Arterien bestehen in ihrem mikroskopischen Aufbau aus den Schichten Intima (an der Gefäßinnenseite), der Media (die dazwischenliegende Gefäßschicht) und die Adventitia (die das Gefäß nach außen begrenzende Schicht). Es wird vermutet, dass der erste Schritt einer Arteriosklerose (Gefäßverkalkung/ Arterienverkalkung) in einer Verletzung der Innenschicht des Gefäßes liegt. Diese Verletzung kann durch Bluthochdruck, Stress und Bewegungsmangel und einer allgemeinen, durch fehlerhafte Ernährung herbeigeführten Anfälligkeit der Arterien für derartige Gefäßschäden entstehen.

Ursachen der Arteriosklerose sind somit:

• Bluthochdruck
• Übergewicht (Bewegungsmangel und falsche Ernährung)
• Stress
• Rauchen
• Diabetes mellitus
• Schilddrüsenüberfunktion
• erhöhtes LDL Cholesterin
• vermindertes HDL Cholesterin
• Gicht
• rheumatoide Arthristis
• chronisches Nierenversagen

Der Einriss wird vom Körper als schnellstens abzudichtende Stelle angesehen. Aus diesem Grund haften sich an die aufgerissene Stelle Thrombozyten an (natürlicher Abdichtungsvorgang von offenen Gefäßen). Bei Arteriosklerose können sich an der Einrissstelle ebenfalls Kollagen, fettreiche Substanzen und sogenannte Proteoglykane ansetzen. Alle Substanzen führen dazu, dass sich die Stelle an dem Einriss verschließt. Der Abschluss ist allerdings auf keinen Fall glatt und entspricht somit nicht der natürlichen Arterieninnenschicht, an der das Blut ohne Verwirbelung vorbeigleitet. Die neu entstandene, rauhe abgedichtete Stelle führt dazu, dass der vorbeifließende Blutstrom verwirbelt und abgebremst wird und sich weiter Blutblättchen und kleinste Blutbestandteile daran absetzen. Dies führt dazu, dass das Gefäßlumen sich immer weiter verengt. Es kommt zu einer Minderversorgung der sich anschließenden Organe (Ursachen der Arteriosklerose).

Eine weitere Theorie der Ursachen der Arteriosklerose liegt in der Annahme, dass sich durch fettreiche und cholesterinreiche Ernährung die Bluttfette so im Blut erhöhen, dass diese durch den Intimaeinriss in die Gefäßwand eindringen, sich zwischen Intima und Media absetzen und dort zu einer Verdickung führen, was das Gefäßlumen weiter einengt. Die sich an der Gefäßinnenseite absetzenden Blutbestandteile, die auch als Plaque oder Atherom bezeichnet werden, können sich auch ablösen, durch den Blutstrom mitgerissen werden und einen gefährlichen Verschluss einer Arterie verursachen. Läsionen an der Gefäßinnenwand, die über Fetteinlagerungen an der Intimaseite zu einer Lumeneinengung des Gefäßes führen, werden als Atherosklerose bezeichnet, während Fetteinlagerungen zwischen Intima und Media als Arteriosklerose bezeichnet werden.

Die Atherosklerose beginnt bereits im Kindesalter. Mit zunehmendem Alter werden dann die Gefäße weiter eingeengt und können unter Umständen dann zu den beschriebenen Komplikationen führen. Das erste betroffene Gefäß ist meistens die Hauptschlagader (Aorta). Am schwersten betroffen sind häufig die die Bauchorgane, Herz und Gehirn versorgenden Arterien. Auch die peripheren Gefäßäste, die Arme und Beine versorgen (Extremitäten) können von der Arteriosklerose sehr stark betroffen sein.  Die durch Fettablagerungen zwischen Intima und Media entstehende Arteriosklerose betrifft neben den Gefäßen der Bauchorgane die Niere, Nebenniere, Milz und die Bauchspeicheldrüse (Pankreas). Meistens werden dabei auch die kleinsten arteriellen Gefäßabgänge (Arteriolen) betroffen.

Eine Sonderform der Gefäßverfettung stellt die sogenannte fokale Kalzifizierung oder auch Mönckeberg-Sklerose dar. Hierbei kommt es bei bei Patienten über 50 Jahren  zu einer Fetteinlagerung in der Media. Des Weiteren kommt es zu einer Degeneration der glatten Muskelzellen. Von der krankhaften Arteriosklerose ist noch die altersbedingte Gefäßveränderung abzutrennen. Hierbei kommt es zu einer Verkalkung der Media durch Untergang der glatten Gefäßmuskelzellen. Es kommt zum Elastizitätsverlust der Gefäße, zur Wandverdickung und damit zur Lumeneinengung. Die Gefäße werden starr und es kommt zu einer entsprechende Veränderung des Blutdruckes und der Strömungseigenschaften des Blutes. In extremen Fällen kommt es zur sogenannten Gänsegurgelarterie, bei der eine Verknöcherung der Gefäße durch übermäßigen Kalkeinbau zu finden ist.

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