Windkesselfunktion

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 4. März 2017
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Die Windkesselfunktion ist ein Prozess, mit dem die Arterien den Druckunterschied zwischen Systole und Diastole des Herzens verringern. Der Effekt trägt zur Aufrechterhaltung des Blutdrucks bei und verringert die Herzbelastung. Arteriosklerose kann den Arterien ihre Windkesselfunktion erschweren oder sogar nehmen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist die Windkesselfunktion?

Arterien sind elastisch. Das gilt insbesondere für die Aorta. Aufgrund ihrer Elastizität besitzen Arterien die sogenannte Windkesselfunktion. Durch die rhythmischen Kontraktionen des Herzens entsteht ein pulsierender Blutstrom. Dieser pulsierende Blutstrom wird innerhalb der Arterien in einen gleichmäßigen Strom aus Volumen umgewandelt. Dieser Windkesseleffekt hat Konsequenzen für die Strömungsmechanik innerhalb des menschlichen Körpers und verringert den Druckunterschied zwischen Diastole und Systole des Herzens.

Dass in diesem Zusammenhang von einem Windkesseleffekt die Rede ist, hat mit den unterschiedlichen Pumpenbauarten des Windkessels zu tun. Druckstöße wurden in die starren Gefäßen über die Kompression einer Luftblase aufgenommen. Das Resultat war eine gleichmäßige Abgabe von Flüssigkeit. Dasselbe Prinzip liegt allen herznahen Arterien zugrunde, was die Namensgebung erklärt.

Funktion & Aufgabe

Arterien in der Nähe des Herzens tragen eine besonders hohe Dichte an elastischen Fasern in ihren Gefäßwänden. Diese elastischen Fasern ermöglichen den Arterien eine passive Art der Dehnung innerhalb des Initialgefäßabschnitts. Das Blutvolumen kann in diesen Bereichen kurzfristig gespeichert werden. Dabei entsteht potentielle Energie. Die Retraktionsbestrebungen der Gefäßwände wandeln diese Energie in mechanische Energie um. Unter der Retraktion versteht die Medizin in diesem Zusammenhang die Tendenz zum Zusammenziehen.

Mit der Umwandlung von potentieller Energie in mechanische Energie ist der Weitertransport von Blut durch das Gefäß gewährleistet. Die Dehnung und die anschließende Retraktion aller nachfolgenden Abschnitte der Arterie wiederholen sich beim Weitertransport. Auf diese Weise entsteht ein gleichmäßig kontinuierlicher Strom aus Blut.

Arterien sind aufgrund dieses Windkesseleffekts zum Druckausgleich in der Lage, der auf Basis ihrer Elastizität stattfindet. Vor allem die Aorta profitiert vom Windkesseleffekt. Zwischen der kontraktionsbedingten Blutauswurfphase des Herzens und der Entspannungsphase des Herzmuskels besteht ein großer Druckunterschied. Diesen Druckunterschied zwischen Systole und Diastole kann gerade die Aorta durch den Windkesseleffekt wesentlich minimieren.

Die Windkesselfunktion ist ein Prozess, mit dem die Arterien den Druckunterschied zwischen Systole und Diastole des Herzens verringern.

Das Volumen des Aortenbogens vergrößert sich bei diesem Versuch. Zur selben Zeit erhöht sich die Spannung der Gefäßwände, indem sich ihr Durchmesser vergrößert. Durch diese Prozesse speichert die Aorta einen gewissen Anteil an Energie aus der Arbeit des Herzens. Nach dem Schließvorgang der Aortenklappe arbeitet die gespeicherte Energie beim Abfließen aus dem Aortenbogen gegen den Widerstand des Gefäßes und wird am Ende in Bewegungsenergie verwandelt. In Konsequenz dazu harmonisieren sich der Blutstrom und die Pulsstärke nach der kurzweiligen Speicherung von Blut.

Ursprünglich ist in der Nähe des Herzens also Druck vorhanden, aber dieser Druck wird durch den Windkesseleffekt bis zu einem gewissen Anteil abgebaut. So können die Kapillaren mit dem Restdruck umgehen und der Blutstrom weist einen annähernd konstanten Fluss auf.

Das Herzstück des Windkesseleffekts ist damit die Zwischenspeicherung von Blut. Ein junger Erwachsene speichert mit annähernd 40 Millilitern etwa die Hälfte seines physiologischen Schlagvolumens zwischen. Erst durch diesen Prozess der Zwischenspeicherung kann der Blutdruck aufrechterhalten werden. Als strömungsmechanische Konsequenz des Windkesseleffekts sinkt die maximale Volumenstromstärke. Die minimale Volumenstromstärke erfährt zur selben Zeit eine Erhöhung. Daraus ergibt sich ein Abfall der maximalen Druckdifferenz und gleichzeitig ein Anstieg bezogen auf die minimale Druckdifferenz.

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Krankheiten & Beschwerden

Auf altersphysiologische Art und Weise nimmt die Windkesselfunktion der Arterien mit zunehmendem Alter ab. Ein Grund dafür sind die Umbau-Arbeiten, die mit zunehmendem Lebensalter in der Arterienwand stattfinden. Die elastischen Fasern werden Stück für Stück durch Kollagenfasern ersetzt und die Gefäßwände verlieren an Elastizität. Außerdem zeigen sich im Alter arteriosklerotische Ablagerungen an den Wänden der Gefäße.

Je mehr die Arterien ihre Windkesselfunktion einbüßen, desto höher wird die Blutflüssigkeitssäule, die das linke Herz beschleunigen muss. Aus diesem Grund ist das Herz im Alter höheren Belastungen ausgesetzt. Da die Ablagerungen in den Gefäßen einen wesentlichen Teil zur Abnahme des Windkesseleffekts beitragen, sind Herzerkrankungen zuweilen mit Krankheiten wie Arteriosklerose assoziiert.

Bei Arteriosklerose lagern sich Fett, Thromben, Bindegewebsanteile und Kalk innerhalb der Blutgefäße ab. Die Erkrankung verläuft in den meisten Fällen über Jahre hinweg gänzlich asymptomatisch. Im Bereich der Gefäßwände bildet sich während der ersten Jahre arteriosklerotischer Plaques. Diese Plaque-Bildung engt die Lumina der einzelnen Gefäße Stück für Stück ein, bis sogar Verschlüsse auftreten. Aus diesen Verschlüssen resultiert eine symptomatische Funktionseinschränkung oder sogar ein Infarkt. Wegen der Erhöhung der mechanischen Belastung kann es bei Arteriosklerose außerdem zu einem Riss in den Gefäßwänden kommen, der mit Einblutungen und Thrombenbildung assoziiert sein kann. Thromben können in andere Gewebe geschwemmt werden und Verschlüsse hervorrufen, die eine Sauerstoffunterversorgung oder Gewebesterben begünstigen.

Ältere Menschen ab einem Lebensalter von 80 Jahren leiden meist immer an Arteriosklerose. Ein ungesunder Lebensstil kann die Arteriosklerose allerdings frühzeitig eintreten lassen. Da die Arterien durch die Erkrankung ihre Windkesselfunktion Stück für Stück verlieren und daraus eine hohe Herzbelastung entsteht, ist der Herzinfarkt neben dem Schlaganfall eine der relevantesten Folgeerkrankungen. Wer die Risikofaktoren für Arteriosklerose aus seinem Leben verbannt, beugt somit letztlich auch einem frühen Herzinfarkt aufgrund einer verlorenen Windkesselfunktion der Arterien vor.

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