Das menschliche Herz schüttet mit jedem Herzschlag ein bestimmtes Volumen in den Körper- und Lungenkreislauf aus, um die Durchblutung des gesamten Körpers zu gewährleisten. In einigen physiologischen und pathologischen Situationen ist eine Anpassung dieses Volumens notwendig. Zur Sicherung einer ausreichenden Versorgung des Körpers mit Blut gibt es unterschiedliche Anpassungsmechanismen. Bestimmte Erkrankungen können das ausgeschüttete Volumen ebenfalls verändern, sodass auch hier eine Kompensation zum Überleben erforderlich ist.

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Vorderfläche des Herzens

Bild: “Superficial Heart Anatomy (Anterior View).” von Blausen Medical Communications, Inc.. Lizenz: CC BY 3.0


Definitionen

Als Herzzeitvolumen (HZV) oder Herzminutenvolumen (HMV) wird das Volumen bezeichnet, welches das Herz pro Minute in den Kreislauf ausschüttet. Berechnen lässt es sich durch Multiplikation des Schlagvolumens mit der Herzfrequenz. Als Einheit ergibt sich hierfür daher l/min. In Ruhe liegt dieser Wert beim Herzgesunden in der Regel bei 4,5 bis 6 l/min.

Die Ejektionsfraktion (EF) oder Auswurffunktion hingegen ist das Volumen, welches in Bezug auf das enddiastolische Volumen im linken Herzen in der Systole ausgeschüttet wird. Es berechnet sich also als Quotient aus Schlagvolumen und enddiastolischem Volumen multipliziert mit 100. Die EF liegt beim Herzgesunden normalerweise zwischen 60 und 70 Prozent.

Das Herzzeitvolumen

Das Herzzeitvolumen ist ein Maß für die Pumpfunktion des Herzens. Es wird jederzeit an den Bedarf des Körpers, also beispielsweise an körperliche Aktivität, angepasst und sogar bis auf 25l/min gesteigert werden. Dies kann über die Regulation der zwei Einflussgrößen, aus denen das HZV berechnet wird, geschehen: über Veränderung des Schlagvolumens (SV) und/oder der Herzfrequenz.

Für die interindividuelle Vergleichbarkeit kann das Herzzeitvolumen in Bezug auf die Körpergröße angegeben werden. Dies wird dann als Herzindex bezeichnet und liegt beim Gesunden bei einem Mittelwert von ungefähr 3,4 l/min/m².

Messmethoden

Zur Bestimmung des HZV gibt es verschiedene Möglichkeiten. Ein Beispiel hierfür ist die invasive Indikatorverdünnungsmethode, bei der ein Katheter über die V. brachialis in die Pulmonalarterie geschoben wird. Eine Abschätzung des HZV ist nicht-invasiv mittels Doppler-Echokardiografie möglich, bei der die systolischen und diastolischen Volumina der Ventrikel bestimmt werden.

Umfahrung des PW-Doppler-Signals im LVOT: Velocity Time Integral (VTI)

Bild: “Umfahrung des PW-Doppler-Signals im LVOT: Velocity Time Integral (VTI).”

Regulationsmechanismen

Die Regulation des SV und somit auch des HZV unterliegt vor allem zwei Mechanismen. Beim Frank-Starling-Meachnismus ist die Vordehnung die entscheidende Komponente, die zu einem veränderten Schlagvolumen führt. Bei körperlicher Aktivität führt insbesondere eine Steigerung des Herzsympathikus zu einem größeren HZV,  indem der Calcium-Einstrom erhöht wird. Hierbei kommt es vor allem zu einer verkürzten Systole.

Von der Physiologie zur Pathologie

Die physiologischen Anpassungsmechanismen können bei übermäßiger dauerhafter Belastung, wie beispielsweise Leistungssport, zu Umbauprozessen am Herzen und einer Herzhypertrophie führen. Dabei nimmt die Herzmuskulatur an Dicke und Gewicht zu. Das kritische Herzgewicht ist bei 500 g erreicht. Beim sogenannten Sportlerherz steigen zwar die Ventrikelvolumina, die Herzfrequenz liegt aber häufig niedriger als bei Untrainierten, sodass das HZV insgesamt unverändert bleibt.

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Kompensation durch Volumenzunahme im Herz-Kreislauf-Diagramm: Das Herzzeitvolumen kann nur unter Inkaufnahme eines erhöhten zentralen Venendrucks aufrechterhalten werden.

Bei einer Herzinsuffizienz im kompensierten Stadium ist zwar die Kontraktionskraft der Ventrikel herabgesetzt, das Blutvolumen wird aber mittels verstärkter Wasserretention gesteigert, sodass der venöse Rückstrom und die Vordehnung erhöht werden. Da im geschlossen Körperkreislauf ebenso viel Blut, wie zum Herzen fließt, vom Herzen wieder ausgeschüttet werden muss, kann das HZV so über eine gewisse Zeit aufrechterhalten werden.

Die Ejektionsfraktion

Die Ejektionsfraktion hängt eng mit dem Herzzeitvolumen zusammen, da in beiden Fällen das Schlagvolumen eine der Einflussgrößen ist. Unterschieden werden kann eine linksventrikuläre Ejektionsfraktion (LVEF) und eine rechtsventrikuläre Ejektionsfraktion (RVEF), die sich jeweils auf die Auswurffunktion des einzelnen Ventrikels bezieht.

Der linke Ventrikel des Herzens gibt in jeder Systole ungefähr 90 ml des enddiastolischen Volumens (EDV) in die Aorta ascendens ab. Ungefähr 50 ml verbleiben am Ende der Systole noch im linken Ventrikel, nachdem der Druck im Ventrikel unter den Druck in der Aorta fällt und sich die Taschenklappen schließen. Das Schlagvolumen (SV) von 90 ml berechnet sich daher aus der Differenz von EDV und endsystolischem Volumen (ESV).

Die aus dem Quotienten von SV und EDV  (beziehungsweise (EDV-ESV)/EDV x 100) berechnete Ejektionsfraktion (EF) ist dementsprechend von der Füllung der Ventrikel und der Kontraktionskraft des Herzens abhängig.

Pathologie

Liegt die EF bei normalerweise 60 bis 70 Prozent beim Herzgesunden, kann sie bei Patienten mit einer Herzinsuffizienz auf 25 Prozent absinken. Auch bei anderen Erkrankungen kann die EF vermindert sein. Beispiele sind Kardiomyopathien oder ein Myokardinfarkt. Auch eine Pericarditis constrictiva kann die Ejektionsfraktion einschränken.

Messverfahren und Einteilung

Gemessen werden kann die EF mittels invasiver Verfahren, aber auch nicht-invasiv mit der Transthorakalen Echokardiographie (TTE). Die gemessenen Werte können dann wie folgt eingeteilt werden, um den Schweregrad der Erkrankung anzugeben:

  • Normal: >55 %
  • Leichtgradig reduziert: 45-54 %
  • Mittelgradig reduziert: 30-44 %
  • Hochgradig reduziert: <30 %
Bestimmung der Ejektionsfraktion im Ultraschall im M-Mode nach Teichholz (ungenauer als die Simpson-Methode)

Bestimmung der Ejektionsfraktion im Ultraschall im M-Mode nach Teichholz (ungenauer als die Simpson-Methode)

Bestimmung der Ejektionsfraktion im Ultraschall nach der Simpson-Methode

Bestimmung der Ejektionsfraktion im Ultraschall nach der Simpson-Methode

 

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