2 Funktionell orientierte angiologische Untersuchung mit den verschiedenen Dopplerverfahren

D. Reutter und C. Thalhammer (Kapitel begründet von K. Huck und B. Huck)

Das Kapitel beschreibt zunächst die normalen und pathologischen hämodynamischen Befunde in den Arterien und Venen. Dabei steht die Strömungsgeschwindigkeit als direkt messbarer Parameter im Vordergrund. Im arteriellen Abschnitt werden die Veränderungen der Strömungsgeschwindigkeit, die physiologischerweise während des Herzzyklus auftreten, sowie die Anpassungen bei Gefäßverengungen und -verschlüssen prä-, intra- und poststenotisch sowie in Kollateralen aufgezeigt. Im venösen Abschnitt werden die Anforderungen an den venösen Rücktransport sowie dessen Mechanismen und Störungen dargestellt. Danach wird die Entdeckung und Bedeutung des Dopplereffektes skizziert. Im Abschnitt Dopplerverfahren werden die Grundlagen der CW-Dopplersonografie, der gepulsten Dopplersonografie, der Duplex- und der Farbdopplersonografie erläutert. Die Darstellung folgt dabei systematisch den Punkten „Senden“ und „Empfangen“, „Signalverarbeitung“, „Signalauswertung“ und „Signaldarstellung“. Im Abschnitt Dopplersymptome wird gezeigt, wie hämodynamische Phänomene mit den verschiedenen Dopplerverfahren erfasst werden können. Im letzten Abschnitt dieses Kapitels werden die diagnostischen Möglichkeiten und Grenzen der einzelnen Verfahren besprochen.

2.1 Hämodynamik des arteriellen Gefäßsystems

2.1.1 Aufgaben des arteriellen Gefäßsystems

Windkesselfunktion und Transport Das arterielle Gefäßsystem erfüllt zwei wesentliche Aufgaben. Einerseits, die kardial in der Systole erzeugte Druckentwicklung und Volumenverschiebung des Blutes kontinuierlich in die Peripherie weiterzuleiten. Diese Aufgabe wird durch die elastischen Wandeigenschaften der arteriellen Gefäße des Körperstammes ermöglicht und als Windkesselfunktion bezeichnet. Dieser allgemeinen, im Dienste des Gesamtkreislaufsystems stehenden Funktion steht die spezielle Aufgabe jedes arteriellen Gefäßes gegenüber, nämlich die Versorgung des dazugehörigen Organs mit der aktuell notwendigen Menge Blut.

2.1.2 Lokale Volumenstromstärke und peripherer Widerstand

Ohmsches Gesetz Die Menge Blut, die pro Zeiteinheit durch ein Gefäß zu einem Organ fließt, wird als lokale Volumenstromstärke Ilok bezeichnet und in der Einheit [ml/s] oder [ml/min] angegeben. Ihre Anpassung an den jeweiligen Funktionszustand eines Organs erfolgt über die Änderung des lokalen peripheren Widerstandes Rlok, der im Wesentlichen durch die Arteriolen und präkapillären Sphinkter des zu versorgenden Organs bestimmt wird. Bei hohem Bedarf sind diese kleinen Gefäße weit gestellt und ermöglichen einen hohen Einstrom aus der Versorgungsarterie in das zugehörige Kapillarbett. Ist der Bedarf niedrig, wird durch eine entsprechende Engstellung der Zufluss aus den Arterien gedrosselt. Das Ohmsche Gesetz ▶ Formel 2.1 beschreibt die Beziehung zwischen dem lokalen Zustrom und dem peripheren Widerstand.

  (2.1)

Die lokale Volumenstromstärke Ilok ist umgekehrt proportional zum lokalen peripheren Widerstand Rlok und direkt proportional zu Δpsystemisch, der Differenz zwischen dem mittleren Aortendruck und dem Druck im rechten Vorhof.

Die lokale Volumenstromstärke zeigt, wie alle arteriellen Kreislaufparameter, einen pulsatilen Verlauf und ist systolisch/diastolisch moduliert (▶ Abb. 2.1). Für die Einschätzung der Durchblutungssituation wird der über die Zeit gemittelte Wert angegeben.

Kontinuitätsgleichung Blut ist wie jede Flüssigkeit inkompressibel und der Blutstrom kann in einem intakten arteriellen Gefäß nicht abreißen. Deswegen findet sich in jedem erhaltenen Querschnitt des Kreislaufsystems in beliebiger Entfernung von der Aortenklappe dieselbe Volumenstromstärke. Das gilt für unverzweigte und verzweigte Gefäße. Diese Gesetzmäßigkeit wird durch die Kontinuitätsgleichung beschrieben (▶ Abb. 2.2).

Kontinuitätsgleichung.

Abb. 2.2 Durch jeden beliebigen Gesamtquerschnitt A des Gesamtkreislaufs bzw. Querschnitt eines Einzelgefäßes fließt dieselbe Volumenstromstärke I.

2.1.3 Arterieller Blutdruck

Systolische Amplitudenüberhöhung Wie im Ohmschen Gesetz formuliert, lässt sich die hämodynamische Situation eines arteriellen Gefäßes neben der Volumenstromstärke durch den Blutdruck charakterisieren. Systolischer und diastolischer Blutdruck sind im arteriellen Gefäßsystem im Gegensatz zur Volumenstromstärke nicht überall gleich. So steigt der systolische Blutdruck mit zunehmender Entfernung von der Aortenklappe, während der diastolische leicht absinkt (▶ Abb. 2.3). Die Blutdruckamplitude, die Differenz zwischen systolischem und diastolischem Blutdruck, nimmt entsprechend zu. Dieses Phänomen wird als systolische Amplitudenüberhöhung bezeichnet und beruht auf der Zunahme des Wellenwiderstandes in peripherer Richtung.

Mittlerer Blutdruck Während die Blutdruckkurve mit zunehmender Entfernung von der Aortenklappe immer stärker systolisch/diastolisch moduliert wird und an Pulsatilität gewinnt, ist der mittlere Blutdruck im Verlauf des arteriellen Gefäßsystems praktisch konstant. Erst im Bereich der Widerstandsgefäße und Kapillaren kommt es zu einem deutlichen Abfall des mittleren Blutdrucks, der sich in geringem Umfang über das venöse System bis zum Druck im rechten Vorhof fortsetzt.

Gleichzeitige Messungen des systolischen Blutdrucks an verschiedenen Orten zeigen somit deutliche Unterschiede. So kann der systolische Blutdruck der A. dorsalis pedis bis zu 30mmHg über dem Blutdruck der A. brachialis liegen.

Messbarkeit der Kreislaufparameter Wesentliche funktionelle Parameter des Herz-Kreislauf-Systems sind somit die Volumenstromstärke, der systemische Druckgradient und der periphere Widerstand. Über die Kontinuitätsgleichung ergibt sich eine Verknüpfung zu einer weiteren wichtigen Kreislaufgröße, der Geschwindigkeit des strömenden Blutes. Während die Druckwerte einfach zu messen sind, ist die Messung der Volumenstromstärke mit einigem Aufwand verbunden, und der Widerstand nicht direkt messbar. Bei bekannter Volumenstromstärke und bekanntem Druckgradienten kann er über das Ohmsche Gesetz berechnet werden. Die Strömungsgeschwindigkeit hingegen lässt sich sehr gut dopplersonografisch bestimmen und rückt deswegen ins Zentrum der weiteren Betrachtung.

2.1.4 Segmentale Strömungsgeschwindigkeit

Die Durchblutung eines Organs kann mittels der lokalen Volumenstromstärke oder der Strömungsgeschwindigkeit in einem repräsentativen Gefäßsegment beurteilt werden. Bei Vergleichsmessungen muss die Strömungsgeschwindigkeit immer am gleichen Ort bestimmt werden. Die segmentale Strömungsgeschwindigkeit vseg ist bei konstantem Querschnitt A der lokalen Volumenstromstärke Ilok direkt proportional ▶ Formel 2.2.

  (2.2)

2.1.5 Strömungsgeschwindigkeit und Gefäßverlauf

Während nach der Kontinuitätsgleichung ▶ Formel 2.3 die Volumenstromstärke I in einer bestimmten Kreislaufsituation überall im Längsverlauf eines Kreislaufabschnittes konstant ist, ändert sich die Strömungsgeschwindigkeit v in Abhängigkeit vom Gefäßquerschnitt A nach der Gleichung:

  (2.3)

Die Strömungsgeschwindigkeit hingegen nimmt bei Gefäßverengungen zu und bei Gefäßerweiterungen ab (▶ Abb. 2.2).

2.1.6 Form des Strömungsgeschwindigkeitspulses

2.1.6.1 Strömungsgeschwindigkeitspuls und peripherer Widerstand

Die Strömungsgeschwindigkeit zeigt wie die Volumenstromstärke einen pulsatilen Verlauf und ist systolisch/diastolisch moduliert. Dabei lassen sich in Abhängigkeit vom peripheren Widerstand zwei Grundformen unterscheiden, der triphasische und der monophasische...