Sympathische und parasympathische Wirkungen am Herzen
Wie Sympathikus und Parasympathikus Frequenz, Kraft, Überleitung und Erschlaffung des Herzens verändern und über welche Rezeptoren das geschieht.
Das Wichtigste in Kürze
- Sympathikus und Parasympathikus modulieren den selbsttätigen Herzschlag unterschiedlich: Der Sympathikus bereitet auf körperliche Aktivität vor, der Parasympathikus wirkt in Ruhe.
- Der Sympathikus wirkt positiv chronotrop, inotrop, dromotrop und lusitrop und steigert so das Herzzeitvolumen (\(HZV = f \cdot SV\)).
- Die sympathischen Herzwirkungen vermittelt Noradrenalin an \(\beta_1\)-Adrenozeptoren über \(\ce{G_s}\), cAMP und Proteinkinase A.
- Der Sympathikus verlängert die Kontraktionsdauer nicht, denn die beschleunigte \(\ce{Ca^2+}\)-Rückpumpung durch die SERCA verkürzt sie eher.
- Der Parasympathikus senkt über Acetylcholin an muscarinischen \(\ce{M2}\)-Rezeptoren die Impulsfrequenz des Sinusknotens und innerviert im Wesentlichen die Vorhöfe.
Worum es geht
Das Herz schlägt auch ohne Nerven, denn der Sinusknoten erzeugt seinen Takt selbst. Sympathikus und Parasympathikus stellen Takt und Kraft nur höher oder niedriger. Wer verstehen will, wie β-Blocker wie Metoprolol oder Atropin am Herzen wirken, braucht genau dieses Wissen.
Grundprinzip
Die meisten Organe erhalten Fasern aus beiden Teilen des vegetativen Nervensystems. Deren Aufbau beschreibt die Einheit Aufbau von Sympathikus und Parasympathikus. Beide Systeme beeinflussen ein Erfolgsorgan unterschiedlich, oft entgegengesetzt. Man kann sie sich wie Gaspedal und Bremse vorstellen, die beide leicht getreten werden. Die Feinabstimmung ergibt sich aus dem Verhältnis.
Der Sympathikus stellt den Körper auf körperliche Aktivität ein, also auf Kampf oder Flucht. Herz und Kreislauf müssen dann mehr Blut zur Muskulatur pumpen. Der Parasympathikus überwiegt in Ruhe und fördert Erholung und Verdauung. Die Wirkungen an anderen Organen zeigt Bronchien, Auge, Drüsen und Darm.
Sympathikus am Herzen
Das Herz wird sympathisch und parasympathisch innerviert. Keines der beiden Systeme startet den Herzschlag. Sie modulieren ihn nur. Für die Richtung der Wirkung gibt es vier Fachbegriffe mit der Endung -trop (griechisch für „wendend, beeinflussend“). „Positiv“ bedeutet gesteigert, „negativ“ vermindert.
| Begriff | betrifft | Sympathikus | Parasympathikus |
|---|---|---|---|
| chronotrop | Herzfrequenz (Sinusknoten) | positiv | negativ |
| inotrop | Kontraktionskraft des Myokards | positiv | gering, nur an den Vorhöfen |
| dromotrop | Erregungsüberleitung im AV-Knoten | positiv | negativ |
| lusitrop | Geschwindigkeit der Erschlaffung | positiv | kaum Effekt |
Im Vordergrund stehen beim Sympathikus die Steigerung von Frequenz und Kontraktilität. Zusammen erhöhen sie das Herzzeitvolumen (Herzminutenvolumen). Es ist das Produkt aus Herzfrequenz \(f\) und Schlagvolumen \(SV\):
\[HZV = f \cdot SV\]
In Ruhe ergeben 70 Schläge/min mal 70 mL etwa 4,9 L/min. Unter Belastung mit 140 Schlägen/min und 100 mL steigt das Herzzeitvolumen auf 14 L/min.
Vermittelt werden diese Wirkungen hauptsächlich durch Noradrenalin aus den postganglionären sympathischen Fasern (siehe Transmitter von Sympathikus und Parasympathikus). Es bindet an \(\beta_1\)-Adrenozeptoren am Sinusknoten, am AV-Knoten und am Arbeitsmyokard von Vorhöfen und Ventrikeln. Dieser Rezeptor ist ein \(\ce{G_s}\)-gekoppelter adrenerger Rezeptor. Die Signalkette läuft so ab:
- Rezeptor: Noradrenalin aktiviert den \(\beta_1\)-Rezeptor, dieser das \(\ce{G_s}\)-Protein.
- Botenstoff: Die Adenylylcyclase bildet cAMP.
- Kinase: cAMP aktiviert die Proteinkinase A (PKA).
- Ziele: PKA phosphoryliert L-Typ-\(\ce{Ca^2+}\)-Kanäle. Mehr \(\ce{Ca^2+}\) strömt ein, das Myokard kontrahiert kräftiger (inotrop) und der AV-Knoten leitet schneller (dromotrop).
- Relaxation und Takt: Phosphoryliertes Phospholamban gibt die SERCA frei, die \(\ce{Ca^2+}\) schneller zurückpumpt (lusitrop). cAMP öffnet zudem die Schrittmacherkanäle im Sinusknoten (chronotrop).
Wie die Schrittmacherkanäle das Potential formen, erklärt das Aktionspotential der Schrittmacherzellen.
Der Sympathikus macht jede Kontraktion kräftiger, aber nicht länger. Weil die SERCA \(\ce{Ca^2+}\) schneller entfernt, verkürzt sich die Kontraktion eher. So bleibt auch bei hoher Frequenz Zeit für die Füllung.
Die sympathische Herzwirkung ist klar einem Rezeptortyp zugeordnet. Anders als an vielen Gefäßen spielen α-Rezeptoren für die Frequenzsteigerung keine Rolle. Acetylcholin wirkt am Sinusknoten nur als parasympathischer Transmitter. Nikotinische Rezeptoren findet man im vegetativen Ganglion, wo die präganglionäre Faser umgeschaltet wird, nicht am Herzmuskel. GABA ist ein Transmitter des Zentralnervensystems und hat mit der sympathischen Herzwirkung nichts zu tun. Deshalb senken \(\beta_1\)-selektive Blocker wie Bisoprolol Frequenz und Kraft.
Wird im Examen gerne gefragt: Sowohl die Frequenz- als auch die Kraftsteigerung des Sympathikus laufen über Noradrenalin an \(\beta_1\)-Adrenozeptoren. Achte darauf, den positiv inotropen Effekt am Ventrikelmyokard ebenfalls den β-Rezeptoren zuzuordnen.
Parasympathikus am Herzen
Die parasympathischen Fasern erreichen das Herz über den N. vagus. Ihr postganglionärer Transmitter ist Acetylcholin. Es bindet an muscarinische \(\ce{M2}\)-Rezeptoren der Herzzellen. Diese hemmen über ein \(\ce{G_i}\)-Protein die Adenylylcyclase und öffnen Kaliumkanäle. Die Schrittmacherzellen sind dadurch stärker polarisiert und erreichen ihre Schwelle später.
Die Hauptwirkung ist negativ chronotrop. Der Sinusknoten bildet seltener Impulse, die Herzfrequenz sinkt. Am AV-Knoten verlangsamt der Vagus zusätzlich die Überleitung (negativ dromotrop). Atropin blockiert die \(\ce{M2}\)-Rezeptoren und hebt so die Herzfrequenz an.
Wichtig ist das Versorgungsgebiet. Vagusfasern erreichen im Wesentlichen die Herzvorhöfe mit Sinus- und AV-Knoten. Die Kammern erhalten kaum parasympathische Fasern, der Sympathikus dagegen versorgt alle Herzabschnitte. Deshalb schwächt der Vagus die Kraft der Ventrikel kaum ab.
Wie beide Systeme im Kreislauf zusammenspielen, zeigt die Blutdruckregulation.
Sympathikus: Noradrenalin an \(\beta_1\), alle vier -tropen Wirkungen positiv, überall am Herzen. Parasympathikus: Acetylcholin an \(\ce{M2}\), vor allem langsamer, fast nur an den Vorhöfen.
Quiz
Aussage 1
Eine positiv lusitrope Wirkung bedeutet, dass das Myokard schneller erschlafft.
Lusitrop bezieht sich auf die Relaxation. Der Sympathikus beschleunigt sie, weil die SERCA \(\ce{Ca^2+}\) schneller zurückpumpt.
Aussage 2
Die parasympathischen Fasern des N. vagus versorgen am Herzen vor allem die Kammermuskulatur.
Der Vagus innerviert im Wesentlichen die Vorhöfe mit Sinus- und AV-Knoten. Die Kammern sind kaum parasympathisch versorgt.
Aussage 3
Die Steigerung der Herzfrequenz durch den Sympathikus wird über \(\alpha_1\)-Adrenozeptoren am Sinusknoten vermittelt.
Die Frequenzsteigerung läuft über Noradrenalin an \(\beta_1\)-Adrenozeptoren. α-Rezeptoren spielen dafür keine Rolle.
Aussage 4
Acetylcholin aus Vagusfasern senkt die Impulsfrequenz des Sinusknotens über muscarinische \(\ce{M2}\)-Rezeptoren.
Die \(\ce{M2}\)-Rezeptoren hemmen über \(\ce{G_i}\) die Adenylylcyclase und öffnen Kaliumkanäle. Das wirkt negativ chronotrop.
Aussage 5
Das Herzzeitvolumen steigt unter Sympathikuseinfluss, weil Herzfrequenz und Schlagvolumen zunehmen.
Das Herzzeitvolumen ist das Produkt aus Frequenz und Schlagvolumen. Positiv chronotrope und inotrope Wirkung erhöhen beide Faktoren.
Aussage 6
Sympathikusaktivierung verlängert die Kontraktionsdauer der Kardiomyozyten, damit jede Kontraktion kräftiger wird.
Der Sympathikus steigert die Kraft, verlängert die Kontraktion aber nicht. Durch schnellere \(\ce{Ca^2+}\)-Rückpumpung wird sie eher kürzer.
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