Sachanalyse: Herz Das Herz ist ein im Brustkorb gelegener

Sachanalyse: Herz
Das Herz ist ein im Brustkorb gelegener Hohlmuskel. Er liegt zwischen den beiden
Lungenflügeln und ist von einem bindegewebigen Sack, dem Herzbeutel, umgeben. An
seinem unteren Ende steht der Herzbeutel mit dem Zwerchfell in Kontakt (Schünke 2005,
98). Die Größe des Hohlorgans hängt von dessen Belastung durch körperliche Betätigung
oder Erkrankungen wie beispielsweise Bluthochdruck ab. Im Normalfall wiegt das Herz einer
erwachsenen Frau zwischen 200 und 250 Gramm; das Herz eines erwachsenen Mannes ist
im Durchschnitt 50g schwerer. Generell sollte das Herzgewicht ca. 1/200 des normalen
Körpergewichtes des Trägers ausmachen (Moll 2006, 451 f.).
Das Herz ist durch die muskulöse Herzscheidewand in zwei Hälften unterteilt. Die rechte
Herzhälfte besteht aus zwei Höhlräumen, dem rechten Vorhof und der rechten Herzkammer,
welche durch eine Segelklappe, die sogenannte Trikuspidalklappe, getrennt sind. Die linke
Herzhälfte ist entsprechend in den linken Vorhof und die linke Herzkammer untergliedert.
Auch in diesem Fall befindet sich zwischen dem Vorhof und der Herzkammer eine
Segelklappe, die Mitralklappe. Die Segelklappen sorgen während der Systole dafür, dass ein
Rückfluss venösen Blutes aus der rechten Herzkammer bzw. arteriellen Blutes aus der
linken Herzkammer in den jeweiligen Vorhof unterbleibt.
Aus der rechten Herzkammer wird das sauerstoffarme Blut über die Lungenarterie in den
Lungenkreislauf ausgetrieben. Zwischen der Lungenarterie und der rechten Herzkammer
befindet sich eine Taschenklappe. Die Taschen füllen sich zwischen Systole und Diastole mit
Blut. Durch diesen Vorgang werden die Ränder der Taschen aneinander gepresst und
versperren dem Blut den Weg aus der Lungenarterie zurück in die rechte Herzkammer. Auf
die gleiche Weise verhindert die Aortenklappe einen Rückfluss des sauerstoffreichen Blutes
aus der Aorta in die linke Herzkammer. Die Herzklappen fungieren somit als Ventile, welche
für einen gleichbleibenden Blutstrom sorgen. Da die vier Klappen des Herzens etwa auf
Höhe der Vorhof-Kammer-Grenze liegen, wird diese auch als Ventilebene bezeichnet (Moll
2005, 454). Kommt es durch Fehlbildungen oder krankhafte Veränderungen der Herzklappen
zu einem von der Norm abweichenden Klappenlumen hat dies unmittelbare Auswirkungen
auf den Weg des Blutes durch das Herz. Aus einer Insuffizienz der Herzklappen resultiert ein
Rückfluss des Blutes aus der Arterie in die Kammer, bzw. aus der Kammer in den Vorhof.
Auf Dauer führt die Belastung durch das erhöhte Blutvolumen zu einer Vergrößerung des
betroffenen Hohlraums. Die Stenose einer Herzklappe führt hingegen zu einer Verengung
des Klappenlumens. Um das Blut durch die verkleinerte Öffnung zu treiben muss der
Herzmuskel einen höheren Druck aufbauen. Die dauerhaft gesteigerte Kraftaufwendung führt
zu einer Verdickung der Muskulatur und einer Erweiterung des vor der Stenose gelegenen
Hohlraums.
Die Eigenversorgung des Herzens erfolgt über die Herzkranzgefäße (= Koronargefäße). Die
Koronararterien entspringen unmittelbar oberhalb der Aortenklappe. Die Herzvenen münden,
zum Sinus coronarius vereinigt, in den rechten Vorhof (Moll 2006, 462).
Eine Verengung des Lumens der Herzarterien, eine sogenannte Koronarsklerose oder
Arteriosklerose, führt zu einer verminderten Versorgung des Herzmuskels und schwächt auf
diese Weise seine Leistungsfähigkeit. Die Ursachen für eine Arteriosklerose können vielfältig
sein. Abgesehen von einer genetischen Veranlagung und natürlichen Alterungsprozessen
sind die Hauptursachen für die, umgangssprachlich auch als Arterienverkalkung bezeichnete
Erkrankung, in den Folgen von Überernährung und schädlichen Umwelteinflüssen zu sehen
(Pschyrembel 2001, 126). Zu diesen Umwelteinflüssen gehören auch dem Körper freiwillig
zugeführte Gifte, wie in Tabakwaren enthaltenes Nikotin. Die Äste der Koronararterien sind
stets nur für einen bestimmten Herzmuskelabschnitt zuständig. Verstopft eine der
Endarterien, ist ein Bereich des Herzmuskels von der Blutversorgung abgeschnitten und
kann nicht mehr kontrahieren. Es kommt zum Herzinfarkt.
Die Phasen der Herzaktion werden als Systole und Diastole bezeichnet. Die Systole
beinhaltet die Anspannungs- und Austreibungsphase. Wenn der Druck innerhalb der
Herzkammer den Druck des Vorhofs überschreitet schließen sich die Segelklappen. Zu
diesem Zeitpunkt sind auch die Taschenklappen verschlossen. Der Kammerdruck steigt
solange, bis er den Aortendruck üb erschreitet. Mit der Öffnung der Aortenklappe endet die
Anspannungsphase. Die Austreibung des Blutes in die Aorta erfolgt, bis der Druck im
Inneren der Kammer den Aortendruck wieder unterschreitet. Dies bewirkt den Schluss der
Aortenklappen (Moll 2005, 455 f.; Klinke 2005, 140).
Der Diastole werden die Erschlaffungs- und die Füllungsphase zugeordnet. In der
Erschlaffungsphase öffnen sich die Segelklappen. Durch den raschen Abfall des
Kammerdrucks unter den Vorhofdruck kommt es zur Füllung der Herzkammer mit Blut. Ist
die Füllungsphase beendet, beginnt mit dem Verschluss der Segelklappe der Kreislauf von
neuem (ebd.).
Der
Impuls
zur
Kontraktion
der
Herzmuskulatur
wird
in
einem
herzeigenen
Erregungszentrum generiert. Die Herzfunktion ist damit nicht auf eine Steuerung durch das
vegetative Nervensystem angewiesen, obgleich es Einfluss auf die Herzfrequenz nehmen
kann. Das Erregungsbildungs- und leitungssystem des Herzens besteht im Wesentlichen
aus fünf Teilen, welche eine Hierarchie aufweisen. Dieser Ordnung folgend wird die
Erregung vom Sinusknoten, welcher im rechten Vorhof liegt, über eine kleine Region in der
Vorhofscheidewand, den AV-Knoten, bis in die Kammerschenkel und schließlich die
Arbeitsmuskulatur des Herzens geleitet. Zwischen Vorhofscheidewand und Kammerschenkel
überbrückt das sogenannte His-Bündel die Strukturen des Herzskeletts. Die Purkinje-Fasern
leiten als Ausläufer der Kammerschenkel den Kontraktionsimpuls in die Arbeitsmuskulatur
der Herzkammern (Moll 2005, 460). Bei einem gesunden Herzen gibt der Sinusknoten die
Herzfrequenz von circa 70 Schlägen pro Minute vor. Lediglich bei einem Ausfall des
Sinusknotens treten die sekundären und tertiären Autonomiezentren zur Aufrechterhaltung
eines Ersatzrhythmus in Erscheinung (Pschyrembel 2001, 682). Die Erregungsfrequenz der
nachgeordneten Erregungszentren nimmt dabei parallel zur Entfernung vom Sinusknoten ab
(vgl. Moll 2005, 460). Voraussetzung für die Autorhythmie des Herzens sind spezialisierte
Muskelzellen, welche ein besonders instabiles Ruhemembranpotential aufweisen. Durch
spontane Depolarisation entstehen unaufhörlich neue Aktionspotentiale (Klinke 2005, 149
ff.).
Zur Veranschaulichung der Anatomie des Herzens im Biologieunterricht bietet sich die
Präparation eines Schweineherzens an. Das Herz des Schweins ist dem des Menschen in
Größe und Gestalt sehr ähnlich. Durch die unterschiedliche Körperhaltung von Mensch und
Schwein ist allerdings die Lage des Herzens in situ verschieden. Da sich das Präparat
außerhalb des Körpers befindet, wird an dieser Stelle auf eine Lagebeschreibung des
Schweineherzens verzichtet. Es wiegt mit circa 300 bis 350 Gramm (Deutsche Landrasse,
Deutsches Weideschwein) durchschnittlich mehr als ein menschliches Herz (Nickel 2005,
54). Durch die kurze, auf einen möglichst hohen Fleischertrag ausgelegte Mast, werden
Mastschweine
üblicherweise
überfüttert
und
an
einem,
der
Nahrungsaufnahme
entsprechenden Bewegungsmaß gehindert. Die Folgen der Überernährung sind bei Mensch
und Schwein ähnlich.
Im Ruhezustand schlägt sowohl das menschliche Herz, als auch das eines Schweins,
welches ein Alter von mehr als 16 Wochen erreicht hat, etwa 70-mal pro Minute
(Pschyrembel 2001, 683 f.; Eich 1982, 47).
Das menschliche Herz hat ein durchschnittliches Schlagvolumen von ca. 75 ml. Wird die
Schlagfrequenz mit dem Schlagvolumen multipliziert ergibt sich ein Herzzeitvolumen von
circa 5 Litern pro Minute. Dies entspricht annährend der Blutmenge eines erwachsenen
Menschen (Campbell 2006, 1051).