Herzzeitvolumen, Herzfrequenz und Schlagvolumen

Das Herzzeitvolumen ist das Blutvolumen, das das Herz pro Minute pumpt, und ist das Produkt aus Herzfrequenz und Schlagvolumen. Während des Trainings kann es um ein Vielfaches über den Ruhewert ansteigen, da die Herzfrequenz und das Schlagvolumen zunehmen, was den zentralen Motor darstellt, der den arbeitenden Muskeln Sauerstoff zuführt. Wie Herzfrequenz und Schlagvolumen jeweils dazu beitragen und wie sie ihre Höchstwerte erreichen, definiert die zentrale Grenze der Ganzkörper-Trainingskapazität.

Definition

Das Herzzeitvolumen ist die Blutmenge, die das Herz pro Minute auswirft, gleich Herzfrequenz multipliziert mit Schlagvolumen; das Schlagvolumen ist das pro Schlag ausgeworfene Blut, und die Herzfrequenz ist die Anzahl der Schläge pro Minute.

Scope

Das Thema umfasst die Definition des Herzzeitvolumens, das unterschiedliche Verhalten von Herzfrequenz und Schlagvolumen von Ruhe bis zur maximalen Belastung, die Mechanismen, die jedes davon erhöhen, und die Art und Weise, wie ihr Produkt die Sauerstoffversorgung bestimmt. Es behandelt diese als Referenzphysiologie und liefert keine Testschwellenwerte oder Trainingsvorschriften.

Core questions

• Wie stark steigt das Herzzeitvolumen von Ruhe bis zur maximalen Belastung an, und was setzt seine Obergrenze fest?
• Wie verändern sich Herzfrequenz und Schlagvolumen jeweils mit zunehmender Belastungsintensität?
• Welche Mechanismen erhöhen das Schlagvolumen während dynamischer Belastung?
• Warum wird das zentrale Herzzeitvolumen als eine Hauptgrenze der maximalen Sauerstoffaufnahme angesehen?

Key concepts

• Herzzeitvolumen gleich Herzfrequenz mal Schlagvolumen
• Frank-Starling-Mechanismus und venöser Rückstrom
• Ejektionsfraktion und enddiastolisches Volumen
• Maximale Herzfrequenz
• Schlagvolumen-Plateau
• Fick-Prinzip, das die Leistung mit der Sauerstoffaufnahme verknüpft

Mechanisms

Zu Beginn der Belastung erhöhen der parasympathische Entzug, gefolgt von einem ansteigenden sympathischen Antrieb, die Herzfrequenz, während die Muskelpumpe und die Venenkonstriktion den venösen Rückstrom verstärken; eine größere Füllung (Frank-Starling-Mechanismus) zusammen mit einer erhöhten Kontraktilität erhöht das Schlagvolumen (Rowell, 1974). Das Schlagvolumen steigt bei niedrigen bis moderaten Intensitäten steil an und neigt dann zu einem Plateau, sodass weitere Erhöhungen des Herzzeitvolumens bei hoher Intensität weitgehend von der Herzfrequenz abhängen (Åstrand et al., 1964). Das maximale Herzzeitvolumen wird erreicht, wenn die maximale Herzfrequenz mit einem nahezu maximalen Schlagvolumen zusammenfällt, und diese zentrale Sauerstoffversorgungsfähigkeit ist ein Hauptbestimmungsfaktor der maximalen Sauerstoffaufnahme (Joyner & Casey, 2015).

Clinical relevance

Das Verhalten von Herzzeitvolumen, Herzfrequenz und Schlagvolumen ist die Grundlage für die Interpretation von Belastungstests und hilft zu erklären, wie eine reduzierte Pumpfunktion die Belastungstoleranz einschränken kann. Dieser Eintrag ist eine deskriptive Referenzphysiologie und nicht dazu gedacht, individuelle Diagnosen, Prognosen oder Behandlungen zu leiten.

Evidence & guidelines

Quantitative Beschreibungen stammen aus klassischen invasiven physiologischen Studien und aus zusammenfassenden Übersichten und nicht aus klinischen Leitlinien. Åstrand und Kollegen maßen das Herzzeitvolumen bei submaximaler und maximaler Arbeit, und Rowells Übersicht integriert diese Daten in das umfassendere Bild der Kreislaufregulation.

History

Die direkte Messung des Herzzeitvolumens während der Arbeit, unter Verwendung der Farbstoffverdünnungsmethode und des Fick-Prinzips, etablierte Mitte des 20. Jahrhunderts, wie sich die Herzleistung mit der Belastungsintensität skaliert. Die Studie von Åstrand und Kollegen aus dem Jahr 1964 ist eine wegweisende Beschreibung des Herzzeitvolumens bei submaximaler und maximaler Arbeit, und spätere Übersichten ordneten diese Ergebnisse in die integrierte Kontrolle des Kreislaufs ein.

Debates

Erreicht das Schlagvolumen bei aufrechter Belastung tatsächlich ein Plateau?

Es wurde diskutiert, ob das Schlagvolumen bei moderater Intensität ein Plateau erreicht oder bis zur maximalen Anstrengung weiter ansteigt, wobei die Antwort von Körperhaltung, Fitness und Messmethode abhängt; bei aufrechter dynamischer Belastung wird häufig ein Plateau beobachtet.

Key figures

• Per-Olof Åstrand
• Bengt Saltin
• Loring Rowell
• Michael Joyner

Seminal works

• astrand-1964
• rowell-1974
• joyner-casey-2015

Frequently asked questions

Wie wird das Herzzeitvolumen berechnet?

Das Herzzeitvolumen ist gleich der Herzfrequenz multipliziert mit dem Schlagvolumen, es spiegelt also wider, wie schnell das Herz schlägt und wie viel Blut es mit jedem Schlag auswirft.

Treiben Herzfrequenz oder Schlagvolumen den Anstieg des Herzzeitvolumens während des Trainings an?

Beide tragen dazu bei, aber das Schlagvolumen steigt hauptsächlich bei geringeren Intensitäten an und neigt zu einem Plateau, sodass Erhöhungen des Herzzeitvolumens bei hoher Intensität weitgehend vom kontinuierlichen Anstieg der Herzfrequenz abhängen.