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Druck-Volumen-Veränderungen während des Herzzyklus

  •  IMPP-Relevanz
  • Lesezeit: 13 min
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Steckbrief

Das Laplace-Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen Wandspannung und Innendruck; denkt man sich das Herz modellhaft als Hohlkugel, so gilt:

Equation

(Hierbei ist: Equation = Wandspannung; Equation = transmuraler Druck; Equation = Innenradius; Equation = Wanddicke).

Wenn das Herz dauerhaften Druck- und Volumenbelastungen ausgesetzt ist, entwickelt es bestimmte Kompensationsmechanismen:

  • Eine chronische Druckbelastung führt zunächst zu einer konzentrischen Hypertrophie – d.h., es kommt zur Verdickung der Herzmuskulatur ohne Vergrößerung des Radius (also des Herzinnenraums).

  • Bei einer chronischen Volumenbelastung entsteht eine exzentrische Hypertrophie, also eine Verdickung des Herzmuskels bei Zunahme des Radius (= Dilatation).

Die Herzarbeit kann man in einem Arbeitsdiagramm (Druck-Volumen-Diagramm) abbilden: Hierfür trägt man die Druck- und Volumenänderungen während eines Herzzyklus gegeneinander auf. Die Form dieses Arbeitsdiagramms wird durch die Kurve der isovolumetrischen und isotonen Maxima sowie die daraus abgeleitete Kurve der Unterstützungsmaxima und die Ruhedehnungskurve bestimmt. Das Druck-Volumen-Diagramm umspannt eine Fläche, welche die während eines Herzzyklus geleistete Arbeit abbildet.

Image description
Arbeitsdiagramm (Druck-Volumen-Diagramm) des linken Ventrikels

A–B = Anspannungsphase, B–C = Austreibungsphase, C–D = Entspannungsphase, D–A = Füllungsphase. Die Fläche, die von diesen Strecken umschrieben wird, entspricht der vom Herzen während eines Herzzyklus geleisteten Druck-Volumen-Arbeit.

(Quelle: oberes Bild: Behrends et al., Duale Reihe Physiologie, Thieme, 2021.)
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    Laplace-Gesetz

    Das Laplace-Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen der Wandspannung Equation und dem Innendruck Equation. Nachfolgend wird das Laplace-Gesetz für Hohlkugeln (= Modell für das Herz) beschrieben; das Laplace-Gesetz für Zylinder (= Modell für Blutgefäße) wird hier erläutert. Denkt man sich das Herz als eine Hohlkugel, so gilt:

    Equation

    Dabei ist:

    • Equation = Wandspannung (gibt Kraft/Wandquerschnitt an)

    • Equation = transmuraler Druck (entspricht i.d.R. dem Innendruck)

    • Equation = Innenradius

    • Equation = Wanddicke (je nach Füllungszustand beim linken Ventrikel ca. 6 mm).

    Die Wandspannung des Herzens steigt also proportional mit dem Innendruck und dem Radius bzw. der Innendruck steigt proportional mit der Wandspannung und umgekehrt proportional mit dem Radius. Die Wandspannung wird kleiner, wenn die Wanddicke zunimmt.

    Lerntipp:
    Laplace-Gesetz

    Lass dich in der Prüfung nicht verwirren, falls für das Laplace-Gesetz verwendet werden; die Formel sieht dann folgendermaßen aus:

    Image description
    Zeitlicher Ablauf des Herzzyklus

    Die Abbildung zeigt den Zusammenhang zwischen den einzelnen Elementen der EKG-Kurve, den Phasen des Herzzyklus und den Druckverhältnissen im linken Ventrikel. Darüber hinaus ist der Öffnungszustand der Taschenklappen (= Aorten- und Pulmonalklappe) und der Segelklappen bzw. Atrioventrikular-Klappen (= Mitral- und Trikuspidalklappe) angegeben. Die Systole umfasst die Anspannungsphase (A–B) und die Austreibungsphase. Die Diastole besteht aus der Entspannungsphase (C–D) und der Füllungsphase.

    (Quelle: Huppelsberg, Walter, Kurzlehrbuch Physiologie, Thieme, 2013)
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      zuletzt bearbeitet: 03.12.2022
      Fachlicher Beirat: Prof. Dr. rer. nat. Stephan Grissmer, 12.07.2022
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