Herzerregung und -mechanik

Das Herz hat die Eigenschaft sich in regelmäßigen Abständen zu kontrahieren um mittels dieser Pumpfunktion den gesamten Körper mit Blut zu versorgen. Hierfür müssen die Herzmuskelzellen ebenso regelmäßig elektrisch erregt werden. Dies geschieht autonom (selbständig) und kann über das sogenannte vegetative Nervensystem (siehe Kapitel Vegetatives Nervensystem) beeinflusst werden.

Die Erregung am Herzen erfolgt durch spezielle Herzmuskelzellen (Schrittmacherzellen) welche in der Lage sind eigenständige Erregungen zu erzeugen. In Summe bilden sie ein sogenanntes Erregungsleitungssystem (Reizleitungssystem) mit nacheinander geschalteten Reizleitungszentren, welche die erzeugten Aktionspotentiale (siehe Kapitel Ruhe- und Aktionspotential) in das gesamte Myokard weiterleiten. Eine koordinierte Erregung des Herzens ist Voraussetzung für eine koordinierte Kontraktion des Myokards, und somit auch für eine adäquate Herzleistung. Die Übersetzung von elektrischen Signalen auf eine mechanische Kontraktion wird elektromechanische Kopplung genannt. Die Summe aller elektrischen Vorgängen am Herzen kann mittels Elektrokardiogramm (EKG) abgeleitet werden und spiegelt somit die elektrischen Vorgänge am Herzen wider, gibt jedoch keinen Aufschluss über die mechanische Kontraktion.

Erregungsbildungs- und Erregungsleitungssystem

Das Erregungsleitungssystem besteht aus speziellen Herzmuskelzellen welche die Eigenschaft haben Aktionspotentiale, ähnlich wie Nervenzellen, weiterzuleiten. Strukturiert wird es über seriell geschaltete Erregungsbildungszentren an denen jeweils Schrittmacher-Potentiale mit unterschiedlicher Frequenz gebildet werden. Der physiologische Schrittmacherknoten ist der Sinusknoten, mit einer Eigenfrequenz in Ruhe um die 60-80/min. Diese Aktionspotentialfrequenz ist höher als die des nächst untergeordneten Schrittmachers (AV-Knoten, ca. 40-50/min) usw. Die vom Sinusknoten ausgehenden Potentiale erregen somit den AV-Knoten bevor er selbst ein Aktionspotential generieren kann. Somit übernimmt immer das schnellste Erregungszentrum den Takt. Fällt eines der Schrittmacherzentren aus, kann das nächst untergeordnete Zentrum mit der jeweiligen Eigenfrequenz übernehmen.

• Sinusknoten: ca. 60-80/min
• AV-Knoten: ca. 40-50/min
• His-Bündel: ca. 30-40/min
• Tawara-Schenkel, Purkinje-Fasern

Herzmechanik

Wie schon oben beschrieben kommt es mittels der elektromechanischen Koppelung zu einer Kontraktion des Herzmuskels (Myokard). Eine einzelne Herzaktion beschreibt einen Pumpprozess, bei dem zwei Phasen unterschieden werden können. Es gibt eine Kontraktionsphase (Systole) in der sich das Myokard der Herzkammern zusammenzieht, und eine Erschlaffungsphase oder „saugende“ Phase (Diastole) in der sich die Ventrikel mit Blut füllt. Im Laufe einer Herzaktion kommt es zu Druckunterschieden in der linken Herzkammer (Ventrikel).

Grundlegende Größen der Herzmechanik

• Herzfrequenz (HF): Anzahl der Kontraktionen pro Minute (in Ruhe ca. 60-80/min)
• Schlagvolumen (SV): Volumen an Blut, welches pro Kontraktion aus dem Ventrikel ausgeworfen wird (in Ruhe ca. 70-90 ml)
• Ejektionsfraktion (EF): Anteil des ausgeworfenen Blutes am Gesamtvolumen in linken Ventrikel (>55%)
• Herzzeitvolumen (HZV): Volumen, das pro Zeiteinheit vom Ventrikel ausgeworfen wird (meist pro Minute-HMV). HMV=HFxSV

Phasen der Herzaktion

Eine Herzaktion lässt sich in zwei verschiedene Phasen einteilen: Eine Phase in der das Blut aus dem Herzen gepumpt wird (Systole), und eine Phase in der sich das Herz mit Blut füllt (Diastole). Die jeweiligen Phasen können wiederum in zwei weitere unterteilt werden. Durch die Kontraktion und Entspannung ändern sich Druckverhältnisse in den Herzkammern und Vorhöfen.

Systole

Die Systole kann in zwei Phasen unterteilt werden: Die Anspannungs– und die Austreibungsphase. Die erste Phase wird Anspannungsphase genannt. In dieser Phase kontrahieren sich die Ventrikel mittels einer isovolumetrischen Kontraktion, alle Klappen sind noch geschlossen und es kommt zum deutlichen Druckanstieg (von ca. 8 mmHg auf 80 mmHg). Am Ende der Anspannungsphase kommt es zur passiven Öffnung der Taschenklappen (Pulmonal- und Aortenklappe). Dies markiert den Beginn der zweiten systolischen Phase, der Austreibungsphase. In dieser Phase wird das Blut aus den Ventrikeln in den Körperkreislauf bzw. in den Lungenkreislauf gepumpt. Die Kontraktion des Myokards nimmt hier weiter zu, auch der Druck im Ventrikel steigt weiter (vom ca. 80 mmHg auf 120 mmHg). Am Ende der Austreibungsphase sinkt der Druck wieder und die Taschenklappen schließen sich. Es beginnt nun die Diastole.

Diastole

Auch die Diastole kann in zwei Phasen eingeteilt werden: Eine Entspannungs- und eine Füllungsphase. In der Entspannungsphase sind wieder alle Klappen geschlossen, die Ventrikel entspannen sich bei gleichbleibendem Volumen (isovolämische Entspannung). Diese Entspannung führt dazu, dass der Druck in den Ventrikeln am Ende der Entspannungsphase niedriger ist als der Druck in den Vorhöfen. Es kommt zum Öffnen der Segelklappen und die Füllungsphase beginnt. In der Füllungsphase kommt es, wie der Name schon sagt, zur erneuten Füllung der Ventrikel und der dortige Druck beginnt wieder zu steigen. Am Ende der Diastole kommt es zu einer kurzen Vorhofkontraktion. Der Druck im Ventrikel ist nun wieder höher als im Vorhof, die Segelklappen schließen sich und die Anspannungsphase (Systole) beginnt.

Quellen

Schünke et al.: Prometheus Lernatlas der Anatomie: Innere Organe. 4. Auflage Thieme 2015, ISBN: 978-3-131-39534-4.

Behrends et al.: Duale Reihe Physiologie. 1. Auflage Thieme 2009, ISBN: 978-3-131-38411-9.

Aumüller et al.: Duale Reihe Anatomie. 1. Auflage Thieme 2006, ISBN: 978-3-131-36041-0.

Abbildungen

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