des AV-Knotens, sodass
sie bei symptomatischer Herzinsuffizienz mit Vorhofflimmern sinnvoll
sind.
3.
SCHOCK
Unter Schock versteht man eine akute
Kreislaufinsuffizienz, die durch Sauerstoff-Unterversorgung vitaler
Organe lebensbedrohend ist. Trotz maximaler Sympathikusaktivierung mit
entsprechend gesteigerter Herzfrequenz kann der Blutdruck nicht mehr
im Normalbereich gehalten werden. Die Kombination dieser beiden Parameter
im Schockindex (Herzfrequenz dividiert durch systolischen Blutdruck)
ermöglicht eine grobe Orientierung: Werte >1 sind kritisch, bei manifestem
Schock besteht häufig ein Wert um 1,5 (z. B. Herzfrequenz 105/min bei
systolischem Blutdruck von 70 mm Quecksilber).
Über Kompensationsmechanismen versucht
der Organismus zunächst, den Schaden zu minimieren. Hält der Zustand
der Sauerstoffunterversorgung zu lange an, verstärken die Kompensationsmechanismen
allerdings die Probleme. Es kommt zu einem Circulus vitiosus (Schockspirale).
Ein
Schock kann dadurch verursacht werden, dass
- das Herz nicht ausreichend pumpt
(kardiogener Schock)
- das Blutvolumen unter einen kritischen
Wert fällt (hypovolämischer Schock)
- die Gefäßspannung zu sehr abfällt
(distributiver Schock)
- das
Strombett verlegt ist (obstruktiver Schock)
3.1 Kardiogener Schock
Ein kardiogener Schock kann durch jede
Störung ausgelöst werden, die die Pumpleistung des Herzens stark beeinträchtigt.
Beispiele sind Myokardinfarkt, Ischämie, Rhythmusstörungen, Azidose,
Klappenfehlfunktion, Papillarmuskelruptur, Ventrikelseptumruptur oder
Herzbeuteltamponade.
Unser Organismus versucht zu überleben,
indem er Prioritäten setzt. Unmittelbar vitale Organe werden, so gut
es geht, versorgt. Das sind nur das ZNS und das Herz selbst. Alles andere
wird temporär abgeschaltet: Haut, Gastrointestinaltrakt, Skelettmuskulatur,
Niere. Wir bezeichnen das als Zentralisation.
Wie geschieht das? Die rascheste und
wichtigste Maßnahme ist eine Sympathikusaktivierung über die Barorezeptoren.
In diesem Fall erfolgt keine dosierte Aktivierung wie bei der chronischen
Herzinsuffizienz, sondern der Sympathikus gibt alles, was er hat. Am
Herzen selbst erfolgt die schon besprochene Steigerung von Frequenz
und Kontraktilität über β1-Rezeptoren. Die Arteriolen
der peripheren Organe werden über α1-Rezeptoren so weit
wie möglich kontrahiert. Herz und ZNS entkommen dieser Abschaltung durch
Autoregulation. Die venösen Kapazitätsgefäße werden über α2-Rezeptoren
kontrahiert, sodass der Rückfluss zum Herzen gesteigert wird. Die Bronchien
werden über β2-Rezeptoren weit geöffnet; die Darmmuskulatur
über den selben Mechanismus stillgelegt.
Über β3-Rezeptoren
wird Energie mobilisiert: über hormonsensitive Lipase wird die Lipolyse
angekurbelt, Muskelzittern hält die Wärmeproduktion hoch.
Die Sympthikusaktivierung hat auch
Schweißausbruch zur Folge. Typisch für einen Schock ist aschfahle, schweißnasse
Haut ("kalter Schweiß").
Die stark reduzierte Blutversorgung
der Niere in Kombination mit sympathischer Stimulation des juxtaglomerulären
Apparats führt zu einer starken Reninfreisetzung und einer extremen
Angiotensin II-Aktivierung, das in diesen Konzentrationen vasokonstringierend
wirkt. Im Falle eines Pumpversagens sind die typischen Schock-Kompensationsmechanismen
wenig effizient: die Erhöhung des systemischen Widerstandes führt zu
einem Anstieg der linksventrikulären Wandspannung und verschlechtert
damit noch die Koronarperfusion.
Mit den Kompensationsmechanismen wird
immerhin Zeit gewonnen, die medizinische Hilfe ermöglicht, falls die
auslösende Ursache therapierbar ist (z. B. Wiedereröffnen eines Koronarveschlusses,
Punktion einer Herzbeuteltamponade).
Hält der Schockzustand zu lange an,
entsteht in den peripheren Organen eine Schädigung durch Minderperfusion.
Sekundäre Mikrozirkulationsstörungen entstehen durch die Stase. Blutkörperchen
agglutinieren, Blutplättchen aggregieren und aktivieren das Gerinnungssystem.
Die Hypoxie zwingt die Zellen zur Umstellung auf anaerobe Glykolyse
mit der Folge einer metabolischen Azidose. Endothelzellschädigung führt
zur Permeabilitätssteigerung (capillary
leakage) und zur Adhärenz und Aktivierung neutrophiler Granulozyten.
Ihre NADPH-Oxidase produziert reaktive Sauerstoffverbindungen (ROS,
reactive oxygen species), die das Endothel
weiter schädigen. Da diese einer Entzündung entsprechenden Reaktionen in allen Organen gleichzeitig
ablaufen, spricht man von einem systemic inflammatory response syndrome (SIRS). Charakterisiert
ist dieses durch das Vorhandensein von mindestens zwei der folgenden
Kriterien: Körpertemperatur >38 oder <36°C, Leukozytenzahl >12000
oder <4000/µl, Herzfrequenz über 90, Atemfrequenz über 20/min.
Kommt die Durchblutung wieder in Gang,
entsteht oft noch eine zusätzliche Schädigung (reperfusion injury). Vereinfacht ausgedrückt wären die Enzyme noch
aktiv, doch war der Sauerstoff ausgegangen. Wird dieser wieder geliefert,
führt das zu verstärkter ROS-Produktion.
Ab einem gewissen Punkt wird die Schädigung
irreversibel, auch wenn es dann noch gelingt, den Kreislauf wieder in
Gang zu bringen. Der Schock endet in einem Multiorganversagen. Kardiogener
Schock nach Myokardinfarkt ist eine der häufigsten Todesursachen.
3.2 Hypovolämischer Schock
Verluste von über 30% des Blutvolumens
bei äußeren oder inneren Verletzungen führen zum hypovolämischen Schock.
Auch extreme Dehydratation (z. B. durch Erbrechen, Diarrhoe, Diuretika
oder osmotische Diurese bei Diabetes mellitus) oder der Flüssigkeitsverlust
nach massiven Verbrennungen können das Blutvolumen so stark reduzieren.
Neben dem Vollbild des Schocks gibt
es schwächer ausgeprägt Vorstufen mit Blutdruckabfall und Sympathikusaktivierung.
Eine Spezialform ist das (Früh-) Dumping-Syndrom, das nach operativen Eingriffen am Magen
mit Wegfall der Pylorusfunktion auftritt. Etwa 15 min nach Aufnahme
einer kohlenhydratreichen Mahlzeit kommt es zu Herzklopfen, Schweißausbruch,
Übelkeit und Bauchkrämpfen. Ursache ist eine massive Flüssigkeitsverschiebung
aus dem Blut in das Darmlumen durch die osmotische Wirkung der Zuckermengen.
Die Kompensationsmechanismen beim hypovolämischen
Schock sind grundsätzlich dieselben wie beim kardiogenen Schock: Zentralisation.
Nach einem akuten Blutverlust kann als Besonderheit relativ viel interstitielle
Flüssigkeit in das Gefäßsystem rekrutiert werden. Zunächst fällt der
Druck in allen Teilen des Gefäßsystems ab. Bei verringertem Kapillardruck
entsteht eine Nettoresorption von Flüssigkeit und Elektrolyten aus dem
Interstitium, sodass ein Teil des Blutvolumens wieder aufgefüllt wird.
Dadurch fällt der kolloidosmotische Druck im Gefäßsystem, während er
im Intersitium steigt, bis ein neues Gleichgewicht erreicht ist. Preis
dieses Kompensationsmechanismus ist eine Blutverdünnung in Bezug auf
Plasmaproteine und zelluläre Komponenten. Das Proteindefizit wird durch
die enorme Albuminsynthesekapazität der Leber in wenigen Tagen gutgemacht;
die Nachproduktion der Blutzellen, besonders der Erythrozyten, dauert
wesentlich länger.
Therapeutisch sind die Aussichten gut,
wenn es gelingt, das Blutvolumen früh genug durch kolloidale Infusionslösungen,
wie Hydroxyethylstärke (HES), wieder aufzufüllen. Diese Infusionslösungen
sind oft leicht hyperosmotisch oder hyperonkotisch eingestellt, sodass
sie als "Volumenexpander" die Verschiebung von Flüssigkeit
aus dem Interstitium in die Gefäße noch unterstützen. Falls nötig, kann
man später, wenn etwas mehr Zeit ist, mit gewaschenen Erythrozytenkonzentraten
einen zu niedrigen Hämatokrit wieder anheben.
3.3
Distributiver
Schock
Beim distributiven Schock verringert
sich in erster Linie die Spannungseinstellung der Blutgefäße. In Relation
zum vorhandenen Blutvolumen ist zu viel "Gefäßraum" vorhanden,
sodass der Druck in den Keller fällt. Dadurch findet man keine Zentralisation,
die Haut des Patienten ist warm. Nach Ursache unterscheiden wir den
anaphylaktischen, den septischen und den neurogenen Schock.
Anaphylaktischer
Schock
Ein anaphylaktischer Schock ist die
extreme Form einer immunologischen Typ I-Überempfindlichkeitsreaktion.
Er beruht auf einer generalisierten Freisetzung von Histamin aus Mastzellen
in weiten Teilen des Körpers. Das IgE- Mastzell- eosinophile Granulozyten-System
ist eigentlich dazu da, Parasiten (Einzeller und Würmer) abzuwehren.
IgE-bestückte Mastzellen sitzen daher im lockeren Bindegewebe unter
allen äußeren (Haut) und inneren (Schleimhäuten) Oberflächen, über die
Parasiten eindringen könnten. Leider produzieren wir IgE jedoch manchmal
gegen eigentlich harmlose "Bedrohungsattrappen" wie Bestandteile
unserer Nahrung oder Penicillin. Verteilen sich diese im Körper, kommt
es überall gleichzeitig zur Gefäßerweiterung, Permeabilitätssteigerung
und Ödembildung. In der Haut nennen wir das Urticaria, die Schwellungen
im lockeren Bindegewebe im Kopf-Halsbereich Quicke-Ödem (mit Gefahr
des Erstickens durch Epiglottis-Ödem), die Folgen der Schwellung der
Bronchialschleimhaut einen Asthma-Anfall. Analoges geschieht im Gastrointestinaltrakt
mit Übelkeit, Erbrechen und Bauchkrämpfen. Erweitern sich in all diesen
Regionen die Gefäße und verlieren wir zusätzlich Flüssigkeit ins Interstitium,
reicht das Blutvolumen nicht mehr aus, um den Druck aufrechtzuerhalten.
Therapeutisch ist es einerseits wichtig,
durch Infusion das Volumen dem gesteigerten Gefäßraum anzupassen. Zusätzlich
muss der Schädigungsmechanismus durchbrochen werden durch möglichst
rasche Unterbrechung der Antigenzufuhr und Gabe von Adrenalin (Vasokonstriktion
über α-Rezeptoren, Bronchienerweiterung über β2-Rezeptoren),
hochdosierten Glucocorticoiden und Histaminantagonisten.
Septischer
Schock
Auch beim septischen Schock finden
wir generalisierte Gefäßweitstellung und Permeabilitätsstörung. Erschwerend
hinzu kommt eine Verbrauchskoagulopathie, eine gleichzeitige Aktivierung
des Gerinnungs- und des Fibrinolysesystems. Ursache ist eine generalisierte
Makrophagenaktivierung.
Erleiden wir eine infizierte Wunde,
z. B. durch eine kleine Verletzung an der Hand, ist das normalerweise
kein Malheur. Unser unspezifisches Abwehrsystem ist darauf ausgelegt,
diese Infektion lokal zu begrenzen. Monozyten und Makrophagen im Infektionsgebiet
erkennen die eindringenden Bakterien über Toll-like
receptors, phagozytieren sie und setzen gleichzeitig einen Cocktail
von Signalmolekülen frei, der TNFα, IL‑1β und einige
andere Zytokine enthält. Diese Signalmoleküle bewirken Gefäßerweiterung
und Endothelaktivierung mit Permeabilitätssteigerung. Leukozyten adhärieren
am aktivierten Endothel, und wandern ins Gewebe ein. Zusätzlich wird
in den ableitenden Venolen das Gerinnungssystem aktiviert, um zu verhindern,
dass Bakterien über das Blut im ganzen Körper verteilt werden. Dadurch
wird das anströmende Plasma in das Interstitium gepresst; unser Finger
schwillt an und "klopft". Bakterien, Makrophagen und interstitielle
Flüssigkeit werden über die Lymphbahnen in den lokalen Lymphknoten gedrückt,
der diese herausfiltert und dabei schmerzhaft anschwillt.
Dieser nützliche Mechanismus verkehrt
sich in etwas sehr Gefährliches, wenn es einmal nicht gelingt, die Infektion
lokal zu begrenzen. Gelingt es den Bakterien, aus dem begrenzten Entzündungsgebiet
über den Blutweg auszubrechen, laufen die besprochenen Mechanismen simultan
im ganzen Körper ab: Makrophagenaktivierung, Gefäßweitstellung, Endothelaktivierung
mit Permeabilitätssteigerung und Leukozytenadhärenz und Gerinnung. Ein
großer Teil des Blutvolumens versackt im Interstitium. Die gleichzeitige
Aktivierung des Gerinnungssystems im ganzen Körper nennen wir disseminierte
intravasale Koagulopathie (aus dem Englischen abgekürzt DIC). Bei diesem
Vorgang wird gleichzeitig das Fibrinolysesystem aktiviert, sodass nach
Verbrauch der Gerinnungsfaktoren (daher "Verbrauchskoagulopathie")
zu allen anderen Problemen noch eine generelle Blutungsneigung auftritt.
Der septische Schock endet daher in über der Hälfte der Fälle tödlich.
Die Therapie ist in diesem Fall besonders
schwierig, da man gleichzeitig an vielen Fronten kämpft. Kontrollierte
Volumenzufuhr, Infektionsbekämpfung und Stabilisierung des Gerinnungssystems
stellen höchste Ansprüche an die Intensivmedizin.
Neurogener
Schock
Unser Gefäßsystem wird in seinem Spannungszustand
ständig vom autonomen Nervensystem gesteuert. Kommt es durch Traumen
(Schädel-Hirm-Trauma, hoher Querschnitt)
zu einer Fehlfunktion dieses Systems, erschlafft das Gefäßsystem
mit der Folge eines Schocks. Die sympathischen Kompensationsmechanismen
bleiben beim neurogenen Schock logischerweise aus.
3.4
Obstruktiver
Schock
Eine schwere Lungenembolie kann einen
so hohen Anteil des Gefäßquerschnitts verlegen, dass der linke Ventrikel
nicht mehr ausreichend gefüllt wird, um Druck aufzubauen. Auch Spannungspneumothorax
und Herzbeuteltamponade werden in diese Kategorie gereiht, da sie dieselbe
Folge haben.
3.5 Hämodynamische und Laborparameter
Typisch für die Schocksituation ist,
dass Blutdruck und Herzminutenvolumen trotz gesteigerter Herzfrequenz
nicht im Normalbereich gehalten werden können. Doch gibt es Ausnahmen:
der septische Schock kann z. B. in einer hyperdynamen Form beginnen,
bei der das Herzminutenvolumen sogar erhöht ist.
Mit entsprechenden Kathetern können
weitere informative Parameter bestimmt werden. Der zentrale Venendruck
(ZVD) ist beim hypovolämischen Schock erniedrigt, bei den meisten anderen
Schockformen eher erhöht, beim obstruktiven Schock stark erhöht. Der
pulmonalkapilläre Verschlussdruck (pulmonary
capillary wedge pressure, PCWP) ist beim kardiogenen Schock durch
den Rückstau erhöht, bei den meisten anderen Schockformen durch den
relativen Volumenmangel eher erniedrigt.
Lactatbestimmungen helfen, das Ausmaß
des Sauerstoffmangels abzuschätzen: Lactat ist das Endprodukt der anaeroben
Glykolyse. Gerinnungsparameter wie Thrombozytenzahl, Thromboplastinzeit,
partielle Thromboplastinzeit, Fibrinogen und Fibrinogenspaltprodukte
(D-Dimer) helfen, eine beginnende Verbrauchskoagulopathie zu diagnostizieren.
4.
ARTERIOSKLEROSE
Rohrsysteme, die über Jahre von Flüssigkeiten
durchströmt werden, sind häufig Schauplatz von Wandveränderungen und
Ablagerungen. Das gilt leider auch für die Gefäße unseres Körpers. Die
Veränderungen treten hauptsächlich im arteriellen Schenkel des großen
Kreislaufes auf; wir nennen sie summarisch Arteriosklerose.
Der Begriff Arteriosklerose umfasst drei morphologisch
definierte pathologische Veränderungen:
·
Atherosklerose, die
klinisch wesentliche Bildung von lipidreichen fibrösen Plaques in großen
Arterien.
·
Mönckeberg-Mediaverkalkung:
Kalkablagerungen in der Media mittelgroßer Arterien.
·
Arteriolosklerose/Hyalinose:
Veränderung der kleinen Arterien und Arteriolen, meist in Verbindung
mit Hypertonie und Diabetes mellitus.
Obwohl diese Veränderungen praktisch jeden
Menschen betreffen und ihre Folgen die häufigste Todesursache darstellen,
verstehen wir ihre Auslöser und Entwicklung nur unzulänglich. Klar ist,
dass das Auftreten von Arteriosklerose wesentlich von unserem Lebensstil
beeinflusst wird und dass sich die Arterienwandläsionen
in charakteristischen Stadien entwickeln.
4.1 Risikofaktoren
Wenn wir schon wissen, dass wir eine
hohe Chance haben, an den Folgen der Arteriosklerose zu erkranken: was
können wir tun, um die Erkrankung hinauszuschieben? Viele Risikofaktoren
lassen sich durch Änderung des Lebensstils positiv beeinflussen.
Durch Lebensstil
beeinflussbare Risikofaktoren:
Hypercholesterinämie. Cholesterol und Cholesterolester im Blut sind hauptsächlich auf die Lipoproteinpartikel
LDL und HDL aufgeteilt. Je höher das LDL-Cholesterol, desto höher das
Atheroskleroserisiko: Einlagerung von LDL-Cholesterol in die Arterienwand
ist ein wichtiger Aspekt der Erkrankung. HDL transportiert Cholesterol
aus der Peripherie ab zur Leber. Hohes HDL stellt daher einen Schutz
vor Atherosklerose dar. Cholesterinreiche Nahrung (Eier, Butter, rotes
Fleisch; Pflanzen enthalten kein Cholesterol) erhöht den LDL-Cholesterolspiegel,
ebenso Nahrung, die reich an trans-ungesättigten Fettsäuren ist. Allerdings
kann eine entsprechende Ernährung das LDL-Cholesterol nur um etwa 10%
senken, da der Spiegel stark durch genetische Faktoren bestimmt wird.
Schützendes HDL wird durch aerobes körperliches Training und moderaten
Rotweinkonsum erhöht, durch Rauchen und Übergewicht jedoch erniedrigt.
Pharmakologische Querverstrebung: Ist
der LDL-Cholesterolwert auch bei geringer Cholesterolaufnahme mit der
Nahrung noch zu hoch, bedeutet das, das der Körper selbst zu viel Cholesterol
synthetisiert. Diese Synthese kann durch Statine gehemmt werden. Statine
wie Simvastatin oder Atorvastatin hemmen das geschwindigkeitsbestimmende
Enzym der Cholesterolsynthese, HMG-CoA-Reduktase (Hydroxy-Methyl-Glutaryl-CoA-Reduktase).
Darüber hinaus haben Statine atherosklerosehemmende Wirkung über im
Detail noch nicht genügend verstandene weitere Mechanismen.
Bluthochdruck.
Arterielle Hypertonie erhöht den mechanischen Stress, dem die Endothelzellen
ausgesetzt sind. Bluthochdruck wird durch unseren überhöhten Salzkonsum gefördert. Hypertonie
ist auch medikamentös gut behandelbar.
Rauchen. Ein
Päckchen Zigaretten pro Tag verdoppelt die Mortalität durch koronare Herzerkrankung.
Diabetes und Metabolisches Syndrom wirken einerseits über die Erhöhung des LDL-Cholesterols,
andererseits über nicht-enzymatische Glykation von Proteinen in der
Arterienwand und über die Freisetzung von proinflammatorischen Signalmolekülen
aus dem Fettgewebe. Rechtzeitige Gewichtsnormalisierung reduziert das
Risiko für Arteriosklerose wesentlich.
Unbeeinflussbare
Risikofaktoren:
Manche Risikofaktoren sind unbeeinflussbar.
Je älter wir werden, umso
mehr Läsionen zeigen unsere Arterien. Männer
entwickeln früher Arteriosklerose als Frauen. Familiengeschichten dokumentieren die Weitergabe atherosklerosefördernder
Allele vieler polymorpher Genloci. Musterbeispiel sind die familiären
Hyperlipoproteinämien Typ II und III.
Lipoprotein (a), kurz Lp(a). Lp(a) ähnelt dem LDL-Partikel, enthält
aber neben ApoB100 auch noch Apolipoprotein (a). Seine Konzentration
variiert stark von Individuum zu Individuum und ist im Wesentlichen
genetisch determiniert. Individuen mit hohen Lp(a)-Konzentrationen tragen
ein stark erhöhtes Atheroskleroserisiko. Einerseits verhält sich Lp(a)
wie LDL und akkumuliert in der Arterienwand, andererseits ähnelt Apo(a)
Plasminogen und verdrängt dieses von seinen Bindungsstellen. Da Plasminogen
antithrombotisch wirkt, wirkt Apo(a) Thrombus-fördernd.
Hyperhomozysteinämie. Hohe Homocysteinserumspiegel zeigen eine starke Korrelation mit Atherosklerose.
Die Erhöhung ist meist genetisch bedingt, doch können Ernährungsfaktoren
beitragen. Aus Homocystein wird mit Hilfe von Folat und Vitamin B12
Methionin synthetisiert; ernährungsbedingter Mangel eines dieser beiden
Faktoren führt damit zu einer milden Erhöhung von Homocystein.
4.2 Pathogenese
Endothelirritation
(endothelial injury oder dysfunction)
Besonders schwer zu untersuchen und
damit besonders unklar und umstritten ist der allererste Schritt in
der Entstehung einer arteriosklerotischen Läsion. Konsens besteht darüber,
dass am Anfang eine Aktivierung/Schädigung des Endothels steht, das
darauf mit einer Reihe von Funktionsumstellungen, darunter einer Permeabilitätssteigerung,
reagiert (response to injury-Hypothese).
Welches der folgenden Elemente das Endothel am relevantesten aktiviert/schädigt,
darüber streiten sich die Geister:
·
Mechanische Schädigung:
arterielles Endothel ist durch den Blutdruck einer enormen Dauerbelastung
unterworfen. Besonders betrifft dies Stellen mit Wirbelbildung, z. B.
an Verzweigungsstellen. Je höher der Blutdruck, desto stärker die mechanische
Belastung.
·
Chemische Schädigung
durch Rauchinhaltsstoffe: Reihenuntersuchungen von Rekruten ergaben,
das bereits bei Zwanzigjährigen eine sonographisch messbare Verdickung
der Arterienwand besteht, wenn diese rauchen.
·
Erhöhtes LDL-Cholesterol
bewirkt nach manchen Daten über eine verstärkte ROS-Produktion eine
direkte Schädigung von Endothelzellen. Der Haupteffekt von erhöhtem
LDL erfolgt jedoch wahrscheinlich erst nach der Endothelirritation.
·
Advanced glycation end products bei anhaltend erhöhtem Blutzucker.
·
Schädigung durch Infektion
und Abwehrmechanismen. Mehrere Erreger mit geringer Pathogenität, aber
hoher Verbreitung werden für die Auslösung von Atherosklerose verantwortlich
gemacht. In arteriosklerotisch veränderten Aorten ist häufig das intrazellulär
lebende Bakterium Chlamydia pneumoniae nachweisbar. Auch das Zytomegalievirus wird häufig
gefunden. Ausgehend von diesen Beobachtungen entstand die Idee, dass
Entzündungsprozesse in der Gefäßwand den Anstoß für die Entwicklung
der Atherosklerose geben könnten. Mehrere
Studien legten nahe, dass Probanden mit dauerhaft geringfügig erhöhtem
CRP (Laborparamter: hs-CRP, high-sensitivity
CRP) ein erhöhtes Risiko für kardiovaskuläre Ereignisse haben. Eine
weitere Hypothese in diese Richtung postuliert eine Schädigung durch
die Kreuzreaktion des Abwehrsystems gegen heat
shock protein 60 (hsp60). Hsp60 ist sowohl ein Antigen infektiöser
Bakterien (z. B. Chlamydien), als auch wird eine verwandte Form von
gestressten menschlichen Zellen (z. B. Endothelzellen) verstärkt exprimiert
und an der Zelloberfläche für T-Zellen sichtbar.
·
Hyperhomocysteinämie
führt zu einer direkten Schädigung des Endothels
Wichtig ist, dass diese Mechanismen
einander keinesfalls ausschließen. Es erscheint naheliegend, dass sie
in jedem Individuum in unterschiedlichem Ausmaß zur initialen Schädigung
beitragen.
Akkumulation
von Lipoproteinen in der Intima
Durch die Störung der endothelialen
Abdichtung gelangen Lipoproteine aus dem Plasma in die arterielle Intima.
LDL neigt dazu, Cholesterol in der Intima abzulagern; HDL transportiert
Cholesterol wieder ab. Die LDL/HDL-Ratio bestimmt daher über die Menge
abgelagerten Cholesterols. Lipide in LDL werden, z. B. durch reaktive
Sauerstoffverbindungen (ROS) oder entzündliche 12- und 15- Lipoxygenase,
oxidiert. Das so entstehende minimal oxidierte LDL (mo-LDL) verändert
die Funktion der darüberliegenden Endothelzellen weiter. Es hemmt die
Produktion von NO; dadurch fällt dessen relaxierende Wirkung auf die
glatte Muskulatur und hemmende Wirkung auf die Thrombozytenadhäsion
weg. Die Endothelzellen sezernieren Chemokine und exprimieren Zell-Zellkontaktmoleküle,
sodass (weitere) Monozyten und T-Zellen in die Intima einwandern.
Bildung
von Schaumzellen und fatty streaks
Durch verstärkte Bildung von ROS wird
das abgelagerte mo-LDL nun weiter oxidiert. Hoch oxidiertes LDL (HO-LDL)
aggregiert und wird von Makrophagen aufgenommen. Das geschieht nicht
über den normalen zellulären LDL-Rezeptor, der bei Aufnahme von genügend
LDL herunterreguliert wird, sonder über den nicht abregelbaren Scavenger-Rezeptor.
Die Makrophagen stopfen sich deshalb an, bis sie voller Fettbläschen
sind: "Schaumzellen". Ein mit lipidgefüllten Schaumzellen
unterlegtes Endothelareal erscheint makroskopisch als weißlicher Streifen,
als fatty streak.
Anwachsen
zur fibrösen Plaque
Die weitere Entwicklung hängt von den
Nettolipidflüssen in und aus der Intima ab. Im Prinzip produzieren Schaumzellen
Apolipoprotein E, das Lipide wieder aus der Intima Richtung Leber abtransportieren
kann. Ist die mittlere Konzentration an LDL oder Lp(a) jedoch weiterhin
erhöht, setzt sich die Lipidakkumulation in der Intima fort. Die cholesterolreiche
extrazelluläre Lipidmasse wächst durch LDL-Einstrom und Apoptose von
Schaumzellen. Makrophagen, Lymphozyten und Endothelzellen sezernieren
Signalmoleküle, die zur Einwanderung von glatten Muskelzellen führen.
Diese können aus der Media in die Intima proliferieren, aber auch aus
einwandernden Vorläuferzellen aus dem Blut differenzieren. Die proliferierenden
glatten Muskelzellen produzieren auch extrazelluläre Matrix. Auf diese
Weise entsteht die fibröse Plaque, eine dünne Membran aus Endothel und
mit glatten Muskelzellen durchsetztem Bindegewebe über einem Beet aus
lipidreicher, nekrotischer Masse. Die Plaque verliert die Elastizität
der normalen Arterienwand, ein Prozess, der durch Kalkeinlagerung noch
verstärkt wird.
Instabile
Plaques und Thrombusbildung
Die Dicke der fibrösen Kappe ist das
Resultat der Dynamik von Synthese und Abbau extrazellulärer Matrix.
Entscheidend für den weiteren Verlauf ist, ob die durchgängige Endothelauskleidung
der Arterie aufrecht erhalten werden kann. Der pulsierende arterielle
Druck zerrt an der Grenze zwischen elastischer Gefäßwand und inelastischer
Plaque. Plaques mit dicker Kappe sind stabil. Plaques mit dünner Kappe
sind vulnerabel: die dünne Membran neigt dazu, im Schulterbereich der
Plaque zu reißen. In diesem Fall bildet sich sofort ein Thrombus ausgehend
vom exponierten Gewebe, der eine Koronararterie oder Arterie im ZNS
rasch vollständig verschließen kann.
Aneurysmenbildung,
Ruptur
Ausgeprägte Plaques schwächen auch
die darunterliegende Media. Dadurch kann es zur lokalen Ausweitung der
Arterie in Form eines Aneurysmas, zur Wandruptur mit Einblutung ins
umliegende Gewebe oder zur Dissektion kommen.
5.
ARTERIELLE ZIRKULATIONSSTÖRUNGEN
Stenosen
und Verschlüsse
Obwohl sich die großen Arterien wie
ein Baum verzweigen, ist die Baumanalogie bei kleineren Zweigen nicht
mehr ganz korrekt. Kleine arterielle Gefäße bilden nämlich Anastomosen,
die bei Stenosen und Verschlüssen Kollateralkreisläufe ermöglichen.
Stenosen der Becken- und Beinarterien
lassen sich gut mittels Duplexsonographie untersuchen. Stenosen bis
zu 20% führen zu Wirbelbildung, Stenosen zwischen 20 und 50% zeigen
eine erhöhte systolische Spitzenflussgeschwindigkeit. Erst Stenosen
jenseits der 50% zeigen eine reduzierte Flussgeschwindigkeit distal
des Hindernisses und damit eine Beeinträchtigung des distalen Versorgungsgebietes.
Hinter der Stenose kommt es häufig
zur Dilatation der Arterie, eventuell sogar zur Aneurysmenbildung. Durch
die Wirbelbildung schreitet die Stenosierung in der Regel langsam weiter
voran.
Der Druckabfall jenseits des Hindernisses
führt dazu, dass über feine Anastomosen Umgehungskreisläufe in Gang
gesetzt werden. In den Arteriolen im distalen Teil dieser Anastomosen
kommt es zur Strömungsumkehr; diese werden durch Autoregulation weit
gestellt. Durch den großen Druckgradienten ergibt sich in diesen Anastomosen
eine hohe Strömungsgeschwindigkeit. Die erhöhte Scherspannung führt
zu einem Umbau dieser kleinen Gefäße: sie werden durch Vermehrung von
Bindegewebe und glatten Muskelzellen verstärkt und wachsen sowohl im
Durchmesser als auch in der Länge. Im Endausbau entstehen korkenzieherartig
geschlängelte Kollateralgefäße.
Stadien einer Gliedmaßenarterieninsuffizienz
nach Fontaine:
I nachweisbare Durchblutungsstörung
ohne subjektive Symptome
II Claudicatio intermittens
(intermittierendes Hinken): nach einer gewissen Wegstrecke erzwingt
der ischämische Schmerz im Muskel ein Stehenbleiben.
III Ruheschmerz
IV ischämische Nekrose
Steal-Syndrome
In parallel geschalteten Gefäßen ist
der Flussrate jeweils umgekehrt proportional dem individuellen Widerstand.
Beim Subclavian-Steal-Syndrom (Vertebralis-Anzapfsyndrom) besteht im typischen
Fall eine Stenose am Abgang der linken A. subclavia. Bei Muskelarbeit
des linken Arms ist der Weg des geringsten Widerstandes für den Mehrbedarf
an Blut die linke A. vertebralis, die mit Strömungsumkehr den
Arm versorgt. Dieses Blut aus der "Ringleitung" der A.
basilaris wird dem ZNS "gestohlen": es kann zu Schwindel,
Ataxie, Synkope oder auch Sehstörungen kommen.
Ein analoges Beispiel wäre das Koronararterien-Steal-Syndrom,
das bei einem bypass aus der A. mammaria interna
auftreten kann, wenn dieselbe Subclavia-Stenose besteht wie im vorigen
Absatz beschrieben. In diesem Fall beschafft sich der Arm unter Belastung
Blut aus der Koronararterie; es resultiert eine Ischämie des Myokards
mit Angina pectoris.
Aortendissektion
Nach einem Riss der Intima drängt sich
das Blut unter die Intima und bildet ein zweites, falsches Lumen. Dieses
endet entweder blind, oder mündet durch Perforation wieder zurück ins
eigentliche Lumen oder durch die Adventitia nach außen, in Perikard-,
Pleura- oder Retroperitonealraum. Symptome können auch durch Einengung
der Abgänge der großen Arterien aus der Aorta entstehen, sowie durch
eine Beeinträchtigung der Funktion der Aortenklappe.
Aortendissketionen entstehen an zwei typischen
Stellen:
·
der Aorta
ascendens etwas oberhalb der Aortenklappe
·
der absteigenden Aorta
nach Abgang der linken A. subclavia
Ursachen sind bei jüngeren Patienten
häufig genetische Bindegewebsschwächen wie Ehlers-Danlos oder Marfansyndrom,
bei älteren Patienten eine Kombination aus Atherosklerose und Hypertonie.
Gefäßspasmen: Raynaud-Phänomen
Das primäre Raynaud-Phänomen tritt
relativ häufig bei jungen Frauen auf. Durch Kälteexposition kommt es
zu einem Vasospasmus der Hände: Handrücken und Finger werden weiß bis
livid und schmerzen. In der Regel lösen sich die Spasmen, vor strukturelle
Schäden auftreten.
Ein sekundäres Raynaud-Phänomen tritt
als Symptom einer anderen Grunderkrankung auf, z. B. einer systemischen
Sklerose oder eines systemischen Lupus erythematodes. PatientInnen mit neu auftretendem Raynaud-Phänomen
sollten daher auf das Aufkommen solcher Erkrankungen untersucht werden.
Fisteln
Solitäre arteriovenöse Fisteln entstehen
entweder traumatisch oder intentional beim Anlegen von Dialyse-Shunts,
während multiple kleinkalibrige arteriovenöse Verbindungen angeboren
vorkommen können.
Sowohl in der Nähe, als auch im Gesamtkreislauf
ergeben sich durch eine solitäre Fistel Veränderungen. Durch die Fistel
ergibt sich lokal ein rascher arterieller Druckabfall, der zur Ausbildung
von Kollateralgefäßen ähnlich denen um eine Stenose führt. Ein Teil
des umgeleiteten Blutes versorgt die Peripherie, ein Teil trägt retrograd
zur Speisung des Fistelstroms bei. Sowohl die speisende Arterie, als
auch die ableitenden Venen erweitern sich. Im Fistelbereich selbst kann
durch Wirbelbildung ein Strömungsgeräusch gehört werden. Der gesteigerte
venöse Druck hinter dem Shunt kann den venösen Abfluss der betroffenen
Extremität behindern, sodass Ulcera durch venöse Insuffizienz auftreten
können.
Im Gesamtkreislauf fällt der periphere
Widerstand durch das Fistelzeitvolumen ab, das Herzminutenvolumen steigt.
Die chronisch erhöhte Anforderung an das Herz wird kritisch ab einem
Shuntminutenvolumen von 1000 bis 1500 ml.
***