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Lexikon 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. a) Die einfachste Form eines „Herzens“ findet man bei vielen ursprünglich organisierten Würmern (Fadenwürmer, Ringelwürmer) mit geschlossenem Blutgefäßsystem (Blutkreislauf). Bei diesen sind große Abschnitte des Gefäßsystems (z.B. das Rückengefäß) kontraktil und erzeugen einen gerichteten Blutstrom. In den Gefäßen strömt das Blut automatisch, dem Druck-Gradienten folgend, in die kontraktilen Abschnitte zurück und füllt diese erneut. Ein aktives Ansaugen durch das Herz ist in diesen Fällen nicht nötig. b) Andere Verhältnisse findet man hingegen bei den Gliederfüßern (Arthropoda; Krebstiere, Spinnentiere, Insekten) mit offenem Blutgefäßsystem. Das Herz der Gliederfüßer ist ursprünglich ein dorsal im Körper gelegener muskulöser Schlauch, der als Saug-Druck-Pumpe arbeitet. Durch eine horizontale Scheidewand (dorsales Diaphragma, Perikardialmembran) ist es von der übrigen Leibeshöhle (Mixocoel) abgetrennt. Öffnungen im dorsalen Diaphragma lassen Leibeshöhlenflüssigkeit in den das Herz umgebenden Raum (Perikardialsinus) eintreten. Das nur mit Ringmuskel ausgestattete Herz ist mit feinen Muskelzügen (Flügelmuskeln) an der inneren Körperwand und dem dorsalen Diaphragma 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 Herzens. Bei der Diastole wird Hämolymphe durch seitliche Öffnungen des Herzschlauches (Ostien) aus dem Perikardialsinus in das Herzlumen eingesogen. Während der anschließenden Kontraktion (Systole) des Herzmuskels wird die Hämolymphe durch die Aorta kopfwärts ausgepumpt. Ein Rückströmen der Hämolymphe aus dem Herzen durch die Ostien ist ausgeschlossen, da diese mit Klappen versehen sind, die sich gleich Druckventilen schließen, sobald im Herzen der Blutdruck ansteigt. – In den einzelnen Gruppen der Gliederfüßer hat im Verlauf der Stammesgeschichte auf parallelen Wegen eine Verkürzung des Herzens von dem langen Schlauch mit vielen segmental angeordneten Ostien zu einem kurzen, aber kräftigen Herzen stattgefunden. Bei den Insekten und Spinnen, deren Gewebe über Tracheen (Tracheensystem) direkt mit Sauerstoff versorgt werden, liegt das Herz im Hinterleib. Bei den mit Kiemen oder Lungen atmenden Krebsen ist es immer in der Nähe der Atmungsorgane, so daß sauerstoffreiches Blut angesaugt und in den Körper gepumpt werden kann ( üß Gliederfüßer I üß Gliederfüßer II ). Vor Körperteilen, deren Durchströmung eines höheren Blutdrucks bedarf, als in der Leibeshöhle herrscht, findet man kleine kontraktile Ampullen (Nebenherzen), die Hämolymphe sammeln und durch Kontraktion in die betreffenden Körperteile pressen (z.B. an den Antennen der Insekten). c) Die Weichtiere (Mollusca; Muscheln, Schnecken, Kopffüßer) besitzen ein kurzes schlauchförmiges Herz, das wie bei den Gliederfüßern von einem Perikard (Coelomrest) umschlossen ist. Das Herz 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 (Weichtiere). d) Das Herz der Wirbeltiere (Vertebrata) ist in seiner ursprünglichen Form ein ventromedian kurz hinter dem Kiemendarm gelegener viergliedriger Schlauch (Wirbeltiere II). Die aus dem Körper zum Herzen 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 (Conus) in die vom Herzen wegführenden Arterien über. Zwischen den einzelnen Abschnitten des Herzens sind Ventilklappen ausgebildet. Das Herz ist in einen Gleitraum, den Herzbeutel (Perikard), eingeschlossen. Diesen Bau des Herzens findet man bei allen kiemenatmenden Fischen, wobei das Herz S-förmig geknickt ist, so daß der Ventrikel, schwanzwärts weisend, eine Herzspitze bildet, während das Atrium dorsal kopfwärts vor diesem liegt. Dem Herzen wird aus dem Körper sauerstoffarmes Blut zugeleitet, das vom Herzen dann zu den Kiemen gepumpt wird. Mit dem Übergang zum Landleben und der damit verbundenen Lungenatmung setzt bei Amphibien, Reptilien, Vögeln und Säugetieren eine grundlegende Umkonstruktion des gesamten Kreislaufsystems und des Herzens ein ( vgl. Infobox 1 ). Der selektive Vorteil dieser komplizierten Umgestaltungen des Herzens kann darin gesehen werden, daß Körper- und Lungenkapillaren nun nicht mehr hintereinander, sondern gleichzeitig durchströmt werden können, wodurch der Kreislauf im Zusammenhang mit der durch den Erwerb der Endothermie (Homoiothermie) gesteigerten Stoffwechselaktivität bei Vögeln und Säugern sehr viel effektiver arbeiten kann.
e) Das Herz des Menschen, das bei Frauen durchschnittlich 260 g, bei Männern 310 g wiegt, leistet physikalisch ca. 2 Watt. Beachtlich sind die Präzision und die Dauerleistung des Herzens: es schlägt ca. 100.000mal am Tag. Diese Dauerleistung wird durch die Ruhepausen, die das Herz nach jedem Arbeitstakt einlegt, ermöglicht: insgesamt arbeitet es also nur 8 Stunden am Tag. Funktionell ist das Herz eine Druck- und Saugpumpe (Herzmechanik), die durch das Erregungsbildungssystem gesteuert wird (Herzautomatismus). Morphologisch kann man das Herz auch als ein weiterentwickeltes, modifiziertes Gefäß bezeichnen. Die Herzinnenwand ist das Endokard, die Muskelschicht (Herzmuskulatur) das Myokard, die bindegewebige Hülle das Epikard. Das Herz ist im Herzbeutel (Perikard) frei verschiebbar und lediglich mit seiner Basis verwachsen. Durch die freie Beweglichkeit und durch den Unterdruck im Brustraum wird die Herztätigkeit erst möglich. Das Herz liegt dem Zwerchfell auf und ist zwischen den beiden Lungenflügeln lokalisiert (Atemmechanik, Abb.). Zu 2/3 liegt es auf der linken Seite der Brustmittellinie. Die beiden Herzhälften sind entsprechend der unterschiedlichen Druck- und Arbeitsbeanspruchung des Lungen- und Körperkreislaufs (Blutkreislauf) verschieden stark entwickelt (Herzmuskulatur). 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. Der Vorhof geht in das rechte Herzohr (Auricula dextra) über. Die Öffnung zwischen rechtem Vorhof und rechter Kammer (Ventriculus dexter) wird Ostium atrioventriculare genannt; sie wird durch die rechte Atrioventrikularklappe oder Segelklappe verschlossen. Das Blut strömt nun zur Herzspitze in den unteren, durch Muskelwülste (Trabekel) unregelmäßig gestalteten Kammerbereich ( Herz ). Anschließend erfolgt eine Strömungsumkehr, die das Blut in den glattwandigeren Teil der Kammer führt. Durch die rechte Semilunarklappe oder 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), mit dem linken Herzohr (Auricula sinistra). Anschließend fließt das Blut durch das linke Ostium atrioventriculare mit der Segelklappe in die linke Kammer (Ventriculus sinister), die ähnlich wie die rechte aufgebaut ist. Das Blut gelangt schließlich über die linke Taschenklappe in die Aorta. Die 4 Herzklappen (Valvulae cordis) 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 sog. Herzskelett. Die rechte Segelklappe (Valva tricuspidalis, Tricuspidalklappe) besteht aus 3 gefäßfreien, segelartigen Bindegewebsplatten, die kräftigere linke (Valva bicuspidalis oder mitralis, Mitralklappe) nur aus 2. Über Sehnenfäden sind die Klappen mit 3 bzw. 2 Papillarmuskeln verbunden, die in den Kammerwänden verankert sind. 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 3 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 die Skelett-Muskulatur) übernimmt ein eigenes Gefäßsystem, die Herzkranzgefäße (Koronargefäße), in denen bis zu 10% des in die Aorta gepumpten Blutes fließen. Bedeutende Herzforscher: vgl. Infobox 2 . Atrial natriuretic factor, Calciumkanäle, Chaos, Gravitationsbiologie, herzaktive Steroide, Herzfehler, Herzfrequenz, Herzgifte, Herzglykoside, Herzinfarkt, Herzinsuffizienz, Herzminutenvolumen; Biogenetische Grundregel , Embryonalentwicklung I Embryonalentwicklung II Embryonalentwicklung IV , üß Gliederfüßer I üß Gliederfüßer II .

M.St./E.K./K.-G.C.

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