Herzmuskelfunktion und Herzzyklus: Eine detaillierte Analyse

**Herzmuskelfasern und ihre Funktion**

**Ruhemembranpotential und Aktionspotential**

Das Ruhemembranpotential der normalen Herzmuskelzelle liegt bei -85 bis -95 Millivolt. Das Aktionspotential im Herzmuskel beträgt 105 Millivolt. Das bedeutet, dass das Membranpotential von seinem normalen, sehr negativen Wert auf einen leicht positiven Wert von etwa +20 Millivolt ansteigt.

**Unterschiede zwischen Herz- und Skelettmuskulatur**

Es gibt mindestens zwei wichtige Unterschiede zwischen den Membraneigenschaften von Herz- und Skelettmuskulatur, die das verlängerte Aktionspotential-Plateau des Herzmuskels erklären:

1. Die Rolle der langsamen Natrium-Kalzium-Kanäle: Das Aktionspotential der Skelettmuskulatur wird fast ausschließlich durch die plötzliche Öffnung großer Mengen sogenannter schneller Natriumkanäle verursacht. Im Herzmuskel wird das Aktionspotential durch zwei Arten von Kanälen verursacht: die schnellen Natriumkanäle und die langsamen Kalzium-Natriumkanäle. Letztere bleiben länger geöffnet und ermöglichen den Einstrom von Kalzium- und Natriumionen, was zu einer verlängerten Depolarisationsphase führt.
2. Verminderte Kaliumpermeabilität: Während des Aktionspotentials nimmt die Membranpermeabilität für Kaliumionen um etwa das Fünffache ab. Dieser Effekt fehlt in der Skelettmuskulatur. Die verminderte Auswärtsbewegung von Kaliumionen während des Aktionspotential-Plateaus verhindert die schnelle Rückkehr zum Ruhepotential.

**Der Herzzyklus**

Jeder Zyklus beginnt mit der spontanen Generierung eines Aktionspotentials im Sinusknoten. Das Aktionspotential breitet sich schnell über beide Vorhöfe und von dort über das AV-Bündel zu den Ventrikeln aus. Es gibt eine Verzögerung von etwa 1/10 Sekunde bei der Weiterleitung des Herzimpulses von den Vorhöfen zu den Ventrikeln. Dies ermöglicht es den Vorhöfen, sich vor den Ventrikeln zu kontrahieren und so Blut in diese zu pumpen, bevor deren starke Kontraktion einsetzt. Die Vorhöfe dienen somit als Primer-Pumpen für die Ventrikel. Die Ventrikel liefern dann die Hauptkraft, um das Blut durch den Kreislauf zu bewegen.

**Die Vorhöfe als Primer-Pumpen**

Die Vorhöfe dienen als Primer-Pumpen und erhöhen die Effizienz der ventrikulären Pumpleistung.

**Ventrikelfüllung**

Während der Kammersystole sammelt sich eine große Menge Blut in den Vorhöfen an, da die AV-Klappen geschlossen sind. Wenn die Systole beendet ist und der Ventrikeldruck auf niedrige diastolische Werte zurückfällt, öffnen die erhöhten Vorhofdrücke die AV-Klappen und lassen Blut in die Ventrikel fließen. Dies wird als Phase der schnellen Ventrikelfüllung bezeichnet.

**Ventrikelentleerung**

Wenn der linksventrikuläre Druck über 80 mmHg (rechts > 8 mmHg) ansteigt, treibt der Ventrikeldruck die Öffnung der Semilunarklappen an. Dadurch wird der Blutfluss aus den Ventrikeln ermöglicht: 70% im ersten Drittel und 30% in den restlichen zwei Dritteln. Das erste Drittel wird als Periode des schnellen Auswurfs und die restlichen zwei Drittel als Periode des langsamen Auswurfs bezeichnet.

**Funktion der Herzklappen**

Die AV-Klappen (Mitralklappe und Trikuspidalklappe) verhindern den Rückfluss von Blut aus den Ventrikeln in die Vorhöfe während der Systole. Die Semilunarklappen (Aortenklappe und Pulmonalklappe) verhindern den Rückfluss von Blut aus der Aorta und den Lungenarterien zurück in die Ventrikel während der Diastole. Alle diese Klappen öffnen und schließen sich passiv. Sie schließen sich, wenn ein Druckgradient das Blut rückwärts drückt, und öffnen sich, wenn ein Druckgradient das Blut in Vorwärtsrichtung drückt.