28. Februar 2024

Grundzüge der Herzphysiologie

Physiologie ist die Wissenschaft von der normalen Funktion der Organe und damit mit der Anatomie eng verknüpft. Die Pathophysiologie dagegen befasst sich mit der gestörten Organfunktion und hat einen Bezug zur allgemeinen Krankheitslehre, der Nosologie.

Das menschliche Herz liegt im Brustkorb hinter dem Sternum und ca. handbreit nach links verlagert. Es ist eine Muskelpumpe, die rhythmisch und automatisch tätig ist. Es versorgt den Körper mit sauerstoffreichem (arteriellem) und nimmt das sauerstoffarme venöse Blut wieder auf, um es in der Lunge erneut mit Sauerstoff zu beladen. Dies ist der Blutkreislauf, der 1628 von Willam Harvey entdeckt wurde.

Die nacheinander erfolgende aktive Kontraktion (Zusammenziehung) der Herzvorhöfe und -kammern durch elektrische Impulse, nennen wir Systole, in der das Blut ausgeworfen wird (Schlagvolumen; pro Minute: Herzminutenvolumen, Herzzeitvolumen). Die Vorhöfe füllen sich in dieser Vorhofsdiastole-Phase.

Die teils passive, teils aktive Erschlaffung der Herzvorhöfe und -kammern nennen wir Diastole, in der die Herzkammern sich wieder füllen und die Vorhöfe sich aktiv (Vorhofsystole) entleeren. Dieser Ablauf wird von der elektrischen Erregungsausbreitung, ausgehend vom Sinusknoten, gesteuert (s. Beitrag Reizleitungssystem). Die Vorhöfe und Kammern schlagen jeweils nacheinander, und wir sprechen daher von einer Vorhofs- und einer Kammersystole bezw. -diastole.

Die Kraft der Kontraktion ist von zwei Faktoren abhängig, einmal von der anfänglichen Muskelfaser-Länge (Frank-Starling-Mechanismus) und zum andern von der Kontraktionsfähigkeit der Muskelfasern selber, der Kontraktilität.

Die vom Herzen ausgeworfene Menge Blut/Schlag ist das Schlagvolumen (SV), die Menge Blut/Minute ist das Herzzeit- oder Minutenvolumen (HZV, HMV).

Das SV beträgt etwa 70 ml, das Ruhe-HZV (SV x HF) etwa 5000 ml/min

Die Blut-Volumina des Herzens: Beim Gesunden beträgt das normale enddiastolische Volumen etwa 120 ml und bei einem physiologischen Schlagvolumen von circa 70 ml das Verhältnis beider also in etwa 60%. Dies ist die normale Auswurf- oder Ejektionsfraktion EF. Werte über 50% werden als normale , Werte unter 50% als erniedrigte EF bezeichnet. Letztere sind ein wesentliches Merkmal der Herzmuskelschwäche, der Herzinsuffizienz.

Das menschliche Herz ist ein automatisch tätiges Organ. Seine Automatie mit einer Schlagfolge (Herzfrequenz HF) von zwischen 60 und 100/min wird aber von übergeordneten Zentren des Gehirns (Kreislaufzentrum, Hirnstamm) gesteuert (moduliert) und es besitzt ein eigenes (autonomes) Nervensystem. Auf der Abbildung wird dieses System (RLS) dargestellt. Die Teile des RLS sind anatomisch-histologische Strukturen:

  1. Sinusknoten
    in der Gegend der Einmündung der oberen Hohlvene
  2. Atrioventrikularknoten (AV-Knoten) am Übergang von Vorhof zu Kammer
  3. HIS-Bündel:
    Strukturen im Bereich der Herzscheidewand
  4. TAWARA-Schenkel:
    Verzweigungen im Myokard
  5. PURKINJE-Fasern:
    die Endfasern des RLS

Die einzelnen Abschnitte des Systems sind alle für sich zur Automatie befähigt und werden vom jeweils höheren und schnelleren Zentrum überspielt. Die schnellste Automatie besitzt der Sinusknoten, der daher auch als Schrittmacher bezeichnet wird.

Die elektrische Erregung des Herzens erfolgt spontan; dies nennt man Automatie. Der Sinusknoten mit einer Frequenz von 70/min bildet ein sog. spontanes Aktionspotential, das seinerseits die nachfolgenden Abschnitte des RLS erregt bis zu den feinen Ästen der Purkinjefasern und dann die Muskelkontraktion auslöst. Dies gesamte Erregungsmuster kann als elektrische Aktivität an der Körperoberfläche durch besondere Verstärkung auf Bildschirmen (Oszilloskopen) sichtbar gemacht oder auf Papier registriert werden: dies ist das Elektrokardiogramm oder EKG.

(Klicken, um zu vergrößern)

Diese sind sog. Richtungsventile, die das Blut immer nur in einer Richtung durchlassen. So öffnen sich die Taschenklappen in der Systole, das Herz wirft Blut aus, die Segelklappen schließen sich. In der Diastole geschieht das umgekehrt: bei Öffnung der Segelklappen strömt Blut von den Vorhöfen in die Kammern; die Taschenklappen sind geschlossen.

Herz in Diastole: Trikuspidal- und Mitralklappe geöffnet, Aortenklappe und Pulmonalklappe geschlossen.