Herz

Das Herz

Das Herz ist das zentrale Pumporgan des Blutkreislaufs. Es sorgt dafür, dass Blut ständig durch den Körper bewegt wird. Dadurch gelangen Sauerstoff, Nährstoffe und Botenstoffe zu den Zellen, während Kohlenstoffdioxid und andere Stoffwechselprodukte abtransportiert werden. Das menschliche Herz arbeitet dabei nicht wie eine einzelne Pumpe, sondern wie zwei eng gekoppelte Pumpen: Die rechte Herzhälfte treibt den Lungenkreislauf an, die linke Herzhälfte den Körperkreislauf.

In diesem aiMOOC lernst Du den Aufbau des Herzens, den Blutweg durch die Herzhöhlen, die Funktion der Herzklappen, den Herzzyklus, die elektrische Erregungsleitung, das EKG sowie wichtige Zusammenhänge zwischen Herz, Blutgefäßen, Bewegung und Gesundheit kennen.

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Lage und grundlegender Aufbau

Das Herz liegt im Brustkorb zwischen den beiden Lungenflügeln. Es befindet sich hinter dem Brustbein und etwas links von der Körpermitte. Es ist ein kräftiger, ungefähr faustgroßer Hohlmuskel. Eine bindegewebige Hülle, der Herzbeutel, umgibt das Organ.

Eine Scheidewand, das Septum, trennt das Herz in eine rechte und eine linke Hälfte. Jede Herzhälfte besitzt wiederum zwei Räume:

1. Vorhof: nimmt Blut auf, das zum Herzen zurückströmt.
2. Herzkammer: pumpt Blut aus dem Herzen heraus.

Damit besitzt das Herz insgesamt vier Hohlräume:

1. rechter Vorhof
2. rechte Herzkammer
3. linker Vorhof
4. linke Herzkammer

Die Wand der linken Herzkammer ist deutlich dicker als die Wand der rechten Herzkammer. Der Grund liegt in der unterschiedlichen Aufgabe: Die linke Kammer muss das Blut durch den gesamten Körperkreislauf pumpen und deshalb einen höheren Druck erzeugen. Die rechte Kammer pumpt dagegen nur bis zur Lunge.

Die großen Blutgefäße am Herzen

Mehrere große Blutgefäße stehen direkt mit dem Herzen in Verbindung.

1. Hohlvene: führt sauerstoffarmes Blut aus dem Körper zum rechten Vorhof.
2. Lungenarterie: führt sauerstoffarmes Blut von der rechten Herzkammer zur Lunge.
3. Lungenvene: führt sauerstoffreiches Blut von der Lunge zum linken Vorhof.
4. Aorta: führt sauerstoffreiches Blut aus der linken Herzkammer in den Körper.

Dabei ist wichtig: Die Begriffe Arterie und Vene beschreiben nicht den Sauerstoffgehalt des Blutes. Eine Arterie führt Blut vom Herzen weg, eine Vene führt Blut zum Herzen hin. Deshalb transportiert die Lungenarterie sauerstoffarmes Blut, während die Lungenvene sauerstoffreiches Blut führt.

Der Weg des Blutes durch das Herz

Der Blutweg lässt sich als geschlossener Kreislauf verfolgen.

Sauerstoffarmes Blut aus dem Körper gelangt über die obere und untere Hohlvene in den rechten Vorhof. Von dort fließt es durch die Trikuspidalklappe in die rechte Herzkammer. Diese pumpt das Blut durch die Pulmonalklappe in die Lungenarterie.

In der Lunge findet der Gasaustausch statt. Das Blut nimmt Sauerstoff auf und gibt Kohlenstoffdioxid ab. Danach fließt es über die Lungenvenen in den linken Vorhof zurück. Durch die Mitralklappe gelangt es in die linke Herzkammer. Von dort wird es durch die Aortenklappe in die Aorta und anschließend in den gesamten Körper gepumpt.

Der vollständige Weg lautet:

Körper → Hohlvenen → rechter Vorhof → Trikuspidalklappe → rechte Kammer → Pulmonalklappe → Lungenarterie → Lunge → Lungenvenen → linker Vorhof → Mitralklappe → linke Kammer → Aortenklappe → Aorta → Körper.

Körperkreislauf und Lungenkreislauf

Der menschliche Blutkreislauf wird in zwei Teilkreisläufe gegliedert.

Lungenkreislauf: Die rechte Herzkammer pumpt sauerstoffarmes Blut zur Lunge. Dort wird das Blut mit Sauerstoff angereichert. Anschließend gelangt es zum linken Vorhof zurück.

Körperkreislauf: Die linke Herzkammer pumpt sauerstoffreiches Blut über die Aorta in den Körper. In den Geweben wird Sauerstoff abgegeben. Das nun sauerstoffärmere Blut fließt über die Venen zurück zum rechten Vorhof.

Beide Kreisläufe sind hintereinander geschaltet. Deshalb muss langfristig durch beide Seiten des Herzens ungefähr die gleiche Blutmenge fließen.

Die Herzklappen

Die vier Herzklappen wirken wie Ventile. Sie öffnen und schließen aufgrund von Druckunterschieden und verhindern, dass Blut in die falsche Richtung zurückströmt.

Man unterscheidet zwei Gruppen.

Segelklappen liegen zwischen Vorhöfen und Herzkammern:

1. Trikuspidalklappe: zwischen rechtem Vorhof und rechter Kammer.
2. Mitralklappe: zwischen linkem Vorhof und linker Kammer.

Taschenklappen liegen an den Ausgängen der Herzkammern:

1. Pulmonalklappe: zwischen rechter Kammer und Lungenarterie.
2. Aortenklappe: zwischen linker Kammer und Aorta.

Die Klappen werden nicht aktiv durch eigene Muskeln geöffnet. Sie reagieren auf die Druckverhältnisse im Herzen. Ist der Druck auf einer Seite höher als auf der anderen, werden sie geöffnet oder geschlossen.

Der Herzzyklus

Ein vollständiger Herzschlag besteht aus wiederkehrenden Phasen. Vereinfacht unterscheidet man Diastole und Systole.

In der Diastole entspannt sich die Muskulatur der Herzkammern. Der Druck in den Kammern sinkt, die Segelklappen öffnen sich und Blut strömt aus den Vorhöfen in die Kammern.

In der Systole ziehen sich die Herzkammern zusammen. Zunächst schließen sich die Segelklappen. Steigt der Druck in den Kammern über den Druck in Aorta beziehungsweise Lungenarterie, öffnen sich die Taschenklappen. Blut wird aus den Kammern ausgeworfen.

Die beiden Herzhälften arbeiten gleichzeitig. Während die rechte Herzkammer Blut in die Lunge pumpt, pumpt die linke Herzkammer Blut in den Körper.

Herztöne

Beim Abhören des Herzens sind typische Herztöne wahrnehmbar. Sie entstehen vor allem durch Schwingungen, die mit den Bewegungen des Herzens und dem Schließen der Herzklappen verbunden sind. Ein Stethoskop macht diese Geräusche gut hörbar.

Die Herztöne sind nicht dasselbe wie der elektrische Herzschlag. Elektrische Erregung, Muskelkontraktion, Druckänderungen und Klappenbewegungen hängen zwar eng zusammen, sind aber unterschiedliche Vorgänge.

Herzfrequenz, Schlagvolumen und Herzzeitvolumen

Die Herzfrequenz gibt an, wie oft das Herz pro Minute schlägt. Sie verändert sich je nach Alter, Trainingszustand, körperlicher Aktivität, Temperatur, Stress und weiteren Faktoren.

Das Schlagvolumen ist die Blutmenge, die eine Herzkammer bei einem Herzschlag ungefähr auswirft.

Das Herzzeitvolumen beschreibt die Blutmenge, die das Herz pro Minute fördert. Vereinfacht gilt:

Herzzeitvolumen = Herzfrequenz × Schlagvolumen

Steigt bei körperlicher Belastung der Sauerstoffbedarf der Muskulatur, kann der Körper sowohl die Herzfrequenz als auch das Schlagvolumen erhöhen. Dadurch wird pro Minute mehr Blut transportiert.

Die elektrische Erregungsleitung

Der Herzmuskel kann sich rhythmisch zusammenziehen, weil spezialisierte Herzmuskelzellen elektrische Erregungen erzeugen und weiterleiten.

Der Sinusknoten im rechten Vorhof gibt normalerweise den Takt vor. Von dort breitet sich die Erregung über die Vorhöfe aus. Anschließend gelangt sie zum AV-Knoten. Von dort wird sie über das His-Bündel, die Kammerschenkel und die Purkinje-Fasern in die Herzkammern weitergeleitet.

Diese zeitlich abgestimmte Erregung sorgt dafür, dass zunächst die Vorhöfe und anschließend die Kammern kontrahieren.

Das Herz besitzt damit ein eigenes Erregungsbildungs- und Erregungsleitungssystem. Das Nervensystem kann die Herzfrequenz beeinflussen, muss aber nicht jeden einzelnen Herzschlag auslösen.

Das Elektrokardiogramm

Ein Elektrokardiogramm, kurz EKG, zeichnet Spannungsänderungen auf, die durch die elektrische Aktivität des Herzens entstehen. Elektroden auf der Haut registrieren dabei elektrische Potentialunterschiede.

Ein typisches EKG enthält mehrere charakteristische Abschnitte:

1. P-Welle: steht im Zusammenhang mit der Erregung der Vorhöfe.
2. QRS-Komplex: steht im Zusammenhang mit der Erregung der Herzkammern.
3. T-Welle: steht im Zusammenhang mit der Rückbildung der Erregung in den Herzkammern.

Ein EKG zeigt also vor allem elektrische Vorgänge. Es stellt nicht direkt dar, wie stark das Herz pumpt oder wie viel Blut gerade ausgeworfen wird. Diese Größen müssen mit anderen Untersuchungen erfasst oder aus weiteren Daten erschlossen werden.

Die Blutversorgung des Herzmuskels

Obwohl das Herz ständig mit Blut gefüllt ist, wird der Herzmuskel nicht einfach durch das Blut in den Herzhöhlen versorgt. Die Muskelzellen benötigen eigene Blutgefäße: die Herzkranzgefäße oder Koronararterien.

Sie zweigen nahe der Aorta ab und versorgen den Herzmuskel mit Sauerstoff und Nährstoffen.

Wird ein Herzkranzgefäß stark verengt oder verschlossen, kann ein Teil des Herzmuskels nicht mehr ausreichend mit Sauerstoff versorgt werden. Bei einem länger anhaltenden vollständigen Gefäßverschluss kann Herzmuskelgewebe geschädigt werden. Das bezeichnet man als Herzinfarkt.

Herz und körperliche Belastung

Beim Sport benötigen die arbeitenden Muskeln mehr Sauerstoff und Nährstoffe. Gleichzeitig entstehen mehr Kohlenstoffdioxid und Stoffwechselprodukte. Der Kreislauf muss deshalb mehr Blut pro Zeit transportieren.

Typische Anpassungen während körperlicher Belastung sind:

1. Die Herzfrequenz steigt.
2. Das Schlagvolumen kann zunehmen.
3. Das Herzzeitvolumen steigt.
4. Die Durchblutung der arbeitenden Muskulatur nimmt zu.
5. Die Atmung wird schneller und tiefer.

Nach Ende der Belastung sinken Herzfrequenz und Atemfrequenz wieder in Richtung Ruhewert. Die Geschwindigkeit dieser Erholung hängt unter anderem von Belastungsintensität und Trainingszustand ab.

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Herzgesundheit und Risikofaktoren

Die Gesundheit von Herz und Blutgefäßen wird von vielen Faktoren beeinflusst. Zu den beeinflussbaren Risikofaktoren für Herz-Kreislauf-Erkrankungen gehören unter anderem Bewegungsmangel, Rauchen, dauerhaft ungünstige Ernährung und starkes Übergewicht. Auch Bluthochdruck und bestimmte Stoffwechselerkrankungen können das Risiko erhöhen.

Regelmäßige Bewegung stärkt das Herz-Kreislauf-System. Dabei passen sich Herz, Blutgefäße, Muskulatur und Atmung an wiederkehrende Belastungen an.

Wichtig ist, zwischen Risikofaktor und Ursache zu unterscheiden: Ein Risikofaktor erhöht die Wahrscheinlichkeit für eine Erkrankung, bedeutet aber nicht, dass eine Erkrankung zwangsläufig entsteht.

Modellvorstellung: Das Herz als Pumpe

Das Herz lässt sich in bestimmten Zusammenhängen mit einer technischen Pumpe vergleichen. Der Vergleich hilft beim Verstehen, hat aber Grenzen.

Gemeinsamkeiten:

1. Beide erzeugen Druckunterschiede.
2. Beide treiben eine Flüssigkeit an.
3. Ventile beziehungsweise Herzklappen sorgen für gerichteten Fluss.

Unterschiede:

1. Das Herz besteht aus lebendem Gewebe.
2. Es passt seine Leistung an Belastungen an.
3. Es besitzt ein eigenes elektrisches Erregungssystem.
4. Es kann wachsen, sich verändern und durch Krankheiten geschädigt werden.

Ein naturwissenschaftliches Modell ist also nie die Wirklichkeit selbst. Es hebt bestimmte Eigenschaften hervor und lässt andere weg.

Ein einfaches Experiment zum Puls

Du kannst die Reaktion des Herz-Kreislauf-Systems auf Bewegung untersuchen.

Miss zunächst Deinen Puls in Ruhe. Zähle dafür beispielsweise 30 Sekunden lang die Pulsschläge und verdopple den Wert für eine ungefähre Herzfrequenz pro Minute. Führe anschließend eine kurze, altersgerechte körperliche Belastung durch, beispielsweise eine Minute zügiges Treppensteigen oder Kniebeugen. Miss direkt danach erneut und wiederhole die Messung nach einigen Minuten Erholung.

Vergleiche die Werte und formuliere eine Erklärung für die Veränderungen.

Sicherheit: Führe die Belastung nur durch, wenn Du Dich gesund fühlst. Bei Schmerzen, Schwindel, Atemnot oder anderen Beschwerden brich die Belastung ab. Das Experiment ersetzt keine medizinische Untersuchung.

Zusammenfassung

Das Herz ist ein vierkammeriger Hohlmuskel und treibt zwei miteinander gekoppelte Kreisläufe an. Die rechte Herzhälfte pumpt Blut durch den Lungenkreislauf, die linke durch den Körperkreislauf. Herzklappen sichern die Flussrichtung. Während der Diastole füllen sich die Kammern, während der Systole wird Blut ausgeworfen. Ein eigenes Erregungsleitungssystem steuert den Rhythmus der Kontraktionen. Das EKG macht die elektrische Aktivität des Herzens sichtbar. Die Herzkranzgefäße versorgen den Herzmuskel selbst mit Blut.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Herzkammer pumpt das Blut in den Körperkreislauf? (Linke Herzkammer) (!Rechte Herzkammer) (!Rechter Vorhof) (!Linker Vorhof)

Welche Aufgabe haben die Herzklappen? (Sie verhindern den Rückstrom des Blutes) (!Sie bilden rote Blutkörperchen) (!Sie erzeugen den Sauerstoff im Blut) (!Sie reinigen das Blut von Harnstoff)

Welches Gefäß führt sauerstoffarmes Blut vom Herzen zur Lunge? (Lungenarterie) (!Lungenvene) (!Aorta) (!Koronarvene)

Was geschieht hauptsächlich während der Diastole der Herzkammern? (Die Herzkammern entspannen sich und füllen sich mit Blut) (!Die Aorta transportiert kein Blut) (!Der Sinusknoten stellt seine Tätigkeit ein) (!Die Herzkranzgefäße schließen sich)

Wo entsteht normalerweise der Takt für den Herzschlag? (Im Sinusknoten) (!In der Aorta) (!In der Mitralklappe) (!In der Lungenvene)

Welche Struktur trennt die rechte von der linken Herzhälfte? (Die Herzscheidewand) (!Die Aortenklappe) (!Die Lungenarterie) (!Der Herzbeutel)

Was beschreibt die Herzfrequenz? (Die Zahl der Herzschläge pro Minute) (!Die Blutmenge in einer einzelnen Arterie) (!Den Sauerstoffgehalt des Blutes) (!Die Dicke der Herzwand)

Was zeigt ein EKG vor allem? (Die elektrische Aktivität des Herzens) (!Die Farbe des Blutes) (!Die Größe aller Herzklappen) (!Den Sauerstoffverbrauch der Lunge)

Welche Gefäße versorgen den Herzmuskel selbst mit Blut? (Die Herzkranzgefäße) (!Die Hohlvenen) (!Die Lungenvenen) (!Die Kapillaren der Haut)

Warum ist die Wand der linken Herzkammer besonders kräftig? (Sie muss Blut durch den gesamten Körperkreislauf pumpen) (!Sie nimmt Blut direkt aus der Hohlvene auf) (!Sie erzeugt die roten Blutkörperchen) (!Sie liegt näher an der Lunge)

Memory

Sinusknoten	Taktgeber des Herzens
Mitralklappe	Segelklappe der linken Herzhälfte
Aorta	Hauptschlagader des Körperkreislaufs
Diastole	Füllungs- und Entspannungsphase
Koronararterien	Blutversorgung des Herzmuskels
EKG	Aufzeichnung elektrischer Herzaktivität

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Rechter Vorhof	Aufnahme des Blutes aus den Hohlvenen
Rechte Herzkammer	Pumpt Blut in den Lungenkreislauf
Linker Vorhof	Aufnahme des Blutes aus den Lungenvenen
Linke Herzkammer	Pumpt Blut in den Körperkreislauf
Aortenklappe	Verhindert Rückstrom aus der Aorta

Kreuzworträtsel

Aorta	Wie heißt die große Arterie, die Blut aus der linken Herzkammer in den Körper führt?
Diastole	Wie heißt die Entspannungs- und Füllungsphase des Herzens?
Sinusknoten	Welche Struktur gibt normalerweise den Herzrhythmus vor?
Mitralklappe	Welche Klappe liegt zwischen linkem Vorhof und linker Herzkammer?
Septum	Wie heißt die Scheidewand zwischen rechter und linker Herzhälfte?
Systole	Wie heißt die Phase, in der die Herzkammern Blut auswerfen?

Lückentext

Vervollständige den Text.

Das menschliche Herz ist ein kräftiger . Die rechte Herzhälfte pumpt Blut in den . Die linke Herzhälfte pumpt Blut in den . Zwischen Vorhöfen und Kammern liegen die . Während der entspannen sich die Herzkammern und füllen sich mit Blut. Während der wird Blut aus den Kammern ausgeworfen. Der normale elektrische Takt entsteht im . Ein zeichnet elektrische Spannungsänderungen des Herzens auf. Der Herzmuskel selbst wird durch die mit Blut versorgt.

Offene Aufgaben

Leicht

1. Herzmodell: Zeichne ein vereinfachtes Herz mit vier Herzhöhlen und markiere den Blutweg mit Pfeilen.
2. Puls: Miss Deinen Ruhepuls mehrmals unter vergleichbaren Bedingungen und berechne einen Mittelwert.
3. Herzklappe: Erkläre mit eigenen Worten, warum eine Herzklappe mit einem Rückschlagventil verglichen werden kann.
4. Blutkreislauf: Schreibe eine kurze Reisegeschichte aus der Perspektive eines roten Blutkörperchens vom rechten Vorhof bis zur Aorta.

Standard

1. Herzzyklus: Erstelle eine Bildfolge, die Diastole und Systole mit Klappenstellung und Blutfluss erklärt.
2. Belastung und Puls: Plane eine kleine Untersuchung zur Veränderung der Herzfrequenz vor und nach körperlicher Belastung und stelle die Ergebnisse in einem Diagramm dar.
3. Elektrokardiogramm: Erstelle ein Lernplakat, das P-Welle, QRS-Komplex und T-Welle vereinfacht erklärt.
4. Herz und Technik: Vergleiche das Herz mit einer technischen Pumpe und beschreibe mindestens drei Gemeinsamkeiten und drei Grenzen des Modells.

Schwer

1. Herzzeitvolumen: Entwickle Rechenbeispiele, in denen sich Herzfrequenz und Schlagvolumen verändern, und erkläre die Auswirkungen auf das Herzzeitvolumen.
2. Herzinfarkt: Recherchiere in seriösen Quellen, wie der Verschluss eines Herzkranzgefäßes Herzmuskelzellen schädigen kann, und stelle die Ursache-Wirkungs-Kette grafisch dar.
3. Sportphysiologie: Entwirf eine Untersuchung, mit der Du die Erholung der Herzfrequenz nach unterschiedlich intensiver Belastung vergleichen könntest.
4. Naturwissenschaftliches Modell: Entwickle ein eigenes Funktionsmodell des Herzens aus ungefährlichen Alltagsmaterialien und dokumentiere, welche Eigenschaften des echten Herzens das Modell gut und welche es schlecht darstellt.

Lernkontrolle

1. Blutweg analysieren: Eine Person behauptet, jede Arterie führe sauerstoffreiches und jede Vene sauerstoffarmes Blut. Widerlege die Aussage mithilfe des Lungenkreislaufs.
2. Klappenfehler erklären: Überlege, welche Folgen es für den Bluttransport haben kann, wenn eine Herzklappe nicht vollständig schließt. Begründe Deine Vermutung mit Druck und Flussrichtung.
3. Belastungsreaktion deuten: Erkläre, warum bei körperlicher Belastung sowohl Herzfrequenz als auch Atmung zunehmen können.
4. Linke und rechte Kammer vergleichen: Erkläre anhand ihrer Aufgaben, warum die Wand der linken Herzkammer dicker ist als die der rechten.
5. EKG und Pumpfunktion unterscheiden: Begründe, warum ein EKG zwar Informationen über die elektrische Aktivität liefert, aber allein nicht alle Aussagen über die mechanische Pumpleistung ermöglicht.
6. Kreislaufmodell bewerten: Beurteile die Aussage „Das Herz ist einfach nur eine Pumpe“, indem Du sinnvolle Aspekte des Vergleichs und seine Grenzen erläuterst.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zum Thema Das Herz solltest Du zeigen können, dass Du die folgenden Zusammenhänge verstanden hast:

1. Du kannst die vier Herzhöhlen benennen und in einer Abbildung richtig zuordnen.
2. Du kannst den vollständigen Blutweg durch Herz, Lunge und Körper erklären.
3. Du kannst Arterien und Venen anhand ihrer Flussrichtung unterscheiden.
4. Du kannst die Funktion von Segel- und Taschenklappen erklären.
5. Du kannst Systole und Diastole voneinander unterscheiden.
6. Du kannst erklären, warum die linke Herzkammer eine kräftigere Wand besitzt.
7. Du kannst die Grundzüge der elektrischen Erregungsleitung vom Sinusknoten bis zu den Herzkammern beschreiben.
8. Du kannst erklären, was ein EKG misst.
9. Du kannst Herzfrequenz, Schlagvolumen und Herzzeitvolumen miteinander in Beziehung setzen.
10. Du kannst erklären, warum körperliche Belastung die Arbeit des Herz-Kreislauf-Systems verändert.
11. Du kannst die Bedeutung der Herzkranzgefäße für die Versorgung des Herzmuskels erläutern.
12. Du kannst Modelle und Diagramme zum Herzen auswerten und ihre Grenzen benennen.

Verknüpfte Lernbereiche

Das Herz Herz-Kreislauf-System Blutkreislauf Lungenkreislauf Körperkreislauf Herzklappe Herzzyklus Sinusknoten Elektrokardiogramm Koronargefäß Herzinfarkt Puls Blutdruck