Das Nervensystem rund um das Herz: Anatomie und Funktion

Das Herz, ein lebensnotwendiges Organ, ist nicht nur ein muskuläres Hohlorgan, sondern auch eng mit dem Nervensystem verbunden. Diese Verbindung ermöglicht es dem Herzen, sich an die sich ständig ändernden Bedürfnisse des Körpers anzupassen. Der folgende Artikel beleuchtet die Anatomie des Nervensystems rund um das Herz und seine vielfältigen Funktionen.

Anatomie des Herzens: Ein Überblick

Das Herz ist ein muskuläres Hohlorgan, das sich im Brustkorb hinter dem Brustbein befindet. Seine Spitze zeigt zur linken Seite. Es ist von einer robusten, zweilagigen Membran umgeben, die Perikard genannt wird. Das Herz besteht aus einer linken und einer rechten Herzhälfte, die durch die Herzscheidewand (Septum) getrennt sind. Beide Hälften besitzen jeweils einen Vorhof (Atrium) und eine Hauptkammer (Ventrikel). Durch die rechte Hälfte fließt sauerstoffarmes, durch die linke sauerstoffreiches Blut.

Die Herzwand besteht aus drei Schichten:

• Endokard: Die innerste Schicht, die das Herz von innen auskleidet und auch die vier Herzklappen überzieht.
• Myokard: Die mittlere und dickste Schicht, die aus Herzmuskelgewebe besteht und für die Kontraktionen des Herzens verantwortlich ist. Im Myokard verläuft das für den Kontraktionsablauf des Herzens erforderliche Erregungsleitungssystem.
• Epikard: Die äußere Schicht, die die Oberfläche des Herzens bedeckt und die Herzkranzgefäße enthält.

Das Herz besitzt vier Klappen: zwei Segelklappen (Mitralklappe und Trikuspidalklappe) und zwei Taschenklappen (Pulmonalklappe und Aortenklappe). Die Herzklappen haben eine sehr wichtige Funktion - sie verhindern einen unerwünschten Rückstrom von Blut. Die atrioventrikulären Segelklappen (AV-Klappen) befinden sich zwischen den Vorhöfen und ihren jeweiligen Hauptkammern. Sie sorgen dafür, dass kein Blut aus den Hauptkammern zurück in die Vorhöfe fließt. Die Semilunarklappen befinden sich an den beiden Ausstrombahnen der Hauptkammern und verhindern, dass das Blut fälschlicherweise aus der Aorta (Hauptschlagader) und der Arteria pulmonalis (Lungenarterie) in die Ventrikel zurückfließt. Die Herzklappen funktionieren wie Ventile - sie lassen den Blutstrom nur in eine Richtung zu.

Das Erregungsleitungssystem des Herzens

Das Herz ist in der Lage, elektrische Impulse zu erzeugen und weiterzuleiten. Als Taktgeber dafür dient der Sinusknoten - er liegt in der Wand des rechten Vorhofs und besteht aus einem Bündel an Nerven. Der Sinusknoten gibt in rhythmischen Abständen elektrische Impulse ab. Die Frequenz der Impulse kann vom vegetativen Nervensystem oder von Hormonen beeinflusst werden. So schlägt das Herz beispielsweise bei körperlicher Anstrengung oder bei Stress schneller.

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Der elektrische Impuls vom Sinusknoten breitet sich zuerst über die Vorhöfe aus und sorgt dafür, dass sich die Vorhöfe zusammenziehen und das Blut in die jeweilige Hauptkammer gepumpt wird. Hiernach werden die Impulse über die Vorhof-Muskulatur zum sogenannten Atrio-Ventrikulär-Knoten (AV-Knoten) weitergeleitet. Er befindet sich in einem Areal zwischen den Vorhöfen und den Hauptkammern. Der AV-Knoten nimmt die Sinusknoten-Impulse auf und gibt sie an das sogenannte HIS-Bündel ab. Mit den zugehörigen Kammerschenkeln und vielen dünnen Fasern überträgt es den Impuls schnell auf beide Herzkammern. Dadurch ziehen sich die Herzkammern zusammen und das Blut wird in die Lungenarterie und in die Hauptschlagader gepumpt.

Das Erregungsleitungssystem besteht aus mehreren Komponenten:

• Sinusknoten: Der primäre Impulsgeber, der spontan und regelmäßig elektrische Impulse erzeugt.
• AV-Knoten: Eine Schaltstelle zwischen den Vorhöfen und den Kammern, die die Impulse verzögert und an das His-Bündel weiterleitet.
• His-Bündel: Ein Bündel von spezialisierten Zellen, das die Impulse schnell zu den Kammerschenkeln und Purkinje-Fasern leitet.
• Purkinje-Fasern: Ein Netzwerk von Fasern, das die Impulse an die Arbeitsmuskulatur der Kammern weiterleitet und so die Kontraktion auslöst.

Innervation des Herzens durch das autonome Nervensystem

Das Herz wird vom autonomen Nervensystem innerviert, das aus dem Sympathikus und dem Parasympathikus besteht. Diese beiden Systeme wirken im Allgemeinen als Gegenspieler und regulieren die Herzfrequenz und die Kontraktionskraft des Herzens. Impulse aus dem autonomen Nervensystem passen die Herzschlagfrequenz jedoch an die jeweils aktuellen Bedürfnisse an.

Sympathikus

Der Sympathikus vermittelt eine aktivitätsfördernde, leistungssteigernde Wirkung ("Fight or flight"). Zentral für den "Kampf" und für die "Flucht" ist dabei das Herz-Kreislauf-System. Er innerviert den Vorhof und den Ventrikel des Herzens (im Gegensatz zum Parasympathikus, der nur den Vorhof innerviert). Der Sympathikus innerviert das Erregungsbildungs- & -leitungssystem, den Arbeitsmyokard und das Koronarsystem. Die höchste vegetative Innervationsdichte befindet sich im Sinusknoten und nimmt nach distal eher ab.

Die wichtigsten Funktionen des Sympathikus am Herzen sind:

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• Erhöhung der Herzfrequenz: Der Sympathikus stimuliert den Sinusknoten, was zu einer Erhöhung der Herzfrequenz führt.
• Erhöhung der Kontraktionskraft: Der Sympathikus erhöht die Kontraktionskraft des Myokards, wodurch das Herz kräftiger pumpt.
• Erweiterung der Koronararterien: Der Sympathikus erweitert die Koronararterien, um die Durchblutung des Herzmuskels zu verbessern.

Parasympathikus

Der Parasympathikus wirkt über den Nervus vagus und hat eine beruhigende Wirkung auf das Herz. Er innerviert hauptsächlich den Vorhof und weniger die Ventrikel. Am Herzen wirkt der Parasympathikus über den muskarinergen M2-Rezeptor. Dieser führt zu weniger cAMP und damit wird die oben bereits erwähnte Sympathikuskaskade gehemmt.

Die wichtigsten Funktionen des Parasympathikus am Herzen sind:

• Senkung der Herzfrequenz: Der Parasympathikus hemmt den Sinusknoten, was zu einer Senkung der Herzfrequenz führt.
• Verringerung der Kontraktionskraft: Der Parasympathikus verringert die Kontraktionskraft des Myokards, wodurch das Herz weniger kräftig pumpt.
• Verengung der Koronararterien: Der Parasympathikus verengt die Koronararterien, was die Durchblutung des Herzmuskels verringern kann.

Zusammenspiel von Nerven und Blutgefäßen im alternden Herzen

Jüngste Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass es im alternden Herzen zu Veränderungen an der Schnittstelle von Blutgefäßen und Nervensystem kommt. In der linken Herzkammer bilden sich die Nerven zurück, was es dem Herzen schwerer macht, auf Anforderungen unter Belastungssituationen mit der Herzschlagfrequenz zu reagieren.

Ausgelöst wird diese Reaktion dadurch, dass Blutgefäße im Herzen mit zunehmendem Alter u.a. den Botenstoff Semaphorin-3A in ihre Umgebung freisetzen, der das Wachstum und die Aussprossung von Nervenzellen im Herzmuskelgewebe hemmt. Die Folge der verringerten Nerven im Herzen selbst ist, dass die Herzmuskelzellen nicht mehr von Impulsen der Nervenzellen „informiert“ werden, etwa durch einen schnelleren Herzschlag einen erhöhten Bedarf der Sauerstoffversorgung des Körpers unter Belastung zu gewährleisten.

Eine zentrale Rolle für den Rückgang der Nervenzellen im Herzen scheinen alternde, sogenannte ‚seneszente‘ Zellen des Gefäßsystems zu spielen. Verhindert man experimentell die Anzahl dieser ‚seneszenten‘ Zellen durch gezielte Medikamente (sogenannte Senolytica), wachsen die Nervenzellen wieder nach und das Herz gewinnt die autonome Kontrolle über die Pulsregulation wieder zurück.

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Herztöne und ihre Entstehung

Die zwei typischen Herztöne, die mit dem aufgelegten Ohr oder dem Stethoskop wahrnehmbar sind, entstehen beim Schließen der Klappen. Der erste Herzton ist dumpf und dauert etwa 0,14 Sekunden. Er entsteht durch Anspannung der Kammermuskulatur bei geschlossenen Klappen. Der zweite Herzton ist mit 0,11 Sekunden Dauer etwas kürzer und hochfrequenter als der erste Herzton. Er entsteht beim Schließen der Taschenklappen.

Herzfrequenz und ihre Bedeutung

Der Ruhepuls ist die Anzahl der Pulswellen, die man pro Minute über Arterien - zum Beispiel am Handgelenk im Ruhezustand zählen kann. Im allgemeinen Sprachverständnis versteht man unter dem Ruhepuls die Ruheherzfrequenz. Diese gibt die Anzahl der Kontraktionen an, mit der das Herz im Ruhezustand Blut durch den Körper pumpt. Die Ruheherzfrequenz wird auch als normaler Ruhepuls oder Normalpuls bezeichnet.

Bei einem gesunden Erwachsenen liegt die Ruheherzfrequenz bei etwa 60 bis 80 Schlägen pro Minute. Sinkt der Ruhepuls unter 60 Schläge pro Minute, spricht man von einem verlangsamten Herzschlag (Bradykardie). Die Bradykardie kann zu einer Mangelversorgung des Körpers mit Blut und Sauerstoff führen. In Folge können Schwindel, Erschöpfung, Atemnot oder Ohnmacht auftreten. Ein zu schneller Herzschlag bzw. Herzrasen (Tachykardie) liegt ab über 100 Schlägen pro Minute vor. Ein typisches Anzeichen einer Tachykardie ist ein schneller Herzschlag mit starkem bis in den Hals hinaufgehenden Herzklopfen.

Erkrankungen des Herzens und ihre Auswirkungen auf das Nervensystem

Verschiedene Erkrankungen des Herzens können auch das Nervensystem beeinträchtigen. Beispielsweise können Probleme in der Blutversorgung des Gehirns aufgrund einer Herzinsuffizienz schnell zu Beeinträchtigungen seiner Funktionen führen - zum Beispiel zu einer Demenz. Umgekehrt kann nicht nur intensive physische Aktivität das Herz an die Belastungsgrenze treiben, sondern auch großer emotionaler Stress seine Funktionen bedrohen.

Einige Beispiele für Herzerkrankungen und ihre Auswirkungen sind:

• Koronare Herzkrankheit (KHK): Verengung der Herzkranzgefäße, die zu einer Minderdurchblutung des Herzmuskels führt.
• Herzinsuffizienz: Schwäche des Herzmuskels, die zu einer unzureichenden Versorgung des Körpers mit Blut führt.
• Herzrhythmusstörungen: Unregelmäßigkeiten im Herzschlag, die durch Störungen im Erregungsleitungssystem verursacht werden.
• Myokardinfarkt: Absterben von Herzmuskelgewebe aufgrund einer unzureichenden Durchblutung.
• Herzklappenfehler: Funktionsstörungen der Herzklappen, die zu einem Rückfluss von Blut führen.

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