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Körper: Herz

Herz eines Hundes von links. 1 linke Herzkammer, 2 Sulcus interventricularis paraconalis, 3 rechte Herzkammer, 4 Conus arteriosus, 5 Truncus pulmonalis, 6 Ligamentum arteriosum, 7 Aortenbogen, 8 Truncus brachiocephalicus, 9 Arteria subclavia sinistra, 10 rechtes Herzohr, 11 linkes Herzohr, 12 Herzkranzfurche mit Fett, 13 Lungenvenen.
Herz eines Hundes von links. 1 linke Herzkammer, 2 Sulcus interventricularis paraconalis, 3 rechte Herzkammer, 4 Conus arteriosus, 5 Truncus pulmonalis, 6 Ligamentum arteriosum, 7 Aortenbogen, 8 Truncus brachiocephalicus, 9 Arteria subclavia sinistra, 10 rechtes Herzohr, 11 linkes Herzohr, 12 Herzkranzfurche mit Fett, 13 Lungenvenen.

Das Herz (lateinisch-anatomisch das Cor, griechisch-pathologisch die Kardia, καρδια oder latinisiert Cardia, jeweils mit Betonung auf dem i im Gegensatz zum Griechischen) ist ein muskuläres Hohlorgan, das den Körper durch rhythmische Kontraktionen mit Blut versorgt und dadurch die Durchblutung aller Organe sichert. Die Lehre von Struktur, Funktion und Erkrankungen des Herzens ist die Kardiologie. Ein Leben ohne Herz ist für höhere Tiere und die Menschen nicht möglich - wohl aber mit einem künstlichen Herzen. Das Herz gehört zu den ersten angelegten Organen während der Embryonalentwicklung.

Grundaufbau

Säugetiere

Eröffnete Herzkammern eines Lammes, die Vorhöfe sind entfernt
Eröffnete Herzkammern eines Lammes, die Vorhöfe sind entfernt

Das Herz der Säugetiere setzt sich aus zwei Teilen zusammen.

Da der Gesamtgefässwiderstand des Körperkreislaufs rund fünf mal grösser ist als der des Lungenkreislaufs, muss die linke Herzkammer (s. u.) eine entsprechend grössere Druckarbeit verrichten und weist daher eine deutlich stärkere Wanddicke auf als die rechte. Das Füllungs- und Schlagvolumen beider Herzkammern ist jedoch gleich.

Amphibien

Das Herz der Amphibien besitzt:


Das menschliche Herz

Die Gestalt des Herzens gleicht einem gut faustgrossen, abgerundeten Kegel, dessen Spitze nach unten und etwas nach links vorne weist. Das Herz sitzt beim Menschen in der Regel leicht nach links versetzt hinter dem Brustbein (siehe weiter unten unter Topographie), in seltenen Fällen nach rechts versetzt (die sogenannte Dextrokardie - Rechtsherzigkeit), meist bei Situs inversus (spiegelverkehrter Organanordnung).

Das gesunde Herz wiegt etwa 0,5% des Körpergewichts und im Durchschnitt zwischen 300 und 350 g, wobei es bei dauerhafter Belastung eher mit der (risikoarmen) Vergrösserung schon bestehender Herzmuskelzellen reagiert - ab ca. 500 g, dem so genannten kritischen Herzgewicht, erhöht sich das Risiko einer Mangelversorgung des nunmehr vergrösserten Herzens mit Sauerstoff, da die versorgenden Koronararterien nicht in gleichem Masse mitwachsen.

Länge des Herzens 15 cm
Gewicht des Herzens 300 g
Schlagvolumen 70 cm3
Herzminutenvolumen, in Ruhe 4900 cm3 (4,9 Liter)
Herzminutenvolumen, grosse Anstrengung 20000 - 30000 cm3 (20-30 Liter)
Geförderte Blutmenge in 70 Jahren ~180.000.000 Liter
Arbeit pro Schlag, linke Kammer ~ 0,8 J
Rechte Kammer ~ 0,16 J
Tägliche Arbeit des Herzens ~ 100.000 J
Zahl der Herzschläge in einem Jahr (Durchschnitt) 36.000.000
Zahl der Herzschläge in 70 Jahren ca 4.000.000.000
Die Angaben sind Mittelwerte.

Die Gesamtzahl der Herzschläge im Leben eines Säugetieres beträgt im Maximum rund eine Milliarde. Der Mensch ist dabei eine Ausnahme: er bringt es maximal auf fast vier Milliarden Herzschläge.

Entwicklung

Das Herz beginnt sich schon in der 3. Woche der Embryonalentwicklung zu bilden. Dazu lagern sich Angioblasten vor und seitlich der Prächordalplatte an. Sie bilden zunächst mehrere kleinere Sinus und verschmelzen schliesslich zum hufeisenförmigen Herzschlauch. Die Anlage wandert dann nach kaudal und ventral. Um den Herzschlauch herum liegt Mesenchym aus der Splanchopleura (Seitenplattenmesoderm), welches das Myokard bildet. Das Epikard entsteht aus Mesothelzellen.

Der primitive Herzschlauch besteht aus folgenden Anteilen:

Sinus venosus
Atrium primitivum
Ventriculus Primitivus
Bulbus cordis primitivus
Truncus arteriosus

Am 23. bzw. 24. Tag beginnt das Herz mit peristaltischen Kontraktionen. Es pulsiert zum ersten Mal.

Man unterscheidet am Herzen eine Einstrom- von einer Ausstrombahn. In den Sinus venosus fliessen die Vv. vitellinae, Vv. umbilicales und Vv. cardinales ant. und post. ein. Die Ausstrombahn erhält erst Anschluss an die Pharyngealbogenarterien, später an den Aortenbogen bzw. Truncus pulmonalis.

Wichtige Prozesse im Rahmen der Entwicklung sind die Bildung des Cor sigmoideum (Vom Schlauch zur Schleife) und die Trennung in 2 getrennte Kreisläufe (Körperkreislauf und Lungenkreislauf). Weiter werden das Atrium primitvum in einen rechten und linken Vorhof (durch Auswachsen von Endokardkissen) und der Ventrikulus primitivus in eine rechte und linke Herzkammer (durch Bildung des muskulösen und membranösen Septums.

Die Segelklappen (zwischen Vorhöfen und Kammern) bilden sich ebenfalls aus auswachsenden Endokardkissen, die Taschenklappen durch Bildung von Endothelwülsten.

Struktur

Wandschichten

Das Herz liegt hinter dem Brustbein im Brustkorb in einem bindegewebigen Herzbeutel (Perikard, Pericardium fibrosum), der das Herz vollständig umschliesst. Die untere Seite des Perikards ist mit dem Zwerchfell (Diaphragma) verwachsen, so dass die Bewegungen des Zwerchfells bei der Atmung auf das Herz übertragen werden. Die innerste Schicht des Herzbeutels (Pericardium serosum) schlägt am Abgang der grossen Blutgefässe (s. u.) in das Epikard um, das dem Herzen direkt aufliegt. Zwischen Perikard und Epikard liegt dann ein mit 10-20 mL Flüssigkeit gefüllter kapillärer Spaltraum, der reibungsarme Verschiebungen des Herzen im Herzbeutel ermöglicht.

Diese komplizierten Verhältnisse werden anschaulicher, wenn man sich den Herzbeutel als einen mit Luft gefüllten und verschlossenen Luftballon vorstellt. Die eigene zur Faust geschlossene Hand stellt das Herz dar. Drückt man den Luftballon mit der Faust so weit ein, dass sie vom Ballon vollständig umschlossen wird, so liegt eine Schicht des Luftballons der Faust (dem "Herzen") direkt an. Diese Schicht, die dem Epikard entspricht, schlägt am Übergang zum Arm in eine äussere Schicht um. Diese äussere Schicht entspricht dem Perikard. Zwischen beiden befindet sich ein mit Luft gefüllter Raum, der dem flüssigkeitsgefüllten Spaltraum des Herzbeutels vergleichbar ist.

Unter dem Epikard befindet sich eine Fettschicht (Tela subepicardiaca), in der die Herzkranzgefässe (s. u.) verlaufen. Die dicke Muskelschicht (Myokard) besteht aus spezialisiertem Muskelgewebe, das nur im Herzen vorkommt. Die Innenräume werden vom Endokard ausgekleidet, das auch die Herzklappen (s. u.) bildet.

Räume und Gefässe

Schema des menschlichen Herzens
Schema des menschlichen Herzens

Rechte und linke Herzhälfte bestehen jeweils aus einer Kammer (Ventrikel) und einem Vorhof (Atrium). Getrennt werden diese Räume durch die Herzscheidewand. Diese wird in die Vorhofscheidewand (Septum interatriale) und die Kammerscheidewand (Septum interventriculare) unterteilt.

Das Blut kann in den Herzräumen nur in eine Richtung fliessen, da sich zwischen den Vorhöfen und Kammern und den sich an die Kammern anschliessenden Gefässen Herzklappen befinden, die wie Ventile arbeiten. In den rechten Vorhof münden die obere und untere Hohlvene (Vena cava superior et inferior). Sie führen das sauerstoffarme (venöse) Blut aus dem grossen Kreislauf dem Herzen zu. Zwischen rechtem Vorhof und rechter Kammer befindet sich die Trikuspidalklappe, die bei der Kammerkontraktion (Systole, s. u.) wie ein Ventil einen Rückstrom des Blutes in den Vorhof verhindert. Sie besitzt drei Anteile, die wie Segel über Sehnenfäden an der Kammermuskulatur befestigt sind (daher auch „Segelklappe”). Über einen gemeinsamen Stamm (Truncus pulmonalis) verlassen die beiden Lungenarterien die rechte Kammer. Auch zwischen Kammer und Lungenarterien befindet sich eine Herzklappe, die Pulmonalklappe. Diese Art der Klappen wird wegen ihrer Form auch Taschenklappe genannt. Die Lungenarterien führen das sauerstoffarme Blut dem Lungenkreislauf zu.

Durch meist vier Lungenvenen fliesst das nun sauerstoffreiche (arterielle) Blut aus dem Lungenkreislauf dem linken Vorhof zu. Von hier aus gelangt es über eine weitere Segelklappe, der Mitralklappe zur linken Kammer. Der Ausstrom geschieht über die Aorta, die wie die Lungenarterie eine Taschenklappe besitzt (Aortenklappe).

Arterien transportieren das Blut vom Herzen zu den Organen, Venen von den Organen zum Herzen. Arterien des Körperkreislaufs führen sauerstoffreiches (arterielles) Blut, während Arterien des Lungenkreislaufs sauerstoffarmes (venöses) Blut führen. Umgekehrt ist das Blut in den Venen des Körperkreislaufs sauerstoffarm (venös), das der Lungenvenen sauerstoffreich (arteriell).

Während eines Herzzyklus füllen sich zunächst die Vorhöfe, während gleichzeitig die Kammern das Blut in die Arterien auswerfen. Wenn sich die Kammermuskulatur entspannt, öffnen sich die Segelklappen durch den Druckabfall in der Kammer und das Blut fliesst aus den Vorhöfen hinein. Unterstützt wird dies durch ein Zusammenziehen der Vorhöfe (Vorhofsystole). Es folgt die Kammersystole: die Kammermuskulatur zieht sich zusammen, der Druck steigt an, die Segelklappen schliessen sich und das Blut kann nur durch die nun geöffneten Taschenklappen in die Arterien ausströmen. Ein Rückfluss des Blutes aus den Arterien während der Entspannungsphase (Diastole) wird durch den Schluss der Taschenklappen verhindert. Die Strömungsrichtung wird also allein durch die Klappen bestimmt.

Alle vier Klappen des Herzens befinden sich ungefähr in einer Ebene, der Ventilebene, und sind gemeinsam an einer Bindegewebsplatte, dem Herzskelett, aufgehängt.

Topographie

Topographie des menschlichen Herzens
Topographie des menschlichen Herzens

Das Herz liegt innerhalb des Herzbeutels (Perikard) im Mediastinum: Seitlich grenzen getrennt durch parietale und viszerale Pleura (Brustfell) die linke und rechte Lunge an das Herz. Unten sitzt das Herz dem Zwerchfell auf, das mit dem Herzbeutel verwachsen ist. Oberhalb teilt sich die Luftröhre (Trachea) in die beiden Hauptbronchien (Bifurcatio tracheae), deren linker vom Aortenbogen überquert wird. Hinter dem linken Vorhof liegt in direktem Kontakt die Speiseröhre. Vor dem Herzen befindet sich das Brustbein (Sternum), im oberen Bereich liegt es vor den abgehenden grossen Gefässen. Zwischen Brustbein und Herz liegt der Thymus.

Das Herz liegt also praktisch direkt hinter der vorderen Leibeswand in Höhe der zweiten bis fünften Rippe. Die Herzbasis oben reicht nach rechts etwa zwei Zentimeter über den rechten Brustbeinrand hinaus. Unten kommt die Herzspitze knapp an eine gedachte senkrechte Linie heran, die durch die Mitte des linken Schlüsselbeins verläuft (linke Medioklavikularlinie).

Herzkranzgefässe

Aus dem Anfangsteil der Aorta entspringen die Herzkranzgefässe (Koronararterien). Sie versorgen den Herzmuskel mit Blut. Da sie zwar miteinander anastomosieren, diese Anastomosen jedoch zu schwach sind, um bei Mangelversorgung eine Durchblutung des Gewebes auf anderem Wege zu gewährleisten, bezeichnet man die Herzkranzarterien als "funktionelle Endarterien". Das sauerstoffarme Blut aus dem Herzmuskel wird durch die Herzvenen in den Sinus coronarius geleitet, der direkt in den rechten Vorhof mündet.

Es gibt eine linke und eine rechte Koronararterie:

Pumpvorgang

Mechanik der Herzaktion

Abgesehen von der Herzmuskulatur, besteht das Wirbeltierherz zusätzlich aus einer bindegewebigen Platte, dem sog. Herzskelett. Das Herzskelett hat drei wichtige Funktionen:

Das Herzskelett (die Ventilebene) ist ausschlaggebend für die Mechanik bei der Herzaktion:
Aufgrund des Rückstosses bei der Blutaustreibung ist die Herzspitze im Laufe des gesamten Herzzyklus relativ fixiert und bewegt sich kaum. Somit wird folglich bei einer Kontraktion der Kammermuskeln die Ventilebene nach unten in Richtung der Herzspitze gezogen. Es entsteht ein Zug auf die grossen Herzgefässe, die sich nun bei Erschlaffung des Kammermuskels reflektorisch kontrahieren und somit die Ventilebene wieder nach oben ziehen. Die Mechanik des Herzens ist demnach ein „Heben und Senken der Ventilebene”.

Bei der Senkung der Ventilebene wird somit zum einen das Blut aus der Kammer in den Kreislauf ausgeworfen und es vergrössert sich auch der Vorhof. Es kommt zu einem Unterdruck, wodurch Blut aus den grossen Venen in die Vorhöfe strömt. Bei der Erschlaffung des Kammermyokards hebt sich nun die Ventilebene, wodurch die Kammer passiv in die Blutsäule der Vorhöfe ausgedehnt wird und sich dadurch (zu ca. 70-80 %) füllt. Die anschliessende Kontraktion der Vorhöfe pumpt nun das restliche Blut in die Kammern und leitet somit einen neuen Herzzyklus ein. Die Vorhofkontraktion ist daher nicht zwingend für das Funktionieren des Herzens nötig, was sich auch daran zeigt, dass (im Gegensatz zum Kammerflimmern), Patienten mit Vorhofflimmern durchaus lebensfähig sind.

Erregungsleitungssystem

Erregungsleitung am Herzen mit EKG
Erregungsleitung am Herzen mit EKG

Damit sich die elektrische Erregung, die für die Herzaktion verantwortlich ist, über das Herz ausbreiten kann, sind die einzelnen Herzmuskelzellen über kleine Poren in ihren Zellmembranen miteinander verbunden. Über diese Gap Junctions fliessen Ionen von Zelle zu Zelle. Dabei nimmt die Erregung im Sinusknoten zwischen oberer Hohlvene und rechtem Herzohr ihren Ursprung, breitet sich erst über beide Vorhöfe aus und erreicht dann über den AV-Knoten in der Ventilebene die Kammern. Die Ventilebene, in der auch die vier Herzklappen liegen, besteht aus Bindegewebe und ist bis auf den AV-Knoten für die elektrische Erregung undurchlässig.

In den beiden Herzkammern gibt es ein Erregungsleitungssystem zur schnelleren Fortleitung, das aus spezialisierten Herzmuskelzellen besteht. Diese Zellen bilden vom AV-Knoten ausgehend das His-Bündel, das sich in einen rechten und einen linken Tawara-Schenkel für die rechte und die linke Kammer aufteilt. Der linke Tawara-Schenkel teilt sich in ein linkes vorderes und ein linkes hinteres Bündel. Die Endstrecke des Erregungsleitungssystems wird durch Purkinje-Fasern gebildet, die bis zur Herzspitze verlaufen, dort umkehren und direkt unter dem Endokard (s. o.) in der Arbeitsmuskulatur enden. Zum Teil können sie auch als falsche Sehnenfäden durch die Lichtung der Kammer ziehen. Dieses System ermöglicht den Kammern, sich trotz ihrer Grösse koordiniert zu kontrahieren.

Erreichen den AV-Knoten aus irgendeinem Grunde keine Vorhoferregungen, so geht von ihm selbst eine langsamere Kammererregung aus (ca. 40 /min). Der AV-Knoten bildet auch einen Frequenzfilter, der zu schnelle Vorhoferregungen (z. B. bei Vorhofflattern oder -flimmern) abblockt (vgl. AV-Block).

Das Herz pumpt in Ruhe etwa das gesamte Blutvolumen des Körpers einmal pro Minute durch den Kreislauf, das sind etwa fünf Liter pro Minute. Bei körperlicher Belastung kann die Pumpleistung etwa auf das Fünffache gesteigert werden, wobei sich der Sauerstoffbedarf entsprechend erhöht. Diese Steigerung wird durch eine Verdoppelung des Schlagvolumens und einer Steigerung der Herzfrequenz um den Faktor 2,5 erreicht. Bei jeder Pumpaktion fördert jede Kammer etwas mehr als die Hälfte ihres Füllungsvolumens, ca. 50 - 100 ml Blut. Die Herzfrequenz (Schläge/Minute) beträgt in Ruhe 50 - 80/min (bei Neugeborenen über 120-160) und kann unter Belastung bis 200/min ansteigen. Liegt ein zu langsamer Herzschlag vor (unter 60/min im Ruhezustand), wird von einer Bradykardie gesprochen; schlägt das Herz zu schnell (über 90/min im Ruhezustand), spricht man von Tachykardie.

Die Herzfrequenz von Tieren ist im wesentlichen abhängig von der Grösse des Tiers. Das Herz des Blauwals etwa schlägt selbst bei Anstrengung nur 18 bis 20 mal in der Minute, das der Maus etwa 500 mal pro Minute.

Regulation

Bei körperlicher Belastung wird die Herzleistung durch die Einwirkung sympathischer Nervenfasern gesteigert, die an den Zellen der Arbeitsmuskulatur und auch des Erregungsleitungssystems den Transmitter Noradrenalin freisetzen. Zusätzlich erreicht Noradrenalin zusammen mit Adrenalin das Herz als Hormon über die Blutbahn. Die Wirkung von Noradrenalin und Adrenalin wird überwiegend über Beta-1-Rezeptoren vermittelt und besteht aus einer Steigerung der Herzkraft (positiv inotrop), der Herzfrequenz (positiv chronotrop), der Überleitungsgeschwindigkeit im AV-Knoten (positiv dromotrop) und der Erregbarkeit des Herzens (positiv bathmotrop).

Der Gegenspieler des Sympathikus ist auch am Herzen der Parasympathikus welcher über den Nervus vagus (X. Hirnnerv) wirkt, der mit dem Transmitter Acetylcholin die Herzfrequenz, die Kontraktionskraft des Herzens, die Überleitungsgeschwindigkeit des AV-Knotens und die Erregbarkeit des Herzens herabsetzt (negativ chronotrop, inotrop, dromotrop und bathmotrop), wobei die Wirkung des Parasympathikus auf die Inotropie und Bathmotropie eher gering ist.

Gleichzeitig passt sich die Kontraktionskraft automatisch den Erfordernissen an: Wird der Herzmuskel durch zusätzliches Blutvolumen stärker gedehnt, so verbessert sich dadurch die Funktion der kontraktilen Elemente in den Muskelzellen (Frank-Starling-Mechanismus). Dieser Mechanismus trägt wesentlich dazu bei, dass sich das Schlagvolumen von rechter und linker Kammer mittelfristig nicht unterscheidet: Erhöht sich aus irgendeinem Grund kurzfristig das Schlagvolumen einer Herzhälfte, so führt dies zu einer Vergrösserung des Füllungsvolumens der anderen Herzhälfte bei der folgenden Herzaktion. Dadurch wird die Wand stärker gedehnt und die Kammer kann mit verbesserter Kontraktionskraft ebenfalls ein grösseres Blutvolumen auswerfen.

Das Herz produziert in seinen Vorhöfen (vor allem im rechten Vorhof) auch dehnungsabhängig ein harntreibendes Hormon, das atriale natriuretische Peptid (ANP), um Einfluss auf das zirkulierende Blutvolumen zu nehmen.

Geschlechtliche Unterschiede

Nach einer Studie der Universität Liverpool verliert das Herz bei gesunden Männern zwischen dem 18. und 70. Lebensjahr ein Viertel seiner Pumpleistung, sofern es nicht durch körperliche Aktivitäten trainiert wird. Bei Frauen sind derartige Veränderungen nur geringfügig, die Ursachen sind nicht genau geklärt.

Erkrankungen

In der Medizin beschäftigt sich die Kardiologie als Spezialisierung der Inneren Medizin mit dem Herzen und der so genannten konservativen Therapie der Herzerkrankungen (für Operationen sind die Herzchirurgen zuständig), bisher aber nicht mit den angeborenen Herzfehlbildungen. Diese fallen, soweit konservativ therapierbar, in das Fachgebiet der Kinderkardiologie, welches sich als Teilgebiet der Pädiatrie in den letzten 40 Jahren entwickelt hat, bzw. bei Notwendigkeit operativer Therapie in den Aufgabenbereich der zumindest in Deutschland als Spezialisierung etablierten Kinderherzchirurgie. Da seit ca. 20 Jahren zunehmend Kinder mit komplexen angeborenen Herzfehlern das Erwachsenenalter erreichen, stellt sich heute die Frage der medizinischen Versorgung für diesen Patientenkreis, der lebenslang auf kardiologische Kontrolluntersuchungen angewiesen ist und bei dem evtl. auch Re-Operationen anstehen. Erst vereinzelt (2004) haben sich bisher Erwachsenenkardiologen intensiv auf dem Gebiet der angeborenen Herzfehler fortgebildet. Kinderkardiologen sind zwar sehr kompetent im Bereich der verschiedenen Krankheitsbilder, jedoch als Pädiater nicht im Bereich der Erwachsenkardiologie ausgebildet. Deshalb werden heute zunehmend interdisziplinäre Sprechstunden in verschiedenen Herzzentren angeboten.

Zitat

"Das Herz der Lebewesen ist der Grundstock ihres Lebens, der Fürst ihrer aller, der kleinen Welt Sonne, von der alles Leben abhängt, alle Frische und Kraft ausstrahlt. Gleicherweise ist ein König der Grundstock seiner Reiche und die Sonne seiner kleinen Welt, des Staates Herz, von dem alle Macht ausstrahlt, alle Gnade ausgeht. Diese Schrift hier über die Bewegung des Herzens habe ich Seiner Majestät (wie es Sitte dieser Zeit ist) um so mehr zu widmen gewagt, als [...] beinahe alle menschlichen Taten wie auch die meisten Taten eines Königs unter der Eingebung des Herzens sich vollziehen." von William Harvey: Die Bewegung des Herzens und des Blutes (lateinische Originalausgabe von 1628).


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