Der Mechanismus des Herzmuskels

Im Gegensatz zu Skelettmuskeln ist es nicht möglich, willkürliche Kontraktionen der Herzmuskulatur auszulösen. Eine der wichtigsten Eigenschaften der Herzmuskulatur ist der sogenannte Automatismus der Kontraktionen. Aus diesem Grund fährt das Herz auch außerhalb des menschlichen Körpers fort, sich zusammenzuziehen, da die Erregungspotenziale im Herzen selbst gebildet werden. Das Sinusknoten (Sinoatrial-Knoten) ist das primäre Zentrum für die Bildung von Aktionspotentialen. In der Norm entstehen dort Erregungen mit einer Frequenz von etwa 60-90 Impulsen pro Minute. Vom Sinusknoten breitet sich die Erregung radial durch die Vorhöfe zum Atrioventrikularknoten (AV-Knoten) aus, wo die Erregungsleitung etwas verlangsamt wird. Dann erreicht die Erregung den His-Bündel, von wo sie über die Schenkel in die Kammern und die Purkinje-Fasern übergeht. Bei Störungen der Sinusknotenfunktion übernimmt der AV-Knoten die Funktion und generiert Impulse mit einer Frequenz von 40-60 pro Minute.

Das Elektrokardiogramm

Die Entstehung, Ausbreitung und Abnahme der Erregung in verschiedenen Bereichen des Herzens erfolgt bei einem Potenzialunterschied von 120 mV zwischen erregten und nicht erregten Zellen. Dieser Potenzialunterschied kann an der Körperoberfläche mit Hilfe von an bestimmten Punkten angebrachten Elektroden registriert werden, was ein Bild der Erregungsausbreitung im Herzen ergibt.

Herzfrequenz

Als Antwort auf 60-90 Aktionspotenziale, die in Ruhe im Sinusknoten entstehen, erfolgen im Myokard Muskelscontraktionen mit unterschiedlicher Frequenz pro Minute. Bei einer Frequenz unter 60 Schlägen pro Minute spricht man von Bradykardie, bei einer Frequenz über 100 Schlägen pro Minute von (Belastungs-)Tachykardie.

Herznervensystem

Die autonome Herzarbeit wird durch sympathische und parasympathische Fasern (vegetatives Nervensystem) reguliert, die von den Zentren der Herz-Kreislauf-Aktivität über das Rückenmark zum Herzen verlaufen. Durch die erregende Wirkung des sympathischen Systems und die hemmende Wirkung des parasympathischen Systems wird die Herzarbeit in Abhängigkeit vom Sauerstoffbedarf des Körpers reguliert. In den Nervenendigungen werden Überträgerstoffe – Neurotransmitter – freigesetzt, die die Signalübertragung auf die Herzmuskelzellen stimulieren. Zu den Neurotransmittern gehören Noradrenalin und in geringerem Maße Adrenalin für das sympathische Nervensystem sowie Acetylcholin für das parasympathische Nervensystem.

Elektromechanische Kopplung

Im Gegensatz zu Nervenfasern oder Skelettmuskeln öffnen sich bei Entstehung eines Aktionspotenzials im Herzen neben den schnellen Natriumkanälen auch langsame Calciumkanäle, die den Ionenstrom mit großer Verzögerung beenden. Dadurch entsteht eine lange Plateauphase und eine verlängerte Refraktärphase (Zeit, in der eine erneute Erregung nicht möglich ist). Die Verlängerung des Aktionspotenzials dient dem Schutz vor sogenannten zirkulierenden Erregungswellen und tetanischen Kontraktionen.

Schlagvolumen

Das Schlagvolumen ist das Blutvolumen, das während einer Systole aus dem linken Ventrikel ausgeworfen wird. In Ruhe beträgt es etwa 70-100 ml und hängt stark von der Körperposition ab. In Rückenlage verbessert sich die diastolische Füllung des Herzens, während die Steigerung des Schlagvolumens auf körperliche Belastung weniger ausgeprägt ist.

Herzzyklus

Das Herz arbeitet nach dem Prinzip einer Pumpe. Man unterscheidet zwei Phasen der Herztätigkeit – die Kontraktionsphase (Systole) und die Erschlaffungsphase (Diastole). In der Systole unterscheidet man die Anspannungsphase (etwa 50 ms) und die Auswurfphase (210 ms), in der Diastole die Erschlaffungsphase (60 ms) und die Füllungsphase (500 ms). Um den Blutstrom von den Venen in die Vorhöfe, Kammern und dann in die Arterien aufrechtzuerhalten, kontrahieren sich die Vorhöfe und Kammern abwechselnd. Dabei schließen und öffnen sich die Herzklappen entsprechend dem Druckgradienten auf beiden Seiten der Klappe.