Die sog.
funktionelle Dopplersonografie zielt darauf ab, Eigenschaften der zerebralen Hämodynamik aufzudecken. Die Hämodynamik umfasst alle Faktoren, die den zerebralen Blutfluss („cerebral blood flow“, CBF) determinieren. Die wichtigsten dieser Faktoren gehen aus der Grundgleichung der zerebralen Hämodynamik, dem sog.
Ohm-Gesetz, hervor:
$$ C B F= C P P/ C V R $$
(2)
Dabei steht CVR für den zerebrovaskulären Widerstand („cerebrovascular resistance“) und CPP für den
zerebralen Perfusionsdruck („cerebral perfusion pressure“). Generell gilt für Strömungen durch Röhren, dass der Fluss (also die Volumenbewegung pro Zeiteinheit) proportional zur Druckdifferenz am Anfang und Ende des Rohres und reziprok zum Flusswiderstand ist. Im System der Hirndurchblutung steht am Anfang des „Rohres“ (also z. B. proximale A. carotis interna) der bis dahin noch kaum abgefallene systemische arterielle Blutdruck („arterial blood pressure“, ABP) und am Ende der sog. kritische Verschlussdruck („critical closing pressure“, CrCP). Das Prinzip des CrCP (Panerai
2003) hat sich in der funktionellen Dopplersonografie etabliert und wird nachfolgend erläutert. Das Ende des arteriellen Rohrs stellen die Arteriolen dar, deren Durchmesser wesentlich den Gesamt-CVR bestimmt. Der Durchmesser wird einerseits durch aktive Vasokonstriktion, andererseits durch den von außen wirkenden Druck, also den intrakraniellen Druck („intracranial pressure“,
ICP), determiniert. Die Vasokonstriktion durch aktive Myozytenkontraktion kann auch in Druckäquivalenten ausgedrückt werden („active constriction pressure“, ACP) und mit dem gleichsinnig wirkenden ICP verrechnet werden. Wenn in der Arteriole als dem Gefäßabschnitt mit dem steilsten Blutdruckabfall der ABP unter die Summe von ICP und ACP abfällt, kollabiert der folgende Arteriolenabschnitt. Die Perfusion durch dieses kollabierte Segment erfolgt nach komplexen Regeln, deren Verständnis aber erfreulicherweise für die Erklärung der proximalen Strömung nicht erforderlich ist. Hier gilt wie gesagt, dass am Ende des noch unkollabierten arteriellen Abschnittes der intravasale Druck dem CrCP entspricht:
$$ CrCP= I C P+ A C P $$
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Damit gilt:
$$ C P P= A B P- CrCP $$
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Das Ohm-Gesetz kann jetzt wie folgt präzisiert werden:
$$ C B F=\left( ABP- CrCP\right)/ C V R $$
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Die andere wichtige Einflussgröße des CBF nach dem Ohm-Gesetz ist neben dem CrCP der
zerebrovaskuläre Widerstand (CVR). Der CVR wird hauptsächlich durch die Durchmesser der Hirnarteriolen determiniert und nimmt nach dem sog.
Hagen-Poiseuille-Gesetz mit der vierten Potenz der Arteriolendurchmesser ab. Das wesentliche physiologische Stellglied für den CVR ist wie auch schon beim CrCP die aktive Arteriolenkonstriktion, die von verschiedenen Regulationsprinzipien angesteuert werden kann. Von besonderer Bedeutung sind dabei die
metabolische Kopplung und die
Autoregulation des CBF.