Herz-Kreislauf-System I

(1)

Univ.-Prof. Dr. Jörg R. Aschenbach

Fachbereich Veterinärmedizin, Institut für Veterinär-Physiologie

Nur für den internen Gebrauch. Vervielfältigung und Weitergabe an Dritte untersagt!

Herz-Kreislauf-System I

• Aufbau

• Allgemeine Bedeutung

• Herz

Aufbau

Erregung

Herzmechanik/Herzzyklus

Steuerung der Herzfunktion

Elektrokardiogramm

http://www.solargeisli.de

Abb. 9.1 aus Engelhardt: Physiologie der Haustiere.

3. Aufl. 2010, Enke

Univ.-Prof. Dr. Jörg R. Aschenbach - Biologie der Tiere - Herz-Kreislaufsystem I 2

Aufbau des Herz-Kreislauf-Systems

• ein Herz

Saug-Druckpumpe

Automatie

• zwei seriell geschaltete Kreisläufe

großer (Körper-)Kreislauf

o

Versorgung der Organe einschließlich des Herzens selbst mit:

Sauerstoff

Nährstoffen

Hormonen

Abwehrzellen

Wärme

…

o

Abtransport von

Kohlendioxid

Stoffwechselendprodukten

Wärme

….

kleiner Lungenkreislauf

o

Anreicherung des Blutes mit Sauerstoff

o

nutritive Versorgung der Lunge

Abb. 18-3 aus Cunningham/Klein:

Textbook of Veterinary Physiology. 4. Aufl. 2007, Saunders

(2)

3 Univ.-Prof. Dr. Jörg R. Aschenbach - Biologie der Tiere - Herz-Kreislaufsystem I

Blutverteilung und Blutfluss im HKL

15% Blut im Lungenkreislauf

rechter Ventrikel (RV) o Pulmonalarterie (PA)

o Lungenarteriolen, -kapillaren, -venolen o Pulmonalvenen (PV)

o linkes Atrium (LA)

85% Blut im großen Kreislauf

Linker Ventrikel (LV) o Aorta

o Arterien

o Arteriolen, Kapillaren, Venolen o Venen

o Hohlvene (Vena cava) o rechtes Atrium

4

Blutverteilung und Blutfluss im HKL

• Rechtes und linkes Herz gleiche Volumina

(trotz stark unterschiedlicher endsystolischer Drücke!)

Herzminutenvolumen / Schlagvolumen

KM

HMV SV

Pferd:

^{500 kg}

~30 l/min ~850 ml

Rind:

^{500 kg}

~35 l/min ~700 ml

Schwein:

^{100 kg}

~6 l/min ~70 ml

Schaf:

^{50 kg}

~4 l/min ~50 ml

Ziege:

^{25 kg}

~3 l/min ~40 ml

Hund:

^{10 kg}

~1,4 l/min ~14 ml

• Das HMV des rechten Herzens fließt zu 100% durch den Lungenkreislauf.

• Das HMV des linken Herzens fließt über mehrere Parallelkreisläufe:

Herz (Koronarien) ca. 5%

Magen-Darmtrakt/Leber ca. 30%

Niere ca. 20%

ZNS ca. 15%

Skelettmuskel ca. 20%

Rest ca. 10%

(3)

Niederdrucksystem:

Der Großteil des Blutes im systemischen Kreislauf (70%) befindet sich im Bereich nach den Kapillaren, d.h. in den Venolen und Venen.

• Kapazitätsgefäße

• Mobilisierbare Blutreserve für vermehrte Organdurchblutung

Venöses System (Venen &

Venolen)

70%

Arterielles System (Arterien &

Arteriolen)

10%

Kapillaren

5%

Arteriolen = präkapilläre Sphinkter

= Hauptwiderstandsgefäße regeln: - Blutdruck im Arteriensystem

- Organdurchblutung

Venen regeln den

Rückstrom zum Herzen

Hochdrucksystem:

Die vom Herzen pulsatil erzeugte Druckwelle wird im arteriellen System geglättet und gespeichert. Der arterielle Blutdruck liefert während Systole und Diastole Energie für die bedarfsgerechte Blutversorgung aller Organe

15%

modifiziert nach Abb. 9.13 aus Engelhardt: Physiologie der Haustiere. 3. Aufl. 2010, Enke

Das Herz als Motor für den Flüssigkeitsaustausch

Schwerkraft / Beschleunigung

bestimmen den unteren Grenzwert des Druckbedarfes

www.elfenbeinturm.net

1,4 2,4 3,8 11,7

5,5

Höhe (m)

www.desktoprating.com www.oldskoolman.de

0,0

www.news.de

(4)

Mehrbedarf an Herzaktion

bei Leistung

Martin & Sauvant. 2007. Animal 1:8, pp 1143–1166 Hirose, H. 2002. Adv. Anim. Cardiol. 35: 48-51

Milchkuh

Euterdurchblutung (l/d) = 3048 + 414 · Milchmenge bei 30 l Milch/d: ~15.500 l Blut/d

~ 30% HMV Herz-Minuten-Volumen: ~ 35 l/min Blut

1.440 Minuten/Tag: => 50.400 l Blut/Tag

Rennpferd

Muskeldurchblutung: ~5 l/min

(~16% HMV) bei max. Belastung: ~100 l/min

(~40% HMV) Herz-Minuten-Volumen: 25-40 l/min

bei Belastung: ~ 240 l/min

Abb. 20.10 aus Engelhardt: Physiologie der Haustiere. 3. Aufl. 2010, Enke

8

Aufbau des Herzens

Ao. Aorta

A.p. Arteria pulmonalis C.d. Chordae tendineae K. Koronargefäße l.A. linkes Atrium Lu.v. Lungenvenen l.V. linker Ventrikel P.m. Papillarmuskel r.A. rechtes Atrium r.V. rechter Ventrikel Se. Kammerseptum

Se.k. Seminlunar- /Taschenklappen Si.k. Sinusknoten

V.c.c. Vena cava cranialis V.c.d. Vena cava caudalis

V.m. Valvula mitralis (bicuspidalis) V.t. Valvula tricuspidalis

(V.m. & V.t. = Arioventrikular-/Segelklappen

Myokard mit zwei Zelltypen:

1. Arbeitsmyokard

2. Reizbildungs- und Erregungs-

leitungssystem (RELS)

(5)

Das Reizbildung- und

Erregungsleitungssystem

Anulus fibrosus (Isolator)

Besonderheiten der Herzmuskeltätigkeit

www.vet.ksu.edu

Abb. 9-1 aus Engelhardt: Physiologie der Haustiere. 3. Aufl. 2010, Enke

Durch Gap junctions (G) wird der Herzmuskel zum funktionellen Synzytium

1. Das Myokard erregt sich selbst durch einen Schrittmacher (Autonomie) in rhythmischen Abständen (Automatie).

2. Das Arbeitsmyokard bleibt nach der Depolarisation (Na

⁺

- Einstrom) auf einem Depolarisationsplateau (langsamer Ca

²⁺

-Einstrom) mit zwei Folgen:

• AP und Kontraktion überlagern sich

• Myokardzellen sind während der Kontraktion refraktär, d.h. nicht tetanisierbar.

3. Aktionspotentiale breiten sich über Gap junctions

zwischen den Myokardzellen aus, so dass sie immer den ganzen Muskel erfassen und zur maximalen Kontraktion führen (Alles-oder-Nichts-Gesetz).

4. Die Kontraktionskraft wird in Abhängigkeit von der Vor-

dehnung autoreguliert (Frank-Starling-Mechanismus).

(6)

Aktionspotentiale

b) Sinusknoten

Abb. 25.1 & 25.8 aus Schmidt/Lang: Physiologie des Menschen. 30.

Aufl. 2007, Springer

Initiale Repolarisation

Phase 0: Na

⁺

-Einstrom Phase 1: K

⁺

-Ausstrom Phase 2: Ca

²⁺

-Einstrom Phase 3: K

⁺

-Ausstrom

Phase 4: Durch K

⁺

-Ausstrom stabilisiertes Ruhemembranpotential (-80 mV)

Unterschiede zum Arbeitsmyokard

• kleine Membrankapazität Ö leicht erregbar

• Spontandepolarisation durch Na

⁺

-Leckstrom

• kein stabiles Ruhemembranpotential

• keine spannungsgesteuerten Na

⁺

-Kanäle im Sinus- und AV-Knoten

(reines Ca

²⁺

-Aktionspotential)

a) Arbeitsmyokard

12

Potentialverlauf in Schrittmacherzellen

Abb. 25.7 aus Schmidt/Lang: Physiologie des Menschen. 30. Aufl. 2007, Springer

Beim Ausfall des primären Schrittmachers übernehmen sekundäre oder tertiäre

Schrittmacher die Rhythmogenese Ö erniedrigte Herzfrequenz

Bsp. Mensch:

• Sinusrhythmus: 60-80 bpm

• AV-Rhythmus: 40-50 bpm

• His-Rhythmus: 30-40 bpm

• Sinusknoten = primärer Schrittmacher

• AV-Knoten = sekundärer ~

• His-Bündel

• Tawara-Schenkel = tertiäre ~

• Purkinje-F. }

(7)

Mittlere Herzschlagfrequenzen

in Ruhe (min ^-1 )

1. Anspannungsphase

• isovolumetrische Verformung 2. Auswurfphase

• Öffnung der Taschenklappen

• nur Ejektionsfraktion ausgeworfen (ca. 60 - 70%) 3. Entspannungsphase

• Schließen der Taschenklappen

• isovolumetrische Erschlaffung

• Kammerdruck gegen Null (!) 4. Füllungsphase

• Öffnung der AV-Klappen

• passive Füllung

• aktive Füllung durch Vorkammerkontraktion

• in Ruhe nur ~ 10%

• bei Belastung bis ~50%

Herzzyklus

(8)

Herztöne

1. Muskelton / Anspannungston

Schwingung d. Wandmuskulatur zu Beginn der Systole

2. Klappenton

Schließen der Semilunarklappen

Herzgeräusche

= pathologische akustische Phänomäne

• Funktionsstörung der Klappen

Insuffizienz

Stenose

• Septumdefekte

• Anämie

Ö Turbulenzen

= physiologische akustische Phänomäne

16

Steuerung der Herzfunktion

Sympathikus (β

₁

Ö cAMP×)

• positiv chronotrop

schnellere diastolische Depolarisation; Herzfrequenz ×

• positiv inotrop

Erhöhung des Calciumfreisetzung; Kontraktionskraft ×

• positiv lusitrop

Schnelleres Rückpumpen von Ca

²⁺

; schnellere Erschlaffung

• positiv dromotrop

Erhöhung des Calciumeinstromes im AV-Knoten; schnellere AV-Überleitung

Sympathikus (β

₂

Ö cAMP×)

• Steigerung der Koronardurchblutung Parasympathikus (M

₂

Ö cAMPØ)

• negativ chronotrop

• negativ dromotrop

• Kammermyokard nicht innerviert

(nur an Vorkammern negativ inotrop und negativ lusitrop)

innerviert: Schrittmacher Vorhofmyokard Kammermyokard

innerviert: Schrittmacher

Vorhofmyokard

(9)

Elektrokardiogramm (EKG)

Abb. 20-6 aus Cunningham/Klein: Textbook of Veterinary Physiology. 4. Aufl. 2007, Saunders www.dr-schierz.de

www.circledhorses.com

EKG = Ableitung der

Summenaktionspotentiale der elektrischen Herzaktion an der Körperoberfläche

bei Pferd:

Basis-Spitzen- EKG

bei Hund, Katze

& Mensch:

Ableitungen nach Einthoven

Die Form des EKG ist von der Herzlage und der Anbringung der Elektroden abhängig.

Nur wenn sich die elektrischen Potential- vektoren zwischen den beiden Ableitpunkten ändern, gibt es einen Ausschlag im EKG.

Standard-Ableitungen

(10)

Physiologisches EKG

Abb. 25.12 & 25.13 aus Schmidt/Lang: Physiologie des Menschen. 30. Aufl. 2007, Springer

Welle: EKG-Ausschlag

Strecken: EKG-Verlauf auf Null-Linie Intervall: besteht aus Wellen + Strecken

P-Welle: Vorhofdepolarisation QRS-Komplex: Kammerdepolarisation T-Welle: Kammerrepolarisation

U-Welle: späte Repolarisation der Purkinje-Fasern

PQ-Intervall = elektrische Vorhofsystole QT-Intervall = elektrische Kammersystole

20 http://de.academic.ru/pictures/dewiki/69/ECG_Principle_fast.gif

Koordination von elektrischen

und mechanischen Vorgängen

(11)

Herz-Kreislauf-System I

Herz-Kreislauf-System I

• Aufbau

• Allgemeine Bedeutung

• Herz

 Aufbau

 Erregung

 Herzmechanik/Herzzyklus

 Steuerung der Herzfunktion

 Elektrokardiogramm

Aufbau des Herz-Kreislauf-Systems

• ein Herz

 Saug-Druckpumpe

 Automatie

• zwei seriell geschaltete Kreisläufe

 großer (Körper-)Kreislauf

Versorgung der Organe einschließlich des Herzens selbst mit:

Sauerstoff

Nährstoffen

Hormonen

Abwehrzellen

Wärme

…

Abtransport von

Kohlendioxid

Stoffwechselendprodukten

Wärme

….

 kleiner Lungenkreislauf

Anreicherung des Blutes mit Sauerstoff

nutritive Versorgung der Lunge

Blutverteilung und Blutfluss im HKL

15% Blut im Lungenkreislauf

rechter Ventrikel (RV) o Pulmonalarterie (PA)

o Lungenarteriolen, -kapillaren, -venolen o Pulmonalvenen (PV)

o linkes Atrium (LA)

85% Blut im großen Kreislauf

Linker Ventrikel (LV) o Aorta

o Arterien

o Arteriolen, Kapillaren, Venolen o Venen

o Hohlvene (Vena cava) o rechtes Atrium

Blutverteilung und Blutfluss im HKL

• Rechtes und linkes Herz gleiche Volumina

(trotz stark unterschiedlicher endsystolischer Drücke!)

Herzminutenvolumen / Schlagvolumen

HMV SV

Pferd:

~30 l/min ~850 ml

Rind:

~35 l/min ~700 ml

Schwein:

~6 l/min ~70 ml

Schaf:

~4 l/min ~50 ml

Ziege:

~3 l/min ~40 ml

Hund:

~1,4 l/min ~14 ml

• Das HMV des rechten Herzens fließt zu 100% durch den Lungenkreislauf.

• Das HMV des linken Herzens fließt über mehrere Parallelkreisläufe:

Herz (Koronarien) ca. 5%

Magen-Darmtrakt/Leber ca. 30%

Niere ca. 20%

ZNS ca. 15%

Skelettmuskel ca. 20%

Rest ca. 10%

Niederdrucksystem:

Der Großteil des Blutes im systemischen Kreislauf (70%) befindet sich im Bereich nach den Kapillaren, d.h. in den Venolen und Venen.

• Kapazitätsgefäße

• Mobilisierbare Blutreserve für vermehrte Organdurchblutung

Venöses System (Venen &

Venolen)

70%

Arterielles System (Arterien &

Arteriolen)

10%

Kapillaren

5%

Arteriolen = präkapilläre Sphinkter

= Hauptwiderstandsgefäße regeln: - Blutdruck im Arteriensystem

Aufbau

Erregung

Herzmechanik/Herzzyklus

Steuerung der Herzfunktion

Elektrokardiogramm

Saug-Druckpumpe

Automatie

großer (Körper-)Kreislauf

kleiner Lungenkreislauf