Kreislauf - Hochdruck/Niederdrucksystem

[rashy]

Hallo miteinander,
wir hatten heute Physio-Praktikum (Computer-Simulation) und es lief eig. recht gut, nur eine Sache verstehe ich nicht ganz: Wir haben bei einem Versuch das Herz durch eine "Pumpe ersetzt". Bei Ruhe hatten wir natürlich einen Druck von 7mmHg. Nun als die Pumpe begonnen hat zu arbeiten, hat sich dann das "Hochdruck-Niederdrucksystem" eingestellt. Und zwar war der Unterschied umso grösser, je schneller gepumpt wurde. Uns wurde dann erklärt, dass das ganze deshalb entsteht, weil sich das Blut vor dem Widerstand (Arteriolen) stauen würde, aber vom Niederdrucksystem immer weggezogen bis sich ein Gleichgewicht einstellt. Jetzt Frage: Warum staut sich das vor dem Widerstand ?!!? Bei all den versuchen in der Physik (mit den Röhren unterschiedlicher Grössen) hat sich ja auch nie was gestaut?? Ausserdem sollte ja I (Strömungsgeschwindigkeit) immer gleich bleiben, aber wenn es sich staut, dann stimmt das ganze ja nicht mehr..
Kann mir jemand weiterhelfen? Wäre sehr dankbar!!

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Ok - ich versuche das mal in Worten vereinfacht zu beschreiben - hoffe es sind keine Denkfehler (späterer Abend - sorry) drin:

Die Pumpe/Herz pumpt gleichmäßig. Unser Blut wird im Hochdruckabschnitt nun heran gepumpt und das ohm. Gesetz U=R*I ist bei irgendwelchen Werten eingependelt. Jetzt erreicht es die Arteriolen und der Gefäßdurchmesser wird kleiner, ergo: pro Zeiteinheit passen weniger Wassermoleküle hindurch bzw. der Widerstand "an der Engstelle vorbei zu kommen" hat zugenommen (en detail: Hagen-Poiseulle-Gesetz)! Übertragen wir das auf Ohm:
I=U/R --> R ist ja größer geworden (s. Oben) also wird lokal unsere Stromstärk (I) kleiner. Zusätzlich ist der Widerstand im Kapillar-Bett verglichen mit der Hochdruck-Abschnitt ordentlich gesunken, aufgrund ganz vieler paralleler Gefäß-Röhrchen (mit riesigem Gesamtdurchmesser). Genau das ist gewünscht, weil danach kommt das Kapillar-Bett und Stoffaustausch, hier muß das Blut möglichst langsam fließen/strömen damit genug Zeit ist...

Was ist in dieser Zeit aber VOR der Engstelle/Arteriole passiert?!
All' die Wassermoleküle die "für ihre Passage anstehen" sammeln sich - sprich: sind gestaut während das Herz gleichmäßig nachliefert. U=R*I --> I ist hier der konstante (Nach-)Strom vom Herzen, während der Widerstand R größer geworden ist (s.O.), also wird auch U = "die Spannung/Bestreben, einen Ausgleich der Verhältnisse herbei zuführen" -bei uns: endlich Abfließen und Platz für die nächsten nachgeschobenen Wassermoleküle zu machen- größer => erhöhter Druck.

Im venösen System ist der Widerstand (R) gering, weil der (Gesamt-) Durchmesser der Gefäße bzw. die Elastizität groß ist. Ergo lässt sich die Gesamtstromstärke mit relativ niedrigem Druck bewegen.

In dem "Röhren-Experiment" findet keine erkennbare Stauung statt, weil nicht laufend Flüssigkeit nachgepumpt wird bzw. der Eigendruck der Wassersäule (als dortige Triebkraft) sowie Volumen kontinuierlich sinken...

Vllt. hat es ja geholfen... :-nix

[rashy]

Jetzt erreicht es die Arteriolen und der Gefäßdurchmesser wird kleiner, ergo: pro Zeiteinheit passen weniger Wassermoleküle hindurch bzw. der Widerstand "an der Engstelle vorbei zu kommen" hat zugenommen (en detail: Hagen-Poiseulle-Gesetz)! Übertragen wir das auf Ohm:
I=U/R --> R ist ja größer geworden (s. Oben) also wird lokal unsere Stromstärk (I) kleiner.
Genau hier liegt mein Problem!! Laut dem Kontinuitätsprinzip muss ist in einem System von zusammengeschalteten Einheiten dV/dt(=I) immer konstant sein, d.h. pro Zeiteinheit verschiebt sich immer das gleiche volumen. Und bei einer verengung der Röhre wird ja die Geschwindigkeit der Wassermoleküle grösser -> sie passen durch!
Nur ist bei uns ja wegen der Parallelschaltung der Querschnitt so vergrössert (bzw. wenn man alle widerstände zusammenzählt dann ist ja der gesamtwiderstand der arteriolen kleiner als jeder einzelne wiederstand), sodass die Stromstärke schlussendlich langsamer wird in den Arteriolen. Aber der Strom selber (dV/dt) bleibt gleich: Auch laut Ohm U=R*I sollte im gesamten System der Strom die gleiche sein! (Man könnte ja alle widerstände zu einem zusammenfassen) Und deswegen verstehe ich nicht, wie sich was anstauen kann...

[THawk]

Vielleicht liegt der Knackpunkt darin, dass du bei deinen Überlegungen von Wasser ausgehst?
Blut hat aber bekanntlich auch ein paar Zellen mit drin, weist daher eine gewisse Viskosität auf. Außerdem ist die Strömung nicht immer laminar.

Kann das dieses Aufstauen evtl. erklären? Prinzipiell würde ich aber Logos Erklärung zustimmen.

[Monty]

Das Prinzip ist folgendes und ergibt sich am besten, wenn man den Denkansatz umdreht: In einem geschlossenen Rohrsystem gilt R = dP/I. Dies bedeutet, dass um einen Fluss bei gegebenen Widerstand zu erzeugen ein Druckgradient vorhanden sein muss. Dieser ist dann die treibende Kraft für den Fluss. Aus der Gleichung folgt auch, dass für höheren Fluss höhere Druckgradienten benötigt werden.

Zur Erzeugung des Gradienten arbeiten alle Pumpen dabei prinzipiell gleich: Sie üben Sog auf den zuführenden Teil und Druck auf den abführenden Teil aus und transportieren so ein Volumen. Dabei entsteht im zuführenden Teil ein Minimaldruck, im abführenden Teil ein Maximaldruck, entsprechend der Rohrgeometrie sind die Drucke im Rohrsystem dann dazwischen (im einfachsten Fall linear von maximal zu minimal abnehmend).

Physikalisch konkreter kann man dazu auch das Gesetz von Boyle/Mariotte betrachten: p x V = konst., bei T = konst. Das heißt wenn im zuführenden Teil aus einem bestimmten Rohrvolumen eine bestimmte Menge Flüssigkeit entfernt wird, dann sinkt dort der Druck, wird etwas hinzugeführt steigt er. Findet das in einem geschlossenen Rohrsystem kontinuierlich durch eine Pumpe statt, dann stellt sich deshalb ein Gleichgewicht ein, weil die Flüssigkeit versucht den Druckgradienten auszugleichen. Da Flüssigkeiten aber träge sind und an den Wänden reiben erfolgt der Volumenausgleich und damit der Druckausgleich mit einer endlichen Geschwindigkeit, die umso kleiner ist, je größer der Widerstand im Rohr ist, so dass aus gegebenen Druckgradienten eine Flussgeschwindigkeit resultiert. Entsprechend wird durch eine schnellere Pumpe ein höherer Druckgradient erzeugt, welcher wiederum eine höhere Flussgeschwindigkeit verursacht. Viskosität und Korpuskularität des Blutes spielen dabei grundsätzlich für das Prinzip keine Rolle (die Viskosität geht in den Widerstand mit ein).

[Felix@112]

Alter, bin ich grad froh, dass ich mir das nicht mehr antuen muss...... :-))