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Kompaktlexikon der Biologie: Herz

Herz, Cor, Kardia, speziell ausgebildeter Abschnitt des Blutgefäßsystems der Tiere und des Menschen, der als muskulöses Hohlorgan eine Strömung der Körperflüssigkeit (Blut bzw. Hämolymphe) bewirkt.

Die einfachste Form eines H. findet sich bei den Ringelwürmern (Annelida) mit geschlossenem Blutgefäßsystem. Bei diesen sind große Abschnitte des Gefäßsystems kontraktil und erzeugen einen gerichteten Blutstrom. In den Gefäßen strömt das Blut automatisch, dem Druckgradienten folgend, in die kontraktilen Abschnitte zurück und füllt diese erneut. Ein aktives Ansaugen durch das Herz ist in diesen Fällen nicht notwendig.

Anders sind die Verhältnisse bei den Gliederfüßern (Arthropoda) mit offenem Blutgefäßsystem. Hier ist das H. ursprünglich ein dorsal im Körper gelegener muskulöser Schlauch, der als Saug-Druck-Pumpe arbeitet. Durch eine horizontale Scheidewand (Pericardialmembran), die jedoch Öffnungen enthält, ist es von der übrigen Leibeshöhle abgetrennt. Das nur mit Ringmuskel ausgestattete H. ist mit feinen Muskelzügen (Flügelmuskeln) an der inneren Körperwand und der Pericardialmembran aufgehängt. So liegt es frei in einem Gleitraum und kann unabhängig von Körperbewegungen und der Aktivität der Eingeweidemuskulatur arbeiten. Die Flügelmuskeln sind ein wichtiges funktionelles Element des Herzens, denn ihre Kontraktion ermöglicht erst eine Dehnung (Diastole) des H. Dabei wird Hämolymphe durch seitliche Öffnungen des Herzschlauches (Ostien) aus dem Pericardialsinus in das Herzlumen eingesogen. Während der anschließenden Kontraktion (Systole) des Herzmuskels wird die Hämolymphe durch die Aorta kopfwärts gepumpt. Die Ostien besitzen Klappen, die verhindern, dass die Hämolymphe zurückströmt. Bei den Insekten und jenen Spinnentieren, deren Gewebe über Tracheen direkt mit Sauerstoff versorgt werden, liegt das H. im Hinterleib. Bei den mit Kiemen oder Lungen atmenden Krebsen hingegen ist es immer in der Nähe der Atmungsorgane, sodass sauerstoffreiches Blut angesaugt und in den Körper gepumpt werden kann.

Die Weichtiere (Mollusca) besitzen ein kurzes schlauchförmiges H., das wie bei den Arthropoda von einem Perikard (ein Coelomrest) umschlossen ist. Das H. hat keine Verbindung mit dem Lumen des Perikards, sondern bekommt das Blut aus Venen zugeführt, die sich vor dem Herz zu Vorhöfen (Atrien) erweitern und das Blut in die Herzkammer (Ventrikel) pumpen. Der Ventrikel ist durch Klappenventile gegen das Zurückströmen von Blut in die Atrien gesichert.

Das H. der Wirbeltiere (Vertebrata) ist in seiner ursprünglichen Form ein ventromedian kurz hinter dem Kiemendarm gelegener viergliedriger Schlauch. Die aus dem Körper zum H. führenden Venen münden in einen weichhäutigen Sack (Sinus venosus). An diesen schließt sich kopfwärts der Vorhof (Atrium) an, der in die stark muskulöse Hauptkammer (Ventrikel) mündet. Von dort leitet der Conus arteriosus in die vom H. wegführenden Arterien über. Zwischen den einzelnen Abschnitten des Herzens sind Ventilklappen ausgebildet. Das H. ist in einen Gleitraum, den Herzbeutel (Perikard) eingeschlossen. Dieser Bau des H. findet sich bei allen kiemenatmenden Fischen, wobei das H. S-förmig geknickt ist, sodass der Ventrikel, schwanzwärts weisend, eine Herzspitze bildet, während das Atrium dorsal kopfwärts liegt. Dem H. wird aus dem Körper sauerstoffarmes Blut zugeleitet, das dann weiter zu den Kiemen gepumpt wird. Der Übergang zum Landleben mit Lungenatmung ist mit einer grundlegenden Umgestaltung von H. und Blutkreislauf verbunden.

Das H. des Menschen liegt zwischen den beiden Lungenflügeln dem Zwerchfell auf, und zwar zu zwei Dritteln auf der linken Seite der Brustmittellinie. Es ist im Perikard frei verschieblich und lediglich mit seiner Basis verwachsen. Die freie Beweglichkeit und der im Brustkorb herrschende Unterdruck machen die Herzarbeit erst möglich. Innen ist das Herz von der Herzinnenwand (Endokard) ausgekleidet. Die Muskelschicht wird als Myokard und die bindegewebige Hülle als Epikard bezeichnet. Die beiden Herzhälften sind ensprechend der unterschiedlichen Druck- und Arbeitsbeanspruchung durch Lungen- und Körperkreislauf verschieden stark entwickelt. Im Lungenkreislauf kommt das sauerstoffarme Blut über die Hohlvenen in den rechten Vorhof (Atrium dextrum). Die Vorhöfe werden lediglich durch Auffaltungen gegen die Venen abgegrenzt. Die Öffnung zwischen rechtem Vorhof und rechter Kammer (Ventriculus dexter) wird Ostium atrioventriculare genannt; sie wird durch die rechte Atrioventrikularklappe (Segelklappe) verschlossen. Das Blut strömt nun zur Herzspitze in den unteren, durch Muskelwülste (Trabekel) unregelmäßig gestalteten Kammerbereich. Anschließend erfolgt eine Strömungsumkehr, die das Blut in den glattwandigen Teil der Kammer führt. Durch die rechte Semilunarklappe (Taschenklappe) fließt das Blut zur Lungenarterie. Beim Körperkreislauf gelangt das sauerstoffreiche Blut aus dem Kapillarnetz der Lungen durch die Lungenvene in den linken Vorhof (Atrium sinistrum). Anschließend fließt das Blut durch das linke Ostium atrioventriculare in die linke Kammer (Ventriculus sinister), die ähnlich wie die rechte aufgebaut ist. Schließlich gelangt das Blut über die linke Taschenklappe in die Aorta. Die vier Herzklappen liegen in einer Ebene, der Ventilebene. Äußerlich ist sie durch die Kranzfurche (Sulcus coronarius) gekennzeichnet. Die Segelklappen und die Taschenklappen werden von Sehnenringen bzw. bindegewebigen Faserringen umgeben, dem so genannten Herzskelett. Die rechte Segelklappe (Valva tricuspidalis, Trikuspidalklappe) besteht aus drei gefäßfreien, segelartigen Bindegewebsplatten, die kräftigere linke (Valva bicuspidalis, Mitralklappe) nur aus zwei. Über Sehnenfäden sind die Klappen mit drei bzw. zwei Papillarmuskeln verbunden, die in den Kammerwänden verankert sind ( vgl. Abb. ). Dadurch wird ein Durchschlagen der Segel in die Vorhöfe bei Kammerkontraktion verhindert. Die Taschenklappen, die linke Aortenklappe (Valva aortae) und die rechte Pulmonalklappe (Valva trunci pulmonalis), bestehen aus drei taschenartigen, in das Lumen hineinragenden derben Bindegewebshäuten. Die Blutversorgung der Herzmuskulatur reicht durch das Blut im Herzlumen keineswegs aus. Die Versorgung mit Nährstoffen und Sauerstoff (das Herz kann keine Sauerstoffschuld eingehen, wie der Skelettmuskel) übernimmt ein eigenes Gefäßsystem, die Herzkranzgefäße (Koronargefäße), in denen bis zu 10 % des in die Aorta gepumpten Blutes fließen.

Das menschliche H. ist funktionell eine Druck- und Saugpumpe, die durch ein eigenes Erregungsbildungssystem gesteuert wird, die Herzmuskelzellen sind selbsterregend (Herzautomatie) ( vgl. Abb. ). Schrittmacher für die rhythmische Herztätigkeit ist ein als Sinusknoten bezeichneter Herzbereich. Der sich in der rechten Vorhofwand, nahe der Eintrittsstelle der oberen Hohlvene befindet. Er erzeugt elektrische Impulse, die Nervenimpulsen ähneln. Durch die Glanzstreifen sind die Herzmuskelzellen elektrisch gekoppelt und so breiten sich die Impulse aus dem Sinusknoten rasch über die Atriumwände aus und bringen sie insgesamt zur Kontraktion. Außerdem gelangen die Impulse zu einem anderen, besonders spezialisierten Teil des H., dem Atrioventrikularknoten (AV-Knoten). Dieser ist ein Übertragungspunkt zwischen dem rechten Vorhof und der rechten Herzkammer, an dem die Impulse um etwa 0,1 Sekunde verzögert werden, sodass die Vorhöfe vollständig kontrahiert und entleert sind, bevor sich die Herzkammern kontrahieren. Auch werden die Impulse von speziellen Muskelfasern in alle Bereiche der Kammerwand geleitet. Die während eines Herzschlags durch den Herzmuskel laufenden elektrischen Impulse erzeugen einen elektrischen Strom, der durch die Körperflüssigkeiten auf die Körperoberfläche geleitet wird und dort über Hautelektroden als Elektrokardiogramm aufgezeichnet werden kann. Der Sinusknoten selbst wird durch Sympathikus (Beschleunigung des Rhythmus) und Parasympathikus (Verlangsamung) reguliert, sowie durch Hormone wie z.B. Adrenalin.

Die Zahl der Herzschläge pro Minute wird als Herzfrequenz bezeichnet, das dadurch hervorgerufene rhythmische Dehnen der Arterien infolge Blutdruckerhöhung ist als Puls an verschiedenen Körpertellen tastbar. Das Blutvolumen, das pro Minute von der linken Herzkammer in den Körperkreislauf gepumpt wird, bezeichnet man als Herzzeitvolumen. Es ist abhängig von der Schlagfrequenz und vom Schlagvolumen, d.h. der von der linken Kammer bei jeder Kontraktion gepumpten Blutmenge. Das durchschnittliche Schlagvolumen des Menschen beträgt 75 ml. Bei diesem Schlagvolumen und einem Ruhepuls von 70 Schlägen pro Minute beträgt das Herzzeitvolumen somit fünf Liter pro Minute, was in etwa der gesamten Blutmenge eines Menschen entspricht. Bei extremer körperlicher Arbeit kann das Herzzeitvolumen um das Fünffache zunehmen.



Herz: Anordnung der Herzklappen und der Weg des Blutes durch das Herz



Herz: Arbeitsweise des Herzens: Aus den Hohlvenen fließt sauerstoffarmes Blut in den rechten Vorhof. Durch die Tricuspidalklappe gelangt das Blut in die rechte Herzkammer und fließt zur Herzspitze. Hier erfolgt eine Strömungsumkehr; durch die Pulmonalklappe wird das Blut schließlich in die Lungenarterie gepumpt. Angereichert mit Sauerstoff, kehrt es aus der Lunge zum linken Herzen zurück. Aus dem linken Vorhof fließt es durch die geöffnete Mitralklappe in die linke Herzkammer zur Herzspitze. Anschließend wird das Blut durch die geöffnete Aortenklappe in die Aorta (Körperschlagader) gepumpt.

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  • Die Autoren

Redaktion:
Dipl.-Biol. Elke Brechner (Projektleitung)
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Professor Dr. Walter Sudhaus, Institut für Zoologie, Freie Universität Berlin
Professor Dr. Wilfried Wichard, Institut für Biologie und ihre Didaktik, Universität zu Köln

Essayautoren:
Thomas Birus, Kulmbach (Der globale Mensch und seine Ernährung)
Dr. Daniel Dreesmann, Köln (Grün ist die Hoffnung - durch oder für Gentechpflanzen?)
Inke Drossé, Neubiberg (Tierquälerei in der Landwirtschaft)
Professor Manfred Dzieyk, Karlsruhe (Reproduktionsmedizin - Glück bringende Fortschritte oder unzulässige Eingriffe?)
Professor Dr. Gerhard Eisenbeis, Mainz (Lichtverschmutzung und ihre fatalen Folgen für Tiere)
Dr. Oliver Larbolette, Freiburg (Allergien auf dem Vormarsch)
Dr. Theres Lüthi, Zürich (Die Forschung an embryonalen Stammzellen)
Professor Dr. Wilfried Wichard, Köln (Bernsteinforschung)

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