Der Herzzyklus: Funktionsweise und Steuerung

Der Herzzyklus

Die Kontraktionskraft der Muskelfaser

Das Frank-Starling-Gesetz beschreibt das Verhältnis zwischen Länge und Spannung der Muskelfaser. Es besagt, dass die Spannung mit zunehmendem diastolischen Volumen steigt, bis sie ein Maximum erreicht und dann wieder abnimmt. Je höher die Füllung des Herzens während der Diastole, desto größer ist die Kontraktionskraft während der Systole.

Die Leitungsgeschwindigkeit im Herzen

Die Leitungsgeschwindigkeit in den atrialen und ventrikulären Muskelfasern beträgt 0,3 bis 0,5 m/s. Dies ist 1/250 der Geschwindigkeit großer Nervenfasern und 1/10 der Geschwindigkeit von Skelettmuskelfasern. Im Purkinje-System beträgt die Leitungsgeschwindigkeit 4 m/s. Das Aktionspotential durchläuft das gesamte Herz in 220 ms. Die Kontraktion einer Herzmuskelzelle dauert in der Regel 300 ms.

Phasen des Herzzyklus

Der Herzzyklus besteht aus Diastole (Entspannungsphase) und Systole (Kontraktionsphase). Von Beginn eines Herzschlags bis zum Beginn des nächsten vergeht etwa 1 Sekunde.

Entleerung der Ventrikel während der Systole

1. Isovolumetrische Kontraktionsphase: Die Ventrikelkontraktion beginnt, der Ventrikeldruck steigt an. Die AV-Klappen sind geschlossen. Der Druck steigt weiter an, bis die Semilunarklappen (Aorten- und Pulmonalklappe) geöffnet werden. Das Ventrikelvolumen bleibt konstant.
2. Austreibungsphase: Der Ventrikeldruck steigt über 80 mmHg, die Semilunarklappen öffnen sich. In der schnellen Austreibungsphase (erstes Drittel) werden 70% des Blutes ausgeworfen. In der langsamen Austreibungsphase (letzte zwei Drittel) werden die restlichen 30% ausgeworfen.
3. Isovolumetrische Entspannungsphase: Am Ende der Systole entspannen sich die Ventrikel, der Ventrikeldruck sinkt. Die Semilunarklappen schließen sich. Die Ventrikelmuskulatur entspannt sich weiter, ohne dass sich das Ventrikelvolumen ändert.
4. Telediastolische Füllung: Das enddiastolische Volumen beträgt 110-120 ml. Das Schlagvolumen (Blutvolumen, das pro Herzschlag ausgeworfen wird) beträgt ca. 70 ml. Das endsystolische Volumen (Restvolumen in den Ventrikeln) beträgt 40-50 ml. Die Auswurffraktion ist der Anteil des enddiastolischen Volumens, der ausgeworfen wird.

Vorspannung und Nachlast

Die Vorspannung ist der Grad der Muskelspannung zu Beginn der Kontraktion. Sie wird durch den diastolischen Druck und das enddiastolische Volumen bestimmt. Die Nachlast ist der Widerstand, gegen den sich die Ventrikelkontraktion richtet. Sie wird durch den arteriellen Druck bestimmt.

Steuerung des Herzpumpens

Die intrinsische Steuerung erfolgt über den Frank-Starling-Mechanismus. Die extrinsische Steuerung erfolgt über das sympathische und parasympathische Nervensystem.

Sinusknoten und AV-Knoten

Der Sinusknoten ist ein spezialisiertes Muskelgewebe in der oberen seitlichen Wand des rechten Vorhofs. Er generiert die Impulse für den Herzschlag. Der AV-Knoten befindet sich in der hinteren Vorhofwand und verzögert die Weiterleitung der Impulse, um eine ausreichende Ventrikelfüllung zu gewährleisten.

Weiterleitung der Impulse in den Purkinje-Fasern

Die Purkinje-Fasern leiten die Impulse mit einer Geschwindigkeit von 1,5 bis 4,0 m/s weiter. Dies ist 6-mal schneller als die ventrikuläre Muskelkontraktion und 150-mal schneller als die AV-Knotenleitung.