Das Herz – Aufbau und Funktionsweise

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Anhand der einzelnen Kapitel Aufbau des Herzens, Aktionsphasen des Herzens,  Erregungsleitungssystem des Herzens und Innervation des Herzens wird der Aufbau und die Funktionsweise des Herzens veranschaulicht.

1. Aufbau des Herzens

1.1 Kammern und Klappen, inklusive Blutflussanzeige

Definition einer Arterie: Eine Arterie ist ein Blutgefäß, in dem das Blut vom Herzen weg fließt.
Beispiel: Lungenarterie (sauerstoffarmes Blut), Aorta (sauerstoffreiches Blut).

Definition einer Vene: Eine Vene ist ein Blutgefäß, in dem das Blut zum Herzen hin fließt.
Beispiel: Lungenvene (sauerstoffreiches Blut), Körpervene (sauerstoffarmes Blut).

Herzdiagramm mit Herzklappen und Blutflussanzeige. Rot = sauerstoffreiches Blut. Blau = sauerstoffarmes Blut.

Herzdiagramm mit Herzklappen und Blutflussanzeige. Rot = sauerstoffreiches Blut. Blau = sauerstoffarmes Blut. Bild: “Heart diagram” von ZooFari, lizenziert unter CC BY-SA 3.0.

Reise durch das Herz mit dem Blutstrom

  • Durch die untere (a) und obere (b) Hohlvene gelangt das Blut in den rechten (c) Vorhof des Herzens.
  • Durch eine Anspannung der rechten Vorhofmuskulatur wird das sauerstoffarme Blut durch die (d) Tricuspidalklappe in die rechte (e) Kammer gedrückt.
  • Entspannung der rechten Vorhofmuskulatur und Anspannung der rechten Kammermuskulatur.
  • Die (d) Tricuspidalklappe schließt sich durch die Druckerhöhung in der rechten (e) Kammer wie ein Rückschlagventil.
  • Das sauerstoffarme Blut wird durch die (f) Pulmonarklappe aus dem Herz heraus in die rechte (g) und linke (h) Lungenarterie gedrückt.
  • Hier wirkt die (f) Pulmonarklappe als Rückschlagventil und verhindert, das das Blut zurück in die linke Kammer fließen kann.

Obwohl das Blut in den Gefäßen zwischen Herz und Lunge immer noch sauerstoffarm ist, werden diese Gefäße als „Arterien“ bezeichnet.

Das Blut „durchwandert“ nun die Lunge. An den Alveolen (Lungenbläschen) findet der Gasaustausch statt. Kohlendioxid wird abgegeben und Sauerstoff aufgenommen. Ab hier ist das Blut sauerstoffreich.

Das sauerstoffreiche Blut gelangt nun über die rechten (i) und linken (k) Lungenvenen in den linken (l) Vorhof.

Obwohl das Blut in den Gefäßen zwischen Lunge und Herz jetzt sauerstoffreich ist, werden diese Gefäße als „Venen“ bezeichnet.

  • Durch eine Anspannung der linken Vorhofmuskulatur wird das sauerstoffreiche Blut durch die (m) Mitralklappe (Bikuspidalklappe) in die linke (n) Herzkammer gedrückt.
  • Entspannung der linken Vorhofmuskeln und Anspannung der Muskeln der linken Herzkammer. Dadurch schließt sich die (m) Mitralklappe wie ein Rückschlagventil und das Blut wird durch die (o) Aortenklappe aus dem Herz heraus in die (p) Aorta gedrückt.
  • Hier wirkt nun die (o) Aortenklappe als Rückschlagventil und verhindert, das das sauerstoffreiche Blut zurück in das Herz fließen kann.

1.2 Die Blutversorgung des Herzmuskels

Wie alle anderen Muskeln im Körper muss auch das Herz mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt werden. Dies geschieht durch spezielle Blutgefäße den sogenannten Koronararterien, auch Herzkranzgefäße genannt.

Dabei entspringen aus dem Herz 2 große Kranzarterien, die rechte (1) und die linke (I) Koronararterie. Diese verästeln sich zu immer kleiner werdenden Arterien und versorgen so den kompletten Herzmuskel.

Im Normalfall versorgen die linke und die rechte Koronararterie das Herz jeweils zur Hälfte mit Blut (ausgeglichener koronarer Versorgungstyp).

Das Herz - schematische Übersicht der Koronargefäße.

Das Herz – schematische Übersicht der Koronargefäße. Bild: “Coronary arterial circulation” von Addicted04, lizenziert unter CC BY 3.0.

Versorgung der rechten Herzhälfte

  1. Arteria coronaria dexter ⇒ rechte Koronararterie.
  2. Ramus nodi sinuatrialis ⇒ Sinusknotenarterie.
  3. Ramus coni arteriosi ⇒ Übergangsast der rechten Herzkammer in die Lungenschlagader.
  4. Ramus atrialis dexter ⇒ Ast des rechten Vorhofs.
  5. Ramus atrioventricularis dexter ⇒ rechter Vorhofkammerast.
  6. Ramus marginalis dexter ⇒ rechter Kantenast.
  7. Ramus interventricularis posterior ⇒ hinterer, zwischen beiden Kammern gelegener Ast.

Versorgung der linken Herzhälfte

  1. Arteria coronaria sinsiter ⇒ linke Koronararterie.
  2. Ramus circumflexus ⇒ umschlingender Ast der linken Koronararterie.
  3. Ramus posterolateralis sinister ⇒ Ast der linken Hinterseitenwand.
  4. Ramus marginalis sinister ⇒ linker Kantenast.
  5. Ramus diagonalis ⇒ schräg verlaufender Seitenast.
  6. Ramus interventricularis anterior ⇒ vorderer, zwischen beiden Kammern
    gelegener, Ast.

1.3 Die Herzmuskulatur

Eine ausführliche Beschreibung über den Aufbau und der Funktion der Herzmuskelzellen finden Sie unter dem Beitrag Muskelarten.

1.4 Herz-Kreislauf System

Die Blutgefäße unseres Organismus bilden einen geschlossenen Kreis vom Herzen weg bis wieder zum Herzen hin. Grob können 2 Kreisläufe unterschieden werden.

Lungenkreislauf

Im Lungenkreislauf wird das sauerstoffarme Blut von der rechten Herzseite in die Lunge gepumpt. Dort findet der Gasaustausch statt (Kohlendioxid raus, Sauerstoff rein). Danach fließt das nun sauerstoffreiche Blut in die linke Herzseite.

Körperkreislauf

Im Körperkreislauf wird das sauerstoffreiche Blut von der linken Herzseite in den gesamten Körper gepumpt. Dort verästeln sich die Arterien immer mehr. Im terminalen Endstromgebiet (Kapillarsystem) werden Nährstoffe (Sauerstoff, Fette, Kohlenhydrate, Eiweiß, usw.) aus den Kapillaren in den Körper ausgeschleust. Abfallstoffe werden nur teilweise (Kohlendioxid, Ultrafiltrat, etc.) wieder über die Blutgefäße abtransportiert (Semipermeabilität der Kapillarwände). Der Rest wird über das Lymphgefäßsystem (sogenannte lymphpflichtige Last) abtransportiert.

Das Herz-Kreislauf System. Bild: “Herz-Kreislauf-System” von Jörg Rittmeister, lizenziert unter CC BY-SA 2.5.

2. Aktionsphasen des Herzens

2.1 Systole:

Kontraktion des Kammermyocards

  • Anspannungsphase: Alle Klappen zu, Druck im Ventrikel steigt
  • Austreibungsphase: Taschenklappen werden aufgedrückt, Blut strömt in Aorta / Arteria pulmonalis

2.2 Diastole:

Erschlaffung des Kammermyocards

  • Entspannungsphase: Alle Klappen zu (zurückfließendes Blut drückt die Taschenklappen zu), Druck im Ventrikel sinkt.
  • Füllungsphase: Druck im Atrium größer als im Ventrikel, Segelklappen auf.
    • Passive Füllung: durch Druckunterschied.
    • Aktive Füllung: durch Vorhofkontraktion.

Die Dauer aller 4 Phasen beträgt insgesamt 1 Sekunde bei einer Herzfrequenz von 60 Schlägen pro Minute.

Bei einer Herzfrequenz ab ca. 200 Schläge pro Minute ist die Füllungsphase gleich null. Dadurch ist eine effektive Arbeit des Herzens nicht mehr möglich.

2.3 Pumpleistung des Herzens Normalo <-> Sportler im Vergleich

Das Schlagvolumen bezeichnet die Menge an Blut, welches das Herz mit einem Schlag pumpt.

Das Herzminutenvolumen (HZM) beschreibt die Menge an Blut, welches das Herz innerhalb einer Minute pumpt.

Normalo Sportler
Frequenz 70 BPM 50 BPM
Schlagvol. 70 ML ≤ 200 ML
HZM 5 L 10 – 25 L

3. Erregungsleitungssystem

3.1 Myogene Automatie

Myogen bedeutet, dass die Erregungsausbreitung von Herzmuskelzelle zu Herzmuskelzelle elektrisch, ohne Synapsen stattfindet. Automatie bedeutet, dass diese Erregungsausbreitung aus sich selbst heraus, ohne direkte Einwirkung von außen stattfindet.

3.2 Ablauf der Erregungsleitung im Herz

Im Sinusknoten (re. Vorhof) (1) depolarisieren Herzmuskelzellen periodisch. Beim überschreiten einer Schwelle kommt es zu einem Aktionspotential.

Erregungsausbreitung über die Vorhöfe mittels des Bachman-Bündels (2) und den drei internodalen Bahnen (3 -5).

Eine Überleitung der Erregung von den Vorhöfen auf die Kammern findet ausschließlich im Bereich des AV-Knotens (atrioventricular) statt (6). Dabei wird die Erregungsausbreitung. Diese Verzögerung verschafft den Vorhöfen Zeit für die Vorhofkontraktion (Füllung der Kammern).

Schnelle Erregungsausbreitung über spezialisierte Herzmuskelzellen vom His-Bündel (7) über die beiden Tawaraschenkel (8 – 9) und die Faszikel (10 – 11) bis hin zu den Purkinje-Fäden (12) und letztendlich zu allen Zellen des Kammermyocards.

-> Kammerkontraktion

Erregungsausbreitung im Herz. Bild: “Electrical conduction system of the heart” von Madhero88, lizenziert unter CC BY-SA 3.0.

1. Sinusknoten
2. Bachmann-Bündel
3. vordere internodale Bahn
4. mittlere internodale Bahn

5. hintere internodale Bahn
6. AV-Knoten
7. His-Bündel
8. Rechter Tawara-Schenkel

9. linker Tawara-Schenkel
10. linksposteriorer Faszikel
11. linksanteriorer Faszikel
12. Purkinje-Fasern

4. Innervation des Herzens

4.1 Motorisch ⇒ Steuerung des Herzens

Über vegetatives, visceromotorisches Nervensystem.

4.1.1 Sympathikus (postganglionär)

  • Transmitter ist Noradrenalin (= NA, wird gehemmt durch Beta-Blocker).
  • Am Sinusknoten wird die Frequenz ↑ erhöht (= positiv chronotrop).
  • Am AV-Knoten wird die Überleitungszeit ↓ heruntergesetzt (= positiv chronotrop).
  • Am Kammermyocard wird die Erregbarkeit ↑ erhöht (= positiv bathmotrop) und gleichzeitig die Kontraktionskraft heraufgesetzt ↑ (= positiv inotrop).

4.2.2 Parasympathikus (postganglionär)

  • Transmitter ist Acetylcholin (= ACH, wird gehemmt durch Atropin).
  • Am Sinusknoten wird die Frequenz ↓ gesenkt (= negativ chronotrop).
  • Am AV-Knoten wird die Überleitungszeit ↑ heraufgesetzt (= negativ chronotrop).

4.2 Sensibel ⇒ Druck- und Schmerzweiterleitung

Die Weiterleitung von Druck- und Schmerzreizen geschieht über sensible, viscerosensible Fasern.

  • Schmerz- und Druckreize von Endocard (innere Herzwand) und Myocard (Herzmuskulatur) werden – parallel zu den parasympathischen Fasern im Nervus vagus (zehnter der zwölf Hirnnerven) – weitergeleitet.
  • Schmerzreize vom Epicard (äußere Herzwand und gleichzeitig inneres Blatt des Herzbeutels) und Pericard (äußeres Blatt des Herzbeutels) werden – parallel zu den somatomotorischen Fasern des Nervus phrenicus (Zwerchfellnerv) – weitergeleitet.

Dieser Beitrag wurde zuletzt  am 04.01.2017 überarbeitet.

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