Mechanik des Herzens 1 Zeichnen Sie für einen Herzzyklus

Institut für Physiologie und Experimentelle Pathophysiologie,
Universität Erlangen-Nürnberg
Arbeitsblätter zur vegetativen Physiologie
Mechanik des Herzens
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Zeichnen Sie für einen Herzzyklus untereinander (auf zeitlichen Bezug achten): Druckverläufe im linken Ventrikel, im rechten Ventrikel und in der Aorta, EKG, Klappentätigkeit,
Herztöne. Wieso dauert die Austreibungsphase im rechten Ventrikel länger? (Überlegen! Nicht
gleich auf die Lösung gucken!).
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Konstruieren Sie, ausgehend von der Ruhedehnungskurve, das Arbeitsdiagramm des Herzens. Erweitern Sie das Diagramm unter Annahme einer positiv inotropen Wirkung des
Sympathikus.
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Wie ändert sich das Arbeitsdiagramm, wenn es zu einer Erhöhung (A) der Vorlast bzw.
(B) der Nachlast kommt?
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Wie berechnen sich Arbeit und Leistung des Herzens, wie groß sind diese Werte?
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Wie läßt sich das Herzzeitvolumen bestimmen?
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Was ist ein wesentlicher Unterschied in der elektromechanischen Kopplung (emK) beim
Skelettmuskel und beim Herzen?
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Zeichnen Sie den Verlauf des AP einer Ventrikelmuskelzelle sowie der Ionenströme.
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Skizzieren Sie den Verlauf des Membranpotentials sowie der Ionenströme an einer Sinusknoten-Zelle.
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Skizzieren Sie die 2nd-Messenger Prozesse, die den Ca2+-Kanal der Herzmuskelzelle stimulieren bzw. hemmen und durch ß-adrenerge bzw. muskarinerge Rezeptoren in Gang gesetzt
werden.
10 Hätten Sie’s gewusst? Welche der folgenden Aussagen sind richtig?
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Eine Erhöhung des Aortendrucks führt vorübergehend zu einer Abnahme des Schlagvolumens.
Eine Vergrößerung des endsystolischen Volumens bedingt zunächst eine Verkleinerung der Ejektionsfraktion.
Die maximale Druckanstiegs-Geschwindigkeit im Ventrikel wird während der Austreibungsphase erreicht.
Acetylcholin-Ausschüttung am Sinusknoten verlängert die Aktionspotentialdauer der Schrittmacherzellen
Acetylcholin-Ausschüttung am Sinusknoten führt zur Abnahme der Steilheit der diastolischen Depolarisation der Schrittmacherzellen
Der erste Herzton wird durch die Öffnung der Taschenklappen verursacht.
Der zweite Herzton wird durch den Schluß der Taschenklappen verursacht.
Die Erschlaffungsgeschwindigkeit eines Muskels hängt von der Geschwindigkeit der Aktin-MyosinWechselwirkung ab.
Eine starke Füllung eines Hohlorgans (Gefäß, Darm) verbessert die Arbeitsbedingung der das Organ umgebenden glatten Muskulatur.
Ca2+-Kanal-Blocker führen zu einer Kontraktion von Blutgefäßen durch Anstieg des intrazellulären Ca2+.
Noradrenalin führt zu einer Rechtsverschiebung der Kraft-Geschwindigkeits-Beziehung des HerzMuskels.
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Prof. C. Forster, Physiologie 1, Universität Erlangen
Institut für Physiologie und Experimentelle Pathophysiologie,
Universität Erlangen-Nürnberg
Arbeitsblätter zur vegetativen Physiologie
Lösungsvorschläge - Herz
1.
Siehe Lehrbücher. Bei der Konstruktion ist folgender Bezug zum EKG zu beachten: Austreibungsphase
beginnt im linken Ventrikel am Ende der S-Zacke, im r.V. etwa zwischen Q und S. Der Druckverlauf in
der Aorta folgt dem Ventrikeldruck solange die Taschenklappe geöffnet ist. Klappenschluß etwa am Ende
der T-Welle (Austreibungsperiode 200 ms), im rechten Ventrikel etwas länger. Herztöne: 1. beginnend mit
dem Beginn des QRS-Komplexes, 2. am Ende der T-Welle.
Austreibungsphase ist länger, weil wegen des geringen diastolischen Druckes im Lungenkreislauf die Pulmonalklappe schneller öffnet und länger offen bleiben kann.
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Auch hier Verweis auf die Lehrbücher. Konstruktionsprinzip: 1. Ruhedehnungskurve, 2. Kurve der isovolumetrischen Maxima (IVM), 3. Kurve der isobaren Maxima, 4. Eckpunkte in das Diagramm aufnehmen
(Volumen z.B. 70/140 ml, Druck: 80/120 mmHg), 5. Konstruktion der Kurve der Unterstützungsmaxima
(UM), 6. Einzeichnen des Arbeitszyklus. Bei Sympathikusaktivierung erhöht sich die Kurve der IVM, UM
wird steiler, das Auswurfvolumen erhöht sich (Restvolumen wird geringer).
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Klassischer Frank-Starling-Mechanismus: Bei Erhöhung der Vorlast (Füllung) sollte sich bei korrekter
Konstruktion das Arbeitsdiagramm nach rechts verschieben, dabei wird das Restvolumen ebenfalls größer.
Es kommt somit zu einer Zunahme des Schlagvolumens, diese Zunahme ist aber weniger als die vermehrte
Füllung. Bei einer Zunahme des Aortendruckes (Nachlast) wird das Schlagvolumen zunächst kleiner (Arbeitsdiagramm wird schmaler). Dann wandert das Arbeitsdiagramm nach und nach rechts bis das ursprüngliche Schlagvolumen weitgehend wieder erreicht ist, allerdings auf höherem Füllungsniveau.
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Die Arbeit des Herzens setzt sich zusammen aus Volumenarbeit und Beschleunigungsarbeit, letztere ist
vernachlässigbar. Volumenarbeit = Druck * Volumen. Gerechnet mit einem mittleren Druck von
100mmHg (=13300N/m2) bzw. 20 mmHg (=2660 N/m2, rechtes Herz) und einen Schlagvolumen von 70ml
ergibt sich: 0,931+0,186Nm=1,12 Nm=1,12 J. Da Leistung = Arbeit / Zeit ergibt sich bei einer Herzfrequenz von 70/min: 1,12 J / (60s/70) = 1,12 J / 0,86 s = 1,30 W
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1. Ultraschall-Doppler-Prinzip: Messung des Aortendurchmessers ergibt die Aorten-Querschinttsfläche Q,
Messung der Blutströmungsgeschwindigkeit v mit Ultraschall  Schlagvolumen SV=Q*v
2. Fick'sches Prinzip: Annahme: Der gesamte verbrauchte Sauerstoff muss (im Blut) das Herz passieren,
also: Über die Atmung aufgenommenes O2-Volumen+O2 im venösen Blut = O2 im arteriellen Blut; O2 im
Blut ist HZV*Konzentration(O2), nach HZV auflösen.
3. Indikatorverdünnungsverfahren: Ein Indikator wird venös im Bolus verabreicht und der Konzentrationsverlauf arteriell gemessen. Daraus läßt sich HZF ableiten.
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Beim Herzen tragen die Ca2+-Ionen, die während des AP aus dem Extrazellulärraum einströmen, wesentliche zur emK bei: Triggereffekt, Auffülleffekt, Verstärkung der Kontraktion.
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Siehe Lehrbücher: Wichtig: länger andauernder Ca2+-Einstrom, verzögernd einsetzender K+-Ausstrom.
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Auch hier: Lehrbücher. Wichtig: Spontane Depolarisation, wird durch einen nicht selektiven Einwärtsstrom (If) verursacht, dem nicht der bei anderen Zellen vorhandene K+-Auswärtstrom gegenübersteht.
Ab etwa –50mV kommt ein Ca2+-Einwärtsstrom hinzu, der den Aufstrich verursacht. Dabei wird If gehemmt und ein K+-Auswärtsstrom setzt ein, der zur Repolarisation führt.
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Generell: Adenylycyclase (AC)  ATP  cAMP  aktiviert Proteinkinase  phosphoryliert Ca2+-Kanal.
ß: aktiviert Gs-Protein  stimuliert AC
M: aktiviert Gi-Protein  hemmt AC
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Richtig sind: 1 – 2 – 5 – 7 – 8 – 11
Falsch 3: während der isovolumetrischen Anspannung; 4: Wenig Einfluß auf die AP-Dauer, wenn, dann
eher eine Verkürzung; 6: Durch Muskelgeräusche während der isovolumetrischen Anspannung.
9: Teilweise richtig: Zunächst führt eine leichte Erhöhung der Wandspannung in einen besseren
Arbeitsbereich, eine starke Dehnung führt aber letztendlich dazu, dass für die gleiche Druckentwicklung eine höhere Kraft aufgebracht werden muß. 10: Relaxation von Blutgefäßen (Blutdrucksenker!)
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Prof. C. Forster, Physiologie 1, Universität Erlangen