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Das Herz

Veröffentlicht am
von Onmeda-Redaktion
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Das Herz pumpt Blut durch unseren Körper und hält so den Blutkreislauf aufrecht. Auf diese Weise sorgt es dafür, dass das Blut alle Organe, Gewebe und Zellen erreicht und diese mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt.

Überblick

Funktionell gesehen ist das Herz (fachsprachlich: Cor) ein Hohlmuskel mit mehreren Kammern (zwei Vorhöfe, zwei Herzkammern) und Pumpfunktion. Bei Bedarf kann das Herz seine Pumpleistung vervielfachen – zum Beispiel bei körperlicher Arbeit.

Im Wesentlichen versorgt der Blutkreislauf den gesamten Körper über zwei Teilkreisläufe mit Blut:

Im Körperkreislauf herrscht dabei in den Blutgefäßen ein größerer Druck als im Lungenkreislauf. Beide Kreisläufe funktionieren nur gemeinsam und laufen parallel zueinander ab.

Das Herz liegt nicht senkrecht im Körper, sondern leicht geneigt (um ca. 40 Grad) und etwas gedreht. Die Länge eines gesunden ausgewachsenen Herzens beträgt etwa 12 Zentimeter, die Breite etwa 8 bis 9 Zentimeter – es ist in der Regel etwa so groß wie die geballte Faust des Betroffenen. Das Herz wiegt circa 300 Gramm bei Männern und 250 Gramm bei Frauen.

Durch Leistungssport kann sich das Herz auf bis zu 500 Gramm vergrößern. Auch im Rahmen von Erkrankungen sind starke Größenzunahmen möglich – ein Herzklappenfehler kann zum Beispiel dazu führen, dass das Herz auf ein Gewicht von bis zu 1100 Gramm anwächst.

Im Durchschnitt fasst das Herz 0,6 bis 1 Liter Blut. Das Schlagvolumen, also die bewegte Menge an Blut pro Muskelkontraktion im Ruhezustand, beträgt etwa 70 Milliliter.

Herzschichten

Das Herz ist von einem sogenannten Herzbeutel (Perikard) umgeben. Dieser bindegewebige Sack schützt das Herz und grenzt es von anderen Organen ab. Die Innenseite des Herzbeutels ist mit einem glatten Deckgewebe überzogen. Die Herzbewegungen erfolgen innerhalb des Herzbeutels, der gerade so eng anliegt, dass ein gewisser Bewegungsspielraum bleibt. Zwischen der Innenseite des Herzbeutels und der Herzaußenseite dient eine zell- und eiweißfrei Flüssigkeit (sog. seröse Flüssigkeit) als eine Art Gleitmittel und mindert so die Reibung, die durch Herzbewegung entsteht.

Das Herz selbst besteht von außen nach innen aus drei Herzwänden:

Schematische Darstellung des Herzens

Die äußere Herzwand nennt man Epikard, sie besteht aus einer glatten, fein strukturierten Gewebeschicht.

An die Innenseite des Epikards schmiegt sich eine Muskelschicht an: das Myokard. Die Dicke der Muskelschicht hängt davon ab, wie stark man den Herzmuskel beansprucht. Daher variiert die Muskeldicke beim Herzen von Mensch zu Mensch. Dennoch lässt sich in jedem Herz ein örtliches Verhältnis der Muskelstärke unterscheiden: In den Herz-Vorhöfen ist der Druck auf die Muskelschicht vergleichsweise niedrig. Daher ist der Muskel hier nur etwa 1 bis 3 Millimeter stark. Da der Druck in der rechten Herzkammer höher ist, finden sich dort Muskelstärken von 5 bis 10 Millimetern. Der kräftigste Muskel befindet sich mit 10 bis 30 Millimetern in der linken Herzkammer, da diese das Blut in den großen Körperkreislauf pumpen und somit den größten Druck aufbauen muss. Das Gleiche gilt auch für die Scheidewand zwischen linker und rechter Herzkammer.

Weiter in Richtung der Herzhöhle schmiegt sich an die Muskelschicht schließlich die innere Herzwand an: das Endokard. Sie hat eine feinfaserige Struktur und ist mit elastischem Bindegewebe überzogen. Die innere Herzwand trennt den Herzmuskel vom Hohlraum des Herzens. Die abschließende Deckschicht ist glatt und bietet dem Blutstrom dadurch möglichst wenig Widerstand.

Herzkammern und Vorhöfe

Das Herz baut sich aus vier Hohlräumen auf:

Aus den beiden Herzkammern wird das Blut über eine Arterie in den Blutkreislauf reingepumpt (rechte Kammer = Lungenkreislauf, linke Kammer = Körperkreislauf). In den Vorhöfen kommt das Blut aus den Kreisläufen zurück (Lungenkreislauf = linker Vorhof, Körperkreislauf = rechter Vorhof) und gelangt von dort wieder in die entsprechende Herzkammer.

Die linke Herzkammer besitzt die größte Muskelstärke, da diese das Blut in den Körperkreislauf hineinpumpt. Um zu verhindern, dass das Blut zwischen zwei Pumpstößen zurückfließt, befinden sich zwischen den Vorhöfen und den Herzkammern sowie zwischen Herzkammern und abführenden Arterien verschiedene Arten von Herzklappen, die wie ein Rückflussventil wirken.

Schematische Darstellung des Herzens

Herzklappen bestehen aus Einstülpungen der Herzinnenwand (Endokard). Sie öffnen und schließen sich durch den zirkulierenden Blutstrom entsprechend der Häufigkeit des Herzschlags zwischen 35 bis 40 Millionen Mal pro Jahr.

Man unterscheidet bei den Herzklappen zwei Grundformen:

Anatomie der Herzklappen

Übersicht über die Herzklappen

Herzklappe Klappenart Funktion
Trikuspidalklappe Segelklappe Einlassventil zwischen rechtem Vorhof (Atrium) und rechter Herzkammer (Ventriculus dexter)
Mitralklappe Segelklappe Einlassventil zwischen linkem Vorhof und linker Herzkammer
Pulmonalklappe Taschenklappe Auslassventil von rechter Herzkammer in Lungenkreislauf
Aortenklappe Taschenklappe Auslassventil zwischen linker Herzkammer und Körperkreislauf

Blutkreislauf

Das Herz pumpt das Blut durch den Körper. Organe, Gewebe und Zellen werden so mit Sauerstoff versorgt, während Kohlendioxid abtransportiert wird. Man unterscheidet beim Blutkreislauf zwei Formen:

Lungenkreislauf

Die rechte Herzhälfte versorgt den Lungenkreislauf (kleiner Kreislauf): Die rechte Herzkammer (Ventriculus dexter) pumpt das Blut über die Pulmonalklappe in die Lungenarterie und von hier über sich verzweigende Arterien und Arteriolen bis in die Kapillaren der Lunge. Dort wird das Blut mit Sauerstoff angereichert und strömt weiter über die Kapillaren in Venolen und Venen bis in den linken Vorhof (Atrium). Von hier gelangt das Blut über die Mitralklappe in die linke Herzkammer (Ventriculus sinister).

Körperkreislauf

Der Körperkreislauf (großer Kreislauf) wird von der linken Herzhälfte angetrieben: Die linke Herzkammer pumpt mit Sauerstoff angereichertes Blut über die Aortenklappe in die Hauptschlagader (Aorta). Von dort aus gelangt es in die Arterien und im weiteren Verlauf in die kleineren Arteriolen. Schließlich fließt es in die Kapillaren, die Bindeglieder zwischen Arterien und Venen, welche unter anderem für den Stoffaustausch zwischen Blut und Gewebe zuständig sind. Hier gibt das Blut Sauerstoff und Nährstoffe an die Zellen ab und nimmt Abfallstoffe, wie etwa Kohlendioxid, auf.

Im Anschluss wird das nun sauerstoffarme Blut zurück zum Herzen geleitet. Dabei fließt es von den Kapillaren zunächst in besonders kleine Venen, die Venolen, welche sich zu immer größer werdenden Venen zusammenschließen. Über die Hauptvene fließt das Blut in die rechte Vorkammer und über die Trikuspidalklappe in die rechte Herzkammer.

Herz-Lungen-Kreislauf: blau = sauerstoffarm; rot = sauerstoffreich

Physiologie

Um den Blutkreislauf aufrecht zu erhalten, muss das Herz regelmäßig pumpen, das heißt, der Herzmuskel muss sich rhythmisch zusammenziehen (kontrahieren). Dazu müssen die Muskelzellen fortwährend gereizt und der Reiz weitergeleitet werden.

Ruhepotential und Aktionspotential

Sowohl bei den Muskelzellen des Herzens als auch bei den Zellen der Skelettmuskulatur besteht zwischen dem Zellinneren und dem Zelläußeren eine elektrische Spannung. Diese Spannung nennt man Ruhepotential (auch: Ruhemembranpotential).

Wie kommt das Ruhepotential zustande?

Die Ursache für diese Spannung liegt an der ungleichen Verteilung der positiv und negativ geladenen Ionen zwischen Zellinnerem und Zelläußerem:

Beim Skelettmuskel und beim Herzmuskel beträgt diese Spannung in Ruhe (Ruhepotential) etwa -90 Millivolt (mV), wobei das Zellinnere negativ gegenüber dem Zelläußeren geladen ist. Anders als im Arbeitsmyokard (also dem Teil des Herzmuskels, der für das Zusammenziehen verantwortlich ist) ist in den Zellen des Sinusknotens kein Kalium-Strom vorhanden. Deshalb ist das Ruhepotential dort mit etwa -60 mV auch deutlich positiver als das der Arbeitsmuskulatur. Der Sinusknoten liegt im rechten Vorhof des Herzens, etwa dort wo die obere Hohlvene mündet.

Das Ruhepotential baut sich auf, weil die Zellmembran für die verschiedenen Ionen im Körper unterschiedlich durchlässig (permeabel) ist – man spricht daher auch von einer semipermeablen Membran. Diese Durchlässigkeit kann sich verändern durch

  • mechanische,
  • chemische oder
  • elektrische Reize.

Positiv geladene Kalium-Ionen wandern aufgrund der osmotischen Energie durch die Membran in das Zelläußere und versuchen, den Konzentrationsunterschied auszugleichen. Gleichzeitig bewegen sich positiv geladene Natrium-Ionen aus dem Zelläußeren in das Innere der Zelle, um ebenfalls den Konzentrationsunterschied auszugleichen. Das ändert die Spannung nach und nach von -90 mV im Zellinneren hin zu Werten um die -60 mV. Je positiver beziehungsweise weniger negativ das Zellinnere wird, desto durchlässiger wird die Zellmembran für positiv geladene Natrium-Ionen und desto positiver wiederum das Zellinnere. Die Folge: Das Ruhemembranpotential müsste über kurz oder lang zusammenbrechen.

Ab etwa -50 mV ändert sich die Durchlässigkeit (Permeabilität) der Zellmembran jedoch sehr schnell, sodass in kürzester Zeit verhältnismäßig mehr positiv geladene Natrium-Ionen einströmen können. Dies führt zu einer Spannungsumkehr von +30 mV gegenüber dem Zelläußeren. Während dieses Prozesses nimmt die Durchlässigkeit für positiv geladene Natrium-Ionen schlagartig wieder ab und die für positiv geladene Kalium-Ionen und negativ geladene Chlorid-Ionen steigt an. Es strömen positiv geladene Kalium-Ionen aus der Zelle heraus und negativ geladene Chlorid-Ionen hinein. Das geschieht so lange, bis der ursprüngliche Zustand wiederhergestellt, also das Zellinnere wieder eine Spannung von rund -90 mV besitzt. Anschließend beginnt dieser Prozess wieder von vorne.

Was ist ein Aktionspotential?
Den gesamten Spannungsverlauf von -90 mV über +30 mV bis zum alten Zustand von -90 mV bezeichnet man als Aktionspotential. Bei einem Aktionspotential werden die Ruhepotentiale also kurzzeitig umpolarisiert.

  • Bei einer Herzmuskelzelle dauert ein Aktionspotential, je nach Herzfrequenz, bis zu einigen hundert Millisekunden.
  • Die Dauer eines Aktionspotentials einer Skelettmuskelzelle ist deutlich kürzer: Mit ein bis zwei Millisekunden ist es nur etwa ein Hundertstel so lang.

Das Aktionspotential (AP) kann in vier Phasen eingeteilt werden:

Aktionspotential des Herzens

Natrium-Kalium-Pumpe

Während der Repolarisation des Herzmuskels wird das ausgeströmte Kalium (K+) wieder in die Zelle hinein transportiert und das eingeströmte Natrium (Na+) heraus transportiert. Dieser aktive Prozess wird von der Zellmembran gesteuert und als Natrium-Kalium-Pumpe bezeichnet.

Die Natrium-Kalium-Pumpe ist ein aktiver Prozess, also ein Prozess, bei dem Energie verbraucht wird, da die Ionen entgegen ihres Konzentrationsgefälles transportiert werden müssen. Für drei Natrium-Ionen transportiert die Pumpe jeweils zwei Kalium-Ionen.

Die Natrium-Kalium-Pumpe besteht aus einem Eiweiß (Protein), das quer durch die Zellmembran verläuft, einem sogenannten Transmembranprotein. Unter normalen Umständen können weder Natrium- noch Kalium-Ionen dieses Protein passieren. Unter Energieaufwand verändert sich die Struktur des Tansmembranproteins jedoch derart, dass Natrium- und Kalium-Ionen die Zellmembran mithilfe dieses Proteins durchqueren können.

Die nötige Energie stammt dabei aus der Hydrolyse eines ATP-Moleküls (Adenosintriphosphat), das an der Membraninnenseite an das Transmembranprotein bindet, zu ADP (Adenosindiphosphat). Unter Hydrolyse versteht man die Spaltung einer chemischen Verbindung, durch die ein Wasserstoffatom an das Spaltstück abgegeben wird.

© iStock
Die Natrium-Kalium-Pumpe transportiert Natrium- und Kalium-Ionen entgegen ihrem Konzentrationsgefälle.

Reizleitung

Das Herz besitzt Gruppen von abgewandelten (modifizierten) Muskelzellen, welche die Erregung am Herzen bilden, koordinieren und weiterleiten. Diese sogenannten Schrittmacher (Sinusknoten und Atrioventrikularknoten) sorgen dafür, dass die für die Pumpfunktion nötigen Kontraktionen geordnet verlaufen und es beim gesunden Herzen nicht zu Herzrhythmusstörungen kommt.

Sinusknoten

Der Sinusknoten (Nodus sinuatrialis) besteht aus einer Ansammlung schnell depolarisierender Zellen – also Zellen, die ihr Membranpotential rasch in den positiven Bereich ändern können –, die von allen Herzmuskelzellen die höchste Eigenfrequenz besitzen. Der Sinusknoten liegt am Übergang der oberen Hohlvene (Vena cava superior) in den rechten Herzvorhof (Atrium).

Der Sinusknoten wird auch als natürlicher Schrittmacher des Herzens bezeichnet, da er dem gesamten Herzmuskel (Myokard) seine Frequenz aufzwingt. Die Eigenfrequenz des Sinusknotens beträgt gewöhnlich etwa 60 bis 80 "Erregungen" pro Minute, entsprechend der normalen Schlagfrequenz des Herzens – dem Puls.

Um den Herzschlag der jeweiligen körperlichen Belastung anzupassen, kann die Frequenz des Sinusknotens über zwei Nerven (Vagus und Sympathikus) angepasst werden. Wächst der Einfluss des Vagus über das normale Maß hinaus an, entsteht eine sogenannte Bradykardie. Das ist eine Herzrhythmusstörung von nur etwa 40 bis 50 Aktionspotentialen beziehungsweise Herzschlägen pro Minute – der Puls verlangsamt sich also. Überwiegt der Sympathikus, so spricht man von Sinustachykardie; diese Herzrhythmusstörung liegt bei 100 bis 150 Schlägen pro Minute – der Puls beschleunigt sich.

Die Frequenz des Sinusknotens kann neben den durch das Nervensystem vermittelten Reizen auch über Medikamente oder das Hormon Adrenalin beeinflusst werden.

Atrioventrikularknoten (AV-Knoten)

Vom Sinusknoten breitet sich der elektrische Reiz über drei Leitungsbahnen in der Vorhofmuskulatur bis zum sogenannten Atrioventrikularknoten (AV-Knoten) aus.

Der AV-Knoten besitzt einen niedrigeren Eigenrhythmus als der Sinusknoten: etwa 40 bis 50 Depolarisationen, also Entladungen, pro Minute. Gewöhnlich depolarisieren die vom Sinusknoten kommenden Reize den AV-Knoten und zwingen ihm so den Sinusrhythmus auf. Ist jedoch die Überleitung vom Sinus- zum AV-Knoten gestört (sog. SA-Block), so folgt das Herz dem Eigenrhythmus des AV-Knotens mit 40 bis 60 Aktionspotentialen pro Minute. Dies ist für eine Blutversorgung des Körpers in Ruhe gerade noch ausreichend.

His-Bündel

Als His-Bündel bezeichnet man die spezialisierten Muskelzellen des Reizleitungssystems unmittelbar unterhalb des AV-Knotens. Auch sie besitzen einen Eigenrhythmus, der noch geringer ist als der des AV-Knotens: etwa 30 bis 40 Depolarisationen pro Minute. Etwa einen Zentimeter vom AV-Knoten entfernt zur Herzspitze hin (distal) teilt sich das His-Bündel in drei Äste auf: zwei linke und einen rechten Schenkel (sog. Tawara-Schenkel). Diese wiederum verzweigen sich netzartig in die sogenannten Purkinje-Fasern.

Das His-Bündel leitet von hier die Erregung bis in die Innenschicht der Herzkammermuskulatur: Die drei Äste des His-Bündels reichen bis zur Papillarmuskulatur, welche als Erstes erregt wird und sich somit auch als Erstes zusammenzieht. So ist gewährleistet, dass die Segelklappen zu Beginn eines Herzschlags fest verschlossen sind und kein Blut in den Vorhof (Atrium) zurückfließt.

Fehlerhafte Reizleitung

Je weiter man sich vom Sinusknoten in Richtung der Reizausbreitung entfernt, desto niedriger wird der Eigenrhythmus der entsprechenden Zellen. Auch jede einzelne Zelle der Arbeitsmuskulatur des Herzens (Myokardfaser) besitzt einen Eigenrhythmus; dieser ist jedoch so langsam, dass er für eine normale Herzfunktion kaum eine Rolle spielt.

Jede Durchblutungsstörung des Herzmuskels aufgrund einer Verengung der Herzkranzgefäße (Koronararterien) oder gar eines vollständigen Gefäßverschlusses führt zu mehr oder weniger starken Veränderungen der elektrischen Reizausbreitung und damit auch zu Störungen der mechanischen Muskelkontraktion. Im extremsten Fall findet gar keine reguläre Reizausbreitung mehr statt. Dann finden uneinheitlich viele einzelne Kontraktionen des Herzmuskels statt – es liegt ein Vorhofflimmern oder Kammerflimmern vor, im letzteren Fall pumpt das Herz kein Blut mehr. Bereits nach wenigen Minuten entstehen dadurch nichtwiederherstellbare Gewebeschäden.

Kammerflimmern kann unter anderem die Folge eines Herzinfarkts sein und stellt eine lebensbedrohliche Notfallsituation dar. Das Herz muss in solch einem Fall mithilfe einer von außen angelegten elektrischen Spannung wieder zu einer rhythmischen und geordneten Depolarisation gebracht werden. Geräte, mit denen dies möglich ist, nennt man Defibrillatoren.

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Quellen:

Online-Informationen des Pschyrembel: www.pschyrembel.de (Stand: 2016)

Faller, A., et al.: Der Körper des Menschen. Thieme, Stuttgart 2012

Zilles, K., et al.: Anatomie. Springer Medizin Verlag, Heidelberg 2010

Schmidt, R., et al.: Physiologie des Menschen. Springer, Heidelberg 2010

Benninghoff / Drenckhahn: Anatomie – Band 2. Urban & Fischer bei Elsevier, München 2008

Lang, F., et al.: Basiswissen Physiologie. Springer Verlag, Berlin Heidelberg 2007

PROMETHEUS. Lernatlas der Anatomie. Thieme, Stuttgart 2005

Schiebler, T. H., et al.: Anatomie. Steinkopff Verlag, Heidelberg 2007

Fritsch, H., Kühnel, W.: Taschenatlas der Anatomie. Bd. 2: Innere Organe. Thieme, Stuttgart 2005

Stand: 16. November 2016