Herzphysiologie

Was für eine Pumpe ist das Herz?

Druck-Saug-Pumpe

Aufbau Herz: Allgemein

• umhüllt von Pericard
  = bindegewebiger Beutel
  - besteht aus äußeren (parietalen) und innerem (visceralen) Blatt
  - zwischen den Blättern dünner Flüssigkeitssaum
• äußere Schicht des Herzens = Epicard
  = innere Schicht des Pericards
  - mit Herzmuskel als kontraktiles Element
• innere Schicht des Herzens = Endocard
  = Auskleidung der Herzhöhlen und Klappen
• linkes & rechtes Herz getrennt durch Herzscheidewand 
  - je 1 Vorhof und Kammer, dazwischen Klappen

Funktioneller Aufbau (Kammern, Vorhöfe,...)

• funktionelle Unterteilung in linkes und rechtes Herz
  -> getrennt durch Herzscheidewand (Septum)
• jede Herzseite mit Vorhof und Kammer, dazwischen Segelklappe
• rechtes Herz
  - Tricuspidalklappe (drei Segel)
  - Zufuhr sauerstoffarmes Blut über Vena cava superior & inferorir, Sammelvene 
  - Blut gelangt in rechtes Atrium: Sinus coronarius
• linkes Herz
  - Bicuspidalklappe (zwei Segel)
  - Zufuhr sauerstoffreiches (arterielles) Blut aus Lunge kommend über Vv. pulmonalis
• Blutversorgung des Herzens über Arteria coronaria dextra + sinistra

Herzklappen

• trennen Herzhöhlen und dienen als Ein- und Auslassventil
  -> bedingt gerichtete Strömung des Blutes durch das Herz
• Tricuspidalklappe
  = zwischen rechtem Vorhof & Kammer
  - Einlassklappe
  - Segelklappe mit drei Segeln
  - Bewegungsausmaß begrenzt durch Chordae tendinae (Sehnenfäden)
  = Halteapparat der Segelklappen
• Bicuspidalklappe
  = zwischem linken Vorhof & Kammer
  - Einlassklappe
  - Segelklappe mit zwei Segeln
  - Bewegungsausmaß begrenzt durch Chordae tendinae
  = Halteapparat der Segelklappen
• Pulmonalklappe
  = zwischen rechter Kammer und Arteria Pulmonalis 
  - Auslassventil
  - Taschenklappe (drei taschenartige Ausbuchtungen)
• Aortenklappe
  = zwischen linker Kammer und Aorta
  - Auslassventil
  - Taschenklappe (drei taschenartige Ausbuchtungen)

Herzzyklus

-> parallel simultan ablaufende Zyklen der zwei Herzhälften

1. Anspannungsphase
   - alle Klappen geschlossen, kein Blut fließt in den Kammern
2. Auswurfphase (Ejektion)
   - Pulmonal- & Aortenklappen sind geöffnet
   - Segelklappen sind geschlossen
3. Entspannungsphase (Relaxation)
   - alle Klappen sind geschlossen, kein Blut fließt in den Kammern
4. Füllungsphase
   - Pulmonal- & Aortenklappen sind geschlossen
   - Segelklappen sind geöffnet

• Systole = Anspannungs- & Auswurfphase
• Diastole = Entspannungs- & Füllungsphase

-> Schließen und Öffnen der Klappen in Abhängigkeit der Druckänderungen
-> unterstützt durch Ventilebenmechanismus

Ventilebenenmechanismus

= Einfluss der Ver­schiebung der Venti­le­bene auf den Blut­fluss und die Fül­lung des Her­zens

• während Systole Verlagerung der Ventilebene zur Herzspitze
  -> Entstehung Unterdruck in Herzvorhöfen (Sog) 
  -> venöses Blut wird in rechten Vorhof angesaugt
• während Diastole  Verlagerung Ventilebene zu Herzbasis
  -> zusammen mit aufgebauten Blutdruck in Vorhöfen + Vorhofkontraktion Öffung der Vorhofkontraktion
  -> Füllung der Ventrikel

Herzvolumina

• Ventrikel leeren sich während Herzzyklus nie vollständig aus
• Enddiastolisches Volumen
  = bleibt am Ende jeder Diastole im Ventrikel übrig (ca.130ml)
• Schlagvolumen
  = Blutmenge, die in Systole ausgeworfen wird (in Ruhe 60ml)
• Endsystolisches Volumen (EZV)
  = Blutmenge, die am Ende der Systole noch in Ventrikel vorhanden ist
• Ejektions-/Auswurffraktion
  = Verhältnis von EZV zu Schlagvolumen
  -> Maß für Herzfunktion

Drücke im Herz

• linksventrikulärer Druck 
  - zu Beginn der Systole sehr niedrig (ca 5mmHg)
  - bei Kontraktion schneller Anstieg bis höher als Aortendruck (Anspannungsphase)
  -> führt zur Öffnung der Aortenklappe, Schlagvolumen verlässt Ventrikel (Auswurfphase)
• isovolumetrische Kontraktion
  = Beginn der Systole, bei der das Ventrikelvolumen zunächst gleich bleibt
• nach Erreichen des Druckmaximums schneller Abfall von Aorten- und Ventrikeldruck
  -> daher Auswurf Schlagvolumen erst schnell, dann langsam
• Übergang Systole zu Diastole
  -> Inzisur in Druckpulskurve -> zweigipflige Welle des Druckverlaufs
• in Diastole relaxiert Kammermusukulatur
  -> Abfall linksventrikulärer Druck auf ca 5mmHg
• Mitralklappe bleibt geschlossen bis ventrikulärer Druck unter den im linken Vorhof abfällt (Entspannungsphase)
• isovolumetrische Relaxation
  = erste Phase der Diastole
  - Ventrikelfüllung zunächst schnell, verlangsamt sich dann zur Vorkammerkontraktion
  - vor Kontraktion Füllung zu 80-90% abgeschlossen, Kontraktion der Vorhöfe führt zur restlichen Füllung
• Ablauf im rechten Herz gleich, allerdings andere Druckverhältnisse
  -> maximaler Druck links = 120mmHg
  -> maximaler Druck rechts = 20-30mmHg

Herztöne

1. Ton = Anspannungs-/Muskelton

• niederfrequenter dumpfer Ton
• während Anspannungsphase
• Ventrikel spannt sich schnell um das nichtkomprimierbare Blut an
  -> Ventrikel und AV-Klappen geraten in Schwingung

2. Ton = Klappenton

• entsteht beim Schluss der Taschenklappen von Aorta & A.pulmonalis 
• heller, lauter, kürzerer Ton

3. Ton

• sehr leise nach dem zweiten Herzton
• durch frühe Ventrikelfüllung durch einströmendes Blut
• nur gelegentlich zu Hören 
  -> Ausnahme Pferd

Pumpleistung in Ruhe

• SV = Schlagvolumen 
• HF = Herzschlagfrequenz, d.h. Herzschläge/Minute
• Ruhe-HF variiert tierartlich stark
  -> nimmt mit steigender Körpermasse ab
• HMV = Herzminutenvolumen
  -> Gesamt-Auswurfvolumen, das in einer Minute durch jeden Ventrikel gepumpt wird
  -> SF x HF 
  -> nimmt mit steigender Körpermasse an
• BV = Blutvolumen
  -> Körpergewicht x 0,07 
• unter Ruhebedingung wird das gesamte BV einmal pro Minute durch Lunge bzw Herz transportiert

Pumpleistung körperliche Arbeit

• SV = EDV - ESV 
  -> Schlagvolumen = enddiastolische Volumen - endsystolische Volumen
• Erhöhung SV durch
  - Zunahme EDV, zB durch verstärkte Füllung während Diastole
  - Verminderung ESV
  - beides gleichzeitig 
• durch Dehnung der ventrikulären Muskulatur (Vordehnung) wird die Kraft der nächsten Kontraktion verbessert 
• Dehnung der Muskulatur während Diastole führt zu vermehrter Ausschüttung von Ca²⁺ aus SR
  -> triggert die Schlagkraft: positiv inotrope Wirkung (Steigerung der maximalen Kraft während Anspannungsphase)

Frank-Starlin-Mechanismus

• Zusammenhang zwischen Füllung und Auswurfleistung
• Anpassung des Herzens an kurzfristige Druck & Volumen Schwankungen, sodass beide Herzkammern selbes Schlagvolumen aufweisen (Autoregulation)
  -> Unterschiede in Auswurfleistung würden schon nach kurzer Zeit zu Lungenödemen führen
• Anpassung bei gleichbleibender Herzfrequenz 
• ermöglicht schnelle Koordination der Pumpleistung an plötzliche Blutdruckschwankungen (Hinlegen/Aufstehen)
   

Was ist die Vorlast der Herzens?

= Kräfte, die am Ende der Diastole zu Dehnung der kontraktilen Muskelfasern im Ventrikel führen (Vordehnung)

• unter physiologischen Bedingungen = enddiastolische Wandspannung
• wichtig für Autoregulation des Schlagvolumens
• beeinflusst von venösem Rückfluss un zentralen Venendruck
• begrenzt durch maximale Ruhelänge der Muskelfasern
• Klinik: Rückwärtsversagen durch Herzinsuffizienz
  - erhöhtes enddiastolisches Volumen/Druck im Ventrikel erhöht auch Vorlast
  -> Blutrückstau: führt zu Ödemen in Lunge oder Peripherie

Was ist die Nachlast?

= Kräfte, die Blutauswurf aus Ventrikeln zum Körper entgegenwirken

• unter physiologischen Bedigungen = Wandspannung des Myokards, die aufgebracht werden muss, um enddiastolischen Aorten-/Pulmonalisdruck zu überwinden
• leitet Austreibungsphase ein

Was ist die Compliance?

= Maß für die Dehnbarkeit einer Struktur (Gefäße) oder Lunge

• beschreibt die ventrikuläre Volumenerhöhung bei steigendem Füllungsdruck
• beeinflusst EDV
  - bei normaler Compliance keine Einschränkung des EDV bis 5mmHg
  - bei verminderter Compliance EDV deutlich geringer (zB durch unelastisches Gewebe)

Wie beeinflusst die Füllungszeit das EDV?

• Füllungszeit bestimmt von Herzfrequenz
• Steigerung der Herzfrequenz = Steigerung Kontraktilität
• unter Ruhebedingung ausreichend Zeit für Füllung
  -> ventrikuläre Füllung ist abgeschlossen, wenn atriole Systole beginnt
• bei körperlicher Arbeit steigt Herzfrequenz (deutlich) an 
  -> Diastolendauer nimmt ab
  -> Füllungszeit sinkt auch 

Was ist die ventrikuläre Kontraktilität?

Kontraktilität = Kraft & Geschwindigkeit der Herzmuskelverkürzung ohne Einfluss von Vor- und Nachlast

• mit steigender Kontraktilität steigt SV:
  -> kräftigere & schnellere Kontraktion in kürzerer Zeit
  -> SV und HMZ nehmen zu
  -> Blutdrucksteigerung
• mit abnehmender Kontraktilität sinkt SV

Beeinflussung der Kontraktilität durch Sympathicus über Noradrenalin/Adrenalin aus NNR

Anpassung HVM bei Arbeit

HVM = SV x HF 
-> daher Verdopplung HF auch Verdopplung HVM

Steigerung durch Aktivierung des Sympathicus
-> erhöht HF + schnelleren Ablauf von Kontraktion und Erschlaffung

-> bei sehr hoher HF nimmt SV ab, da Füllungsphase nur noch sehr kurz -> dadurch auch Abnahme HVM obwohl steigende HF

Elektrische Herzaktivität

-> Vermittlung der elektrischen Vorgänge über Zellen des Erregungs- & Erregungsleitungssystems
-> Myocardkontraktion durch Aktionspotentiale aus speziellen Herzmuskelzellen des Sinus/AV-Knotens

• Sinus-Knoten
  = primärer Schrittmacher
• AV-Knoten
  = sekundärer/Ersatzschrittmachen
  -> Fähigkeit zur spontanen Depolarisation
  -> kann Funktion von Sinusknoten übernehmen, aber mit deutlich niedriger Frequenz
  -> im Normalfall zwingt Sinusknoten seine höhere Frequenz auf 
• Gap Junctions
  im Herzmuskel bilden funktionelles Syncytium (Zelleinheit)
  -> Übertragung des Schrittmacherpotentials so schnell möglich
• Herzmuskel-Aktionspotential
  = sehr lang, sodass Relaxation & erneute Füllung zwischen zwei Herzschlägen garantiert ist

Wirkung Hormone auf elektrische Aktivität

Noradrenalin

• aus sympathischen Nervenendigungen am Sinusknoten
• Stimulation der Herzfrequenz
• positiv chronotrope Wirkung
• Wirkung auf alle Herzmuskelzellen
  -> schnellere und kräftigere Kontraktionen
  = positiv dromotrop, inotrop, lusitrop 

Acetylcholin

• aus parasympathischen Nervenendigungen am Sinusknoten
• vermindert die Herzfrequenz
• negativ chronotrope Wirkung
• Wirkung nur auf Sinusknoten, AV-Knoten (negativ dromotrop) und Vorhöfe (negativ inotrop)