bewegungsphysiologie: Herz / Lunge / Kreislauf

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Kreislauf und Gefäßsystem

Der Blutkreislauf ist ein vom Herzen angetriebenes Zirkulationssystem der Flüssigkeit Blut, damit dessen vielfältige Aufgaben den Körper erhalten können:
– Hintransport von O2 und Nährstoffen
– Abtransport von CO2 und Stoffwechsel- sowie Abfallprodukten
– Verschluß von Leckagen
– Immunfunktionen
– Transport von Hormonen zur Steuerung des Körpers
– Wärmeverteilung

Es gibt zwei Blutkreisläufe:

kleiner Kreislauf

Dieser führt vom Herzen zur Lunge und zurück und dient primär der Anreicherung des Blutes mit Sauerstoff (bei gleichzeitiger Abgabe von CO2), nachrangig aber auch der Thrombolyse und Hormonaktivierung sowie einen

großer Kreislauf

Dieser dient der Versorgung des Körpers mit O2 und allen anderen durch das Blut transportierbaren Stoffen und Zellen. Wegen der Größe des großen Kreislaufs und des höheren benötigten Drucks ist die zugehörige linke Herzkammer mit stärkerer Muskulatur ausgestattet. Der Druck im großen Kreislauf muß hinreichend groß sein, um die meisten benötigten Stoffe passiv per Diffusion in die entsprechenden Regionen abzupressen. Der geringere Druck in der Lunge hingegen erleichtert die Gasdiffusion (O2/CO2). Die über die venöse Pfortader aus den Verdauungsorganen gesammelten Nährstoffe werden über die Leber in das venöse System und damit in den ganzen Körper transportiert. Beim Stoffwechsel entstehende Abfallstoffe werden zur Entgiftung in die Leber oder zur Ausscheidung in die Niere transportiert.

In allen Kreisläufen werden die vom Herzen wegführenden Gefäße als Arterien bezeichnet, alle anderen (die zum Herzen hinführenden und nicht mit dem Herzen in Verbindung stehenden) als Venen. Der Querschnitt der arteriellen Gefäße nimmt von Herzen zur Peripherie hin ab, sie gehen schließlich in die kleineren Arteriolen über und endlich in Myriaden parallelgeschalteter Kapillaren, die sich wiederum zu Venolen und später zu Venen vereinen, deren Querschnitt zum Herzen hin zunimmt. Die Kapillaren sind nur so groß, daß gerade nur einzelne Erythrozyten durch passen, was deren Möglichkeit, den Sauerstoff abzugeben und CO2 aufzunehmen gegenüber größeren Querschnitten drastisch verbessert.

Koronarien

Die beiden Arterien Arteria coronaria sinistra (LCA) und Arteria coronaria dextra (RCA), die mit ihren Ästen (Rami) den Herzmuskel versorgen, heißen Koronararterien oder Koronarien. Eine Arteriosklerose der Koronarien wird als Koronarsklerose bezeichnet und verursacht die Koronare Herzkrankheit (KHK) mit den möglichen Folgen Angina Pectoris und Herzinfarkt.

TPR (total peripheral resistance)

Der Widerstand, den das Gefäßsystem der Herzkraft entgegensetzt, hängt am meisten vom TPR (total periphere resistance) der Kapillaren und Arteriolen ab. Der TPR hängt von neurologischen, hormonellen Faktoren, dem pH-Wert und der NO-Konzentration ab. Die genaue Zusammensetzung des TPR ist:
– große und mittlere Arterien: 19%
– kleinere Arterien und Arteriolen: 47% (regulierbare Widerstandsgefäße)
– Kapillaren: 27 %
– Venolen: 4 %
– mittleren und großen Venen: 3 %
Der Gesamtwiderstand, der dem Herzen mit der entgegengebracht wird, wird auch als Nachlast bezeichnet.

Herzzeitvolumen (cardiac output, CO)

Typischerweise wird in der Physiologie als Zeiteinheit die Minute benutzt, so daß von dem Herzminutenvolumen (HMV) gesprochen wird. Das ist das Volumen, das das Herz in einer Minute auswirft. Dabei muß davon ausgegangen werden, daß physiologisch (beim gesunden Menschen ohne Shunts (siehe z.B. auf doccheck.com) und, Septumdefekte (siehe ebenfalls z.B. auf doccheck.com) der Auswurf des rechten Herzens im kurzfristigen Mittel exakt dem des linken Herzens entspricht, da jede Abweichung davon eine Anreicherung von Blut in einem Kreislauf (Lungenkreislauf oder großer Kreislauf) bedeuten würde und ab einem gewissen Maß mit dem Leben nicht mehr vereinbar wäre. Schon eine Abweichung von 1 ml pro Herzaktion würde bei einer Herzfrequenz von 60 bpm und einem Schlagvolumen von 50 ml einer Anreicherung von 3 l Blut in einem der Kreisläufe entsprechen. Der Lungenkreislauf könnte eine solche Menge Blut gar nicht aufnehmen, und im großen Kreislauf würde dies einem extremen Versacken des Bluts in der Peripherie entsprechen, wie es etwa von einem anaphylaktischen Schock bekannt ist. Spätestens die zweite Stunde wäre sicher nicht zu überleben.
Beim Rechts-Links-Shunt ist das Herzzeitvolumen größer als das Lungenzeitvolumen, beim Links-Rechts-Shunt kleiner.

In Ruhe liegt das durchschnittliche Herzminutenvolumen bei 4,5 – 5 l, was sich bei Belastung etwa um den Faktor 4 steigern läßt.

Adern: Venen und Arterien

Die Venen werden auch als Blutadern, die Arterien auch als Schlagadern bezeichnet, da in ihnen der von der Kontraktion des Herzens verursachte Blutschlag oder Puls deutlich spürbar ist; im Gegensatz dazu ist im venösen System kein Schlag vorhanden und der Druck ist im Schnitt geringer, vor allem aber stark schwerkraftabhängig, in Anatomisch Null also in den Füßen und Unterschenkeln am größten. Druck und Fließgeschwindkeit sind im arteriellen System mit etwa 120/80 mmHg (Millimeter Quecksilbersäule, gemessen auf Herzhöhe ohne Einfluß des hydrostatischen Blutdrucks ! Dieser Werte entsprechen 160 bzw. 106 mbar oder hPa Druck zusätzlich zum Umgebungsdruck) konstant und und gleich höher als im venösen System.
Zum auf Herzhöhe gemessenen arteriellen oder venösen Blutdruck muß natürlich der lageabhängige hydrostatische Blutdruck addiert werden, ca. 100 mbar / m. Der Venendruck wird in aufrechter Haltung normalerweise erst unter dem Herzen positiv. Im Kopfstand liegt der Nullpunkt des Venendrucks in den Femoralvenen. Der hydrostatische Indifferenzpunkt, also der eindeutige Fixpunkt über alle Lageveränderungen des Körpers liegt etwa 5-10 cm unter dem Zwerchfell.
Die Arterien sind wegen des Drucks mit einer dickeren, vor allem ihm herzferneren Bereich ausgeprägten kontraktilen Muskelschicht zur Druckregulation ausgestattet: sie erlaubt Gefäßverengung (Vasokonstriktion) oder -weitung (Vasodilatation).
Zu der Peripiherie hin fällt der Blutdruck mit kleiner werdenden Gefäßen, also höherem Gefäßwiderstand ab:
Aorta und große Arterien: 100 mmHg, Arterienäste 40 mmHg, Kapillare 25 mmHg, Venolen 20 mmHg. Im Lungenkreislauf sind die Drücke ungleich geringer: Pulmonalarterie 14 mmHg, Lungenvenen 7 mmHg.

Kapillaren

In den Kapillaren findet in beide Richtungen ein Austausch von Flüssigkeiten, Nährstoffen, Elektrolyten, Hormonen, Gasen und anderen Stoffen zwischen Blut und Gewebe statt, deswegen sind sie wie die Venen nur mit einer dünnen Gefäßwand (nur Endothel) ausgestattet, die für niedermolekulare Stoffe durchlässig (selektiv permeabel) ist. Aufgrund der Größe der Poren in der Menbran der Kapillaren bleiben Zellen und größtenteils auch Eiweiße im Blut, während O2, Flüssigkeit und kleine Moleküle an das unter geringerem Druck stehende Interstitium (Zellzwischenraum) abgepresst werden. Im Laufe der Kapillarpassage sinkt der Blutdruck immer weiter ab. Im venösen Schenkel wird dann begünstigt durch den geringeren Blutdruck und den nun höheren kolloidosmotischen Druck (Fähigkeit der Eiweiße Wasser zu binden) Flüssigkeit mit abzutransportierenden Stoffen aufgenommen. Meist ist die vom venösen Schenkel aufgenommene Menge Flüssigkeit kleiner als die vom arteriellen Schenkel abgegebene, der Rest wird dann mit der Lymphe abtransportiert. Enthält das Blut zu wenig Eiweiße, etwa wegen Mangelernährung, MAS oder Eiweißverlust über die Niere, resultieren wegen des zu geringen kolloidosmotischen Drucks Ödeme, da zu viel Flüssigkeit in den Geweben bleibt. Dasselbe gilt, wenn die Permeabilität der Membran pathologisch vergrößert wird und Eiweiße ins Gewebe übertreten. Natürlich können Ödeme auch durch mangelhaften venösen Rücktransport verursacht werden, etwa wegen Insuffizienter Venenklappen.

In drei Organen (Leber, Milz, Knochenmark) sind die Kapillaren zu Sinosoiden mit diskontinuierlichem Endothel erweitert. Die Venolen können über eine dünne Muskelschicht die Gefäßspannung regulieren und damit einen Blutspeicher bilden, die Venen haben nur sehr wenig Muskulatur. Die zweite Entsorgung des Kapillargebiets durch die Lymphe transportiert hydrophobe Stoffe (Proteine und Lipide aus den Verdauungsorganen) und Zellen, die sehr langsam in Richtung rechtes Herz fließt. Wie Venen haben Lymphgefäße Klappen.
Die Lymphe transportiert nur 1/10 der in den Geweben anfallenden Flüssigkeit ab (2-4 l / d im Vergleich zu 7000 – 8000 l Blut), sie geht über den ductus thoracicus (Milchbrustgang) im linken Venenwinkel (Zusammenfluss von Vena subclavia und Vena jugularis interna zur Vena brachiocephalica) kurz vor dem rechten Herzen in das venöse Blut zurück. Eine wichtige Funktion kommt der Lymphe im Immunsystem zu, weil sie Erreger zu den Lymphknoten transportiert, wo spezielle T- und B-Lymphozyten auf die Erreger reagieren, sich vermehren und von dort aus ins Blut wandern. Trotz der geringen Fließmenge und Geschwindigkeit darf die Lymphe nicht vernachlässigt werden: werden Lymphgänge verlegt oder Lymphknoten resiziert, resultiert ein Lymphödem.

Kollateralen, Anastomosen

Benachbarte Blutgefäße mit gleichem Zielgebiet werden als Kollateralen bezeichnet, zwischen diesen liegen fast überall im Körper Verbindungen (Anastomosen), die im Falle einer Verlegung eines Gefäßes z.B. durch eine Thrombose die weitere Versorgung ermöglichen können. Arterien ohne Anastomosen heißen Endarterien. Verlegungen (Verschlüsse) von Endarterien führen daher zu Ischämien bzw. Infarkten. Ist die Anastomose einer Arterie zu klein um die komplette Versorgung zu übernehmen, spricht man von einer funktionellen Endarterie.

Venenklappen

Während der arterielle Kreislauf vom Herzen angetrieben wird, funktioniert der venöse Rückstrom ganz anders: die Venen enthalten viele ventilartige Venenklappen, die einen Rückstrom des Bluts in die Peripherie verhindern. Insbesondere im Bereich der Beine pressen die Muskeln mit ihrer wechselnden Spannung das Blut von einem Segment zum anderen und überwinden damit die Schwerkraft, so daß das Blut schließlich im rechten Herzen ankommt, dies gelingt insbesondere bei beinbezogenen Tätigkeiten sehr gut. Im Rumpf, ohne Venenklappen, tragen die atmungsbedingten Druckunterschiede zum Transport bei.
Die Venenklappen sind also für den Rückstrom von essentieller Bedeutung. Venöses und arterielles Blut unterscheiden sich in ihrer Farbe: das arterielle Blut ist heller rot. Das bläuliche Erscheinen der Venen liegt aber mehr daran, daß das langwellige rote Licht weiter in die Venen eindringt und mehr absorbiert wird.

Blutvolumina in den Systemen

In den Arterien sind nur ca. 20% des Blutes unterwegs, postmortem (durch den Herzstillstand) wegen des Druckabfalls und der geringeren Elastizität nur noch ca. 2%, das Herz erhält also die arteriovenöse Druckdifferenz zeitlebens aufrecht. Ohne Herztätigkeit stellt sich in Rückenlage überall ein gleichmäßiger Druck von etwa 6-7 mmHg ein. Blut-Volumenunterschiede durch Blutverluste oder Transfusion werden v.a. vom venösen Niederdrucksystem aufgefangen und haben in kleinerem Rahmen kaum Auswirkung auf das arterielle Hochdrucksystem.

Windkesselfunktion

Herznahe Arterien haben eine Windkesselfunktion: sie sind recht elastisch und verstetigen damit den Blutstrom, indem sie die Blutdruckspitzen weitgehend auffangen. Dies dient nicht nur der Verstetigung des Blutdrucks und damit der Verringerung pathogener Effekte in den Gefäßen, sondern spart auch noch Energie, weil die sonst stoßweise höhere Geschwindigkeit wegen des Gefäßwiderstands mehr Energie kosten würde. Durch Arteriosklerose kann diese Funktion teilweise oder völlig entfallen, was einen höheren systolischen Blutdruck mit entsprechenden Folgeschäden verursacht. Herzfernere Arterien sind mit mehr Muskulatur ausgestattet, damit sie durch Verengung oder Weitstellung den Blutdruck regulieren können. Die Aorta (Hauptschlagader) hat einen Durchmesser von ca. 3 cm.

Die Druckwelle des Bluts erreicht beim jungen Erwachsenen ca. 6m/s und verdoppelt sich im Laufe des Lebens durch die nachlassende Windkesselfunktion und schwindende Elastizität der Arterien, wobei sich wegen der geringeren Energieeffizienz der Volumenstrom verringert.
Im Körper werden diejenigen Organe mehr durchblutet, deren Tätigkeit gerade gebraucht wird, das Herzzeitvolumen (HZV) würde nicht für eine gleichzeitige maximale Durchblutung aller Organe ausreichen. Das „Abschalten“ von Organen hält den TPR und damit den RR hinreichend hoch und entlastet das Herz. Daraus ergibt sich z.B., daß gleichzeitiges Verdauen und Betreiben von Hochleistungsport sich ausschließen. Zur Regulation von RR und TPR und anderen Zwecken gibt es einige Besonderheiten:
– Sperrarterien, die normalerweise sperren und in bestimmten Situationen öffnen (z.B. beim Penis),
– arteriovenöse Anastomosen: Umgehungen von Organen,
– Drosselvenen z.B. zur zeitverzögerten Abgabe von Nährstoffen aus dem Darm ins Blut.
– Mechanismen zur Drosselung der Durchblutung bei Verletzungen
– Mechanismen zur Steigerung der Durchblutung bei Entzündungen
Steuerungssignale für die Durchblutung sind neurale, hormonelle und lokal-chemische, wobei letztere die ersten beiden überschreiben können. In der Medulla oblongata werden Informationen von Kreislaufsensoren ausgewertet: arterieller Blutdruck, Pulsfrequenz, Füllungsdruck des Niederdrucksystems, pH-Wert, Kohlendioxid- und Sauerstoff-Partialdruck des Blutes. Symphaticus und Parasympathikus regeln Chronotropie (Veränderung der Herzfrequenz) und Inotropie (Veränderung der Kontraktionskraft) sowie Gefäßtonus.
Im Aortenbogen und in der Teilungsstelle der a. carotis communis (Karotissinus) liegen Pressorezeptoren, die den anliegenden arteriellen Druck an die medulla oblongata melden, damit diese ggf. den Druck anpassen kann.

Interstitium

Das Interstitium ist der Raum zwischen den Zellen in den Geweben des Körpers. Die interstitielle Flüssigkeit entsteht aus Blut, welches durch Poren der Membranen der Blutgefäße abgepresst wird (durch den Blutdruck), ähnelt dem arteriellen Blut deswegen auch stark in ihrer Zusammensetzung, lediglich Blutzellen und große Moleküle wie z.B. die Eiweiße Albumine und Globuline fehlen in der interstitiellen Flüssigkeit, da die Membranporen zu klein sind, um sie durchzulassen. Das in das Gewebe abgepresste und dort durch die Stoffwechselprozesse der Zellen veränderte Serum wird im venösen Schenkel durch den erhöhten osmotischen Druck des venösen Blutes (kolloidosmotischer Druck ist erhöht: viel Eiweiß, wenig Flüssigkeit) wieder in den Blutweg resorbiert.

Arterien

Arterien bestehen aus 3 Schichten (von innen nach außen):
1. Intima liegt innen, ist blank und glatt für möglichst geringen Widerstand
2. Media oder Muscularis enthält ringförmiges und schräg angeordnetes Muskelgewebe, welches eine Querschittsveränderung des Gefäßes ermöglicht: das sympathische Nervensystem bewirkt eine Vasokonstriktion , das parasympathische eine Vasodillatation, enthält zur Versorgung der Muskeln auch kleinste Gefäße
3. Adventitia oder Serosa aus elastischem und faserigem Bindegewebe; sie ernährt und steuert mit vasa vasorum (die Gefäße der Gefäße) und Nerven (Nervi vasorum) die Gesamtarterie.

Hormone bestimmen den Durchmesser der Arterien mit:
Adrenalin und Noradrenalin bewirken Vasokonstriktion außer bei den Koronarien, dort Vasodillatation
Angiotensin II bewirkt Vasokonstriktion (stärkstes vasokonstriktorisches überhaupt)
Serotonin bewirkt Vasodillatation im Bauchbereich und Vasokonstriktion im Hirnbereich (ein zuviel davon führt vermutlich zu Migräne)

Die Blutgefäße enthalten alpha-Rezeptoren, die Herzgefäße beta-Rezeptoren (deswegen werden bei hormonellem Hypertonus sog. Beta-Blocker gegeben, damit das blutdrucksteigernde weil vasokonstriktorische Adrenalin dort nicht wirken kann).

beginnend hinter der Aortenklappe:
– Koronararterien :
– – A. coronaria dexter ,
– – A. coronaria sinister , welcher sich aufteilt in den
– – – ramus circumflexus
– – – RIVA ramus interventricularis anterior
– aorta ascendens -> arcus aortae , davon gehen ab:
– – truncus brachiocephalicus versorgt den rechten Arm, das rechte Gehirn und die rechte
Kopfhälfte, teilt sich auf in:
– – – A. subclavia dexter -> A. axillaris -> A. brachialis ->
– – – – A. ulnaris
– – – – A. radialis die beiden fließen im arcus palmaris (davon gibt es zwei: arcus palmaris
profundus , welcher tief in der Hand liegt und arcus palmaris superficialis, welcher weiter
palmar liegt) zusammen. Davon gehen ab
– – – – – Aa. digitalis die Fingerarterien
– – – A. carotis communis dexter geht über in
– – – – A. carotis interna dexter versorgt die rechte Gehirnhälfte
– – – – A. carotis externa dexter versorgt die rechte Gesichts- und Schädelhälfte
– – – A. carotis communis sinister geht über in
– – – – A. carotis interna sinister versorgt die linke Gehirnhälfte
– – – – A. carotis externa sinister versorgt die linke Gesichts- und Schädelhälfte
– – A. carotis communis sinister analog zu rechts, liegt teilweise im Mediastinum
– – A. subclavia sinister
– .. geht über in aorta descendens , davon gehen ab die
– – Aa intercostales Intercostalarterien (je 12 rechts und links)
– .. geht im Bauchraum über zur aorta abdominalis , davon gehen ab:
– – A. lienalis zur Milz (nach caudal)
– – A. gastrica zum Magen (nach links)
– – A. hepatica zur Leber (nach rechts)
– .. teilt sich in der Bifurcatio aortae in
– – A. iliaca communis dexter
– – A. iliaca communis sinister beide gehen jeweils über in
– – – A. iliaca interna versorgt das kleine Becken
– – – A. iliaca externa versorgt das Bein und
– – – .. geht über in A. femoralis
– – – .. geht im Knie über in A. poplitea teilt sich nach dem Knie in
– – – – A. peronea
– – – – A. tibialis anterior
– – – – A. tibialis posterior diese und die A. tibialis anterior fließen im Vorderfuß zusammen in die
– – – – A. arcuata, aus der dann die Metatarsalarterien abgehen

Venen

Als Venen gelten Blutgefäße, die nicht Blut vom Herzen weg transportieren. Das sind neben den zum Herz hin transportierenden Gefäßen auch zwei Gefäße, deren Blut nicht auf direktem Wege zum Herz fließt:
– die Pfortader v.portae der Bauchorgane, die das Blut der meisten Bauchorgane zur Leber hin transportiert und
– die Pfortader v.portae des Gehirns zwischen Hypothalamus und Hypophysenvorderlappen.

Ins Herz münden zwei große Venen:
v. cava sup. , darein mündet
– v. jugularis vom Kopf
– v. subclavia , nimmt auf Blut der
– – v. axillaris , geht über in
– – v. brachialis , liegt ulnar, gut geeignet für Blutabnahme und Infusion, darein mündet
– – – v. radialis, tiefliegend
– – – v. ulnaris, tiefliegend
– – v. brachialis nimmt auf:
– – – v. basilica , oberflächlich
– – v. axillaris nimmt auf:
– – v. cephalica , liegt oberflächlich, radial, gut geeignet für Blutabnahme und Infusion
v. cava inf. , darein mündet
– 2 v. renales (Niere)
– 3 v. hepaticae (Leber)
– v. iliaca interna
– v. iliaca externa , geht hervor aus
– v. femoralis , geht hervor aus
– v. poplitea , geht hervor aus
– v. saphena parva , liegt lateral , darein münden zwei Unterschenkelvenen
– in die v. femoralis mündet die v. saphena magna, in die 2 weitere Unterschenkelvenen münden

Die Organe Milz, Pankreas, Magen, Dickdarm, Dünndarm haben keinen direkten venösen Anschluß an die v. cava inf. sondern sind venös über die v. portae an die Leber angebunden, die wiederum über 3 Venen an die v. cava. inf. angebunden ist.

Herz

Das Herz, cardia (gr.) cor (lat.) ist ein muskuläres Hohlorgan, pumpt mit rhythmischen Kontraktionen Blut durch den Körper und sichert so die Versorgung aller Organe.
liegt im Mediastinum, ragt ein wenig nach rechts über die Wirbelsäule hinaus (Schmerzen können daher evtl. auch rechts empfunden werden) und ist faustgroß, ca. 200-350 g schwer: Mann 280 – 340 Gramm, der Frau: 230 – 280 g. Im Laufe des Lebens nimmt die Herzmasse langsam zu, die versorgenden Gefäße wachsen allerdings nicht im gleichen Maße mit, daher gelten 500 g bereits als pathologisch: kritisches Herzgewicht (Hypertrophie), da die Versorgung des derart groß gewordenen Myokards durch die Gefäße nicht mehr gewährleistet ist. Durch Sport kann keine derart starke Hypertrophie auftreten. Jährlich bildet der jüngere Mensch ca. 1% neue Herzzellen, der ältere nur noch 0,5%.
Das Herz liegt leicht schräg (die rechte Seite kippt nach unten, die untere nach vorn) auf dem Zwerchfell, mit dem es unten verwachsen ist, bei schlanken Menschen ist es eher aufgerichtet. Vor dem Herzen liegt der Thymus und das Brustbein. Das Herz liegt im Bereich 2. – 5. Rippe. Oben reicht das Herz ca. 2 cm über den Brustbeinrand hinaus.
Das Herz funktioniert wie eine 2-Wege Pumpe mit Ventilen, die dafür sorgen, daß das Blut nur in eine definierte Richtung fließt. Es ist nach links gedreht, so daß der größere Teil des linken Herzens, welches in den großen Kreislauf pumpt, hinten liegt. Deshalb gelten Hinterwandinfarkte (Links-Herzinfarkte) auch als kritischer.

Puls, Herzfrequenz

Mit Puls wird die z.B. durch Palpation oder technische Sensoren feststellbare Pulswelle im peripheren Blutstrom bezeichnet, Beispiele sind der Radialispuls auf der radial-palmaren Seite des Unterarms vor dem Handgelenk oder der Carotispuls der Halsschlagader ventral-medial des Sternocleidomastoideus. Ist der Puls in einem Zeitintervall geringer als die Herzfrequenz, liegt ein Pulsdefizit vor.

60-80 Pulsschläge/min in Ruhe gelten als physiologisch, weniger als 60/min werden als Bradycardie, mehr als 100 als Tachykardie bezeichnet, mehr als 250 als Flattern, mehr als 350 als Flimmern. Bei Flimmern einer Kammer (meist beider) ist keine hämodynamisch sinnvolle Aktion mehr möglich, bei Flattern oder Flimmern eines Vorhofes (meist beider) kann der AV-Knoten sinnvolle Impulse herausfiltern.
Zum Vergleich: die Herzfrequenz HF des Blauwals ist 6/min, die der Etruksterspitzmaus 1000/min, meist ist bei größeren Tieren die HF niedriger als bei kleineren, Ausnahme: Giraffe 170/min. Der Blutdruck der Giraffe ist mit 300/250 ebenfalls sehr hoch, da 2 m Höhenunterschied zwischen Herz und Gehirn liegen; die Blutdrücke von Pferd (114/90) und Katze (125/75) sind dem menschlichen sehr ähnlich, während andere Tiere oft deutlich andere Drücke haben: Hahn (191/154), Henne (162/133), Dornhai (32/16), Frosch 27, Sperling (180/140). Die Herzen der Säugetiere sind alle gleich aufgebaut und betragen ca. 0,6% der Körpermasse, das Schlagvolumen steigt linear mit an. Ein Blauwal mit 100 t Gewicht hat 600 kg Herz mit einem Schlagvolumen von 350 l, das ist etwa das Körpervolumen von 4 Erwachsenen á 85 kg..

Pulsdefizit

siehe eigenen Artikel Pulsdefizit.

Pulswellengeschwindigkeit / Pulse Wave Velocity PWV

Die Messung der Pulswellengeschwindigkeit ist eine nichtinvasive Möglichkeit, die Steifigkeit der Arterien zu bestimmen, womit die Messung hilft, das cardiovaskuläre Risiko einzuschätzen. Ermittelt wird diese an zwei (idealerweise weit auseinanderliegenden) Punkten einer durchgehenden Gefäßstrecke, in der Regel einer Extremität, z.B. Oberarm (A. brachailis) und vor dem Handgelenk (A. radialis). Die wichtigste Erkrankung, die die Pulswellengeschwindigkeit erhöht, ist die
Arteriosklerose (Atherosklerose), weiter zeigen sich Erhöhungen der Pulswellengeschwindigkeit in folgenden Fällen

Die Pulswellengeschwindigkeit darf nicht mit der niedrigeren Strömungsgeschwindigkeit verwechselt werden. Bei einer jungen, gesunden Aorta beträgt die Pulswellengeschwindigkeit in deren Bereich wegen der Elastizität (Windkesselfunktion) und des größeren Lumens ca. 4-6 m/s, in der Peripherie dann etwa 8-12 m/s, z.B. in der A. radialis. Bei einer arteriosklerotisch veränderten Aorta ist die Pulswellengeschwindigkeit erhöht, auch mit Zunahme des biologischen Alters nimmt die Elastizität der Aorta ab und erhöht in Folge die Pulswellengeschwindigkeit. Bei erhöhter Pulswellengeschwindigkeit kommt es in Folge erhöhter Pulswellenreflexion zu einer Erhöhung des systolischen und Erniedrigung des diastolischen Blutdrucks, also einer Vergrößerung der Amplitude, weiter zu einer vermehrten Arbeitslast der linken Kammer und einer Minderperfusion der Koronarien in der Diastole. Physiologischerweise und regelmäßig bei gesunden jungen Menschen ist der durch die Pulswellenreflexion zustande kommende zweite Gipfel in der Pulskontur (Verlauf des intraarteriellen Drucks) niedriger als der erste durch die Kammeraktion direkt erzeugte (negative Augmentation P2 – P1) und zeigt einen deutlichen Abstand. Neben der Augmentation ist der Augmentationsindex, der die Augmentation ins Verhältnis zum Pulsdruck setzt, eine wichtige Kenngröße. Bei deutlich geringerer Gefäßelaszität der zweite Gipfel rückt näher an den ersten heran und kann ihn übersteigen (positive Augmentation). Der Augmentationsindex steigt mit Alter und Blutdruck an und nimmt ab mit der Körpergröße und der Herzfrequenz. Es ergibt sich daraus, daß kleinere Menschen ein im Schnitt etwas höheres kariovaskuläres Risiko haben als größere. In verschiedenen Studien zeigt sich eine Erhöhung der Mortalität um 10 – 39% bei einer um 1 m/s erhöhten Pulswellengeschwindigkeit. Im Schnitt haben Frauen, bedingt durch die im Schnitt geringere Körpergröße, einen etwas höheren Index als Männer.

Herzzeitvolumen

Das Herzzeitvolumen ist das Produkt von Herzfrequenz und Schlagvolumen und damit die wichtigste Kenngröße der Versorgung des Körpers. Der Blutdruck ist der (arterielle) Druck, gegen den das Herz seine Arbeit Blut auszuwerfen verrichten muß.

Aufbau des Herzens

Das Herz ist durch eine Scheidewand (Septum) in linkes und rechts Herz aus je Vorhof und Kammer geteilt: die Vorhöfe sammeln das Blut, und sind mit deutlich schwächerer Muskulatur ausgestattet als die Kammern, die es mit Druck in die Kreisläufe austreiben. Das linke Herz wirft in den Körperkreislauf aus und hat wegen des deutlich höheren Drucks als im Lungenkreislauf, den das rechte Herz versorgt, deutlich stärkere Muskulatur. Das Herz hat also 2 Vorhöfe und 2 Kammern:
– Atrium dextrum rechter Vorhof
– Ventriculus dexter rechte Kammer
dazwischen: Valva tricuspidale (Tricuspidalklappe), dreizipflige Segelklappe
von der Kammer zur Lunge hin: Valva pulmonale (Pulmonalklappe)
– Atrium sinistrum linker Vorhof
– Ventriculus sinister linke Kammer
dazwischen: Valva bicuspidale (Bicuspidalklappe oder Mitralklappe), zweizipflige Segelklappe
von der Kammer zur Aorta hin: Valva aortae (Aortenklappe). Die vier Klappen befinden sich etwa in einer Ebene, der Ventilebene, sie werden von dem Herzskelett, einer Bindegewebsstruktur gehalten, die nicht nur Ansatz für Muskulatur und Klappen ist, sondern auch Vorhöfe und Kammern elektrisch trennt. Die Ventilebene wird bei der Kammerkontraktion nach unten zur Herzspitze gezogen und vergrößert damit das Vorhofvolumen, was Blut aus den unter geringem Druck stehenden Hohlvenen in den Vorhof saugt. Da sich die in der Erschlaffungsphase der Kammern über wieder hebende Ventilebene bei nun geöffneten Segelklappen über das Blutvolumen in den Vorhöfen stülpt, ist für eine hämodynamische Aktion des Herzens nicht zwingend eine Vorhofkontraktion erforderlich, d.h. Der Mensch z.B. bei Vorhofflimmern lebensfähig.
Selbstverständlich sind Füllungs- und Schlagvolumen der beiden Herzhälften gleich, sonst würde sich das Blut im kleinen (Lungen-) oder großen Kreislauf stauen.

Reizbildung und -leitung

Die Kontraktion des Herzens wird elektrisch verursacht durch eine im Herzen selbst entstehende Erregung. Das Reizleitungssystem:
1. Der halbmondförmige Sinusknoten liegt an der Einmündung der v.cava sup.; er ist der Schrittmacher und physiologisch einzige Reizbilder und feuert mit 60-80 Impulsen / Min.
2. der AV oder Artioventrikularknoten sitzt im rechten Vorhof im Winkel zwischen dem Septum und der Tricuspidalklappe . Er hat eine Eigenfrequenz von 40-60 Schlägen / Min. Es ist das Sicherungssystem bei Ausfall des Sinusknotens und ggf. der Moderator der Impulse des Sinusknotens.
3. Das Hisbündel oder His’sche Bündel ist die einzige muskuläre Verbindung zwischen Vorhof und Kammer
4. der li. und re. Tawara-Schenkel in der li. und re. Kammer. Sie bringen den Impuls herunter bis zur Herzspitze und enervieren die Kammern
5. die feinen Purkinj-Fasern gehen an die Fasern des Arbeitsmyokards

Der Sinusknoten hat keine Verbindung zu 2.-5.; der AV nimmt den Impuls des Sinusknotens als elektrisches Signal aus der Muskulatur des Vorhofs auf. Der Impuls läuft: Sinusknoten -> Muskulatur Vorhof -> AV -> Hissbündel -> Tawara-Schenkel -> Purkinj-Fasern -> Herzspitze -> wieder nach oben bis zum Hissbündel. Er stoppt vor dem AV.

Herzaktion: die Phasen

Sauerstoffreiches venöses Blut sowie sauerstoffarmes arterielles Blut gibt es nur im kleinen Kreislauf zwischen Herz und Lunge, im großen Kreislauf ist das venöse Blut sauerstoffarm und das arterielle sauerstoffreich. Das sauerstoffarme Blut aus den unteren Extremitäten und dem Bauch- und Brustraum gelangt über die vena cava inferior untere Hohlvene und das sauerstoffarme Blut aus den oberen Extremitäten über die vena cava superior obere Hohlvene in den atrium dextrum. In der Diastole (Füllungsphase: die Segelklappen sind geöffnet und die Taschenklappen geschlossen) fließt das Blut weiter in den vetriculus dexter. Während der Systole (Kontraktionsphase des Herzmuskels bei geöffneten Taschenklappen und geschlossenen Segelklappen) wird das Blut in den truncus pulmonalis Lungenstamm gepumpt und fließt zur Lunge. Beim Durchlaufen der Lunge wird es per Diffusion an den semipermeablen Membranen der Alveolen mit Sauerstoff angereichert und fließt zurück durch die Venae pulmonalis sinistrae und venae pulmonalis dextrae in den atrium sinistrum. Dann öffnet sich die Mitralklappe und das Blut fließt während der Diastole in den ventriculus sinister, von wird von da aus während der Systole in den arcus aortae Aortenbogen gepumpt. Die Systole unterteilt sich nochmals in Anspannungsphase (Phase, in der der Herzmuskel sich bereits angespannt hat, aber der erzeugte Druck noch nicht ausreicht, um die Taschenklappen zu öffnen und Blut auszutreiben) und die Austreibungsphase. Ebenso unterteilt sich die Diastole nochmals in Erschlaffungsphase (der Herzmuskel gibt seine Kontraktion auf und weitet sich wieder) und Füllungsphase (Blut fließt in die Vorhöfe).

Wandschichten des Herzens

Das Herz besteht aus (von innen nach außen):

Endokard

Herzinnenwand auch: Herzinnenhaut, kleidet das Herz von innen aus und bildet auch die Klappen, ist ganz glatt.
Aufgabe:
1. Unebenheiten und Rauigkeiten glätten und die Oberfläche spiegelblank halten, damit der Strömungswiderstand möglichst gering ist
2. Ventilfunktion der Klappen

Myokard

Der Herzmuskel , auch: Arbeitsmyokard. Das Myokard des linken Herzens ist 2-3 mal so dick wie das des rechten Herzens, hat auch die 2-3-fache Kraft: während in den Vorhöfen ein Druck von ca. 0-5 mmHg herrscht, liegt der Druck in der rechten Kammer bei 40-45 mmHg und in der linken bei 120 mmHg. Alle vier Vorhöfe und Kammern sind etwa gleich groß, von den ca. 150 ml, die sie fassen können, werden bei jeder Herzaktion ca. 70-80 ml (50-100) bewegt. Bei einem Puls von 80 sind das ca. 5 l / min oder einmal das gesamte Blutvolumen pro Minute.
Durch Verdopplung des Schlagvolumens und ver-2,5-fachung der Frequenz ergeben sich maximal Faktor 5 unter körperlicher Belastung.
Die Herzleistung kann unter dem Einfluß sympathischer Nervenfasern gesteigert werden, die im Myokard und der Erregungsleitung Noradrenalin freisetzen, zusätzlich kann dieses zusammen mit Adrenalin auf dem Blutweg zum Herzen gelangen. Diese wirken sowohl chronotrop als auch inotrop und zusätzlich dromotrop (Überleitzeit des AV-Knotens wird verkürzt). Der Gegenspieler des Sympathikus, der Parasympathische Vagusnerv wirkt über Acetylcholin negativ chronotrop, inotrop, dromotrop und bathmotrop (erhöht die Erregungsschwelle). Mit dem Frank-Starling-Mechanismus passt das Herz die Auswurfkraft der Füllung an: ein größeres Volumen bedeutet mehr Dehnung, wodurch der Herzmuskel mehr pumpt. Liegt dauerhaft zu viel Blutvolumen vor, wird dehnungsabhängig ein harntreibendes Hormon ausgeschüttet, das atriale natriuretische Peptid (ANP)

Aufgabe des Myokards:
1. durch Kontraktion das Blut im Sinne des Kreislaufs vorwärtsbewegen.
2. Reizleitung: die elektrischen Impulse, die zu den Kontraktionen der 4 Räume führen, vom Entstehungsort, dem Sinusknoten, weiterleiten

Epikard

Herzaußenwand, sitzt außen auf dem Myokard, ist fest mit diesem verbunden
Aufgabe: dient der Formgebung und -Erhaltung und bezweckt mit seiner spiegelglatte Oberfläche minimale Reibung
Zwischen Epicard und Pericard befindet sich seröse Herzbeutelflüssigkeit, die die Reibung zwischen den beiden vermindert.

Perikard

Herzbeutel , genaugenommen schlägt das Epikard am Abgang der großen Gefäße in das Perikard um, gleichsam als wäre das Herz eine Faust, die man in einen luftgefüllten Ballon stecken würde, so daß sich dessen Wand über der Faust doppelt.

Koronarien


Die Koronarien oder Koronararterien Herzkranzgefäße versorgen den Herzmuskel mit Blut:
die a.coronaria dexter versorgt die rechte Kammer und den rechten Vorhof sowie die Herzhinterwand und die a.coronaria sinister versorgt die linke Kammer und den linken Vorhof sowie einen Großteil der Kammerscheidewand. Die a.coronaria dexter läuft fast waagerecht nach hinten, die a.coronaria sinister ist sehr kurz und verläuft ebenfalls fast waagerecht, bevor sie sich in 2 Äste aufteilt: der ramus circumflexus geht an die Hinterseite und der RIVA ramus interventricularis anterior läuft nach unten und teilt das Herz in seine beiden Hälften (re. und li.). In der Diastole wird das Herz selbst mit Blut versorgt (die systolische Kontraktion verengt die Herzgefäße, deswegen ist das dabei nicht möglich). Die Herzspitze liegt am 5. ICR medioclavicular. Beim Tasten bedenke, daß die Clavicula über dem 1. ICR liegt, so das der erste tastbare der 2. ist.

EKG

P: Erregung des Vorhofs durch Sinusknoten, ca. 100 ms
Q: Beginn der Kammererregung, Reizleitung von der Herzspitze zur Herzbasis, 40 ms, < ¼ der R-Zacke, verbreitert oder tiefer: Anzeichen für vergangenen Herzinfarkt. Da die Papillarmuskeln schneller leiten, kontrahieren diese etwas vor der Kammer
P-Q: Überleitzeit vom Sinus- zum AV-Knoten
R: Depolarisation des Myokards. Verbreitert oder gekerbt: Störung der Reizleitung, reduziert: Hinweis auf vorangegangenen Infarkt
QRS: ca. 110 ms, manchmal bis 120 ms
Lunge

Mediastinum

Im Mediastinum liegen: Herz, Aorta, Trachea, Ösophagus, Thymusdrüse, truncus pulmonalis, n. vagus, ductus thoracicus). Der ductus thoracicus Milchbrustgang läuft hinter der linken clavicula her zum linken Venenwinkel Richtung Herz und transportiert u.a. langkettige Fettsäuren, die zeitverzögert ins Blut abgegeben werden.

Trachea

Trachea Luftröhre , kürzer als der Ösophagus, vor dem sie liegt, Länge ca. 11-14 cm. Beginnt in Höhe des Ringknorpels hinter der Schilddrüse, besteht aus 16-20 hufeisenförmigen Knorpelspangen, nach hinten: bindegewebige Haut, liegt vor dem Ösophagus, deshalb auch hinten nur Gewebe. Teilt sich, Teilungsstelle: Bifurkation tracheae, in rechten und linken Hauptbronchus (hat noch Knorpelspangen), rechte Seite verläuft steiler, verstopft daher eher beim Verschlucken. Der Rechte Hauptbronchus hat 3 Hauptäste, der linke 2 Hauptäste entsprechend der Anzahl der Lungenlappen. Die Bronchien verzweigen sich immer weiter, unten nimmt die Anzahl der Alveolen rapide zu. Die Alveolen sind von Venen und Arterien umgeben

Lunge

Pulmo oder Pneumo Lunge aus einem linken und rechten Flügel mit je 3 (rechts) und 2 (links) Lappen (Lobus) bestehendes Organ. Entsprechend der Abgänge von den Bronchien kann man rechts 10 Segmente und links 9 unterscheiden. Die linke Lunge ist etwas kleiner, weil das Herz einigen Platz einnimmt.
Die Lunge besteht aus dem Verzweigungsbaum der Bronchien, die schließlich jeweils mit unzähligen Alveolen (Lungenbläschen) enden. Durch das Wechselspiel des Ein- und Ausatmens wird ständig frische, sauerstoffhaltige Luft an die Blut-Luft-Schranke geführt, die ca. 2,2 µm dünne diffusionsfähige Gewebeschicht zwischen dem luftigen Innenraum der Lunge und den Kapillaren. Die Einatmung vergrößert den Brustraum auf zwei Weisen:

Bauchatmung

– das kuppelförmige muskulöse Zwerchfell bewegt sich nach unten und vergrößert den Raum für die Lungen, die damit verwachsen sind: bei ruhigem Einatmen 1,5, bei tiefer Einatmen 10 cm. Übermäßige Zwerchfellkontraktion kann die Rippen nach unten ziehen und damit die Brustatmung einschränken

Brustatmung

– die sich bei der Brustatmung nach vorn-oben hebenden Rippenbögen vergrößern den Raum der Lungen, die dem Brustkasten von innen anhaften: das der Lunge direkt aufliegende viscerale Lungenfell (pleura pulmonalis) hängt verschieblich mittels einer serösen Flüssigkeit adhäsiv am parietalen (pleura parietalis) Lungenfell, welches den Brustkasten von innen auskleidet. Die größte Weitung des Brustkorbs findet, v.a. im kranialen Bereich, in Sagittalrichtung statt, weiter kaudal auch ein stückweit in der Frontalebene.
Gelangt Luft in den (nur) flüssigkeitsgefüllten Pleuraspalt zwischen dem parietalen und viszeralen Blatt, löst sich das eine vom anderen und die Lunge folgt nicht mehr der Exkursion des Brustkorbs. Verwächst oder verklebt im Rahmen einer Pleuritis das eine mit dem anderen Fell, ist die Verschieblichkeit eingeschränkt, die Einatmung schmerzhaft begrenzt.

Bei leichter Einatmung heben fast nur die Mm. Scaleni den Brustkasten von oben an, bei moderater Einatmung kommen die Interkostalmuskeln hinzu und bei vehementer Einatmung alle übrigen inspiratorischen Muskeln zuzüglich der inspiratorischen Hilfsmuskeln. Durch die Schwerkraft der Rippenbögen geschieht die Ausatmung auch ohne Muskeleinsatz. Selbst gegen die Schwerkraft reicht die Retraktionskraft (Eigenspannung des Lungengewebes) dazu aus. Außerdem hebt die Spannung der Bauchmuskeln die Bauch-Einatmung auf, und die Schwerkraft des Brustkorbs (in aufrechter Position) bewirkt die Brust-Ausatmung.

Beim Einatmen wird die in den Luftwegen oberhalb der Lunge stehende Luft mitbewegt, dieser Raum aus Nasen- bzw. Mundhöhle, Rachenraum, Luftröhre, Bronchien wird als Totraum bezeichnet und umfasst ca. 150 ml. Hier wird die Atemluft angewärmt, angefeuchtet und (vor allem in der Nase) von Staub gereinigt. Der Mund taugt zur Reinigung von Staub sehr schlecht. Das Flimmerepithel der Trachea (Luftröhre) und Bronchien kann Partikel wieder aus dem Atemtrakt zurück transportieren.

Atemvolumina

Man definiert verschiedene Atemvolumina:
Zugvolumen: das normalerweise bewegte Luftvolumen, zwischen ca. 500 ml in Ruhe und 2,5 l bei großer Anstrengung
endexspiratorisches Lungenvolumen (Lungenvolumen nach normaler Ausatmung) =
funktionelle Residualkapazität
Diese unterteilt sich in
– expiratorisches Reservevolumen: Volumen, das mit Anstrengung noch ausgeatmet werden kann, durchschnittlich 1 – 2 l
– Residualvolumen: Volumen, das auch mit größter Anstrengung nicht mehr ausgeatmet werden kann, 1 – 1,5 l, entweicht weitestgehend bei beidseitigem Öffnen des Pleuraspalts
– Inspiratorisches Reservevolumen: Volumen, das zusätzlich zu normaler Einatmung noch eingeatmet werden kann, durchschnittlich 2 – 4 l
– Vitalkapazität: Summe aus Atemzugvolumen, inspiratorischem und expiratorischem Reservevolumen
– Totalkapazität: Vitalkapazität plus Residualvolumen, ca. 5 – 10 l, bei Frauen etwas kleiner als bei Männern, stark abhängig vom Trainingsstand

Atemruhelage

Die Atemruhelage ist der Gleichgewichtspunkt der Retraktionskraft der Lunge und der elastisch expandierenden Kräfte des Brustkorbs. Beim Übergang vom Sitzen/Stehen/Gehen zur Rückenlage verlagert sich durch die größere Schwerkraftwirkung des Brustkorbs und den Druck der Bachraumorgane gegen das Zwerchfell die Atemruhelage ein wenig in Richtung Exspirium. Ein Nachlassen der elastischen Retraktionskraft der Lunge führt zu einer in Richtung Inspirium verschobenen Atemruhelage, dann wird (wie z.B. beim Emphysem) das exspiratorische Reservevolumen größer und das inspiratorische kleiner. Bei einem sehr flexiblen Thorax steigt das inspiratorische und das exspiratorische fällt ab. Ein niedrige Atemruhelage, also ein niedriges exspiratorisches bei einem hohen inspiratorischen Reservevolumen ist wünschenswert, da dabei weniger sauerstoffarme Luft in den Lungen verbleibt und das Einatmen des gleichen Luftvolumens zu einem höheren Sauerstoffgehalt der nach der Inspiration in der Lunge stehenden Luft führt. Der Quotient aus (Atemzugvolumen minus Totraumvolumen) durch (Residualvolumen plus exspiratorisches Reservevolumen) heißt Ventilationskoeffizient und liegt im Schnitt bei 1/8. Er sollte möglichst groß sein und wird bei Erkrankungen wie dem Emphysem entsprechend kleiner.
Die Atemfrequenz liegt bei durchschnittlich 15/min (12-20), in 4 s werden also ca. 500 ml Luft ausgetauscht, dabei ist das Exspirium im Verhältnis 3:2 länger, oft gibt es eine endexpiratorische Atempause . In der Minute werden so im Schnitt 7-8 l Luft aufgenommen, darunter ¼ l Sauerstoff. Maximal werden, abhängig von Trainingsstand, in der Minute ca. 120 l Luft aufgenommen.
Der bei der inneren Atmung an die Zellen übertragene Sauerstoff dient dort dem „Verbrennen“ der Nährstoffe: Kohlenhydrate, Fette, Proteine. Diese verbrennen im Idealfall rückstandsfrei zu CO2 und H2O, im Falle der Proteine entsteht zusätzlich Harnstoff, der von der Niere ausgeschieden werden muß. Wie der Puls wird auch die Atmung von der medulla oblongata reguliert. Bliebe die Regulation aus, würde im Falle körperlicher Anstrengung oder anderen erhöhten Energiebedarfs der Sauerstoffgehalt im Blut sinken (Hypoxie) und der CO2-Anteil steigen (Hyperkapnie), was nicht zuletzt auf den Blut-pH nachteilig wirkt. Deswegen werden die Partialdrücke für O2 und CO2 im Aortenbogen und im glomus caroticus gemessen , zusätzlich der pH und der pCO2 von der medulla oblongata selbst.. Dehnungsrezeptoren in den Alveolen hemmen weitere Atmung (Hering-Breuer-Reflex). Weitere Impulse aus verschiedenen Körperregionen nehmen auf die Atmung Einfluß. Analog zum Herzen können Atemfrequenz und Atemzugvolumen gesteigert werden, günstiger ist die Erhöhung des Atemzugvolumens, da dann der Totraum geringer ins Gewicht fällt.

Funktionstests der Lunge

Tiffenau: nach einer maximalen Einatmung wird gemessen, wie viel Luft der Proband maximal in einer Sekunde ausatmen kann (relative Sekundenkapazität). Gesunde erreichen 70-80% ihrer Vitalkapazität. Obstruktive Lungenerkrankungen, verminderte Rückstellkräfte in der Lunge sowie geschwächte Expirations-(und hilfs-)muskulatur verringern diesen Wert.

Der Bronchialbaum enthält zu Beginn noch einen deutlichen Anteil an Knorpel, damit er nicht kollabiert. In den Alveolen wird ein Surfactant (surface active agent) produziert und an die Oberfläche abgegeben, welches die Oberflächenspannung reduziert. Makrophagen phagozytieren Staub und Reste von Blutungen. Nach Struktur des Gewebes kann im Fall von Stauung in der Lunge wegen Herzschwäche Flüssigkeit ins Lungeninnere (den luftgefüllten Raum) austreten, es entsteht ein Lungenödem.
Vor der Geburt ist die Lunge nicht lebensnotwendig, nach der Geburt muß sie sich blitzschnell entfalten: das Wasser in der Lunge wird mit Hilfe des Surfactant von der Luft verdrängt und Atmung ist möglich. Der erste Schrei des Neugeborenen ist der Beweis der Luftfüllung der Lunge.

Unter Atmung wird üblicherweise nur die äußere (Lungen-)atmung verstanden, jedoch gehört zur Atmung auch die innere (Zell-)atmung. Atmung besteht aus:
– Ventilation
– Gasaustausch in der Lunge
– Gastransport im Blut
– Gasaustausch im Gewebe
– Verwertung des Sauerstoffs in der Zelle
– bedarfsgerechte Anpassung der Atmung

Atemmuskulatur

Inspiratorische Atemmuskeln

Zwerchfell (Diaphragma)
Musculi scaleni
Musculi intercostales externi (äußere Zwischenrippenmuskeln)
Musculi intercartilaginei, also der Teil der inneren Zwischenrippenmuskeln, der zwischen den Rippenknorpeln verläuft

Inspiratorische Atemhilfsmuskeln

Musculi levatores costarum
Musculus serratus anterior (vorderer Sägemuskel)
Musculus serratus posterior superior (hinterer oberer Sägemuskel)
Musculus serratus posterior inferior (hinterer unterer Sägemuskel)
Musculus pectoralis minor et major (bei aufgestütztem Arm)
Musculus sternocleidomastoideus
Musculus erector spinae

Exspiratorische Atemmuskeln

Musculi intercostales interni et intimi (innere Zwischenrippenmuskeln)
Musculi subcostales (Unterrippenmuskeln)

Exspiratorische Atemhilfsmuskeln

Musculus obliquus externus abdominis
Musculus obliquus internus abdominis
Musculus transversus abdominis
Musculus transversus thoracis
Musculus latissimus dorsi („Hustenmuskel“)
Musculus quadratus lumborum
Musculus rectus abdominis

Die Bauchmuskeln unterstützen v.a. die schnelle Ausatmung ab ca. 40 l / min.
Man unterscheidet nach kostosternaler (Brustatmung) und kostodiaphragmaler (Bauchatmung) Atmung, bei der ersten wird v.a. der Thorax nach vorn geweitet, bei der zweiten vor allem durch das Zwerchfell die Lunge nach unten gedehnt und der Bauchraum komprimiert, wodurch die Bauchdecke nach vorn wölbt. Im Aufrechter Position des Oberkörpers (Sitzen, Stehen, Gehen) herrscht v.a. die kostodiaphragmale Atmung vor, da sich das Zwerchfell leicht und frei nach unten kontrahieren kann. In Rückenlage liegt ein erhöhter Gegendruck der Bauchorgane gegen das Zwerchfell vor und die Brustatmung gewinnt an Gewicht. In Bauchlage ist die Brustinspiration durch den schwerkraftbedingten Druck auf den Brustkorb erschwert und die Bauchatmung durch den schwerkraftbedingten Druck auf den Bauchraum, so daß beide Atemtypen eingeschränkt sind.

Die Pfortader vena portae sammelt das Blut aus allen unpaarigen Bauchorganen (nicht der Niere) und leitet deren Stoffe zur Leber. Die einzelnen Organe: Magen, Dünndarm, Dickdarm, Teile des Mastdarms, Bauchspeicheldrüse, Milz. Sie ist 8-15 mm breit, hat eine Fließgeschwindigkeit von immerhin bis 23 cm/s und einen schwer messbaren Druck zwischen 5 und 20 mmHg. Staut sich das Blut in der Pfortader oder der Leber, müssen andere venöse Systeme das Blut abführen und werden überlastet, es bilden sich porto-kavaler Anastomosen als:
– Ösophagusvarizen (Krampfadern in der Speiseröhre)
– caput medusae (Überlastung von tiefen und oberflächlichen Bauch- und Brustvenen)
– Hämorrhoiden als Folge von Varizen im Bereich des Mastdarms

Neben der Bauchpfortader gibt es noch die Hypophysenpfortadern (Venae portales hypophysiales), die verschiedene Steuerungshormone vom
Hypothalamus (oberstes Regulationszentrum für alle vegetativen und endokrinen Vorgänge) zum Hypophysenvorderlappen (bildet verschiedene Effector- und Steuerhormone) transportieren:
Releasing-Hormone (Liberine) CRH, Thyreoliberin, Gonadoliberin, Somatoliberin und die Inhibiting-Hormone (Statine) Dopamin und Somatostatin
Der HVL produziert davon abhängig glandotrope Hormone (wirken auf endokrine Drüsen):
TSH = Thyreoideastimulierendes Hormon
ACTH = Adrenokorticotropes Hormon
FSH = Follikelstimulierendes Hormon
LH = Luteinisierendes Hormon
und nicht glandotrope Hormone:
STH = Somatotropes Hormon
MSH = Melanozytenstimulierendes Hormon
Prolaktin