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Herz

Synonyme

Medizinisch: Cor

Cardia, Perikard, Epikard, Myokard, Endokard

Englisch: heart

Definition

Das Herz (Cor) ist ein muskelstarkes Hohlorgan, dass im Mittelfell (Mediastinum) zwischen den beiden Lungenflügeln (siehe auch Lunge) eingebettet ist, nach außen geschützt durch den knöchernen Brustkorb (Thorax). Es funktioniert wie eine Pumpe, die das Blut durch den kleinen und großen Körperkreislauf transportiert.

Anatomie

Die Form des Herzens entspricht nicht dem im alltäglichen Leben verwendetem Symbol. Es gleicht eher einem Kegel, wobei die Herzspitze (Apex cordis) nach links - vorne - unten, die Herzbasis (Basis cordis) nach rechts - oben - hinten zeigt.
Das gesunde Herz eines Erwachsenen hat ein Volumen, das etwas größer als die eigene Faust ist (500 - 800ml), und wiegt zwischen 250-350g.
Bei 500 gr ist das sogenannte kritische Herzgewicht erreicht, da ab dieser Größe eine krankhafte Herzvergrößerung (Hypertrophie) auftritt.


Anatomie HerzAnatomie Herz

  1. Hauptschlagader (Aorta)
  2. Herzkammer
  3. Herzkranzgefäße
  4. Vorhof (Atrium)
  5. Hohlvene (Vena cava)
  6. Halsschlagader (Carotis)



Unter feingeweblichen Gesichtspunkten (mikroskopisch) kann man das Herz in einzelne funktionelle Schichten gliedern.
Von außen nach innen gesehen sind dies: 

Das Herz wird umschlossen von einem derben Bindegewebesack (Perikard), der mit dem Zwerchfell (Diaphragma) verwachsen ist. Daraus folgt, dass die exakte Lage des Herzens im Körper von der Atmung abhängig ist.
Durch das Perikard wird eine straffe Hülle um das Herz gebildet, die vor allem mechanische Festigkeit verleiht. Vom Perikard ausgehend ist die nächste Schicht ebenfalls glatt, aber deutlich dünner und zarter (Epikard), welche die Muskulatur und die Ansätze der großen herzversorgenden Blutgefäße (Koronargefäße, Vasa privata, Herzkranzgefäße) umfasst. Grobe Unebenheiten durch die Gefäße werden durch eine Fettschicht ausgeglichen.

Herz mit Herzklappen

  1. Hauptschlagader (Aorta)
  2. linker Vorhof
  3. linke Vorhofklappe = Mitralklappe (geschlossen)
  4. linke Herzklappe = Aortenklappe (geöffnet)
  5. linke Herzkammer
  6. rechte Herzkammer
  7. untere Hohlvene (Vena cava inferior)
  8. rechte Herzklappe= Pulmonalisklappe (geöffnet)
  9. rechter Vorhof (Atrium)
  10. obere Hohlvene (Vena cava superior)
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Als nächste und mit Abstand dickste Schicht folgt die Herzmuskulatur (Myokard). Sie ist der eigentliche Motor des Herzkreislauf-Systems. Vom Blut wird die Muskulatur nur durch eine sehr dünne Zellschicht getrennt (Endokard), die an der zu den Hohlräumen (Lumen, Herzhöhlen) zeigenden Seite sehr glatt ist.

Das Herz umfasst vier Hohlräume, jeweils ein rechter und ein linker Vorhof (Atrium) sowie eine rechte und eine linke Kammer (Ventrikel). Die Hohlräume werden untereinander abgegrenzt durch Muskulatur. Es gibt eine Vorhofscheidewand (mit dem nach der Geburt verschlossenen Foramen ovale), jeweils rechts und links zwischen Vorhof und Kammer eine Vorhof-Kammer-Scheidewand und die Kammerscheidewand zwischen den beiden Herzkammern.

Wie auch in den Venen des Körpers ist im Herzen die Fließrichtung des Blutes durch die Herzklappen (Segelklappen, zwischen Vorhof und Kammer, und Taschenklappen, zwischen Kammer und Ausstrombahn), vorgegeben.
Das verbrauchte (sauerstoffarme) venöse Blut aus dem großen Körperkreislauf gelangt über die obere und untere Hohlvene (Vena cava superior und Vena cava inferior) in den rechten Vorhof, dann durch die rechte Segelklappe (Tricuspidalklappe = Valvula atrioventricularis dexter) in die rechte Kammer und wird von hier über die rechte Taschenklappe (Pulmonalklappe) in den Lungenkreislauf (kleiner Kreislauf) gepumpt. Nach dem es dort Sauerstoff aufgenommen hat, gelangt es zurück in das Herz in den linken Vorhof. Von dort nimmt es den gleichen Weg wie rechts, nur entsprechend durch die linken Klappen: durch die linke Segelklappe (Mitralklappe = Valvula atrioventricularis sinister) in die linke Kammer, um dann durch die Aortenklappe in den großen Körperkreislauf gepumpt zu werden.

Für alle Klappen gilt, dass sie den Blutstrom nur in eine Richtung durchlassen. Die Segelklappen heißen Segelklappen, weil sie geformt sind wie die Segel eines Segelbootes und sind über Sehnen (Papillarmuskeln, Chordae tendinae) an der Kammermuskulatur befestigt- so können sie nicht zu weit nach hinten durchschwingen. Die Taschenklappen funktionieren etwas anders: Sie sind so gebaut, dass sie bei einer Umkehr des Blutstroms gegeneinander gepresst werden und deshalb nicht durchschlagen können. Alle vier Herzklappen liegen in einer räumlichen Ebene.

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Histologie / Gewebe

Das Endokard ist eine flache, einzellige Schicht, welche die Kammermuskulatur vom Blut trennt. Sie entspricht funktionell der Innenauskleidung der Blutgefäße (Endothel).Ihre Aufgabe, das Verhindern der Entstehung eines Blutgerinnsels (Thrombus) wird durch seine besondere, weil glatte Oberfläche und durch die Produktion von gerinnungshemmenden Substanzen (Stickstoffmonoxi (NO), Prostacyclin) gewährleistet.

Das Myokard (Herzmuskulatur) ist der Antrieb für den Blutstrom (Konvektion) im ganzen Körper. Die Muskelzellen sind eine Art Mix aus glatter und quergestreifter Muskulatur.
Sie besitzen die gleichen beweglichen Eiweißkomplexe (Sarkomere aus Aktin, Myosin und Titin) wie die Muskulatur des Bewegungsapparates (quergestreifte Muskulatur) und daher auch den gleichen Mechanismus, um eine Zusammenziehen der Eiweißkomplexe zu kontrollieren. Dieser Mechanismus besteht aus weiteren Eiweißen (Troponine), die verschiedene Strukturen annehmen können und die je nach Zustand eine Zusammenarbeit / Zusammenziehen der einzelnen Bausteine des Eiweißkomplexes zulassen oder verhindern können.
Was die Herzmuskelzellen von den Skelettmuskelzellen unterscheidet, ist die Anordnung der einzelnen Zellen in alle Richtungen des dreidimensionalen Raumes und ihr zentral gelegener Zellkern- beides Merkmale der glatten Muskulatur (Eingeweidemuskulatur). Untereinander sind die Muskelzellen über feste Zell-Zell-Verbindungen (Desmosomen) verbunden.
Dazu gibt es eine weitere Art Zell-Zell-Verbindung (Gap junction), der elektrische Funktion erfüllt, indem er die einzelnen Zellen elektrisch leitend miteinander verbindet. Daher spricht man auch von einem funktionellen Synzytium (Zellverband ohne Zellgrenzen).
Die Muskelschicht ist nicht im ganzen Herzen gleich dick. Die Dicke der Muskelschicht reicht von 2-3 mm im rechten Vorhof bis zu 12 mm in der linken Kammer. Diese Unterschiede sind damit Ausdruck der unterschiedlich großen Drücke, die in den einzelnen Herzhöhlen vorherrschen.

In der Wand des rechten Vorhofs gibt es weitere spezialisierte Zellen, sogenannte myoendokrine Zellen. Sie sind von ihrer Herkunft Muskelzellen, die jedoch die Hormone ANP (atriales natriuretisches Peptid) und BNP (brain natriuretisches Peptid) bilden. Sie werden gebildet, wenn übermäßig viel Blut im Vorhof gemessen wird. Ihre Wirkung liegt in einer vermehrten Flüssigkeitsausscheidung (Diurese) durch die Niere, um so einem Zuviel an Blut vorzubeugen.

Hinweis: Herzmuskelzellen

Die Muskelzellen des Herzens beginnen vor der Geburt schon mit ihrer Arbeit und schlagen ein Leben lang. Sie können nicht durch neue Zellen ersetzt werden und müssen trotzdem unvorstellbares leisten: 30 Mio. Herzschläge pro Jahr! Dafür brauchen sie sehr viel Energie. Die Herzmuskelzellen sind die Zellen des Körpers, die am meisten Sauerstoff verbrauchen und die meisten „Kraftwerke“ zur Energiebereitstellung (Mitochondrien) besitzen und dadurch bei zu wenig Sauerstoff (Herzinfarkt, Angina pectoris) sehr schnell lebensgefährlich bedroht sind.



Epikard und Perikard sind entwicklungsgeschichtlich die beiden Blätter der klassischen serösen Organummantelung. Das organnahe (viszerale) Blatt ist das Epikard, das parietale (organferne) Blatt ist das Perikard. An der Grenze zwischen den beiden Blättern sind die sie sehr glatt und durch einen sehr schmalen, flüssigkeitsgefüllten Hohlraum getrennt. Sie ermöglichen so dem Herzen, seine Bewegungen nahezu ohne Reibung. Weiterhin verleiht das äußere (parietale) Blatt (Perikard) mit seinem straffen Bindegewebe dem Herzen mechanische Stabilität.

Herzaktion

Damit das Herz das Blut überhaupt so effektiv pumpen kann, dass es durch den ganzen Körper strömt, muss gewährleistet sein, dass alle Herzmuskelzellen koordiniert im Rahmen des Herzzyklus zusammenarbeiten. Grundsätzlich funktioniert diese Steuerung durch einen elektrischen Impuls, der im Herzen selber entsteht, sich dann in der Muskulatur ausbreitet und in den Muskelzellen zur geordneten Aktion (Kontraktion) führt. Das gelingt nur, weil alle Zellen elektrisch leitend und miteinander verbunden sind.

Der Arbeitszyklus (Füllen des Herzens mit Blut und Austreiben des Blutes in den Kreislauf) ist unterteilt in 4 Phasen, die regelmäßig hintereinander ablaufen: Entspannungs- und Füllungsphase (zusammen: Diastole) sowie Anspannungs- und Austreibungsphase (zusammen: Systole).
In körperlicher Ruhe beträgt die Dauer der Diastole 2/3 eines Herzzyklus (ca. 0,6 sec), die Systole 1/3 (ca. 0,3 sec). Wenn die Herzfrequenz steigt (und damit die Länge eines Herzzyklus abnimmt), geschieht dies durch verstärkte Verkürzung der Diastole. Die Begriffe der einzelnen Phasen beziehen sich auf den Zustand der Herzkammern, da sie den deutlich wichtigeren Teil der Herzarbeit bewältigen. Sie verlaufen rechts und links simultan.

Die einzelnen Phasen im Detail:

Erregungsbildungs- und Leitungssystem

Die Arbeit des Herzens wird durch elektrische Impulse ausgelöst und gesteuert. Dazu gehört, dass die Impulse irgendwo entstehen und weitergeleitet werden. Diese beiden Funktionen übernimmt das Erregungsbildungs- und Leitungssystem.

Der Sinusknoten (Nodus sinuatrialis) ist der Ursprung der elektrischen Impulse. Er ist in der Lage, spontan und regelmäßig elektrische Erregungen zu bilden und fungiert so als Taktgeber der Herzmuskulatur.
Ist die Funktion des Sinusknotens gestört entstehen Herzrhythmusstörungen. Die Signale aus dem Sinusknoten werden in Form von elektrischer Erregung über die Zell-Zell-Verbindungen der Muskelzellen (keine Nerven!) geleitet. Einige Muskelzellen besitzen eine besondere Ausstattung, weswegen sie besonders schnell oder langsam leiten können. Die Erregung breitet sich hauptsächlich über diese Pfade aus; man bezeichnet sie daher als Reizleitungssystem. Die Erregung geht vom Sinus- über den Vorhof zum AV-Knoten, dann über weitere definierte Abschnitte in die Herzkammern, wo sich die Bündel schließlich in die Purkinjefasern verzweigen. Aus diesen breitet sich die Erregung quer über die Herzkammermuskulatur aus.

Der Sinusknoten als Ursprung der Herzerregung liegt in der Muskelwand des rechten Vorhofs und besteht aus spezialisierten Muskelzellen, die ohne jeglichen Einfluss von außen elektrische Erregungen bilden können. Diese Erregungen breiten sich in den Vorhöfen aus und gelangen dann zum AV-Knoten, einem Zellverband nahe der Vorhof-Kammer-Grenze. Er besteht aus den Zellen des Vorhofs mit der langsamsten Leitungsgeschwindigkeit. Die Zellen des AV-Knoten sind auch insofern besondere Herzmuskelzellen; weil sie ebenso wie der Sinusknoten autonom Erregungen (elektrische Impulse) bilden können - jedoch nur mit der halben Frequenz. Die Funktion des AV-Knoten erklärt sich aus dem Umstand, dass von hier der AV-Schenkel als einzige elektrisch leitende Verbindung zwischen Vorhof und Kammer ausgeht - der AV-Knoten ist eine damit Art Filterstation, um die lebenswichtige und empfindlichere Kammermuskulatur zu schützen. Seine langsame Erregungsweiterleitung dient dazu, dass die Erregung erst nach der Vorhofkontraktion in die Kammer geleitet wird und somit die Vorhofkontraktion noch in die Diastole der Kammermuskulatur fällt. Die Fähigkeit zur eigenständigen Erregungsbildung wird dann benötigt, wenn aus irgend einem Grund die elektrischen Impulse aus dem Sinusknoten fehlen. Dann übernimmt der AV-Knoten die Aufgabe des Sinusknoten zumindest teilweise.

Steuerung der Herzaktion

Dieser ganze Prozess funktioniert automatisch - allerdings hat das Herz ohne Anbindung an das Nervensystem des Körpers kaum Möglichkeiten, sich an die wechselnden Anforderungen (=wechselnden Sauerstoffbedarf) des Gesamtorganismus anzupassen. Diese Anpassung wird vermittelt über die Herznerven aus dem Zentralnervensystem (ZNS).
Das Herz wird versorgt durch Nerven des Sympathikus (über den Grenzstrang) und des Parasympathikus (über den Nervus vagus). Sie geben die Signale, ob die Leistung des Herzens gesteigert oder gesenkt werden soll. Nervus sympathikus und Nervus vagus sind Nerven des autonomen Nervensystems, dessen Tätigkeit sich nicht willentlich steuern lässt und dessen Funktion es ist in vielfältige Organfunktionen bei Bedarf regulierend einzugreifen (Atmung, Herzaktion, Verdauung, Ausscheidung usw.).

Wenn die Herzleistung gesteigert werden soll - die Auswurfleistung kann von 5 l/min auf bis zu 25l/min gesteigert werden - gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie das erreicht werden kann:

  1. Die Herzfrequenz (im Sinusknoten) wird erhöht (positiv chronotrop). Mehr Herzschläge bedeuten in der gleichen Zeit mehr Auswurfleistung. Der Puls steigt.
  2. Die Schlagkraft (und damit der Anteil des Blutes, der ausgeworfen wird) wird erhöht.
  3. Die Erregbarkeit der Muskelzellen wird erhöht. Wenn die Muskelzellen schneller auf die elektrischen Reize reagieren, kann der Herzzyklus leichter und effektiver ablaufen (positiv bathmotrop).
  4. Die Verzögerung der Erregungsleitung im AV-Knoten wird gesenkt (positiv dromotrop).

Insgesamt wird nach Aktivierung durch den Sympathikus pro Zeiteinheit mehr Blut ausgeschüttet und damit mehr Sauerstoff durch den Körper gepumpt. Allerdings benötigt das Herz für seine vermehrte Arbeit auch mehr Sauerstoff, weshalb man bei einem geschwächten oder geschädigtem Herz (Herzschwäche = Herzinsuffizienz) bzw. bei bekannter Mangeldurchblutung der herzeigenen Gefäße (Koronare Herzkrankheit = KHK) strenge Ruhe verordnet.
Die Information aus den Nerven wird über spezielle Eiweiße der Zellwand (sogenannte Beta-Rezeptoren) auf die Muskelzellen übertragen. Dies ist der Angriffspunkt der therapeutisch vielfach eingesetzten Beta-Blocker: Sie begrenzen die Steigerung der Herzarbeit; damit senken sie den Sauerstoffverbrauch des Herzens (Anwendung bei Angina pectoris / Herzinfarkt) und dadurch indirekt den Blutdruck (Anwendung bei Bluthochdruck).

Wenn der Körper die Arbeit des Herzens drosseln will, hat er weniger Mechanismen zur Verfügung, da die bremsenden Nervenfasern aus dem parasympathischen Nervus vagus nur den Vorhof bis zur Vorhof-Kammergrenze erreichen. Die Möglichkeiten sind demnach auf den Vorhof beschränkt:

  1. Senkung der Herzfrequenz (negativ chronotrop) und
  2. Erhöhung der AV-Überleitungszeit (negativ dromotrop).

Im Extremfall sieht man die Auswirkung des Nervus vagus beim sogenannten Sportlerherz. Die Leistungsfähigkeit eines Radrennfahrers beispielsweise ist so groß, dass er nur einen Bruchteil davon in Ruhe benötigt. So findet man Ruhepulsfrequenzen von 40 und weniger; gesteuert wird dies durch den Parasympathikus.

Durchblutung

Durchblutung

Das Herz wird von einem eigenen Gefäßsystem mit Sauerstoff versorgt. Die Gefäße befinden sich innerhalb des Perikards. Die beiden Herzarterien (Arteria coronaria dextra und sinistra) entspringen beide direkt aus dem Anfangsteil der Aorta, wenige Millimeter hinter der Aortenklappe. Die linke Herzarterie (LCA= Left coronary artery) verläuft auf Höhe der Vorhof-Kammer-Grenze nach vorne und teilt sich dann auf in einen absteigenden Ast (Ramus interventricularis anterior (LAD= Left anterior descending) und einen weiter horizontal verlaufenden Ast (RCX= Ramus circumflexus)).Die rechte Herzarterie (RCA= Right coronary artery) ist die kleinere der beiden Herzarterien und verläuft nach hinten, ebenfalls auf Höhe der Vorhof-Kammer-Grenze. Sie versorgt mit dem Sinus- und AV-Knoten die beiden entscheidenden Stationen der Erregungsbildung.

Von allen diesen hier benannten Arterien ziehen kleinere Äste in die zu versorgende Muskulatur hinein in Richtung Herzhöhlen. Nur die innersten Schichten des Myokards werden durch Diffusion (Aufnahme von Blutbestandteilen aufgrund von Konzentrationsunterschiede) aus den Herzhöhlen direkt versorgt. Aufgrund des hohen Drucks, der insbesondere in der linken Kammer während der Systole erzeugt wird (>120 mmHg), werden die Gefäße in der Systole zugepresst. Daraus folgt, dass der versorgende Blutstrom nur in der Diastole vorankommt. Das Problem, dass sich durch die diastolische Durchblutung ergibt: Bei erhöhter Herzfrequenz wird die Diastole überproportional verkürzt - die Zeit für eine Sauerstoffversorgung dadurch ebenfalls. Jedoch steigt durch die erhöhte Herzleistung der Bedarf an Sauerstoff. Das ist ein Widerspruch, der dem vorerkrankten Herzen gefährlich werden kann.

Für den venösen Rückstrom gibt es grundsätzlich zwei Wege: Der Hauptweg sammelt das Blut in einer Herzvene (Sinus coronarius) und mündet in den rechten Vorhof, wie auch das übrige verbrauchte Blut des Körpers. Ein Nebenweg für das venöse Blut sind kleinste Venen, die in alle vier Herzhöhlen direkt münden. Hier muss noch ergänzt werden, dass der hohe Druck während einer Herzkontraktion die Venen regelrecht auspresst - der Rückstrom funktioniert bei nahezu allen Herzen problemlos.

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