Chronostruktur des Zyklus und Phasenkriterien
Die Gesamtarbeit der Ventrikel ist in 9 aufeinanderfolgende Phasen unterteilt. Als Ausgangspunkt des gesamten Herzzyklus gilt die Presystole der Ventrikel, die zeitlich mit der Vorhofsystole übereinstimmt und 100 ms dauert.
Der Übergang des Herzens von einer Phase zur nächsten geht mit intermediären Resultaten einher. Der Phasenwechsel ist stets durch Veränderungen von drei hemodynamischen Schlüsselparametern gekennzeichnet:
- Des Blutdrucks in den Herzkammern.
- Des Blutvolumens in den Höhlen.
- Der Position des Klappenapparats (Öffnung oder Schließung).
Die Ventrikelsystole selbst wird grob in zwei Perioden unterteilt: Anspannung und Austreibung.
Anspannungszeit des Myokards
Diese Periode bereitet die Herzkammern auf den anschließenden Blutauswurf vor. Der intraventrikuläre Druck beginnt rasant anzusteigen. Die Periode umfasst zwei Phasen:
- Phase der asynchronen Kontraktion. Dauert 50 ms im linken Ventrikel und 70 ms im rechten. Die Kontraktion der Myokardfasern beginnt aufgrund unterschiedlicher Erregungsankünfte ungleichmäßig. Der Impuls erfasst das Gewebe nacheinander: zuerst die Bereiche an den Endigungen des His-Bündels, dann die Papillarmuskeln, das interventrikuläre Septum und die Herzspitze. Die sich kontrahierenden Bereiche dehnen benachbarte Zonen, sodass die Gesamtlänge der Ventrikel und ihr Volumen unverändert bleiben. Der Druck in den Vorhöfen sinkt, und die Segelklappen schwimmen passiv auf.
- Phase der isometrischen (isovolumetrischen) Kontraktion. Dauert 30 ms. Die Erregung erfasst alle Kardiomyozyten synchron. Sie beginnt damit, dass der Rückstrom des Blutes die Segelklappen zuschlägt. Die Taschenklappen sind nach wie vor geschlossen, da der Druck für deren Öffnung noch nicht ausreicht. Der Ventrikel wird vollständig hermetisch, der Druck in ihm steigt stark an, während das Volumen konstant bleibt.
Hinweis: Genau in diesem Zeitraum entsteht der 1. Ton (Systolenton). Er wird durch die Vibration der zugeschlagenen Segelklappen sowie durch die Spannung der Sehnenfäden und der Muskelwand hervorgerufen.
Austreibungszeit des Blutes
Wenn der intraventrikuläre Druck den diastolischen Druck in den Gefäßen (Aorta und Truncus pulmonalis) zu übersteigen beginnt, öffnen sich durch den Blutstrom die Taschenklappen. Die Segelklappen bleiben fest verschlossen. Der Auswurfprozess beginnt, der sich in zwei Phasen unterteilt:
- Phase der schnellen Austreibung. Nimmt 120 ms für den linken und 110 ms für den rechten Ventrikel ein. Zu dieser Zeit wird das Hauptblutvolumen ausgeworfen. Da der Bluteinstrom aus dem Herzen in die Gefäße den Ausfluss in die Kapillaren deutlich übersteigt, steigt der Druck in den großen Arterien stark an: im Truncus pulmonalis von 15 auf 30 mmHg und in der Aorta von 80 auf 120 mmHg. Die Phase endet zum Zeitpunkt des maximalen Druckanstiegs in diesen Gefäßen.
- Phase der langsamen Austreibung. Beginnt, wenn der Druck in den Ventrikeln sein Maximum erreicht, und dauert 130 ms für beide Herzhälften. Der Blutabfluss aus Aorta und Truncus pulmonalis in die Peripherie beginnt den Zufluss aus dem Herzen zu übersteigen, weshalb der Gefäßdruck allmählich sinkt.
Während beider Austreibungsphasen bleibt der Druckgradient erhalten: Der intraventrikuläre Druck übersteigt den Druck in den großen Gefäßen strikt. Dies ist eine obligatorische physikalische Voraussetzung für die Fortsetzung des Blutauswurfs.
Kurz gefasst: Antworten auf Fragen zum Thema
Auf welche Werte in mmHg steigt der Druck im linken und rechten Ventrikel am Ende der Anspannungszeit an?
Am Ende der Anspannungszeit steigt der intraventrikuläre Druck auf Werte an, die für die Öffnung der Taschenklappen erforderlich sind. Im linken Ventrikel erreicht der Druck 75–85 mmHg, da er den Aortendruck übersteigen muss. Im rechten Ventrikel erhöht sich der Druck auf 15–20 mmHg, was etwas höher ist als der Druck im Truncus pulmonalis. Unmittelbar nach Erreichen dieser Werte öffnen sich die Taschenklappen, die Anspannungszeit ist damit beendet und die Austreibungszeit des Blutes in die großen Gefäße beginnt.
Wie groß ist die Gesamtdauer der Ventrikelsystole beim Menschen in Ruhe?
Die Gesamtdauer der Ventrikelsystole beträgt 0,33 s (bzw. 330 ms). Diese Zeit setzt sich aus nacheinander ablaufenden Kontraktionsphasen zusammen:
- Asynchrone Kontraktion — 50 ms.
- Isometrische Kontraktion — 30 ms.
- Schnelle Blutaustreibung — 120 ms.
- Langsame Blutaustreibung — 130 ms.
Die ersten beiden Phasen bilden die Anspannungszeit, die beiden folgenden die Austreibungszeit. Die Ventrikelsystole beginnt nach der Vorhofsystole und endet mit dem Übergang des Myokards zur Erschlaffung.
Welches Blutvolumen (in Millilitern) wirft der Ventrikel während der Austreibungszeit im Normbereich aus?
Während der Austreibungszeit wirft der Ventrikel im Normbereich 65 ml Blut aus. Dieser Parameter stellt das Schlagvolumen (Auswurfvolumen) dar, welches eine Herzkammer bei einer Kontraktion ausstößt. Aus dem linken Ventrikel in die Aorta und aus dem rechten Ventrikel in den Truncus pulmonalis wird exakt das gleiche Blutvolumen ausgeworfen. Die Größe des Schlagvolumens wird als Differenz zwischen dem enddiastolischen Volumen von 125 ml und dem endsystolischen Volumen von 60 ml berechnet, welches nach der Systole in der Kammer verbleibt.
Um sich die Reihenfolge der Myokardsegmentkontraktion in der Phase der asynchronen Kontraktion zu merken, hilft die Abkürzung B-P-S-S (Bündel [His] → Papillarmuskeln → Septum → Spitze).
Fragen aus Vorlesungen und Prüfungen
Warum ändert sich das Ventrikelvolumen während der isometrischen Kontraktion nicht?
In dieser Phase sind Segelklappen und Taschenklappen vollständig geschlossen. Die Herzkammer verwandelt sich in einen geschlossenen, hermetischen Hohlraum. Die Muskeln spannen sich an und erhöhen den Druck, aber das Blut kann den Ventrikel nicht verlassen, weshalb das Volumen konstant bleibt.
Womit hängt die Entstehung des ersten Herztons zusammen?
Der erste (systolische) Ton bildet sich in der Anspannungszeit. Die Hauptursache für sein Entstehen ist die Vibration der fest schließenden Segelklappen sowie die starke Spannung der Sehnenfäden und des sich kontrahierenden Myokards.
Was dient als Signal für das Ende der Phase der langsamen Austreibung?
Die Phase der langsamen Austreibung endet in dem Moment, in dem die Kardiomyozyten der Ventrikel ihre aktive Kontraktion beenden und in den Prozess der Erschlaffung (Diastole) überzugehen beginnen.
Wodurch öffnen sich die Taschenklappen?
Sie öffnen sich ausschließlich aufgrund des Druckgradienten: Sobald der steigende Druck in den Ventrikeln den diastolischen Druck in Aorta und Truncus pulmonalis übersteigt, schiebt der Blutstrom die Klappensegel mechanisch auseinander.
Was es zum Thema noch zu wiederholen gibt
- Protodiastole und Phase der isometrischen Erschlaffung
- Phasen der schnellen und langsamen Blut Füllung
- Hämodynamik und Rolle der Vorhofsystole (Presystole)
- Physiologische Mechanismen der Entstehung des 1. und 2. Herztons
- Arterieller Blutdruckverlauf in verschiedenen Phasen des Herzzyklus
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