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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

Eine Arterie ist ein Blutgefäß, in dem das Blut vom Herzen weg fließt.

Beispiele

  • Lungenarterie
    (sauerstoffarmes Blut).
  • Aorta
    (sauerstoffreiches Blut).

Eine Vene ist ein Blutgefäß, in dem das Blut zum Herzen hin fließt.

Beispiele

  • Lungenvene
    (sauerstoffreiches Blut).
  • Körpervene
    (sauerstoffarmes Blut).

1.1 Kammern und Klappen, inklusive Blutflussanzeige

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

Herzdiagramm mit Herzklappen und Blutflussanzeige. Rot = sauerstoffreiches Blut. Blau = sauerstoffarmes Blut. Bild: © ZooFari, lizenziert unter CC BY-SA 3.0.

 

Reise durch die rechte Herzhälfte

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

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.

Reise durch die linke Herzhälfte

Das sauerstoffreiche Blut gelangt nun über die
(i) rechten Lungenvenen und
(k) linken Lungenvenen in den
(l) linken Vorhof. Durch eine Anspannung der linken Vorhofmuskulatur wird das sauerstoffreiche Blut durch die
(m) Mitralklappe (Bikuspidalklappe) in die
(n) linke 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.

Blutversorgung der rechten Herzhälfte

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

Blutversorgung 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.

 

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.

 

Bild: © 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 21. Jun 2018 @ 21:16 überarbeitet.

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Nichts in unserem Körper ist so komplex wie das Nervensystem. Hier einige beeindruckende Vergleiche. Die Gesamtlänge aller Nervenfaser würde ungefähr bis zum Mond und wieder zurück reichen. Die Angaben zur Gesamtmenge aller Nervenzellen schwanken erheblich und reichen von 15 Milliarden bis 100 Milliarden. Einige Experten sprechen sogar von bis zu einer Billionen Nervenzellen.

Überblick Nervensystem

Systeme des Nervensystems

Das menschliche Nervensystem teilt sich in die folgenden drei Systeme auf:

ZNS

Zentrales Nervensystem. Dieses umfasst die Nerven des Gehirns und des Rückenmarks.

PNS

Peripheres Nervensystem. Umfasst die Nerven von Haut, Sinnesorganen und Muskeln.

VNS

Vegetatives Nervensystem. Umfasst zwei Subsysteme, durch die alle Organe innerviert werden.

Untersysteme des Zentralen Nervensystems (ZNS)

Das ZNS besteht aus vielen einzelnen Regionen:

  • Großhirn
  • Zwischenhirn
  • Mittelhirn
  • Kleinhirn
  • Verlängertes Rückenmark (auch Nachhirn genannt)

Um nur einige zu nennen. Und unser Gehirn ist ein Energiefresser. Obwohl nur 2% unserer Körpermasse ausmachend, verschlingt es ca. 20% unseres täglichen Energiebedarfes!

Untersysteme des vegetativen Nervensystems (VNS)

Das vegetative Nervensystem teilt sich wiederum in die folgenden zwei Untersysteme auf:

Sympatikus

Einstellung aller Organe auf Aktion / Flucht des Gesamtkörpers.

  • Herz: Puls steigt
  • Darm: Hemmung

Parasympatikus

Einstellung aller Organe auf Erholung / Regeneration des Gesamtkörpers.

  • Herz: Puls sinkt
  • Magen-Darm: angeregt

Hier ein Beispiel einer Reizverarbeitung unseres Organismus und der daraus folgenden Reaktion am Beispiel einer dampfenden Pizza:

Abb. 1: Schema einer Reizverarbeitung unseres Organismus

Abb. 1: Schema einer Reizverarbeitung unseres Organismus

  1. Eine Person nimmt mit den Sinnesorganen Augen und Nase (sensible Nerven) folgendes wahr: Augen → „Pizza“, Nase → „riecht gut“. Diese beiden Sinneseindrücke werden über somato-sensible Nerven an den zuständigen Bereich des Zentralen Nervensystems (ZNS) gemeldet und dort verarbeitet.
  2. Zur gleichen Zeit melden die Eingeweiderezeptoren -> „Magen leer“. Über viscero-sensible Nerven gelangt diese Meldung zeitgleich an das ZNS und wird dort ebenso verarbeitet.
  3. Als Reaktion auf diese Reize erfolgt vom ZNS aus folgendes:
  4. Über viscero-motorische Nerven gelangt ein Nervenimpuls vom ZNS an Eingeweide, Drüsen und Muskeln: Die Speicheldrüse produziert vermehrt Speichel, der Magen knurrt und bildet vermehrt Magensaft.
  5. Über somato-motorische Nerven gelangt ein Nervenimpuls vom ZNS an die Skelettmuskulatur von Arm, Hand und Mund: Die Hand greift nach der Pizza, der Mund öffnet sich um ein Stück abzubeissen.
  6. Über motorische Nerven gesteuert, wird die Pizza verspeist.

Infoleitung entlang der Nervenzellen

Schema des Ladezustands einer Nervenzelle im Ruhezustand.

  • Die Diffusionskraft an der Zellmembran ist größer als die Kraft der elektrischen Anziehung
    ( Fdiff > Fel. Anz )
  • Da in der Membran einige K+ Poren offen sind, diffundieren einige K+ Ionen nach draussen.
  • Außerhalb der Nervenzelle befinden sich mehr positiv geladene Ionen.
  • Innerhalb der Nervenzelle befinden sich mehr negativ geladene Ionen.
  • Dadurch entsteht ein Ladungsunterschied von -70 mV.

 

Abb. 2: Schema des Ladezustands einer Nervenzelle im Ruhezustand.

Reizarten

Ein Reiz ist ein Signal aus der Umwelt, welcher eine Reaktion auslöst. Es gibt verschiedene Reizarten.

Reizart Beispiel
Mechanisch Druck, Vibration.
Thermisch Wärme, Kälte.
Chemisch Geruch, Geschmack, Überträgerstoffe an Synapsen, Hormone, O2, CO2, ph-Wert.
Akustisch Lauter Knall (z. B. Überschallknall).
Optisch z. B. Fotos oder Dias von Reisen etc.
Elektrisch Stromschlag, statisch aufgeladene Gegenstände.
Noxe – Gewebezerstörend (Schmerz) Verbrennungen, Schürfwunden, etc.

Rezeptorarten

Reize werden von den Rezeptoren aufgenommen und in einen elektrischen Impuls ( = Erregung) umgewandelt.

Rezeptorart Reizart
Mechanorezeptoren Taktil (Druck, Zug, Vibrationen), Akustisch, Gleichgewicht
Thermorezeptoren Kälte, Wärme
Chemorezeptoren Säure, Laugen, etc.
Photorezeptoren Licht
Nocizeptoren Schmerz

Rezeptorpotenzial

Durch einen Reiz werden Na+ Poren in der Membran geöffnet. Na+ strömt ein → Depolarisation (= Erregung) evtl. Umpolarisation (Abb.3).

Abb. 3: Schematische Darstellung eines Rezeptorpotentials.

Abb. 3: Schematische Darstellung eines Rezeptorpotentials.

Das Rezeptorpotential bildet den Reiz ab: je stärker und länger der Reiz, desto größer und länger die Depolarisation.

Weiterleitung der Erregung vom Reizort zum ZNS

Abb. 4: Erregungsweiterleitung in einer Nervenzelle.

Abb. 4: Erregungsweiterleitung in einer Nervenzelle.

  • Potentialabhängige NA+ Kanäle sind zu, solange das Membranpotential in ihrer Nähe unter -50mV liegt (z.B. -70 mV).
  • Sobald das Membranpotential durch Depolarisation über -50 mV (d.h. über der Schwelle) liegt, gehen die potentialabhängigen NA+ Kanäle auf
  • NA+ strömt ein -> Depolarisation + Umpolarisation auf bis zu +40 mV.
  • Auf den NA+ Einstrom folgt mit kurzer zeitlicher Verzögerung ein K+ Ausstrom → Repolarisation.
Abb. 5: Ablauf eines Aktionspotential im Detail.

Abb. 5: Ablauf eines Aktionspotential im Detail.

  • Es entstehen immer wieder neue Aktionspotentiale solange der überschwellige Reiz anhält (Siehe Abb. 4 Punkt 1).
  • Je stärker der Reiz, desto häufiger entstehen Aktionspotentiale (= desto höher die Aktionspotential-Frequenz, siehe Abb. 6).
Abb. 6: Zusammenhang von Reizstärke zu Membranpotential.

Abb. 6: Zusammenhang von Reizstärke zu Membranpotential.

  • In der Art einer Kettenreaktion löst die Erregung (Siehe Abb. 4 Punkt 1) ein Aktionspotential am nächsten Na+ – Kanal aus (Siehe Abb. 4 Punkt 2) usw. aus. Der Reiz wird immer weiter geleitet.
  • Die Weiterleitung erfolgt gerichtet, weil die Nervenzell-Membran direkt nach dem Aktionspotential nicht erregbar (= refraktär) ist (Pumpe muss erst etwas Ordnung schaffen).

Erregungsweiterleitung

Kontinuierliche Weiterleitung der Erregung an marklosen Nervenfasern.

Abb. 7a: marklose Nervenfaser

Abb. 7a: marklose Nervenfaser

Langsame Leitung 0,5 m – 2 m /sec. (z.B. dumpfer Schmerz, motorische Infos aus den Eingeweiden).

Abb. 7b: Kontinuierliche Weiterleitung der Erregung an einer marklosen Nervenfaser.

Abb. 7b: Kontinuierliche Weiterleitung der Erregung an einer marklosen Nervenfaser.

Saltatorische (= sprungartige) Weiterleitung der Erregung an markhaltigen Nervenfasern.

Abb. 8a: markhaltige Nervenfaser

Abb. 8a: markhaltige Nervenfaser

Schnelle Leitung 20 m – 120 m/sec. (z.B. Tastsinn, motorische Infos aus der Skelettmuskulatur).

Abb. 8b: Saltatorische Weiterleitung der Erregung an einer markhaltigen Nervenfaser.

Abb. 8b: Saltatorische Weiterleitung der Erregung an einer markhaltigen Nervenfaser.

Synapse

Definition

Die Synapse ist eine Kontaktstelle zwischen Nervenzelle → Nervenzelle, Nervenzelle → Muskelzelle und Nervenzelle → Drüsenzelle.

Übertragung der Erregung über eine Synapse

  • AP kommt am Endkopf des Neuriten der NZ1 an (= Präsynapse).
  • Ca++ strömt durch jetzt geöffnete Kanäle in die Präsynapse ein.
  • Vesikelausschüttung (=Exocytose) = Freisetzung der Überträgerstoffe (Transmitter) angeregt durch Ca++.
  • Diffusion der TM (=Transmitter) durch den synaptischen Spalt zur Postsynapse.
  • Reaktion der Transmitter mit den Rezeptorproteinen der Postsnapse ( Schlüssel /Schlossprinzip).
  • Öffnen von Na+ Kanälen in der Membran der Postssynapse.
  • Rezeptorpotential → Aktionspotential.

Ende der Erregung

  • Transmitter spalten das Enzym (z.B. Acetylcholinesterase)
  • Die Bruchstücke (z.B. Acetyl + Cholin) werden wieder in die Präsynapse aufgenommen.

Neurotransmitter

Acetylcholin (Ach)

  • Motoneuron → Skelettmuskelzelle
  • Sensibles Neuron → Motoneuron und Interneuron
  • Parasympathisches N. → Organ (Herzmuskelzellen werden gehemmt, Darmmuskelzellen werden erregt).

Noradrenalin (NA)

Sympathisches Neuron → Organ (Herzmuskelzellen werden erregt, Darmmuskelzellen werden gehemmt).

Gamma-Aminobuttersäure (GaBa)

Hemmende Interneuronen des Rückenmarks → alpha-Motoneuron

Glycin

Interneuron → alpha-Motoneuron (Gehirn), hemmend

Dieser Beitrag wurde zuletzt am 9. Jun 2018 @ 21:19 überarbeitet.

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