Cor (Herz): Räume, Klappen und der Rhythmus des Blutstroms

Wo das Herz im Brustkorb liegt

Das Herz liegt im Mediastinum (Mittelfellraum) zwischen den Lungen und hat beim Erwachsenen etwa die Größenordnung einer eigenen Faust. Vor ihm befinden sich Brustbein und Rippenknorpel, unter ihm das Zwerchfell. Die Speiseröhre verläuft hinter dem Herzen. Das Organ steht schräg: Seine Spitze zeigt nach links unten und nach vorn; seine breitere Basis orientiert sich nach hinten oben. Große Gefäße verbinden es an dieser Region mit den übrigen Kreislaufwegen. [4][22]

Die räumlichen Beziehungen helfen beim Lesen von Bildern. Die rechte Kammer liegt überwiegend weiter vorn, die linke bildet einen großen Teil der linken Begrenzung und die Herzspitze. Der linke Vorhof liegt besonders weit hinten. In der geöffneten Lehransicht erscheinen die vier Räume nebeneinander. Die Seitenbezeichnungen beziehen sich dabei auf den Menschen: Körper rechts steht im Bild links. [5][13]

Zwei Herzhälften mit je zwei Räumen

Ein Vorhof heißt Atrium, eine Herzkammer Ventrikel. Vorhofseptum und Kammerscheidewand trennen die rechte von der linken Seite. Die Vorhöfe besitzen dünnere Muskelwände und nehmen den venösen Zufluss auf. Ihre Verbindungen zu den Kammern führen durch die beiden Segelklappen. Die Kammern erzeugen den Druck für den anschließenden Auswurf in die großen Arterien. [1][22]

Die linke Kammer besitzt eine wesentlich kräftigere Muskelwand als die rechte. Sie treibt den Körperkreislauf mit seinem höheren Strömungswiderstand an. Die rechte Kammer fördert Blut durch die Lunge. Beide Pumpen arbeiten im selben zusammenhängenden Kreislauf; ihre Fördermengen stimmen im längerfristigen Mittel annähernd überein. Die Wandstärke passt somit zur unterschiedlichen Druckarbeit der beiden Kreislaufabschnitte. [5][10]

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Der rechte Vorhof: drei wichtige Zuflusswege

Über die obere Hohlvene gelangt Blut aus Kopf, Hals, Armen und großen Teilen des Brustkorbs zum rechten Vorhof. Die untere Hohlvene sammelt den Rückstrom aus den darunterliegenden Körperregionen. Ein dritter wichtiger Zugang ist die Mündung des Koronarsinus: Dieser sammelt einen großen Teil des venösen Blutes aus dem Herzmuskel selbst. [13][15]

Der rechte Vorhof besitzt einen glatteren Zuflussbereich und Abschnitte mit kleinen Muskelkämmen. Eine zipfelförmige Ausstülpung bildet das rechte Herzohr. An der Vorhofscheidewand liegt die Fossa ovalis, eine flache anatomische Spur der fetalen Verbindung zwischen den Vorhöfen. Von hier aus führt der normale weitere Blutweg durch die Trikuspidalklappe in die rechte Kammer. [13][22]

Die Vorhöfe zwischen Zufluss und Kammerfüllung

Während die Kammern Blut auswerfen, strömt aus den großen Venen weiter Blut in die entspannten Vorhöfe. Sie dienen in diesem Abschnitt als aufnehmende Räume. Öffnen sich später die AV-Klappen, kann der Zufluss durch die Vorhöfe in die Kammern weitergehen. Gegen Ende der Kammerdiastole steuert die Kontraktion der Vorhöfe einen zusätzlichen Anteil zur Füllung bei. [23]

Damit verändert sich die Vorhofaufgabe innerhalb desselben Schlags: aufnehmen, weiterleiten und aktiv zur Füllung beitragen. Auch die Bewegung der AV-Übergänge verändert das Vorhofvolumen. Der venöse Zufluss und die zyklische Arbeit der Kammern werden auf diese Weise miteinander verbunden. Eine geöffnete anatomische Ansicht erklärt die möglichen Wege; die zeitliche Abfolge zeigt, wann welcher Übergang offen ist. [7][23]

Rechte Kammer und Weg zur Lunge

Die Innenwand der rechten Kammer trägt Muskelbälkchen, die Trabeculae carneae. Aus der Wand ragen Papillarmuskeln hervor. Ihre Sehnenfäden ziehen zu den Segeln der Trikuspidalklappe. Weiter in Richtung Ausfluss wird die Wand glatter: Der Ausflusstrakt führt zur Pulmonalklappe und anschließend in den Lungenarterienstamm, den Truncus pulmonalis (Lungenstamm). [12][13]

Der Stamm teilt sich in eine rechte und eine linke Lungenarterie. Ihre Äste erreichen die Kapillarnetze an den Lungenbläschen. Dort erfolgt der Gasaustausch: Sauerstoff gelangt ins Blut, Kohlendioxid in die Atemluft. Arterien sind über ihre Flussrichtung vom Herzen weg definiert; im Lungenkreislauf transportieren sie entsprechend sauerstoffärmeres Blut zur Lunge. [2][35]

Linker Vorhof und Weg in den Körper

Aus der Lunge kehrt das Blut gewöhnlich über vier große Lungenvenen zum linken Vorhof zurück: je eine obere und untere Vene von jeder Seite. Ihre Mündungen liegen im hinteren Vorhofbereich. Durch die Mitralklappe gelangt das Blut in die linke Kammer. Diese Verbindung liegt räumlich neben dem Ausflusstrakt zur Aorta (Hauptschlagader). [10][22]

Die linke Kammer besitzt ebenfalls Muskelbälkchen, Papillarmuskeln und Sehnenfäden. Ihr glatterer Ausflussbereich führt zur Aortenklappe. Dahinter beginnt die Aortenwurzel mit den Abgängen der Herzkranzarterien. Die aufsteigende Aorta geht in den Aortenbogen über; von dort verteilen weitere Äste das Blut in die Körperregionen. Der Blutweg durch das Herz lässt sich damit als Folge klar zugeordneter Anschlüsse verfolgen. [2][13][16]

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Vier Klappen an vier Übergängen

Die Trikuspidalklappe liegt zwischen rechtem Vorhof und rechter Kammer, die Mitralklappe zwischen linkem Vorhof und linker Kammer. Sie gehören zu den atrioventrikulären Klappen, kurz AV-Klappen. Die Trikuspidalklappe besitzt typischerweise drei Segel, die Mitralklappe zwei. Beide Klappenapparate verbinden bewegliche Segel mit bindegewebiger Verankerung und dem Halteapparat in der Kammer. [22]

Die Aorten- und Pulmonalklappe liegen an den Kammerausgängen. Ihre jeweils drei taschenförmigen Anteile tragen zur Einbahnführung des Ausstroms bei. Bei beginnender Rückströmung füllen sich die Taschen und legen sich aneinander. Das Öffnen und Schließen folgt den Druckunterschieden auf den beiden Seiten. Die Lage der Klappen im räumlichen Herzgerüst ist versetzt: Insbesondere der pulmonale Ausfluss liegt weiter vorn als der aortale. [5][22]

Wie Segel, Sehnenfäden und Papillarmuskeln zusammenarbeiten

Wenn der Kammerdruck den Vorhofdruck übersteigt, werden die Segelklappen geschlossen. Die Papillarmuskeln spannen mit der Kammermuskulatur an und halten die Sehnenfäden unter Zug. So wird verhindert, dass die Segel unter dem steigenden Druck in den Vorhof umschlagen. Der Halteapparat erhält damit die Stellung der geschlossenen Klappe während des Auswurfs. [12][22]

Für den Blick in einen Herzschnitt ist die Ansatzrichtung entscheidend: Die Sehnenfäden verlaufen von den Klappensegeln zu Muskeln in der jeweiligen Kammer. In der eigenen Abbildung sind diese hellen Fäden unterhalb von Mitral- und Trikuspidalklappe zu erkennen. Aorten- und Pulmonalklappe arbeiten mit ihren Taschen am Arterienabgang. Der gleiche Flusszweck wird somit durch zwei unterschiedliche Konstruktionen erfüllt. [22]

Herzwand und Herzbeutel von innen nach außen

Das Endokard bildet die innere Auskleidung von Vorhöfen und Kammern und überzieht die Klappen. Zu ihm gehören die Endothelzelllage und darunterliegendes Bindegewebe. Im Myokard liegen die arbeitenden Herzmuskelzellen, Gefäße und stützendes Bindegewebe. Außen schließt sich das Epikard an, mit einer glatten mesothelialen Oberfläche sowie darunterliegendem Gewebe, Gefäßen und häufig Fett. [9]

Das Epikard bildet zugleich das viszerale Blatt des serösen Herzbeutels. Ihm steht das parietale seröse Blatt gegenüber; dazwischen liegt der flüssigkeitsbenetzte Perikardspalt. Weiter außen begrenzt das feste fibröse Perikard die Hülle. An den herznahen Gefäßabschnitten schlagen die serösen Blätter ineinander um. Dieses Gleitlager erleichtert die wiederholten Formänderungen des schlagenden Herzens. [5][22]

Der Herzmuskel als verbundenes Zellnetz

Herzmuskelzellen sind quergestreift und verzweigt. An ihren Glanzstreifen verbinden Haftkontakte benachbarte Zellen mechanisch; Gap Junctions ermöglichen die Weitergabe elektrischer Erregung. Zwischen den Muskelzellgruppen liegen Bindegewebe und ein dichtes Kapillarnetz. Viele Mitochondrien unterstützen die fortlaufende Energiebereitstellung. So verbinden sich die Eigenschaften einzelner Zellen mit der gemeinsamen Arbeit einer Kammerwand. [6][9]

Während einer Kontraktion verändern sich Wanddicke, Kammerform und der Abstand zwischen Herzbasis und Spitze. Die AV-Übergänge bewegen sich dabei in Richtung Herzspitze und anschließend wieder zurück. Diese Längsbewegung trägt zusammen mit der übrigen Muskelverkürzung zur Füllung und Entleerung bei. Die Tätigkeit des Herzens lässt sich deshalb als dreidimensionaler Wechsel aus Anspannen, Auswerfen, Entspannen und Füllen betrachten. [23]

Ein Herzschlag in vier Phasen

Die Kammersystole umfasst Anspannung und Austreibung. Zunächst steigen Wandspannung und Kammerdruck an. Die Segelklappen sind geschlossen, die Taschenklappen öffnen erst nach Überschreiten des arteriellen Drucks. In diesem kurzen isovolumetrischen Abschnitt ändert sich das Kammervolumen kaum. Sobald der Druck in der Kammer den Druck in der angeschlossenen großen Arterie übersteigt, beginnt die Austreibung. [7][23]

In der Austreibungsphase fließt Blut aus der rechten Kammer in den Lungenarterienstamm und aus der linken in die Aorta. Die AV-Klappen bleiben geschlossen. Gegen Ende nimmt die Kraftentwicklung ab; das Druckgefälle zu den Arterien kehrt sich um, und die Taschenklappen schließen. Ein Teil des zuvor enthaltenen Blutes verbleibt auch nach einem normalen Auswurf in der jeweiligen Kammer. [23]

Die Kammerdiastole beginnt mit der isovolumetrischen Entspannung. Für kurze Zeit sind wiederum alle Klappen geschlossen, während der Kammerdruck fällt. Unterschreitet er den Vorhofdruck, öffnen sich Mitral- und Trikuspidalklappe. Nun beginnt die Füllungsphase. Entspannung und elastische Rückstellung der Kammerwände unterstützen den Zufluss; die spätere Vorhofkontraktion ergänzt die Kammerfüllung. [7][23]

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Was die beiden Herztöne zeitlich markieren

Der erste Herzton entsteht zu Beginn der Kammersystole im Zusammenhang mit dem Schluss der Segelklappen und den dadurch angeregten Schwingungen. Der zweite Herzton folgt mit dem Schluss von Aorten- und Pulmonalklappe am Übergang zur Diastole. Mit dem Stethoskop wird die zeitliche Ordnung des Pumpzyklus dadurch hörbar. [3][7]

Zwischen erstem und zweitem Ton liegen Anspannung und Austreibung. Zwischen zweitem und nächstem erstem Ton folgen Entspannung und Füllung. Zusätzliche Geräusche werden nach ihrem zeitlichen Auftreten, ihrer Lage und ihrem Klang beurteilt. Die Zuordnung zu den Zyklusphasen hilft dabei, eine untersuchte Klappenfunktion räumlich und zeitlich zusammenzudenken. [17][19]

Sinusknoten, AV-Knoten und Kammeraktivierung

Im normalen Sinusrhythmus beginnt die Erregung im Sinusknoten nahe der Einmündung der oberen Hohlvene in den rechten Vorhof. Seine spezialisierten Herzmuskelzellen bilden selbstständig elektrische Impulse. Über das Vorhofmyokard erreicht die Erregung beide Vorhöfe und den AV-Knoten am unteren Bereich des rechten Vorhofs nahe der Scheidewand. Dort erfolgt eine wichtige Leitungsverzögerung. [11][23]

Vom AV-Knoten führt der normale Weg über das His-Bündel durch die bindegewebige Grenze zu den Kammern. Rechter und linker Kammerschenkel, auch Tawara-Schenkel genannt, sowie das Purkinje-System verteilen die Erregung rasch im Kammermyokard. Die Verzögerung am AV-Knoten ordnet die Vorhofkontraktion zeitlich vor der kräftigen Kammerkontraktion ein. Das umgebende Herzskelett verankert die Klappen und trägt zur elektrischen Trennung von Vorhof- und Kammermuskulatur bei. [6][9][11]

Eine eigene Blutversorgung für die Herzarbeit

Rechte und linke Herzkranzarterie entspringen nahe der Aortenwurzel oberhalb der Aortenklappe. Ihre Äste ziehen über die Herzoberfläche und weiter in die Muskelwand. Die linke Koronararterie teilt sich häufig früh in einen vorderen zwischen den Kammern verlaufenden Ast und einen um die linke Herzseite ziehenden Ast. Kleinere Arterien und Kapillaren erreichen von dort das Herzgewebe. Aufteilung und Versorgungsgebiete können zwischen Menschen variieren. [14][16]

Der venöse Rückweg führt zu großen Teilen über Herzvenen in den Koronarsinus und weiter in den rechten Vorhof. Weitere kleine Venen münden auf anderen Wegen in Herzhöhlen. Die koronare Versorgung besitzt somit eine eigene arterielle Zuleitung, Austauschflächen im Gewebe und mehrere Abflusswege. Sie verbindet die Arbeit der Herzmuskelzellen mit dem übergeordneten Blutkreislauf. [14][15]

In der linken Kammer drückt das anspannende Myokard seine intramuralen Gefäße während der Systole zusammen. Die anschließende Entspannung verbessert die Bedingungen für den arteriellen Zufluss. Ein großer Teil der linksventrikulären Koronardurchblutung erfolgt deshalb in der Diastole. Die Dauer und die Druckverhältnisse dieser Phase gehören damit zu den Versorgungsbedingungen des Herzmuskels. [38]

Den eigenen Herzschnitt als zusammenhängenden Weg lesen

In der Abbildung beginnt die Orientierung an den beiden Vorhöfen und ihren jeweils zugeordneten Kammern. Das kräftige Septum trennt die Kammerinnenräume. Auf der rechten Körperseite lässt sich der Weg über die Trikuspidalklappe in die rechte Kammer und weiter nach oben zur Pulmonalklappe verfolgen. Links führt die Mitralklappe in die dickwandige Kammer; deren Ausfluss erreicht die Aortenklappe. [22]

Anschließend folgt der Blick den Gefäßen: Die Hohlvenen gehören zum rechten Vorhof, die Lungenvenen zum linken. Der blau dargestellte Lungenarterienstamm entspringt aus dem rechten Kammerausfluss und teilt sich oberhalb des Herzens. Die rote Aorta beginnt am linken Ausfluss und bildet ihren Bogen. So erschließt sich dieselbe Struktur einmal über Räume und einmal über die angeschlossenen Wege. [2][22]

Herzfrequenz, Schlagvolumen und Füllungsbedingungen

Das Schlagvolumen ist die Blutmenge, die eine Kammer mit einem Schlag auswirft. Multipliziert mit der Herzfrequenz ergibt es das Herzzeitvolumen. Als Rechenbeispiel ergeben 70 Schläge pro Minute und 70 Milliliter pro Schlag etwa 4,9 Liter pro Minute. Beide Zahlen dienen hier nur dazu, den Zusammenhang der Größen zu veranschaulichen. [8]

Das Schlagvolumen hängt unter anderem von der Füllung vor dem Auswurf, der Kraftentwicklung des Myokards und der Belastung während des Auswurfs ab. Die Ejektionsfraktion beschreibt den ausgeworfenen Anteil am zuvor enthaltenen enddiastolischen Volumen. Enthält eine Kammer beispielsweise 120 Milliliter und wirft davon 72 Milliliter aus, beträgt dieser Anteil 60 Prozent. Die Begriffe beziehen sich auf unterschiedliche Aspekte derselben Pumpbewegung. [8]

Vorlast bezeichnet die Dehnung der Kammermuskulatur vor der Kontraktion und steht mit ihrer Füllung in Beziehung. Innerhalb physiologischer Grenzen kann eine größere Füllung eine kräftigere Kontraktion und einen größeren Auswurf bewirken. Dieser Frank-Starling-Mechanismus hilft dabei, den ankommenden Blutstrom und die anschließende Förderung aufeinander abzustimmen. [8]

Nachlast beschreibt vereinfacht die Belastung, gegen die eine Kammer auswirft. Dazu tragen die arteriellen Druckverhältnisse und ein möglicher Widerstand am Ausfluss bei. Kontraktilität bezeichnet die Fähigkeit des Myokards zur Kraftentwicklung bei gegebenen Füllungs- und Belastungsbedingungen. Bei höherer Herzfrequenz steht außerdem weniger Zeit für die Füllung zur Verfügung. Die geförderte Menge ergibt sich aus dem gemeinsamen Wirken dieser Bedingungen. [8]

Mit dem Auswurf verbindet sich die Dehnung der großen elastischen Arterien. Ihre Rückstellung unterstützt den Weiterstrom zwischen den Auswürfen. Der Blutdruck beschreibt den Druck an der Gefäßwand, der tastbare Puls deren örtliche Druck- und Dehnungswelle. Herz und Gefäßwand beteiligen sich so gemeinsam an der zeitlichen Form des Blutstroms. [26]

Sympathische und parasympathische Signale passen den Eigenrhythmus an die Anforderungen an. Sympathische Aktivierung kann Herzfrequenz, Erregungsleitung und Kontraktionskraft steigern. Parasympathische Einflüsse über den Vagus wirken besonders an Sinus- und AV-Knoten. Dazu kommen hormonelle Signale sowie die Bedingungen des venösen Rückstroms. Das Herz arbeitet so innerhalb eines Regelverbunds mit Gefäßen, Nervensystem und weiteren Organen. [3][8][23]

Anatomische Begriffe in Befunden wiederfinden

Eine Rhythmusstörung betrifft die Geschwindigkeit oder Ordnung der elektrischen Aktivierung. Bei einer Klappenstenose ist der Durchtritt verengt; bei einer Klappeninsuffizienz entsteht ein relevanter Rückstrom durch die betreffende Klappe. Diese Beschreibungen lassen sich direkt den Leitungswegen beziehungsweise den vier Klappenübergängen zuordnen. [18][19]

Bei einer koronaren Herzkrankheit ist die Versorgung des Herzmuskels über seine Arterien beeinträchtigt. Herzinsuffizienz beschreibt eine gestörte Fähigkeit zur bedarfsgerechten Förderung, wobei Füllung und Auswurf beteiligt sein können. Die Gewebe- und Raumordnung des Herzens erklärt, weshalb Durchblutung, Erregungsbildung, Klappenfunktion und Muskelarbeit sich gegenseitig beeinflussen. [20][21]

Zur Beschreibung einer Herzinsuffizienz werden unter anderem Formen mit verminderter und mit erhaltener Ejektionsfraktion unterschieden. Der ausgeworfene Anteil, die Füllungsbedingungen und weitere Befunde ergeben gemeinsam das funktionelle Bild. Die Ejektionsfraktion ordnet dabei eine bestimmte Eigenschaft des Pumpzyklus ein. [20][40]

Auch die Gewebeschichten erscheinen in Krankheitsnamen wieder: Myokarditis bezeichnet eine Entzündung des Herzmuskels, Perikarditis eine Entzündung des Herzbeutels. Die Zuordnung führt vom Wort unmittelbar zur betroffenen Struktur und ergänzt die Einordnung über Rhythmus, Klappen, Durchblutung und Pumparbeit. [39]

Welche Untersuchung welchen Blick eröffnet

Ein EKG zeichnet elektrische Spannungsänderungen an der Körperoberfläche auf und ordnet den zeitlichen Verlauf der Aktivierung. Die Echokardiografie zeigt mit Ultraschall unter anderem Herzräume, Wandbewegungen und Klappen. Dopplerverfahren ergänzen Informationen über den Blutstrom. Je nach Fragestellung kommen weitere Verfahren hinzu, etwa MRT zur Gewebe- und Funktionsdarstellung oder CT zur räumlichen Darstellung von Herz und Gefäßen. [17]

Für das Verständnis einer Aufnahme hilft derselbe Weg wie in der eigenen Abbildung: zuerst die Körperseite bestimmen, dann die Kammer oder den Vorhof identifizieren und schließlich Zufluss, Klappe und Ausfluss verfolgen. Anschließend lassen sich die sichtbare Wandbewegung und die Stellung der Klappen im Herzzyklus einordnen. Die räumliche Anatomie gibt damit eine verlässliche Orientierung für die verschiedenen Ansichten des schlagenden Organs. [5][17][22]

Diese Zusammenhänge vertiefen

• Das Kreislaufsystem
• Blutgefäße: Arterien, Venen und die Austauschwege im Gewebe
• Das Blut: Bestandteile, Transport und Erneuerung
• Das autonome Nervensystem