Arterielle Eigenschaften und Compliance

Die Arterien sind keine starren Röhren: Ihre Wände kombinieren elastische Fasern, glatte Muskulatur und Kollagen, sodass die großen zentralen Arterien sich mit jedem Herzschlag dehnen und zwischen den Schlägen zurückfedern. Diese Compliance formt zusammen mit dem Widerstand der kleineren Arterien die arterielle Druckwelle und wandelt die pulsatile Auswurfleistung des Herzens in einen gleichmäßigeren Blutfluss zu den Geweben um. Die arterielle Compliance und ihr Verlust mit Alterung und Krankheit – die arterielle Versteifung – sind zentrale Konzepte in der vaskulären Physiologie.

Definition

Arterielle Compliance ist die Änderung des arteriellen Blutvolumens, die durch eine gegebene Druckänderung hervorgerufen wird; zusammen mit dem peripheren Widerstand bestimmt sie die arterielle Druckwelle. Arterielle Steifigkeit ist die umgekehrte Eigenschaft, der Widerstand der Wand gegen Dehnung.

Scope

Dieses Thema behandelt die mechanischen und funktionellen Eigenschaften der Arterienwand: Compliance und Elastizität, die Windkessel-Pufferfunktion der elastischen Arterien, die Widerstandsfunktion der kleinen muskulären Arterien, das Pulswellenverhalten und wie sich diese Eigenschaften mit dem Alter ändern. Es behandelt nicht die klinische Hypertoniebehandlung oder die Therapie von arteriellen Erkrankungen.

Core questions

• Wie speichern und geben elastische Arterien Energie während des Herzzyklus frei?
• Was bestimmt die arterielle Compliance und wie wird sie gemessen?
• Wie unterscheiden sich die elastischen Leitungsarterien und die kleinen Widerstandsarterien in ihrer Funktion?
• Warum nimmt die arterielle Steifigkeit mit dem Alter zu und welche Folgen hat dies für den Druck?

Key concepts

• Compliance und Elastizität
• Elastische (Leitungs-) versus muskuläre (Widerstands-) Arterien
• Pulsdruck und Pulswellengeschwindigkeit
• Druckwellenreflexion
• Arterielle Versteifung mit dem Alter
• Wandzusammensetzung: Elastin, Kollagen, glatte Muskulatur

Key theories

Arterieller Windkessel

Die elastischen großen Arterien wirken als Druckreservoir (Windkessel), das während der systolischen Ejektion gefüllt wird und während der Diastole entleert; arterielle Compliance und peripherer Widerstand bestimmen zusammen den diastolischen Druckabfall und die Höhe des Pulsdrucks.

Mechanisms

Während der Systole pumpt das Herz Blut schneller aus, als es durch die Peripherie abfließen kann, sodass sich die elastischen zentralen Arterien ausdehnen und einen Teil des Schlagvolumens speichern; ihr Rückstoß während der Diastole erhält den Vorwärtsfluss und den Druck aufrecht (die Windkessel-Funktion; Westerhof et al., 2008). Die Compliance hängt von der Wandzusammensetzung ab: Elastin ermöglicht eine Dehnung bei niedrigem Druck, während die Rekrutierung von Kollagen eine Überdehnung bei höheren Drücken begrenzt, was der Wand eine nicht-lineare Druck-Volumen-Beziehung verleiht. Die kleineren muskulären Arterien und Arteriolen tragen relativ wenig zur Compliance bei, liefern aber den größten Teil des Widerstands, der zusammen mit der Compliance die Druckwelle formt (Mulvany & Aalkjaer, 1990). Mit zunehmendem Alter fragmentiert Elastin, und Kollagen sowie andere Wandveränderungen akkumulieren, was die großen Arterien versteift, die Pulswellengeschwindigkeit erhöht und den Pulsdruck steigert (Lakatta & Levy, 2003).

Clinical relevance

Arterielle Steifigkeit, hauptsächlich quantifiziert durch die Pulswellengeschwindigkeit, ist ein weit verbreiteter Marker für vaskuläre Alterung, und ihre Messung wurde durch Expertenkonsens standardisiert (Laurent et al., 2006). Dieser Eintrag erklärt die zugrunde liegende Physiologie und die Bedeutung solcher Messungen; er ist keine klinische Leitlinie und dient nicht der individuellen Diagnose oder Behandlung.

Evidence & guidelines

Ein Expertenkonsensdokument standardisierte die Definitionen, Messung und Berichterstattung der arteriellen Steifigkeit, wobei die karotido-femorale Pulswellengeschwindigkeit als Referenzindex dient (Laurent et al., 2006). Die physiologische Grundlage beruht auf dem Windkessel-Modell (Westerhof et al., 2008) und auf strukturellen Studien großer und kleiner Arterien (Mulvany & Aalkjaer, 1990; Lakatta & Levy, 2003).

History

Die Vorstellung, dass die elastischen Arterien den pulsatilen Fluss abfedern, geht auf die Windkessel-Analogie aus dem neunzehnten Jahrhundert zurück und wurde später in konzentrierten mathematischen Modellen ausgedrückt, die Compliance und Widerstand mit der Druckwelle in Beziehung setzen (Westerhof et al., 2008). Die strukturelle Physiologie des zwanzigsten Jahrhunderts unterschied die elastischen Leitungsarterien von den muskulären Widerstandsarterien (Mulvany & Aalkjaer, 1990), und Altersstudien etablierten die arterielle Versteifung als wichtigen Korrelat des kardiovaskulären Risikos (Lakatta & Levy, 2003).

Key figures

• Nico Westerhof
• Stephane Laurent
• Michael J. Mulvany
• Edward G. Lakatta

Seminal works

• westerhof-2008
• mulvany-aalkjaer-1990
• lakatta-levy-2003

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen arterieller Compliance und arterieller Steifigkeit?

Sie sind inverse Beschreibungen derselben Wandeigenschaft: Compliance ist, wie stark sich die Arterie bei einem gegebenen Druckanstieg ausdehnt, und Steifigkeit ist, wie stark sie dieser Ausdehnung widersteht.

Warum ist arterielle Steifigkeit für den Blutdruck wichtig?

Steifere große Arterien speichern während der Systole weniger Schlagvolumen, sodass der systolische Druck steigt und der diastolische Druck sinkt, was den Pulsdruck erweitert.