Die Dynamik der Aorta

Montreal (Kanada) - Die Aorta vollbringt ein Menschenleben lang Höchstleistungen. Zuverlässig leitet die etwa drei Zentimeter durchmessende Hauptschlagader Blut vom Herzen in den komplexen Blutkreislauf. Dank ihrer hohen Elastizität wandelt die Aorta den anfangs im Takt des Herzschlags pulsierenden in einen kontinuierlichen Blutstrom um. Kanadische Biophysiker untersuchten nun erstmals die Materialeigenschaften des Aortengewebes mit einem künstlichen Blutkreislauf genauer. Ihre Ergebnisse, die sie in der Fachzeitschrift „Physical Review X“ veröffentlichten, zeigen eine Abnahme der Elastizität mit zunehmendem Alter der Gewebespender und könnten zu einer Optimierung künstlicher Aorten für Patienten führen.

„Das dynamische Verhalten der menschlichen Aorta ist bislang noch kaum untersucht und verstanden“, sagt Marco Amabili von der McGill University in Montreal. Denn bei der Untersuchung von Patienten wird die Dynamik einer Aorta mit Ultraschall meist nur bei einem Ruhepuls von 60 Herzschlägen pro Minute gemessen. Doch nun konnten Amabili und seine Kollegen die Eigenschaften dieser großen Blutgefäße in einem eigens konzipierten künstlichen Blutkreislauf detaillierter und bei höherer Belastung analysieren. Dazu nutzten sie die Aorten von elf verstorbenen Organspendern im Alter von 25 bis 84 Jahren.

Für ihre Experimente spannten die Forscher jeweils ein etwa zwölf Zentimeter langes Stück einer Aorta in einen Pumpenaufbau ein, der den menschlichen Blutkreislauf nachstellte. Als Blutersatz nutzten sie eine mit Glycerin vermischte Salzlösung, die ähnliche Fließeigenschaften wie natürliches Blut aufwies. Druck- und Strömungssensoren zeigten das Durchflussverhalten an. Parallel ließ sich die pulsierende Verformung der Aorta mit vier Laser-Doppler-Vibrometern verfolgen. Amabili und Kollegen variierten bei ihren Versuchen sowohl die Durchflussraten als auch den Takt der pulsierenden Pumpen von 60 bis 180 Schlägen pro Minute.

Die Messungen zeigten, dass sich das Blutgefäß eines jungen Organspenders um bis zu zehn Prozent während eines Pumppulses ausdehnen konnte. Mit zunehmenden Alter der Spender nahm diese hohe Elastizität nach und nach ab und schrumpfte auf bescheidene zwei Prozent. Doch gerade diese Elastizität ist wichtig, um über den sogenannten Windkesseleffekt die gepulste Strömung in einen kontinuierlichen Fluss umzuwandeln. Denn über das für kurze Zeiten vergrößerte Volumen der Aorta lassen sich die Druckdifferenzen während eines Herzschlags ausgleichen. Diese Ergebnisse lassen sich nun für die Entwicklung besserer, künstlicher Aorten nutzen. Bisher sind diese Kunststoff-Implantate für Herzgefäßpatienten relativ steif und sollten laut Amabili in Zukunft aus elastischeren Materialien gefertigt werden.