Das Herz - ein Muskel, der unerschöpflich und ohne Unterbrechung arbeitet. Es sorgt dafür, dass das Blut kontinuierlich durch das Kreislaufsystem transportiert wird. Allerdings bleiben die Bedingungen, unter denen das Herz arbeitet, nicht zwangsläufig gleich. Eine Stenose in der Aorta oder ein vermehrter Blutrückstrom über die Venen stellen Belastungssituationen für das Herz dar. Bei Maschinen müsste man wahrscheinlich neue Einstellungen oder Skalierungen vornehmen. Doch unser Organismus weiß sich selbst zu helfen. Eines unserer natürlichen Regulationsmechanismen ist der Frank-Starling-Mechanismus.
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Arbeitsdiagramm des Herzens ©Lecturio

Arbeitsdiagramm des Herzens ©Lecturio


Was ist der Frank-Starling-Mechanismus?

Der Frank-Starling-Mechanismus ist ein Regulationsmechanismus des Herzens. Er kommt zum Einsatz, damit das Herzvolumen, die das rechte Herz aufnimmt, wieder vom linken Herzen abgegeben wird. So wird das Kontinuitätsgesetz aufrecht erhalten.
Würde das rechte Herz mehr Blut fördern als das linke, käme es zur Blutstauung vor dem linken Herzen. Die Lungengefäße würden nach und nach immer mehr Blutvolumen aufnehmen müssen. Es kann zum Lungenödem kommen. Anders herum käme es zu Ödemen in der Körperperipherie, wenn das linke Herz mehr Blut fördert als das rechte. Eine Balance ist also äußert wichtig für die Funktionalität unseres Kreislaufsystems.

Das Arbeitsdiagramm des Herzens

Um den Mechanismus zu verdeutlichen, soll zunächst eine normale Herzaktion ohne jegliche Belastung in einem Volumen-Druck-Diagramm (siehe Abbildung: Arbeitsdiagramm des Herzens) anschaulich gemacht werden:

arbeitsdiagramm des herzens

Arbeitsdiagramm des Herzens ©Lecturio

Der Punkt A kennzeichnet das Volumen und den Druck bei enddiastolischem Füllstand.
In der isovolumetrischen Anspannungsphase kontrahiert das Myokard, der Druck nimmt zu, das Volumen bleibt aber noch konstant. Am Ende dieser Phase wird Punkt B erreicht.
In der Systole wird das Blut ausgeworfen. Das Volumen wird kleiner, der Druck nimmt dabei aber zu – Punkt C.
Das Myokard entspannt sich wieder. Der Druck fällt, wobei das Volumen konstant bleibt, solang über die AV-Klappen noch kein Blut aus dem Vorhof in die Kammer nachströmt. Der endsystolische Stand ist mit Punkt D bezeichnet. Daran sieht man auch, dass sich die Ventrikel nie komplett entleeren, sondern ein Restvolumen verbleibt.

Verbindet man die Punkte A-D so erhält man eine Fläche (A1), die der aktiv geleisteten Arbeit des Herzens in etwa entspricht. Die Fläche A2 stellt die Füllungsarbeit dar. Die Volumenänderung von B nach C kennzeichnet das Schlagvolumen.

In dieses Arbeitsdiagramm lassen sich folgende, experimentell ermittelte Kurven einzeichnen:

  • Ruhedehnungskurve (grau): Diese erhält man, wenn das Herz mit einer gewissen Menge Flüssigkeit gefüllt und der entwickelte Druck dazu gemessen wird.
    Mit steigendem Volumen sinkt die Dehnbarkeit des Myokards, der Druck steigt steiler an.
  • Kurve der isovolumetrischen Maxima (grün): Sie entsteht, wenn bei konstantem Volumen der Druck durch Kontraktion maximal gesteigert wird.
  • Kurve der isobaren Maxima (gelb): Bei bestimmten, konstanten Druck, wird ausgehend von einem Punkt auf der Ruhedehnungskurve das maximale Schlagvolumen ermittelt.
  • Kurve der Unterstützungsmaxima (U-Kurve, rot): Für jeden Punkt auf der Ruhedehnungskurve existiert eine eigene Kurve der Unterstützungsmaxima. Man erhält sie, wenn von einem bestimmten Punkt eine senkrechte Linie nach oben gezogen wird, sodass sie die Kurve der isovolumetrischen Maxima kreuzt sowie eine waagerechte Linie nach links bis zur Kurve der isobaren Maxima (gestrichelte Linien). Die Schnittpunkte werden verbunden und stellen die spezielle Kurve der Unterstützungsmaxima dar.
    Der Punkt C liegt immer auf einer solchen Kurve.

Eine Anpassung der Herztätigkeit ist bei Preload und Afterload gefordert

Als Vorlast oder Preload bezeichnet man das enddiastolische Füllvolumen (Punkt A). Eine erhöhte Vorlast bedeutet eine Volumenbealstung. In der Diastole wird der Ventrikel also mit mehr Blut gefüllt.

Die Nachlast oder Afterload ist der Druck, gegen den das Blutvolumen in der Systole ausgeworfen werden muss. Sie entspricht also dem Druck in der Aorta. Eine erhöhte Nachlast heißt für das Herz, dass eine Druckbelastung vorliegt. Es muss gegen einen höheren Druck anpumpen.

Der Frank-Starling-Mechanismus bei Volumenbelastung

Egal ob Volumen- oder Druckbelastung – das Herz verrichtet in beiden Fällen mehr Arbeit, damit das aufgenommene und ausgeworfene Volumen des rechten und linken Herzens gleich bleibt.
Am besten können die Vorgänge nachvollzogen werden, wenn Sie selbst parallel ein Arbeitsdiagramm zu den folgenden Erläuterungen zeichnen:

frank-starling-mechanismus

Frank-Starlin-Mechanismus am Arbeitsdiagramm des Herzens verdeutlicht ©Lecturio

Das enddiastolische Volumen ist erhöht:

  • Der Punkt A schiebt sich auf der Ruhedehnungskurve weiter nach rechts (A‘).
  • Der Druck bleibt konstant: Der Punkt B verändert seine Position nur in waagerechter Richtung (um den gleichen Betrag wie A; B‘).
  • Es gilt entsprechend eines anderen Ausgangspunktes auf der Ruhedehnungskurve eine andere U-Kurve 2. Punkt C und D sind ebenfalls verschoben (C‘, D‘).
  • Die entstandene Arbeitsfläche A3 ist größer als unter normalen Bestimmungen, auch das erhöhte Schlagvolumen ist messbar (SV1 < SV2)

Wenn also in der Diastole mehr Blut in den rechten Ventrikel strömt, ist das Myokard stärker vorgedehnt. Das ermöglicht eine stärkere Spannungsentwicklung, sodass ein höheres Schlagvolumen ausgeworfen werden kann.

Der Frank-Starling-Mechanismus bei Druckbelastung

Ein erhöhter Aortendruck verlangt es ebenfalls, dass der linke Ventrikel mehr Arbeit aufwendet. Andernfalls wird das Schlagvolumen nicht konstant gehalten.

  • Punkt A wird nicht verändert, der Ventrikel wird mit gleichem Volumen gefüllt.
  • Punkt B liegt jedoch höher (erhöhter Aortendruck, B“).
  • Der Punkt C ist auf der gleichen U-Kurve (Punkt A auf Ruhedehnungskurve unverändert) nach oben verschoben (C“), beim Auswurf wird die U-Kurve früher erreicht. Das bedeutet, das Schlagvolumen ist zunächst verkleinert.
  • Es wird ein größeres endsystolisches Volumen erreicht: Auch D ist nach rechts verschoben (D“).
  • Da bei der nächsten Herzaktion ein gleiches Volumen nachströmt, kommt es auch zu einer erhöhten enddiastolischen Füllung.
  • Nun ist eine Situation erreicht, die einer Volumenbelastung entspricht.

Die Druckbelastung wurde in eine Volumenbelastung überführt.


 

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4 Gedanken zu „Der Frank-Starling-Mechanismus – Wie das Herz sich selbst reguliert

  • nadine martini

    Was ein Witz..
    wollte nur eine Sache nachlesen, und das war folgendes:
    „Kurve der Unterstützungsmaxima (U-Kurve, rot): Für jeden Punkt auf der Ruhedehnungskurve existiert eine eigene Kurve der Unterstützungsmaxima. Man erhält sie, wenn von einem bestimmten Punkt eine senkrechte Linie nach oben gezogen wird, sodass sie die Kurve der isovolumetrischen Maxima kreuzt sowie eine waagerechte Linie nach links bis zur Kurve der isobaren Maxima (gestrichelte Linien). Die Schnittpunkte werden verbunden und stellen die spezielle Kurve der Unterstützungsmaxima dar.
    Der Punkt C liegt immer auf einer solchen Kurve.“

    So, nun versuchen Sie doch bitte mal das nachzuzeichnen.. Nach genau dieser Anleitung.

    Mehr muss man nicht sagen…
    Wundert mich nicht, warum Lecturio so einen schlechten Ruf hat.

    Und das Physikums-Rep Anatomie ist ja wohl auch ein Witz

    1. Maria Jaehne

      Hallo,

      vielen Dank für das Feedback. Rückmeldungen wie die Ihrige helfen uns enorm, unser Angebot weiter zu verbessern. Könnten Sie aus diesem Grund Ihr Feedback noch genauer ausführen?
      Ich kann Ihnen außerdem das Wirth-Repetitorium empfehlen. Dazu können Sie gerne die kostenlosen Videos ansehen.

      Es tut uns leid, dass unsere Erklärung für Sie so unverständlich ist. Wir werden nochmal versuchen, diese zu vereinfachen.

      Freundliche Grüße,
      Maria Jähne von Lecturio.

      1. Tom

        Naja diese Erklärung geht noch einigermassen, zusammen mit dem Bild kann man in etwa noch herausfinden, wie es geht. Ich finde eher die Erklärungen zu den einzelnen Kurven dürftig. Man wird daraus nicht wirklich schlau. Zum Unterstützungsmaxima steht lediglich wie sie gezeichnet wird, nicht aber was sie beduetet. Sehr frustrierend das ganze.

        1. Tom

          Sorry, die ersten 3 Kurven sind gut erklärt nur die letzte nicht.