Herzzeitvolumen: Definition, Grundlagen, Klinik

Das Herzzeitvolumen, auch Herzminutenvolumen genannt, beschreibt die Blutmenge, die das Herz pro Minute in den Kreislauf pumpt. Es ergibt sich aus dem Produkt von Schlagvolumen und Herzfrequenz und gilt als zentrale Messgröße der Herzleistung.

Das Herzzeitvolumen spielt eine wichtige Rolle in der Beurteilung des Kreislaufs, vor allem in der Notfall- und Intensivmedizin. Definition, Regulation, Messung und klinische Bedeutung des Herzminutenvolumens sind Thema dieses Artikels.

Herzzeitvolumen – Definition und Berechnung

Das Herzzeitvolumen (HZV) beziehungsweise Herzminutenvolumen (HMV) bezeichnet die Menge an Blut, die der Herzventrikel innerhalb einer Minute in den Kreislauf befördert. Es ergibt sich aus der Multiplikation von Schlagvolumen (SV) und Herzfrequenz (HF):

HZV = SV×HF

Die Einheit des Herzzeitvolumens ist Liter pro Minute (l/min).

Beträgt das Schlagvolumen also zum Beispiel 70 ml und die Herzfrequenz 70 Schläge pro Minute, ergibt sich ein HZV von 4,9 l/min.

Das Herzzeitvolumen stellt somit eine wichtige Kenngröße zur Beurteilung der kardialen Leistungsfähigkeit und Kreislaufsituation dar, sowohl in Ruhe als auch unter Belastung.

Herzzeitvolumen – Physiologische Grundlagen

Schlagvolumen und Herzfrequenz unterliegen einer feinen Regulation und passen sich fortlaufend an die Bedürfnisse des Körpers an. So kann sich das Herzzeitvolumen bei Ruhe, körperlicher Belastung oder Stress verändern und den Körper weiterhin ausreichend mit Blut versorgen.

Schlagvolumen

Das Schlagvolumen beschreibt die Menge an Blut, die das Herz mit einem einzelnen Herzschlag auswirft. In Ruhe beträgt es beim Erwachsenen im Durchschnitt etwa 70 Milliliter. Die Größe des Schlagvolumens hängt vom Füllungszustand der Herzkammern, vom Druck in den Gefäßen und von der Kontraktionskraft des Herzmuskels ab.

Je mehr Blut in der Füllungsphase (Diastole) in die Kammern gelangt (sogenannte Vorlast), desto stärker dehnen sich die Muskelfasern. Das führt nach dem Frank-Starling-Mechanismus zu einer stärkeren Kontraktion. Gleichzeitig beeinflusst der Druck, gegen den das Herz pumpen muss (Nachlast), das Auswurfvolumen. Steigt der Widerstand in den Gefäßen, sinkt das Schlagvolumen. Auch die Kontraktilität, also die Fähigkeit des Herzmuskels, sich aktiv zusammenzuziehen, spielt eine wichtige Rolle.

Herzfrequenz

Die Herzfrequenz gibt an, wie viele Schläge das Herz pro Minute ausführt. Normalwerte liegen bei 60 bis 80 Schlägen pro Minute im Ruhezustand.

Die Steuerung erfolgt über das vegetative Nervensystem. Die Aktivität des Sympathikus beschleunigt den Herzschlag, etwa bei Stress oder körperlicher Anstrengung, während der Parasympathikus über den Nervus vagus die Frequenz in Ruhe senkt.

Ein Anstieg der Herzfrequenz erhöht zunächst das Herzzeitvolumen. Überschreitet die Frequenz jedoch ein bestimmtes Maß, etwa bei Tachykardien über 150 bis 180 Schlägen pro Minute, sinkt das Schlagvolumen wegen unzureichender Füllungszeit, wodurch auch das HZV wieder abnimmt.

Normwerte

Im Ruhezustand liegt das Herzzeitvolumen eines gesunden Erwachsenen bei etwa 4,5 bis 5,5 Litern pro Minute. Unter körperlicher Belastung kann es auf über 20 Liter pro Minute ansteigen, bei trainierten Ausdauersportlern sogar auf mehr als 30 Liter. Der Wert ist abhängig von Alter, Körpergröße, Trainingszustand und Stoffwechsellage. Zur besseren Vergleichbarkeit zwischen Personen unterschiedlicher Körpergröße lässt sich das HZV auf die Körperoberfläche beziehen. In diesem Fall spricht man vom Herzindex.

Herzindex

Da das Herzzeitvolumen unter anderem von der Körpergröße und Körpermasse abhängt, ist ein direkter Vergleich zwischen verschiedenen Personen nur bedingt aussagekräftig.

Deshalb wird das Herzzeitvolumen häufig auf die Körperoberfläche (KOF) bezogen. Das Ergebnis ist der sogenannte Herzindex (HI), der in Liter pro Minute und Quadratmeter Körperoberfläche (l/min/m²) angegeben wird.

Die Berechnung erfolgt nach folgender Formel:

Herzindex (HI)=Herzzeitvolumen (HZV) / Körperoberfläche (KOF)​

Der Normbereich des Herzindex liegt bei Erwachsenen in Ruhe zwischen 2,5 und 4,0 l/min/m².

Der Herzindex eignet sich besonders gut für die Vergleichbarkeit zwischen Patienten mit unterschiedlicher Statur, etwa in der pädiatrischen Intensivmedizin, bei stark über- oder untergewichtigen Personen oder im geriatrischen Bereich. Auch in der klinischen Forschung dient er als standardisierte Größe zur Beschreibung der Herzleistung.

Herzzeitvolumen – Regulation

Das Herzzeitvolumen passt sich kontinuierlich an den aktuellen Bedarf des Körpers an. Diese Regulation erfolgt durch eine enge Abstimmung zwischen dem Herz-Kreislauf-System, dem vegetativen Nervensystem und verschiedenen hormonellen Steuermechanismen. Dabei unterscheidet man zwischen kurzfristigen und langfristigen Anpassungen.

Kurzfristige Anpassungen

Kurzfristig reguliert das vegetative Nervensystem das HZV über die Herzfrequenz und die Kontraktilität des Myokards. In körperlicher Ruhe dominiert der Parasympathikus, der über den Nervus vagus die Herzfrequenz niedrig hält. In Stress- oder Belastungssituationen aktiviert der Körper den Sympathikus, was zu einer Steigerung von Herzfrequenz, Schlagvolumen und damit auch des Herzzeitvolumens führt. Diese Reaktion verläuft innerhalb von Sekunden und erlaubt eine schnelle Anpassung an akute Anforderungen wie körperliche Aktivität, psychische Belastung oder orthostatische Reize.

Auch Reflexmechanismen wie der Barorezeptorenreflex spielen eine Rolle. Sinkt der Blutdruck, etwa durch Volumenverlust, registrieren Druckrezeptoren im Aortenbogen und in der Karotisgabel diese Veränderung. Das Signal wird an das Kreislaufzentrum im Hirnstamm weitergeleitet, woraufhin der Sympathikus aktiviert und der Parasympathikus gehemmt wird. Es kommt zur Steigerung der Herzfrequenz, der Kontraktilität und die Gefäße verengen sich (gesteigerter Gefäßtonus). Beides führt zur Stabilisierung des Blutdrucks und zur Aufrechterhaltung des Herzzeitvolumens.

Langfristige Anpassungen

Langfristig beeinflussen auch hormonelle Systeme wie das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS) das Herzzeitvolumen. Dieses System reguliert den Blutdruck und den Wasserhaushalt über mehrere Tage. Eine vermehrte Rückresorption von Natrium und Wasser in der Niere erhöht das zirkulierende Blutvolumen und damit die Vorlast, was das Schlagvolumen und in der Folge das HZV steigern kann.

Zusätzlich trägt das atrielle natriuretische Peptid (ANP) dazu bei, den Blutdruck zu senken und einer Überlastung des Herzens entgegenzuwirken. Das ist etwa bei Volumenüberladung von Vorteil.

Herzzeitvolumen – Messmethoden

Das Herzzeitvolumen lässt sich sowohl mit invasiven als auch mit nicht-invasiven Verfahren bestimmen. Die Wahl der Methode richtet sich nach dem klinischen Kontext, dem Zustand des Patienten und dem gewünschten Genauigkeitsgrad.

Invasive Verfahren

Als Goldstandard gilt die Thermodilution, die mithilfe eines Pulmonaliskatheters (Swan-Ganz-Katheter) durchgeführt wird. Dabei wird eine definierte Menge kalte Flüssigkeit in den rechten Vorhof injiziert. Ein Temperatursensor in der Pulmonalarterie misst die Änderung der Bluttemperatur, aus der sich das Herzzeitvolumen berechnen lässt.

Dieses Verfahren findet vor allem in der Intensivmedizin und Herzchirurgie Anwendung, da es genaue Werte liefert, aber auch mit Risiken wie Infektionen oder Herzrhythmusstörungen verbunden ist.

Eine weitere invasive Methode ist die Fick-Methode, bei der das HZV aus dem Sauerstoffverbrauch und der arterio-venösen Sauerstoffdifferenz berechnet wird. Sie wird heute seltener verwendet, kann aber in bestimmten klinischen Situationen hilfreich sein, etwa bei kardiopulmonalen Belastungstests.

Folgende Formel findet hierbei Anwendung:

HZV = O₂-Aufnahme / (arterieller O₂-Gehalt – venöser O₂-Gehalt)

Nicht-invasive Verfahren

Zu den wichtigsten nicht-invasiven Methoden zählt die Echokardiographie. Mithilfe des Doppler-Ultraschalls lässt sich das Schlagvolumen berechnen, indem der Blutfluss durch die Herzklappen analysiert wird. In Kombination mit der Herzfrequenz ergibt sich das Herzzeitvolumen. Die Methode ist weit verbreitet, risikofrei und lässt sich auch am Krankenbett durchführen, setzt aber Erfahrung in der Bildauswertung voraus.

Ein weiteres Verfahren ist die Impedanzkardiographie, bei der elektrische Widerstandsänderungen im Brustkorb (Thorax) gemessen werden, die durch das pulsierende Blut verursacht werden. Sie erlaubt kontinuierliche Messungen, ist jedoch störanfällig und weniger genau als die Dopplersonographie.

Auch modernere Techniken wie die Magnetresonanztomographie (Kardio-MRT) können das HZV präzise erfassen, kommen aber wegen hoher Kosten und eingeschränkter Verfügbarkeit meist nur in spezialisierten Zentren zum Einsatz.

Herzzeitvolumen – Klinik

Das Herzzeitvolumen ist eine zentrale Kenngröße in der Beurteilung des Herz-Kreislauf-Status und spielt vor allem in der Notfall- und Intensivmedizin, Kardiologie und Anästhesie eine entscheidende Rolle. Es liefert Hinweise darauf, ob das Herz den Organismus ausreichend mit Blut und damit mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgen kann.

Ein vermindertes Herzzeitvolumen tritt häufig bei Herzinsuffizienz, kardiogenem Schock, Volumenmangel oder schwerer Bradykardie auf. In solchen Fällen droht eine unzureichende Organperfusion, die zu einer raschen Verschlechterung des Kreislaufs führen kann. Ein zu niedriges HZV ist daher ein Frühwarnzeichen für ein drohendes Multiorganversagen.

In der Intensivtherapie dient das HZV als Steuergröße für die Volumentherapie sowie die Gabe von Katecholaminen, die über die Steigerung von Herzfrequenz und Kontraktilität das Herzzeitvolumen erhöhen können. Auch bei der Behandlung des septischen Schocks oder nach schweren Operationen spielt die HZV-Überwachung eine zentrale Rolle.

Ein zu hohes Herzzeitvolumen findet sich dagegen seltener, zum Beispiel bei schweren Anämien, Schilddrüsenüberfunktion oder Fieber, wenn der Körper einen gesteigerten Sauerstoffbedarf kompensieren muss.

In der Kardiologie wird das HZV zudem zur Differenzierung von Herzklappenerkrankungen, zur Prognoseeinschätzung bei chronischer Herzinsuffizienz und zur Verlaufskontrolle unter medikamentöser Therapie herangezogen.