E3 Herz

Thema

Das Herz ist eine vierkammerige biologische Pumpe, die den für die Aufrechterhaltung des Blutkreislaufs notwendigen Druck erzeugt. Seine Pumpleistung passt sich automatisch der durchströmten Blutmenge an. Je stärker die Ventrikelfüllung in der Entspannungsphase ist, desto stärker werden die Muskelfasern gedehnt und desto intensiver kontrahieren sie anschließend. Dieser Mechanismus ermöglicht eine Steigerung des Auswurfvolumens als Reaktion auf eine stärkere Füllung, ohne dass für jeden Herzschlag ein spezifisches Nervensignal erforderlich ist. Diese Beziehung hat jedoch eine Grenze: Jenseits der optimalen Dehnung führt eine zusätzliche Füllung nicht mehr zu einer Steigerung der Kraft, sondern kann diese sogar verringern. Die Ventrikelarbeit hängt auch von der Spannung der Herzwand ab. Diese steigt mit dem Innendruck und dem Ventrikelradius, während sie mit zunehmender Wanddicke abnimmt. Daher kann das Herz bei chronischer Drucküberlastung mit einer Hypertrophie der Herzwand reagieren und die Spannung auf eine größere Muskelmasse verteilen. Anfänglich kann diese Veränderung adaptiv sein. Wenn sich der Ventrikel jedoch erweitert und sein Radius zunimmt, ohne dass die Wandstärke proportional ansteigt, erhöhen sich die Spannung auf die Muskelfasern und die zur Druckerzeugung benötigte Arbeit, was zunehmend zu einer Herzinsuffizienz beiträgt.

Ein wichtiger Indikator für die Ventrikelfunktion ist die Ejektionsfraktion, definiert als der Anteil des endgefüllten Volumens, der während der Kontraktion ausgeworfen wird. Eine reduzierte Ejektionsfraktion kennzeichnet Formen der Herzinsuffizienz mit eingeschränkter Kontraktionsfähigkeit. Allerdings kann auch eine Herzinsuffizienz mit erhaltener Ejektionsfraktion auftreten, wenn der Ventrikel Schwierigkeiten hat, sich zu entspannen und ausreichend zu füllen. Die Ventrikelmechanik lässt sich detaillierter durch die Druck-Volumen-Schleife beschreiben, die darstellt, wie sich beide Größen während eines Herzzyklus gleichzeitig verändern. Die Fläche unter dieser Kurve entspricht der mechanischen Arbeit, die der Ventrikel mit jedem Herzschlag leistet, und kann direkt durch simultane Druck- und Volumenmessungen bestimmt werden.

Diese Arbeit erfordert Energie und Sauerstoff. Eine klinische Annäherung an den myokardialen Sauerstoffbedarf ergibt sich aus dem Produkt von Herzfrequenz und systolischem Blutdruck: Je höher beide Werte sind, desto größer ist im Allgemeinen die Belastung und der Stoffwechselbedarf des Herzens. Können die Koronararterien nicht ausreichend Blut liefern, um diesen Bedarf zu decken, entsteht eine Myokardischämie, die sich als Angina pectoris äußern und bei ausreichend starker oder anhaltender Minderdurchblutung zu Herzmuskelschäden führen kann.

Jede Kontraktion hängt zudem von einer elektrischen Sequenz ab, die vor dem nächsten Herzschlag abgeschlossen sein muss. Das QT-Intervall ist Teil dieses Aktivierungs- und Erholungsprozesses der Ventrikel und wird anhand der Herzfrequenz korrigiert, um das korrigierte QT-Intervall zu erhalten. Eine übermäßige Verlängerung dieses Intervalls erhöht das Risiko bestimmter schwerwiegender ventrikulärer Arrhythmien und macht es somit zu einem ergänzenden elektrischen Indikator in der mechanischen und metabolischen Beurteilung.

Die vom Herzen entwickelte hydraulische Leistung lässt sich abschätzen, indem man den gepumpten Blutfluss mit dem durchschnittlichen Gegendruck multipliziert. Obwohl sich das Herz fast hunderttausend Mal am Tag zusammenzieht, beträgt seine mechanische Leistung nur ein bis zwei Watt. Nur etwa ein Viertel bis ein Drittel der verbrauchten chemischen Energie wird in nutzbare mechanische Arbeit umgewandelt; der Rest geht hauptsächlich als Wärme verloren. Bei Herzinsuffizienz kann diese Effizienz abnehmen, wodurch der Herzmuskel proportional mehr Energie aufwenden muss, um seine Pumpfunktion aufrechtzuerhalten. Die kardiale Beurteilung integriert daher verschiedene Dimensionen derselben biologischen Pumpe. Die Ejektionsfraktion gibt Aufschluss über die Entleerungskapazität; die Druck-Volumen-Schleife quantifiziert die Arbeit pro Herzschlag; der Sauerstoffbedarf setzt diese Arbeit in Beziehung zum Stoffwechsel und zur Koronardurchblutung; das korrigierte QT-Intervall liefert Informationen über die elektrische Stabilität; und die mechanische Effizienz setzt den Energieverbrauch in Beziehung zur geleisteten Arbeit. Zusammen ermöglichen diese Indikatoren die Charakterisierung der Herzfunktion, die Unterscheidung verschiedener Formen der Herzinsuffizienz und die Erkennung von Situationen, in denen die mechanischen, metabolischen oder elektrischen Anforderungen die Kapazität des Herzens zu übersteigen beginnen.

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