André Lauber - Anatomie – Physiologie – Pathologie

Die Herzaktion – 2‘943‘360‘000

Das Herz ist ein Muskel, der lebenslang ohne Pause arbeitet. Bei einem durchschnittlichen Puls von 70 Schlägen pro Minute kontrahiert sich die Herzmuskulatur etwa drei Milliarden Mal im Leben.

Das Herz funktioniert dank eines integrierten Reizleitungssystems autonom (selbstständig). Zusätzlich wird das Herz von aussen beeinflusst: Das autonome Nervensystem (Sympathikus und Parasympathikus) sowie Hormone wie das Adrenalin passen Puls und Schlagkraft des Herzes dem aktuellen Bedarf des Körpers an.

Das Reizleitungssystembesteht aus speziellen Muskelzellen, die in einer eigenen Frequenz ein Signal an die Myokardzellen senden. Das Reizleitungssystem entsteht um die vierte Schwangerschaftswoche aus Muskelzellen, die spontan mit rhythmischen Kontraktionen beginnen.

Die Hierarchie der Reizleitung

Der «Chef» des Reizleitungssystems ist der Sinusknoten. Man nennt ihn auch den ersten Herzschrittmacher . Der Sinusknoten (Grösse etwa 3 x 10 mm) sitzt in der Wand des rechten Atriums (Abb. 7) . Er generiert Signale (= Aktionspotenziale) mit einer Frequenz von 60 bis 80 pro Minute, was dem Ruhepuls eines Menschen entspricht.

Das Aktionspotenzial verbreitet sich vom Sinusknoten über die Vorhofmuskulatur und wird vom zweiten Herzschrittmacher , dem AV-Knoten( Atrio- Ventrikularknoten) übernommen. Er liegt leicht nach rechts verschoben zwischen den Vorhöfen und den Kammern in der Nähe der Klappenebene. Der AV-Knoten gibt seinerseits Signale ab – allerdings in einer niedrigeren Frequenz als der Sinusknoten. Die Signalfrequenz des AV-Knotens beträgt 40 bis 50 pro Minute. Er übernimmt die Funktion des Sinusknotens, wenn der ausfällt. Da die Klappenebene als bindegewebiger Isolator wirkt, kommt kein Signal am AV-Knoten vorbei. Der AV-Knoten leitet das Aktionspotenzial des Sinusknotens mit einer Verzögerung von etwa 100 ms (Millisekunden) zu den Ventrikeln.

Der Weg vom AV-Knoten in die Herzkammern führt über das His-Bündel. Es bringt das Signal durch die Klappenebene direkt in das Septum interventriculare. Das His-Bündel zweigt in die beiden Kammerschenkel(Tawara-Schenkel) ab, die in Richtung Herzspitze ziehen. His-Bündel und Kammerschenkel besitzen ebenfalls einen eigenen Rhythmus: Er liegt bei einer Frequenz zwischen 30 und 40 pro Minute. Man nennt diese Frequenz den Kammerrhythmus (dritter Herzschrittmacher).

Von den Kammerschenkeln aus verbreiten sich die Aktionspotenziale über die Purkinje-Fasernin der Muskulatur der linken und rechten Kammer. Die Zeit, die ein Aktionspotenzial vom Sinusknoten bis zur letzten Kammermuskelzelle braucht, beträgt etwa 200 ms.

MEMO Reihenfolge der Reizleitung (Abb. 7)1. Der Sinusknotenim rechten Atrium erzeugt Aktionspotenziale 2. Der AV-Knotenzwischen Atrium und Ventrikel «fängt» die Aktionspotenziale ein 3. Das His-Bündelim Septum interventriculare schleust die Aktionspotenziale vom Atrium in die Ventrikel 4. Die Kammerschenkelbringen die Aktionspotenziale zur Herzspitze 5. Die Purkinje-Fasernverteilen die Aktionspotenziale in der Ventrikelmuskulatur

Abb. 7Die Reizleitung in der Übersicht [Roland Sommer]

Exkurs Wilhelm His jun. (1863–1934)Die medizinische Fachsprache ist durchsetzt von Eigennamen wie His-Bündel oder Purkinje-Fasern. Anatomische Strukturen und Krankheiten werden oft nach ihren Entdeckern benannt (früher mehr als heute). Die Geschichten hinter den Namen sind äusserst spannend und unterhaltsam. Zum Beispiel beschrieb Wilhelm His jun. (Abb. 8) im Jahr 1893 als erster «…ein Muskelbündel, welches Vorhof- und Kammerscheidewand untereinander verbindet, und welches bisher der Beobachtung dadurch sich entzogen hat, dass es, bei geringem Umfang, nur dann in ganzer Ausdehnung sichtbar wird, wenn die Scheidewände genau der Länge nach getroffen sind.» Es dauerte noch Jahre, bis Wilhelm His jun. zur Erkenntnis gelangte, dass besagtes Muskelbündel etwas mit dem Herzrhythmus zu tun hat. Die tatsächliche Funktion des His-Bündels wurde erst später durch die Arbeiten des Japaners Sunao Tawara und des Tschechen Jan Evangelista Purkinje bestätigt. (Quelle: Mudry, A. Wilhelm His junior (1863–1934) et le faisceau atrioventriculaire. medicalforum.ch.)

Abb. 8Wilhelm His jun. [Nicola Perscheid]

Die Refraktärzeit sichert die Herzaktion

Die Zeit eines Aktionspotenzials zwischen Depolarisation und Repolarisation dauert in der Herzmuskulatur länger als zum Beispiel in der Skelettmuskulatur – das liegt an der Refraktärzeit(refraktär = unempfindlich) (Abb. 9) . Nachdem das Membranpotenzial einer Herzmuskelzelle auf etwa +30 mV gestiegen ist, währt es um die 250 ms. Danach findet die Muskelzelle zurück in das Ruhepotenzial (ca. -85 mV). Während der 250 ms (entspricht der Refraktärzeit) lässt sich die Herzmuskelzelle nicht zu einer erneuten Kontraktion motivieren. Die Refraktärzeit garantiert, dass die Herzmuskulatur nicht in eine Dauerkontraktion (Tetanie) gerät.

(Mehr zum Thema «Aktionspotenzial» Siehe APP Band 1)

Abb. 9Aktionspotenzial und Refraktärzeit der Herzmuskulatur [OpenStax College; bearbeitet von Dr. med. André Lauber]

QR-Code 1Aktionspotenzial einfach erklärt (Link: http://bit.ly/1XqD63d)

Was ist Herzschlag?

Jeder Herzschlag (= Herzaktion) ist ein stetiges Hin und Her zwischen Anspannung (Kontraktion) und Entspannung der Herzmuskulatur.

Kontrahiert sich die Muskulatur der Kammern, drückt sie Blut in die Arterien. Diese Phase der Herzaktion heisst Systole(= Zusammenziehen).

Entspannt sich die Kammermuskulatur, fliesst das Blut von den Vorhöfen in die Kammern. Diese Phase nennt man Diastole (= Auseinanderziehen).

MEMO Zwei Phasen des HerzschlagsDie Anspannungs- und Auswurfphase heisst Systole. Die Entspannungs- und Füllungsphase heisst Diastole.

QR-Code 2Video zur Herzaktion (Link: http://bit.ly/2lDwJeT)

Systole – Blut fliesst in die Arterien

Zu Beginn der Systole sind die Ventrikel mit Blut gefüllt und alle Herzklappen geschlossen. Die Kammermuskulatur spannt sich an und erzeugt einen Druck auf das Blut darin. Übersteigt der Kammerdruck den Druck in den Arterien (Aorta 80 mmHg / A. pulmonalis 15 mmHg) öffnen sich automatisch die Taschenklappen . Die Anspannung der Kammermuskulatur (sowie das gleichzeitige Schliessen der Segelklappen ) erzeugen den ersten Herzton. Jetzt startet die Austreibungsphase: Etwa 80 ml Blut schiessen in die Arterien – die Ventrikel leeren sich bis auf einen Teil Restblut. Ist der Druck in den Arterien höher als in den Kammern, schliessen sich die Taschenklappen – die Diastole beginnt.