Hämodynamik und Pumpfunktion
Das Myokard verfügt über ein spezialisiertes Reizleitungssystem, das die Erregung im Autonomiemodus generiert. Dieses sorgt für die synchronisierte Arbeit der rechten und linken Herzhälfte.
Im Verlauf der Zirkulation passiert das Blut das Herz zweimal. Zunächst gelangt es in die rechte Herzhälfte und wird in den kleinen Kreislauf geleitet. Nach der Rückkehr in die linke Herzhälfte wird das Blut in den großen Kreislauf gepumpt.
Die Pumpfunktion arbeitet wie eine Kolbenpumpe. Die Kammern füllen sich mit Blut, danach kontrahiert das Myokard, und das Blut wird unter Druck in die Gefäße ausgestoßen.
Wichtigste Blutvolumina
Zum Verständnis der Herztätigkeit dient das Diagramm der Druck-Volumen-Beziehung im linken Ventrikel (LV). Die Kurve eines Normalzyklus stellt eine geschlossene Schleife dar. Darin werden Schlüsselparameter unterschieden:
- EDV (Enddiastolisches Volumen): Die maximale Blutmenge im Ventrikel vor Beginn seiner Kontraktion. Beträgt im Normbereich etwa 130 ml.
- ESV (Endsystolisches Volumen): Das Blutvolumen, das nach Beendigung der Kontraktion in der Kammer verbleibt. Beträgt im Durchschnitt 50 ml.
- SV (Schlagvolumen): Die Differenz zwischen EDV und ESV. Dies ist die Blutportion, die pro Kontraktion ausgeworfen wird. Im Volumen-Druck-Diagramm spiegelt das SV die Breite der Schleife wider.
Phasen des normalen Herzzyklus
Die Arbeit des linken Ventrikel ist klar in Kontraktions- und Relaxationsperioden unterteilt, während derer sich der Zustand des Klappenapparates verändert.
- Füllungsphase (Diastole). Die Aortenklappe ist geschlossen, die Mitralklappe geöffnet. Blut fließt vom linken Vorhang in den Ventrikel. Das LV-Volumen steigt von ESV auf EDV, während der Druck auf niedrigen Werten verharrt (0–10 mmHg). Die Phase endet mit dem Schließen der Mitralklappe.
- Phase der isovolumetrischen Kontraktion (Systole). Alle Klappen sind geschlossen (Atrioventrikular- und Semilunarklappen). Der Ventrikel kontrahiert als geschlossene Kammer, weshalb sich sein Volumen nicht verändert (isometrische Kontraktion — die Länge der Kardiomyozyten bleibt konstant, während die Spannung steigt). Der Druck schnellt rasant von ~10 auf ~80 mmHg hoch. Sobald er den diastolischen Druck in der Aorta übersteigt, öffnet sich die Aortenklappe.
- Austreibungsphase (Systole). Die Mitralklappe ist geschlossen, die Aortenklappe geöffnet. Blut strömt in die Aorta. Das LV-Volumen sinkt. Der Druck erreicht zunächst den Maximalwert (systolischer Druck, ~120 mmHg) und fällt danach ab. Wenn der Ventrikeldruck unter den Aortendruck sinkt, schnappt die Aortenklappe zu.
- Phase der isovolumetrischen Relaxation (Diastole). Erneut sind alle Klappen geschlossen. Das Myokard relaxiert bei unverändertem Volumen (gleich ESV). Die Zellspannung fällt, die Länge ändert sich nicht. Der Druck in der Kammer sinkt drastisch. Sobald dieser unter den Druck im linken Vorhof fällt, öffnet sich die Mitralklappe und der Zyklus beginnt von vorn.
Einfluss von Vor- und Nachlast auf den Zyklus
Das Diagramm des Zyklus kann sich je nach hämodynamischen Bedingungen verändern.
Erhöhung der Vorlast Tritt bei verstärktem venösen Rückstrom auf. Der Ventrikel füllt sich stärker, was zu einem Anstieg des EDV führt. Entsprechend dem Frank-Starling-Mechanismus (je stärker der Muskel vor der Systole dehnt, desto kraftvoller ist seine Kontraktion) steigt auch das Schlagvolumen. Im Diagramm zeigt sich dies als Verbreiterung der Schleife nach rechts. Der Spitzendruck verändert sich dabei nur geringfügig.
Erhöhung der Nachlast Entsteht bei erhöhtem Auswurfwiderstand (Aortenklappenstenose, arterielle Hypertonie). Die Aortenklappe muss sich bei höherem Druck öffnen. Der Ventrikel muss einen deutlich höheren Spitzendruck (systolischer Druck) entwickeln, um das Blut durchzupumpen. Steigt die Myokardkontraktilität nicht an, kann sich der Ventrikel nicht vollständig entleeren: Das ESV steigt, während das Schlagvolumen sinkt. Grafisch wird die Schleife schmaler und nach oben verschoben.
Kurz gefasst: Antworten auf Fragen zum Thema
Welche Herztöne entstehen in den verschiedenen Phasen des Herzzyklus und worauf sind sie zurückzuführen?
In den verschiedenen Phasen des Herzzyklus treten der I. und II. Herzton sowie ein pathologischer Mitralöffnungston auf.
- I. Ton (systolischer Ton) — entsteht in der Phase der isometrischen Kontraktion und zu Beginn der raschen Austreibung. Bedingt durch den Schluss der Atrioventrikularklappen (Schwingung der Segel, Sehnenfäden und teilweise der Semilunarklappen).
- II. Ton (diastolischer Ton) — entsteht in der Phase der isovolumetrischen Ventrikelrelaxation. Bedingt durch das Zuschlagen der Aortenklappe und der Klappe des Truncus pulmonalis.
- Mitralöffnungston — tritt in der Diastole auf. Bedingt durch die abrupte Spannung verklebter Segel.
Wie lang ist jede Phase des Herzzyklus in Sekunden bei normaler Herzfrequenz?
Bei normaler Herzfrequenz (75 S/min) beträgt die Gesamtdauer des Zyklus 0,8 s. In Quellen ist die Dauer nur für einzelne Phasen angegeben (in Millisekunden, was Bruchteilen von Sekunden entspricht):
- Vorhofsystole — 0,11 s (rechts) und 0,10 s (links).
- Langsame Blutaustreibung — 0,13 s (für beide Ventrikel).
- Protodiastole — 0,05 s (rechter Ventrikel) und 0,04 s (linker).
- Langsame Füllung — 0,16 s (rechter Ventrikel) und 0,17 s (linker).
Bei steigender Herzfrequenz verkürzt sich die Dauer aller Phasen.
Wie verhält sich die Druckdynamik im rechten Ventrikel und in der Arteria pulmonalis während des Herzzyklus?
Die Druckdynamik im rechten Ventrikel und im Truncus pulmonalis verändert sich je nach Zyklusphase.
- Diastole (Füllung) — am Ende der Phase der langsamen Füllung steigt der Druck im rechten Ventrikel auf bis zu 3 mmHg an, am Ende der Vorhofsystole auf bis zu 5 mmHg. In der Protodiastole sinkt der Druck im Truncus pulmonalis weiter ab.
- Systole (Austreibung) — der Auswärtsdruck aus dem rechten Ventrikel in den Truncus pulmonalis erreicht 25–30 mmHg.
Zusätzlich steigt der systolische Druck in diesen Strukturen bei forcierter Inspiration an.
Es ist einfach, sich den Zustand der Klappen in den isovolumetrischen Phasen zu merken: Das Wort „iso“ bedeutet „gleich, konstant“. Das Volumen kann nur in einer völlig dichten Kammer konstant bleiben, folglich sind absolut ALLE Klappen in diesen Momenten geschlossen.
Fragen aus Vorlesungen und Prüfungen
Was ist das Kernprinzip des Frank-Starling-Gesetzes?
Das Gesetz besagt: Je stärker die Kardiomyozyten bei der Ventrikelfüllung mit Blut gedehnt werden (Erhöhung des EDV), desto größer ist die Kraft, mit der sie sich anschließened kontrahieren, wodurch das Schlagvolumen steigt.
Was geschieht mit Länge und Spannung der Kardiomyozyten in den isometrischen Phasen?
Die Länge der Muskelfasern bleibt unverändert. Während der isometrischen Kontraktion steigt deren Spannung stark an, während sie in der Phase der isovolumetrischen Relaxation abfällt.
Wie berechnet man das Schlagvolumen?
Das Schlagvolumen (SV) ist die Differenz zwischen dem enddiastolischen (EDV) und dem endsystolischen (ESV) Volumen.
Was es zum Thema noch zu wiederholen gibt
- Detaillierte Analyse des Volumen-Druck-Diagramms
- Physiologische Regulationsmechanismen der Herztätigkeit
- Pathologische hämodynamische Veränderungen bei Klappenfehlern
- Frank-Starling-Mechanismus auf zellulärer Ebene
- Reizleitungssystem des Herzens und Autonomie
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