Physikalische Grundlagen des menschlichen Herz-Kreislaufsystems

Kapitel 2 Physikalischen Grundlagen der Herzphysiologie
2.5 Mechanismen der Anpassung an verschiedene
Belastungen
Ein gesundes Herz ist in der Lage sein Herzminutenvolumen (Blutmenge der linken
Kammer in einer Minute) um bis auf das 5fache des Ruhevolumens zu steigern. Da
beide Herzkammern in Serie geschaltet sind, müssen ihre Minutenvolumina stets
weitgehend übereinstimmen. Würde z.B. die rechte Kammer nur 2% mehr Blut fördern
als die linke, so käme es innerhalb von wenigen Minuten zu einer bedrohlichen
Blutansammlung in der Lunge [10]. Zwei Mechanismen bewältigen diese erstaunliche
Anpassungsfähigkeit des Herzens:
• Regulationen, die auf den natürlichen Eigenschaften der Herzmuskulatur beruht
und daher auch am isolierten Herzen zu beobachten sind
• Regulationen, die auf Hormonausschüttungen beruhen.
Im folgenden sollen diese Mechanismen unter physikalischen Aspekten näher betrachtet
werden.
2.5.1 Regulation bei kurzzeitiger Volumens- bzw. Druckbelastung
Dieser Anpassungsmechanismus wird nach seinen Entdeckern Frank-Starling-
Mechanismus benannt. Das dabei verwendete Modell besteht aus dem Herzen und
der Lunge (Abb. 2.5).
Der Lungenkreislauf ist dabei nicht abgebildet, da er lediglich die Sauerstoffbereitstellung
garantiert, für die hier interessierenden Messungen aber keine Rolle spielt.
Sämtliche Nervenverbindungen sind abgetrennt, sodaß das Herz mit konstanter Frequenz
schlägt. Der große Kreislauf ist durch ein blutgefülltes Meßsystem mit einstellbaren
Widerständen ersetzt. Die Bluttemperatur wird konstant gehalten. Man
kann bei diesem Modell zwei Größen unabhängig voneinander regulieren:
• akute Druckbelastung simulieren, indem man den Strömungswiderstand durch die
Veränderung der arteriellen Drossel erhöht.
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