Bayliss-Effekt

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 7. März 2024

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Der Bayliss-Effekt hält die Durchblutung von Organen wie dem Gehirn und den Nieren trotz alltäglicher Schwankungen des Blutdrucks konstant. Bei erhöhten Druckwerten wird durch den Effekt eine Vasokonstriktion der Gefäßmuskultaur eingeleitet. Störungen des Bayliss-Effekts führen zu anhaltender Hyperämie und Ödem-Bildung im extrazellulären Raum.

Was ist der Bayliss-Effekt?

Der Bayliss-Effekt hält die Durchblutung von Organen wie dem Gehirn und den Nieren trotz alltäglicher Schwankungen des Blutdrucks konstant.

Blutdruckwerte sind Tag für Tag Schwankungen unterworfen. Trotz dieser Schwankungen muss die Organdurchblutung konstant aufrechterhalten werden. Zur konstanten Aufrechterhaltung der Organdurchblutung trägt der Bayliss-Effekt bei. Diese myogene Autoregulation wurde vom britischen Physiologen Bayliss erstmals beschrieben und entspricht einer Kontraktionsreaktion der Blutgefäße, die im Rahmen der lokalen Steuerung im Blutkreislauf die Konstanz der Durchblutung von Organen und Geweben aufrechterhält.

Die Blutgefäße sind mit glatter Muskulatur ausgestattet. Bei Blutdruckveränderungen reagieren die Gefäßmuskelzellen auf die neue Situation, indem sie entweder kontrahieren oder entspannen. Als molekulare Ursache des Bayliss-Effekts gilt die Aktivierung von mechano-sensitiven Rezeptoren innerhalb der Blutgefäße. Der Bayliss-Effekt entspricht letztlich einer Variante der Kreislaufregulation, die in Unabhängigkeit vom vegetativen Nervensystem und seinen Nervenfasern steht. Während der Effekt für die Nieren, den Magen-Darm-Trakt und das Gehirn nachgewiesen werden kann, scheint das Phänomen für die Haut und die Lungen keine Rolle zu spielen.

Funktion & Aufgabe

Wenn innerhalb der kleinen Arterien oder Arteriolen die Durchblutung durch erhöhte Blutdruckwerte ansteigt, wird damit eine Vasokonstriktion ausgelöst. Als solche wird die Kontraktion der glatten Gefäßmuskulatur bezeichnet, die in diesem Fall einer Reaktion auf einen Druckreiz entspricht und daher im weitesten Sinn als Reflex bezeichnet werden kann. Die Mechanorezeptoren in den Gefäßen registrieren die Druckveränderung und lösen die Vasokonstriktion aus. Damit erhöht sich der Strömungswiderstand in den betroffenen Gefäßen. Die Durchblutung im Versorgungsgebiet der Gefäße bleibt so trotz Blutdruckschwankungen konstant.

Sobald die Mechanorezeptoren in den Gefäßen wieder niedrigere Blutdruckwerte registrieren und damit ein abnehmendes Durchblutungsangebot registrieren, wird eine Vasodilatation eingeleitet. Die Muskulatur der Gefäße entspannt sich also wieder auf ihren basalen Tonus. Der Bayliss-Effekt hält auf diese Weise die Durchblutung der Nieren, des Gastrointestinaltrakts und des Gehirns weitgehend konstant und reguliert die Werte in diesen Körperarealen relativ autonom.

Eine Effizienz zeigt der Bayliss-Effekt bei systolischen Blutdruckwerten von 100 bis 200 mmHg. Dem Effekt liegen molekulare Mechanismen zugrunde. Arterien und Arteriolen mit Bayliss-Effekt tragen mechano-sensible Kationenkanäle in ihren Wänden. Wenn diese Kationenkanäle geöffnet werden, strömen Calcium-Ionen in die Muskelzellen ein und bilden mit dem Protein Calmodulin einen Komplex.

Bei der Bindung zu einem Komplex wird das Enzym Myosin-leichte-Ketten-Kinase aktiviert. Wenn eine Phosphorylierung im Sinne einer Interkonvertierung dieser Kinase stattfindet, wird damit das Motorprotein Myosin II aktiviert. Dieses Motorprotein ermöglicht die Kontraktion der glatten Gefäßmuskelzellen.

Für jede Muskelkontraktion müssen die Myosin- und Atkin-Filamente im Muskel ineinander gleiten. An dieser Bewegung ist Myosin II beteiligt, da es für die Bindungsstelle zum Atkin-Filament der Muskeln verantwortlich ist.

Der Bayliss-Effekt ist eine Art der Kreislaufregulation, die unabhängig von vegetativer Innervation der Blutgefäße arbeitet. Auch wenn die vegetative Anbindung durch eine Durchtrennung der versorgenden Nerven gekappt wird, bleibt der Bayliss-Effekt also erhalten. Blockiert werden kann der Mechanismus ausschließlich durch die Anwendung von Spasmolytika wie Papaverin, die eine Erschlaffung der Gefäßmuskelzellen herbeiführen.

Krankheiten & Beschwerden

Eine Störung oder gar Aufhebung des Bayliss-Effekts kann ernstzunehmende Folgen für den Organismus haben. Eine permanente Hyperämie der Organe im betroffenen Versorgungsgebiet kann beispielsweise die Folge sein. Hyperämien sind verstärkte Durchblutungen eines bestimmten Gewebes oder Organs, wie sie durch die Erweiterung der versorgenden Blutgefäße im Rahmen der Vasodilatation zustande kommen können. Hyperämien sind meist das Begleitsymptom einer Entzündung und werden in der Regel durch lokal freigesetzte Mediatoren verursacht. Darüber hinaus stehen Hyperämien häufig mit Ischämien in Zusammenhang, die einen Verlust des Muskeltonus und einen damit zusammenhängenden Abfall der Wandspannung in den Gefäßen verursachen können.

Die Aufhebung des Bayliss-Effekts kann wegen der so entstehenden Hyperämie eines bestimmten Versorgungsgebiets den Übertritt von Flüssigkeit in einzelne Organstrukturen zur Folge haben. Auf diese Weise können extrazelluläre Ödeme entstehen. Ödemen geht der Austritt von Flüssigkeit aus den Gefäßen voraus, die sich schließlich im interstitiellen Raum ansammelt. Der Ödem-Bildung geht immer eine Änderung von Flüssigkeitsbewegungen zwischen dem Interstitium und den Kapillaren voraus. Für den Flüssigkeitsaustritt spielen die Gesetzmäßigkeiten der Starling-Gleichung eine Hauptrolle.

Neben dem hydrostatischen Druck der Blutkapillaren spielt die Differenz des onkotischen Gefäßdrucks zwischen Kapillaren und Interstitialraum eine Rolle. Der hydrostatische und onkotische Druck wirken gegeneinander. Während der hydrostatische Druck den Austritt von Wasser in den interstitiellen Raum bedingt, bindet der onkotische Druck Flüssigkeit innerhalb der Kapillaren. Die beiden Kräfte halten sich normalerweise annähernd das Gleichgewicht.

Ein Ödem kann sich nur im Rahmen von abweichenden Druckwerten bilden, die sich nicht mehr die Waage halten. Solche abnormen Druckwerte stellen sich zum Beispiel mit dem Ausfall des Bayliss-Effekts ein. Da speziell der Ionenkanal TRPC6 am Bayliss-Effekt beteiligt ist, können unter anderem Mutationen des dafür codierenden Gens Störungen des Effekts verursachen. Mittlerweile wurden seltene Erbkrankheiten der Nieren zum Beispiel auf eine Mutation im Gen TRPM6 zurückgeführt. Mutationen können das Protein im Ionenkanal so sehr verändern, dass es nicht mehr funktioniert. Ein Magnesium-Mangel und eine gestörte Kalzium-Versorgung innerhalb der Zellen ist die Folge.

Quellen

Herold, G.: Innere Medizin. Selbstverlag, Köln 2016
Luther, B. (Hrsg.): Kompaktwissen Gefäßchirurgie. Springer, Berlin 2011
Piper, W.: Innere Medizin. Springer, Berlin 2013

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