Medizin Blut fliesst turbulenter als angenommen

Bisher ging man davon aus, dass das Blut im menschlichen Körper gleichmässig zirkuliert. Forscher des Institute of Science and Technology (IST) Austria zeigen dagegen im Fachjournal «Pnas», dass Blut viel turbulenter fliesst als angenommen. Das hat unliebsame Folgen.

Das ist insofern interessant, weil ein unregelmässiger Blutfluss mit vielen Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie Arteriosklerose in Verbindung gebracht wird.

Laut den Wissenschaftlern dachte man bisher, dass Blut im menschlichen Körper aufgrund seiner geringen Fliessgeschwindigkeit und hohen Viskosität gleichmässig zirkuliert. Die Zellen des Endothels, der Innenwand der Blutgefässe, sind auch an relativ gleichmässige Fliessgeschwindigkeiten in einer Richtung angepasst.

Wenn es jedoch zu Turbulenzen in einem Gefäss kommt, etwa aufgrund einer geometrischen Unregelmässigkeit, reagieren sie sehr empfindlich auf die dabei auftretenden Kräfte. Das kann zur Entzündung des Endothels führen und langfristig Arteriosklerose auslösen, bei der sich die Arterien aufgrund von Plaqueablagerungen verengen.

Der Blick des Klempners

Der Physiker Björn Hof vom IST Austria in Klosterneuburg (NÖ) untersucht seit Jahren turbulente Strömungen in Rohrleitungen. Diese Verwirbelungen führen zu einer starken Erhöhung des Reibungswiderstandes, etwa in Pipelines. In ihrem aktuellen Projekt haben die Wissenschaftler um Hof gemeinsam mit Kollegen aus Deutschland und China untersucht, ob sie mit ihren Erkenntnissen über Turbulenzen in Rohrleitungen auch Unregelmässigkeiten in pulsierenden Strömungen wie in den Blutgefässen besser verstehen können.

«Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein bisher unbekannter Mechanismus Turbulenzen in pulsierenden Strömungen im menschlichen Körper bei niedrigeren Strömungsgeschwindigkeiten verursachen kann», erklärte Hof in einer Aussendung.

Aufgrund ihrer Experimente und ihrer theoretischen Berechnungen gehen die Wissenschaftler davon aus, dass Blutgefässe mit geometrischen Unregelmässigkeiten mehr Turbulenzen verursachen als bisher angenommen. So zeigten sie, dass bei einer Verlangsamung des pulsierenden Blutflusses, also zwischen den Herzschlägen, insbesondere in den unregelmässigen Gefässbereichen – also etwa dort, wo es bereits Plaqueablagerungen gibt – Verwirbelungen entstehen. Sobald der Blutfluss wieder Fahrt aufnimmt, also beim Herzschlag, wurde er glatt und turbulenzfrei.

Weitere Entdeckungen zu erwarten

Für Hof ist es erstaunlich, dass diese Instabilität in früheren Studien nicht bemerkt wurde. «Wir vermuten, auch wegen der komplexen Zusammensetzung des Blutes, dass es andere Mechanismen geben könnte, die bei noch niedrigeren Geschwindigkeiten Turbulenzen im kardiovaskulären Fluss verursachen können», so der Forscher. Er geht davon aus, dass die Arbeit wichtige Auswirkungen darauf haben könnte, wie der Blutfluss künftig modelliert wird, insbesondere in grossen Blutgefässen wie der Aorta.

*Fachartikellink: http://dx.do.org/10.1073/pnas.1913716117