Herzarbeit: Kontraktionsformen des Herzmuskels

Die Ruhedehnungskurve

Was ist eine Ruhedehungskurve?

Die Ruhedehnungskurve beschreibt Druckveränderungen in Abhängigkeit vom Volumen das durch passive Füllung in Hohlorgangen entsteht.

Das heißt, es werden die Druckunterschiede bei unterschiedlichen Füllungsständen im völlig erschlafften Herzen während der Diastole gemessen. In dieser Phase gibt es keine aktive Kontraktion der Herzmuskulatur.

Die Druckunterschiede ergeben sich nur durch die Dehnbarkeit des Ventrikels. Je höher das Volumen, desto geringer wird die Dehnbarkeit des Myokards.

Vergleichbar ist das mit einem elastischen Stoff. Am Anfang lässt sich dieser Stoff leicht dehnen aber ab einem gewissen Punkt wird eine weitere Dehnung nur mehr mit großer Kraftanstrengung möglich sein. Irgendwann lässt sich der Stoff dann gar nicht mehr dehnen und überschreitet man diesen Punkt würde der Stoff reißen.

Auch das Herz kann sich ab einem gewissen Punkt nicht mehr weiter dehnen und eine Überdehnung würde große Schäden verursachen.

Wie sieht eine Ruhedehnungskurve aus?

Damit also das Volumen im Herzen erweitert werden kann wird ein immer größerer Druck notwendig. Am Anfang ist die Ruhedehnungskurve flach und es wird wenig Druck benötigt, dann steigt sie aber mit zunehmendem Volumen immer steiler an, da auch der benötigte Druck größer wird.

Da der notwendige Druck bei einer höheren Anfangsfüllung sehr schnell stark ansteigt, muss auch der Druck in den vorgelagerten venösen Strombahnen ansteigen.

Man misst die Ruhedehnungskurve zwar isoliert am Herzen, aber Herz und Kreislauf bilden eine untrennbare Einheit, weswegen man auch die Auswirkungen von der Herzarbeit auf den restlichen Kreislauf nie außer Acht lassen darf.

Die Bedeutung der Ruhedehnungskurve

Die Ruhedehnungskurve stellt zusammen mit den Kurven der isovolumetrischen und isobaren Kontraktionen die Rahmenbedingungen dar,  in denen das Herz unter normalen Bedingungen arbeitet. Sie ist also von größter physiologischer Bedeutung aufgrund ihrer Aussage zum Füllungsvorgang des Herzens. Am schlagenden Herzen ist einer Ermittlung der Ruhedehnungskurve nur dann möglich, wenn die Herzfrequenz langsam genug ist. Der Ventrikel muss während einer Zuckungsdauer vollständig erschlaffen können.

Wo finden Ruhedehnungskurven überall Anwendung?

Ruhedehnungskurven können natürlich nicht nur für das Herz erstellt werden, sondern auch zum Beispiel für die Harnblase oder die Lunge.

Veränderungen der Ruhedehnungskurve

Die Ruhedehnungskurve ist bei bestimmten Belastungen nach rechts verschiebbar. Besonders stark ist die Verschiebung bei Schädigungen der Herzmuskulatur. Das kommt dadurch zustande, dass ein muskelgeschädigter Ventrikel beim gleichen diastolischen Druck mehr Blut aufnehmen kann. Die systolische Kraftauswirkung ist aber eingeschränkt. Die Folge ist eine Herzinsuffizienz. 

Die isometrische bzw. isovolumetrische Kontraktion

Was ist eine isometrische bzw. isovolumetrische Kontraktion?

Im Griechischen bedeutet isometrisch „gleiches Maß, gleiche Länge“.

Das bedeutet also, eine isometrische bzw. isovolumetrische Kontraktion kommt vor, wenn ein Muskel lediglich eine Spannungsänderung durchführt aber keine Längenänderung. Die Muskelenden sind an ihrem Ort fixiert und eine Verschiebung der Myofilamente findet nicht statt. Einfach gesagt, der Widerstand ist größer als die verfügbare maximale Muskelkraft.

Als praktisches Beispiel kann man sich vorstellen, man versucht ein viel zu schweres Gewicht aufzuheben. Der zurückgelegte Weg ist gleich Null, es wird also physikalisch gesehen keine Arbeit geleistet, trotzdem versuchen unsere Muskeln immer mehr Kraft aufzuwenden um das Gewicht doch noch zu bewegen.

Eine mechanische Energieabgabe findet nicht statt. Energie wird aber trotzdem verbraucht und zu Wärme umgesetzt. 

Wo sind isometrische bzw. isovolumetrische Kontraktionen zu finden?

Isometrische Kontraktionen sind in allen Muskeltypen zu finden.

Betreffen sie ein Hohlorgan wie zum Beispiel das Herz oder die Blase spricht man von einer isovolumetrischen Kontraktion.

Isovolumetrische Maxima

Isovolumetrische Maxima entstehen bei maximalem Druck in Abhängigkeit des Füllungszustandes bei geschlossenen Klappen in.

Diese können dann im Diagramm der Ruhedehnungskurve eingetragen werden um die Herzarbeit beurteilen zu können.

Sie können nur am isolierten Herz gemessen werden.

Beim menschlichen Papillarmuskel dauert die isometrische Kontraktion 300-400 ms. Das ist in etwa so lange wie ein ventrikuläres Aktionspotenzial.

Der Herzmuskel kann eine isometrische Kontraktion nur deshalb sehr kurz aufrecht erhalten, weil ansonsten die Blutversorgung des Muskels nicht mehr gegeben ist. Durch die dauerhafte Anspannung sind die Blutgefäße durch den Druck des umliegenden Muskelgewebes verschlossen. Erst wenn die Kontraktion beendet ist, wird der Muskel wieder ausreichend versorgt.

Die isotonische bzw. isobare Kontraktion

Was sind isotonische bzw. isobare Kontraktionen?

Im Gegensatz zur isometrischen Kontraktion bleibt bei der isotonischen Kontraktion die Spannung die auf den Muskel wirkt gleich, aber die Länge des Muskels verändert sich. Das heißt der Muskeln verkürzt sich bei gleichbleibender Kraft. Es wird äußere Arbeit verrichtet.

Der Wirkungsgrad wiederrum richtet sich nach dem Widerstand, der der Längenveränderung entgegensteht. Bei sehr leichter oder sehr schwerer Arbeit fällt der Wirkungsgrad ab. Am effektivsten ist die Kontraktion bei mittlerem Widerstand. 

Ein weiterer Unterschied zur isometrischen Kontraktion liegt in der Periodizität der Muskelanspannung. Isotone Kontraktionen sind phasisch. Das bedeutet die Muskelanspannung und  die Muskelerschlaffung wechseln einander ab.

Wo sind isotonische bzw. isobare Kontraktionen zu finden?

Auch isotonische Kontraktionen sind in allen Muskeltypen, wie Skelettmuskulatur, glatter Muskulatur und eben der Herzmuskulatur zu finden.

Isotonische Maxima

Isotonische Maxima zeigen das Volumen das bei konstantem Druck und offenen Klappen ausgeworfen werden kann.

Auch die isotonischen Maxima können im Diagramm der Ruhedehnungskurve eingetragen werden und tragen ebenso wie die isovolumetrischen Maxima zur Beurteilung der Herzarbeit bei.

Sie können nur am isolierten Herz gemessen werden.

Wie wirken diese beiden Kontraktionen auf unser Herz?

Bei der Kontraktion während der Anspannungsphase handelt es sich um eine isovolumetrische Kontraktion.

Allerdings ist die komplette Kontraktion unseres Herzens keine reine isovolumetrische oder isotonische Kontraktion sondern als Unterstützungszuckung zu sehen. Diese setzt sich aus einer isovolumetrischen Kontraktion gefolgt von einer isotonischen bzw. auxotonen Kontraktion zusammen.

• In vitro, also am isolierten Herz, handelt es sich um einen Übergang von einer isovolumetrischen Kontraktion zu einer isotonischen Kontraktion.
• In vivo, also am in situ Herz, handelt es sich um einen Übergang von einer isovolumetrischen Kontraktion zu einer auxotonen Kontraktion.

Kleiner Ausflug – Auxotone Kontraktion

Eine Auxotone Kontraktion ist eine Kontraktion bei der sich Muskelspannung und Muskellänge gleichzeitig ändern. Also eine zusammengesetzte isometrische und isotonische Kontraktion.

Durch die vorangehende isometrische Kontraktion wird zuerst ein Widerstand überwunden damit die isotonische Kontraktion und die damit verbundene Muskelverkürzung überhaupt erst stattfinden kann.

Beliebte Fragen

1. Wann werden die Drücke für die Ruhedehnungskurve gemessen?

1. während der Systole
2. während der Diastole
3. am schnell schlagenden Herzen
4. sie können jederzeit gemessen werden

2. Was ändert sich bei isotonischen bzw. isobaren Kontraktionen?

1. die Kraft die auf die Muskeln einwirkt
2. die Länge der Muskeln
3. die Spannung die auf den Muskeln einwirkt
4. es ändert sich nichts

3. Wann werden isovolumetrische Maxima gemessen?

1. während der Auswurfphase
2. sie können immer gemessen werden
3. während der Füllungsphase bei geschlossenen Herzklappen
4. während der Füllungsphase bei offenen Herzklappen

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