Volumenelastizitätskoeffizient

Physikalisch ist Elastizität ein Maß für die Rückstellkraft einer mechanischen Deformation. Elastizität ist hier also nicht gleichsetzbar mit Dehnbarkeit, sondern der Widerstand, welcher der passiven Dehnung entgegensteht. Glas oder Stahl sind demnach wesentlich elastischer als Gummi. Der umgekehrte, im alltäglichen Sprachgebrauch gängige Begriff der Elastizität entspricht physiologisch der Compliance. Danach ist ein Material umso elastischer, je weiter es dehnbar ist.

Der Volumenelastizitätskoeffizient E' entspricht in etwa dem Kompressionsmodul der physikalischen Elastizitätslehre und der Werkstoffkunde. Er beschreibt physikalisch-elastische Eigenschaften von Blutgefäßen, wie sie in der Physiologie des kardiovaskulären Systems und in der Kardiologie von zentraler Bedeutung sind.

Der Volumenelastizitätskoeffizient E' ist definiert als Kehrwert der Compliance und damit als Druckänderung pro Volumenänderung:

$${\displaystyle E'={\frac {1}{C}}={\frac {\Delta p}{\Delta V}}}$$

Um das Ausgangsvolumen mit zu berücksichtigen wird das Volumenelastizitätsmodul κ verwendet:

$${\displaystyle \kappa ={\frac {\Delta p\times V}{\Delta V}}=E'\times V}$$

Die Pulswellengeschwindigkeit ist proportional zur Wurzel des Volumenelastizitätskoeffizienten:

$${\displaystyle PWG\sim {\sqrt {E'}}}$$

Physiologisch besagt dies, dass in einem Gefäß mit hohem Volumenelastizitätskoeffizient E' bei höherem Volumenstrom (z.B. Zunahme des Herzzeitvolumens) der intravasale Druck stärker ansteigt, als in einem vergleichbaren Gefäß mit geringerem E'. Gefäße mit hoher Compliance haben dagegen einen sehr geringen Volumenelastizitätskoeffizienten und sind entsprechend nachgiebig.

E' ist dann erhöht, wenn die Gefäße schlechter dehnbar sind, also eine geringere Compliance besitzen. Eine Zunahme des Volumenelastizitätskoeffizienten ist im Rahmen des Alterns zu beobachten. Im Alter nimmt der relativ hohe Anteil an elastischen Fasern in den Gefäßwänden herznaher Arterien ab. Dazu kommt das pathologische, aber sehr häufige Phänomen der Atherosklerose (Gefäßverkalkung). Sie bewirkt eine Erhärtung der Gefäßwände und damit eine Versteifung des Gefäßes.

Die Zunahme des Volumenelastizitätskoeffizienten hat eine ganze Reihe pathophysiologischer Folgen und ist daher eine der zentralen biophysikalischen Größen in der Kardiologie. In den herznahen Arterien vom elastischen Typ wird die Windkesselfunktion vermindert. In distalen, kleineren Arterien und Arteriolen, die als wichtigste periphere Widerstandsgefäße fungieren, nimmt der totale periphere Widerstand (TPR) zu. All dies führt dazu, dass das Herz gegen einen erhöhten Widerstand anpumpen muss (kardiale Druckbelastung). Dies wiederum begünstigt eine arterielle Hypertonie und reaktive Myokardveränderungen wie ventrikuläre Hypertrophie.