Herzzyklus: Definition, Ablauf, Einflüsse

Der Herzzyklus beschreibt die rhythmisch wiederkehrenden mechanischen Vorgänge während eines einzelnen Herzschlags. Er sichert durch die koordinierte Abfolge von Füllung und Auswurf die kontinuierliche Versorgung des Körpers mit Blut.

Der Herzzyklus steht in engem Zusammenhang mit den elektrischen Ereignissen im EKG, den Herztönen sowie den Druck- und Volumenveränderungen im Herzen. Die physiologischen Abläufe, Druckverhältnisse und Einflussfaktoren des Herzzyklus sind Thema dieses Artikels.

Herzzyklus – Definition

Der Herzzyklus bezeichnet die vollständige Abfolge der mechanischen Ereignisse im Herzen während eines einzelnen Herzschlags. Dazu zählen die Kontraktion und Erschlaffung der Vorhöfe und Kammern, die zeitlich abgestimmte Koordination der Herzklappen sowie die resultierenden Volumen- und Druckänderungen im Herzen.

Die beiden Hauptphasen sind die Systole, in der die Ventrikel das Blut auswerfen, und die Diastole, in der sie sich erneut mit Blut füllen. Ein Herzzyklus dauert bei einer Frequenz von 75 Schlägen pro Minute etwa 0,8 Sekunden. Die präzise Koordination aller Abschnitte ist Voraussetzung für eine effektive Kreislauffunktion.

Herzzyklus – Grundlagen des Ablaufs

Während der Systole kontrahieren die Ventrikel und pumpen das Blut in den Körper- bzw. Lungenkreislauf. In der anschließenden Diastole erschlafft die Kammermuskulatur, und die Ventrikel füllen sich erneut mit Blut. Die Vorhöfe und Kammern arbeiten dabei zeitlich versetzt, nicht gleichzeitig. Zunächst kontrahieren die Vorhöfe und fördern das Blut in die Kammern, danach kontrahieren die Ventrikel.

Eine zentrale Rolle im Herzzyklus spielt die sogenannte Ventilebenenmechanik. Dabei handelt es sich um eine auf- und abwärts gerichtete Bewegung der Klappenebene. Während der Systole zieht sich der Herzmuskel in Längsrichtung zusammen, die Ventilebene bewegt sich in Richtung Herzspitze. Dadurch entsteht ein Sog in den Vorhöfen, der bereits die Füllung für den nächsten Zyklus vorbereitet. In der Diastole verschiebt sich die Ventilebene wieder nach oben, wodurch sich die Kammern unter erleichterten Bedingungen mit Blut aus den Vorhöfen füllen. Diese Längsachsenbewegung unterstützt diastolische Füllung und systolische Auswurfleistung.

Herzzyklus – Die fünf Phasen

Der Herzzyklus gliedert sich in fünf funktionelle Phasen, die sich auf die Aktivität der Ventrikel beziehen. Dabei verändern sich Druck, Volumen und Klappenstellung in charakteristischer Weise. In Ruhe nimmt die Diastole rund zwei Drittel der Zeit ein. Bei höherer Herzfrequenz verkürzt sich vor allem diese Phase deutlich.

Vorhofsystole

Die Kontraktion der Vorhöfe am Ende der Diastole fördert aktiv Blut in die bereits passiv gefüllten Ventrikel. Dieser zusätzliche Füllanteil macht etwa 20 bis 30 Prozent des enddiastolischen Volumens (EDV) aus. Die AV-Klappen (Mitralklappe und Trikuspidalklappe) sind geöffnet, die Taschenklappen geschlossen.

Die Vorhofsystole erhöht den Druck in den Vorhöfen leicht und fällt zeitlich mit der P-Welle im EKG zusammen. Durch die Bewegung der Ventilebene in Richtung Herzspitze entsteht zusätzlich ein Sog, der die Füllung unterstützt.

Isovolumetrische Kontraktion

Mit Beginn der Ventrikelsystole schließen sich die AV-Klappen. Die Taschenklappen sind noch geschlossen, sodass das Blutvolumen in den Kammern kurzzeitig konstant bleibt, während der Druck stark ansteigt.

In der linken Kammer steigt der Druck auf etwa 80 bis 120 mmHg, in der rechten auf etwa 15 bis 25 mmHg. Diese Phase ist nötig, um den Öffnungsdruck der Taschenklappen zu erreichen.

Der Schluss der AV-Klappen erzeugt den ersten Herzton, hörbar mit dem Stethoskop. Im EKG beginnt der QRS-Komplex, der die Ventrikeldepolarisation abbildet.

Auswurfphase

Sobald der Kammerdruck den Druck in Aorta beziehungsweise Truncus pulmonalis übersteigt, öffnen sich die Taschenklappen. Das Blut strömt rasch in die Arterien.

In dieser Phase sinkt das enddiastolische Volumen (etwa 120 ml) auf ein endsystolisches Volumen (rund 50 ml) ab. Daraus ergibt sich das Schlagvolumen (70 ml). Die Ejektionsfraktion (EF), also der prozentuale Anteil des ausgeworfenen Volumens, liegt im Normalfall bei 55 bis 70 Prozent.

Die linke Kammer erzeugt dabei deutlich höhere Drücke als die rechte, doch das Volumen ist auf beiden Seiten gleich. Ein gerichteter Blutfluss ist nur möglich, wenn die Klappen fehlerfrei schließen. Störungen wie Insuffizienzen oder Stenosen führen zu Rückfluss oder unzureichendem Auswurf.

Isovolumetrische Relaxation

Am Ende der Systole schließen sich die Taschenklappen, da der Druck in den Arterien höher wird als in den Ventrikeln. Beide Klappenpaare sind jetzt geschlossen, das Volumen in den Kammern ändert sich nicht.

Der Kammerdruck fällt jedoch rasch ab. In der linken Kammer sinkt er typischerweise auf etwa fünf mmHg. Diese Phase bereitet die erneute Füllung der Kammern vor. Der Schluss der Taschenklappen erzeugt den zweiten Herzton, der den Beginn der Diastole markiert. Zeitlich fällt diese Phase mit der T-Welle im EKG zusammen (Repolarisation der Ventrikel).

Füllungsphase

Sobald der Kammerdruck unter den Vorhofdruck sinkt, öffnen sich die AV-Klappen erneut. Es beginnt die Füllungsphase, bei der Blut passiv in die Kammern strömt.

Zunächst verläuft die Füllung schnell, dann langsamer (Diastasis), bis die nächste Vorhofsystole wieder aktiv Blut nachfördert. Das Kammervolumen nimmt stetig zu, der Druck bleibt dabei relativ niedrig.

Diese Phase ist besonders frequenzabhängig, denn bei Tachykardien bleibt weniger Zeit für die Füllung, was bei eingeschränkter Relaxation zu Problemen führen kann. Das ist etwa bei diastolischer Herzinsuffizienz der Fall.

Herzzyklus – Übersicht der Druck- und Volumenänderungen

Die mechanischen Phasen des Herzzyklus gehen mit charakteristischen Druck- und Volumenveränderungen in den Ventrikeln einher. Diese lassen sich anschaulich im Druck-Volumen-Diagramm darstellen, das für die linke Herzkammer besonders häufig verwendet wird. Es bildet die zyklischen Veränderungen von Füllung, Kontraktion, Auswurf und Entspannung in einer geschlossenen Schleife ab.

In der Füllungsphase steigt das Ventrikelvolumen von etwa 50 ml (endsystolisches Volumen) auf rund 120 ml (enddiastolisches Volumen) an, während der Druck relativ niedrig bleibt. Während der isovolumetrischen Kontraktion bleibt das Volumen konstant, der Druck steigt steil an. Sobald der Druck in der Kammer den Aortendruck übersteigt, beginnt die Auswurfphase, bei der das Volumen rasch auf etwa 50 ml sinkt, während der Druck zunächst hoch bleibt und dann wieder fällt.

In der anschließenden isovolumetrischen Relaxation bleibt das Volumen erneut konstant, während der Druck deutlich abnimmt. Erst wenn der Ventrikeldruck unter den Vorhofdruck fällt, beginnt der nächste Zyklus mit der erneuten Füllung.

Wichtige Messgrößen im Druck-Volumen-Zusammenhang sind:

• Enddiastolisches Volumen (EDV): etwa 120 ml
• Endsystolisches Volumen (ESV): etwa 50 ml
• Schlagvolumen (SV): Differenz aus EDV und ESV, etwa 70 ml
• Ejektionsfraktion (EF): Verhältnis von SV zu EDV, normal 55 bis 70 Prozent

Veränderungen im Druck-Volumen-Diagramm geben Hinweise auf Kammerfunktion, Nachlast, Vorlast und Kontraktilität. Bei pathologischen Zuständen, etwa einer Aortenstenose oder einer diastolischen Dysfunktion, verändert sich die Form der Schleife charakteristisch und liefert wichtige diagnostische Informationen.

Herzzyklus – Einflüsse

Der Herzzyklus unterliegt zahlreichen Einflüssen, die seine Dauer, Effizienz und Phasendynamik verändern können. Besonders die Herzfrequenz, der Füllungsdruck (Vorlast), der Gefäßwiderstand (Nachlast), die Kontraktilität des Myokards und das autonome Nervensystem beeinflussen den Ablauf des Zyklus entscheidend.

Herzfrequenz

Mit steigender Herzfrequenz verkürzt sich vor allem die Diastole. Bei Tachykardien kann dies die ventrikuläre Vorlast und damit das Schlagvolumen verringern. Die systolische Phase bleibt vergleichsweise konstant. Besonders bei diastolischer Dysfunktion kann eine hohe Frequenz die Füllung stark beeinträchtigen.

Vorlast, Nachlast und Kontraktilität

Die Vorlast beschreibt die Dehnung der Ventrikelwand am Ende der Diastole. Sie hängt vom venösen Rückstrom und dem enddiastolischen Volumen ab. Ein erhöhter Füllungsdruck steigert das Schlagvolumen (Frank-Starling-Mechanismus).

Die Nachlast entspricht dem Druck, gegen den das Herz auswerfen muss. also vor allem dem Gefäßwiderstand in der Aorta beziehungsweise Pulmonalarterie. Eine erhöhte Nachlast (etwa bei arterieller Hypertonie oder Aortenstenose) verlängert die isovolumetrische Kontraktion und reduziert das Auswurfvolumen.

Die Kontraktilität ist ein Maß für die Kraftentwicklung des Herzmuskels unabhängig von Vor- und Nachlast. Sie steigt durch sympathische Aktivierung oder positiv inotrope Medikamente und führt zu einem höheren Schlagvolumen bei gleichbleibender Füllung.

Autonomes Nervensystem

Das vegetative Nervensystem steuert die Herzfunktion laufend. Der Sympathikus erhöht die Herzfrequenz, steigert die Kontraktionskraft und beschleunigt die Erregungsleitung. Dadurch verkürzt sich der Herzzyklus insgesamt, insbesondere die Diastole.

Der Parasympathikus wirkt über den Nervus vagus hemmend auf das Herz. Er senkt die Herzfrequenz, verlängert die Diastole und senkt die Erregbarkeit des Reizleitungssystems.

Trainingszustand und Alter

Trainierte Personen zeigen häufig eine niedrige Ruhefrequenz und eine längere Diastole, was eine effektivere Füllung und ein höheres Schlagvolumen erlaubt. Mit zunehmendem Alter kann die Relaxationsfähigkeit des Myokards abnehmen, was die diastolische Funktion beeinträchtigt und die Bedeutung der Vorhofsystole erhöht.