Pulswellenanalyse

Windkesselfunktion / Gefäßwiderstand

 

Als Windkessel bezeichnet man ein Reservoir in einem Pumpensystem, das mittels Speicherung von Energie einen Ausgleich von Druckschwankungen ermöglicht. Meist befindet er sich direkt hinter dem Druckerzeuger. Die Reservoirfunktion des Windkessels kann hierbei auf vielerlei Weisen erreicht werden.

So zeigt sich noch bei der Schwengelpumpe, ohne "echten Windkessel", ein unterschiedlicher Wasserfluss je nach Pumpphase. Bei schnellerem Pumpen wird bereits in der Wassersäule über dem Ausguss eine gewisse Wassermenge bzw. Energie gespeichert. Bei einer Pumpe mit Windkessel wird meist Wasser in einen mit Luft gefüllten Behälter gepumpt. Hier wird dann die Energie im Luftdruck gespeichert und steht zum Ausgleich während der Pumpenfüllung zur Verfügung.

 

 

Windkesselfunktion im Gefäßsystem

Windkesselfunktion der Aorta

 

Elastizität und Pulswellengeschwindigkeit

 

Grundsätzlich sind die hämodynamischen Vorgänge im arteriellen System sehr komplex. Aus diesem Grund möchten wir uns an dieser Stelle auf ein sehr vereinfachtes Modell beschränken, um die wesentlichen Sachverhalte anschaulich zu erläutern.

Die Beziehung und den Einfluss der wichtigsten Parameter kann man an einer Pumpe mit Schlauch veranschaulichen. Hierbei repräsentiert die Pumpe natürlich das Herz. Durch die Wahl von Kolbenhub (= Ventrikelvolumen) oder Pumpfrequenz (= Herzfrequenz) kann die Auswurfleistung der Pumpe (= Herzminutenvolumen) gewählt werden. Doch dies ist für unser Gedankenmodell unerheblich. Wichtig ist nur, dass es je nach Zeitpunkt im Pumpenzyklus zu einem Auswurf an Wasser (= Systole) oder keinem Auswurf (= Diastole) kommt [→ ähnlich einer Schwengelpumpe im langsamen Betrieb].

Um nun diesen Wechsel zwischen "Alles oder Nichts" auszugleichen, nutzt man bei Pumpen den sog. Windkessel. Hier wird während der Austreibungsphase ein Teil der Volumens gespeichert und kann dann in der Füllungsperiode der Pumpe die Leere ausgleichen. Dies entspricht im Gefäßkreislauf der Elastizität der Gefäße. Bei Pumpen wird häufig eine Membran gegen ein Luft- oder Gasvolumen zusammengedrückt. Im Körper dehnen hingegen sich die elastischen Arterien. Die Energie wird in beiden Fällen für die Pumpenfüllung (Diastole) gespeichert.

Die Verengung des Schlauches durch das Strahlrohr repräsentiert schließlich den Gefäßwiderstand (= totaler peripherer Widerstand), welcher den Wasserdruck reguliert bzw. zum Blutdruck beiträgt.

Sicherlich hat das Modell einige Schwachstellen. So sind Windkesselfunktion und Gefäßwiderstand in der Realität nicht getrennt. Aber im Großen und Ganzen erläutert das Modell den Sachverhalt.

Denn verschiedene Veränderungen lassen sich hier erklären, so auch die uns intressierende Verminderung der Gefäßelastizität im Alter (= Verringerung der Windkesselfunktion). Sie führt entsprechend zu höheren systolischen und geringeren diastolischen Werten, da weniger Volumen bzw. Energie im Windkessel (durch die geringere Elastizität der Gefäße) gespeichert werden kann.

Durch eine allgemeine Steigerung des Gefäßwiderstandes (= engeres Strahlrohr) steigt der Druck im System, der Wasserstrahl spritzt weiter. Für unsere Gefäße bedeutet dies, der systolische und der diastolische Blutdruck steigt.

 

 

 

 

Bei aller Anschaulichkeit birgt unser Modell einige Fehler. Die Elastizität der Gefäße ist nicht konstant. Zum einen nimmt die Elastizität der Gefäße von zentral nach peripher ab, was zu einer Steigerung der Pulswellengeschwindigkeit sowie des systolischen Blutdrucks in der Peripherie bewirkt. (vgl. Pulsdruck-Amplifikation)

Zum anderen verändert neben der "Alterung" auch der Gefäßtonus (Konstriktion der Lamina muscularis = Anspannung der Muskelfasern in der Gefäßwand) den Widerstand und die Elastizität der Gefäße. Hier ergibt sich eine Modulation im Rahmen der Therapie.

 

Quellen: Pulswellengeschwindigkeit, zentraler Blutdruck und Augmentationsindex - "neue" Parameter zur Beschreibung eines Endorganschadens der arteriellen Strombahn bei Hypertonie. Pathophysiologie, Methodik prognostische Bedeutung Empfehlungen - Weber T, Eber B, Zweiker R, Horn S Sock S, Grüner P, Pichler M, Mayer G, Eisserer G, Magometschnigg D, Illyes M - Journal für Hypertonie, 2008; 12; www.kup.at
  Pulswellen-Analyse deckt das Alter der Gefäße auf - M. MIDDEKE
  Wikipedia