TestAS · Medizin
Wie Organsysteme arbeiten und sich regulieren: Herz und Kreislauf, Atmung, Nieren, Hormone und Immunsystem.
testas.de nennt dieses Thema für das Fachmodul Medizin. Im Test kommt es als Testlet: ein kurzer Text, eine Tabelle oder Formel, danach 4 bis 8 Fragen, die du daraus beantwortest.
Themenliste: testas.de
Vollständige Testlets in Prüfungslänge aus dem Kollego-Kurs, erzeugt wie unsere Probetests. Antworte aus dem Material und öffne dann jede Lösung.
Herzzeitvolumen in Ruhe, bei Belastung und bei Herzinsuffizienz
Die Auswurfleistung des Herzens pro Minute, das Herzzeitvolumen (HZV), ist das Produkt aus Herzfrequenz (HF) und Schlagvolumen (SV), dem Volumen, das eine Kammer bei jedem Schlag auswirft. Das Schlagvolumen ist die Differenz zwischen dem Volumen in der Kammer am Ende der Füllung, dem enddiastolischen Volumen (EDV), und dem am Ende der Austreibung verbleibenden Volumen, dem endsystolischen Volumen (ESV). Die Ejektionsfraktion (EF) ist der Anteil des enddiastolischen Volumens, der ausgeworfen wird; bei gesunden Erwachsenen liegt sie zwischen etwa 55 und 70 Prozent.
HZV = HF × SV SV = EDV − ESV EF = SV / EDV MAD ≈ HZV × TPR
Zwei Mechanismen erhöhen das Schlagvolumen bei Belastung. Erstens füllt ein größerer venöser Rückstrom die Kammer stärker, und ein stärker gedehnter Herzmuskel kontrahiert kräftiger (Frank-Starling-Mechanismus). Zweitens steigern sympathische Nerven und Adrenalin die Kontraktilität, sodass sich die Kammer bei gleicher Füllung vollständiger entleert. Die Sympathikusaktivität erhöht außerdem die Herzfrequenz. Zusammen können diese Veränderungen das Herzzeitvolumen bei einem trainierten Menschen auf das Vier- bis Fünffache steigern.
Der mittlere arterielle Druck (MAD) hängt vom Herzzeitvolumen und vom totalen peripheren Widerstand (TPR) ab, der vor allem durch den Durchmesser der kleinen Arterien und Arteriolen bestimmt wird. Bei schwerer Belastung weiten sich die Arteriolen in der arbeitenden Muskulatur unter dem Einfluss örtlicher Stoffwechselprodukte stark, während sich die Gefäße in Darm und Nieren verengen. Weil der Gesamtwiderstand sinkt, steigt der mittlere arterielle Druck nur mäßig, obwohl das Herzzeitvolumen um ein Mehrfaches steigt. Die Hirndurchblutung bleibt in absoluten Werten nahezu konstant.
Bei der systolischen Herzinsuffizienz kontrahiert die geschädigte Kammer schwach. Sie entleert sich schlecht, sodass das endsystolische Volumen steigt, und die Kammer erweitert sich mit der Zeit. Der Körper gleicht zunächst mit einer schnelleren Herzfrequenz und durch Zurückhalten von Salz und Wasser aus, was die Füllung erhöht. Diese Reaktionen können das Herzzeitvolumen in Ruhe nahe am Normalwert halten, aber die Reserve für Belastung ist klein, und die zusätzliche Flüssigkeit kann sich in die Lunge zurückstauen und Atemnot verursachen.
Ausdauertraining wirkt in die entgegengesetzte Richtung. Die Kammer eines trainierten Sportlers wird größer und füllt sich stärker, sodass sie ein größeres Schlagvolumen auswirft. Dasselbe Herzzeitvolumen in Ruhe wird dann mit einer niedrigeren Herzfrequenz erreicht, oft unter 50 Schlägen pro Minute.
| Person | Herzfrequenz | EDV | ESV |
|---|---|---|---|
| Gesund, in Ruhe | 70 /min | 120 mL | 50 mL |
| Gesund, schwere Belastung | 170 /min | 140 mL | 30 mL |
| Patient mit Herzinsuffizienz, in Ruhe | 95 /min | 200 mL | 150 mL |
1. Wie groß ist das Schlagvolumen der gesunden Person in Ruhe?
C: 70 mL
SV = EDV − ESV = 120 − 50 = 70 mL.
2. Welches Herzzeitvolumen erreicht die gesunde Person etwa bei schwerer Belastung?
A: 18,7 L/min
SV = 140 − 30 = 110 mL; 170 × 110 mL = 18 700 mL/min.
3. Wie groß ist die Ejektionsfraktion des Patienten mit Herzinsuffizienz?
D: 25 %
SV = 200 − 150 = 50 mL; 50 / 200 = 0,25.
4. Wie hält der Patient das Herzzeitvolumen in Ruhe nahe am Normalwert?
B: Mit einer höheren Herzfrequenz und einem größeren Füllungsvolumen
Patient: SV = 200 − 150 = 50 mL, HZV = 95 × 50 mL ≈ 4,75 L/min. Gesund in Ruhe: 70 × 70 mL = 4,9 L/min. Laut Text gleicht der Körper „mit einer schnelleren Herzfrequenz und durch Zurückhalten von Salz und Wasser“ aus, was die Füllung erhöht (EDV 200 mL).
5. Bei schwerer Belastung steigt das Herzzeitvolumen etwa auf das Vierfache, der mittlere arterielle Druck aber nur mäßig. Laut Text liegt das daran, dass …
B: der totale periphere Widerstand sinkt
MAD ≈ HZV × TPR. Laut Text weiten sich bei schwerer Belastung die Muskelarteriolen „stark“, und „weil der Gesamtwiderstand sinkt, steigt der mittlere arterielle Druck nur mäßig“. HZV steigt, TPR sinkt, also wächst das Produkt nur wenig.
6. Bei der gesunden Person spiegelt das niedrigere ESV bei Belastung vor allem wider:
B: eine gesteigerte Kontraktilität durch Sympathikusaktivität
Das ESV sinkt bei Belastung von 50 auf 30 mL, die Kammer entleert sich also stärker. Laut Text „steigern sympathische Nerven und Adrenalin die Kontraktilität, sodass sich die Kammer bei gleicher Füllung vollständiger entleert“.
Sauerstofftransport und Sauerstoffbindungskurve
Fast der gesamte Sauerstoff im Blut ist an Hämoglobin gebunden. Jedes Gramm Hämoglobin kann bei voller Sättigung etwa 1,34 mL Sauerstoff binden. Nur eine kleine Menge ist physikalisch im Plasma gelöst: etwa 0,03 mL pro Liter Blut für jedes mmHg Sauerstoffpartialdruck (PO2). Bei einer normalen Hämoglobinkonzentration von 150 g pro Liter transportiert arterielles Blut daher etwa 200 mL Sauerstoff pro Liter, davon nur etwa 3 mL gelöst.
Der Zusammenhang zwischen PO2 und Hämoglobinsättigung wird durch die Sauerstoffbindungskurve beschrieben, die S-förmig ist. Oben, zwischen etwa 60 und 100 mmHg, ist die Kurve flach: Selbst ein deutlicher Abfall des PO2 in der Lunge verändert die Sättigung nur wenig, was die Sauerstoffaufnahme in mäßiger Höhe oder bei leichter Lungenerkrankung schützt. Unterhalb von etwa 60 mmHg wird die Kurve steil, sodass kleine Abfälle des PO2 im Gewebe große Mengen Sauerstoff freisetzen. Der PO2, bei dem das Hämoglobin zur Hälfte gesättigt ist, heißt P50; er beträgt bei Erwachsenen etwa 27 mmHg.
Die Kurve ist nicht festgelegt. Ein Anstieg des Kohlenstoffdioxids, ein Abfall des pH, ein Temperaturanstieg und mehr 2,3-Bisphosphoglycerat (2,3-BPG) in den roten Blutkörperchen verschieben sie nach rechts. Der P50 steigt dann, das heißt, Hämoglobin gibt bei gegebenem PO2 leichter Sauerstoff ab. Diese Bedingungen sind typisch für arbeitende Muskulatur. Die entgegengesetzten Veränderungen verschieben die Kurve nach links, wie in der Lunge, wo Kohlenstoffdioxid abgegeben wird.
Die Sauerstoffversorgung kann auf verschiedene Weise versagen. Bei einer Anämie ist die Hämoglobinkonzentration niedrig, sodass der Sauerstoffgehalt des arteriellen Blutes sinkt, obwohl PO2 und Sättigung normal sind. Ein Pulsoximeter, das die Sättigung misst, wirkt dann beruhigend. Kohlenmonoxid bindet etwa 200- bis 250-mal stärker an Hämoglobin als Sauerstoff. Es blockiert Bindungsstellen und verschiebt die Kurve des verbleibenden Hämoglobins nach links, sodass im Gewebe weniger Sauerstoff abgegeben wird.
Die Höhe senkt den Sauerstoffpartialdruck der Luft. In 4000 m beträgt er nur etwa 60 Prozent des Wertes auf Meereshöhe, und der arterielle PO2 kann auf etwa 50 mmHg sinken. Der Körper reagiert sofort mit schnellerer Atmung und über mehrere Wochen mit mehr roten Blutkörperchen, angeregt durch das Hormon Erythropoetin aus den Nieren.
| PO2 (mmHg) | 100 | 80 | 60 | 40 | 27 | 20 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Sättigung | 98 % | 95 % | 90 % | 75 % | 50 % | 35 % |
1. Wie viel Sauerstoff transportiert ein Liter arterielles Blut etwa, wenn das Hämoglobin 150 g/L und die Sättigung 98 % beträgt?
C: Etwa 200 mL
Gebundener O₂ = Hämoglobin × 1,34 mL/g × Sättigung = 150 × 1,34 × 0,98 ≈ 197 mL pro Liter. Laut erstem Absatz kommen etwa 3 mL gelöst dazu, also etwa 200 mL.
2. Gemischtvenöses Blut hat einen PO2 von 40 mmHg. Welcher Anteil des im arteriellen Blut (PO2 100 mmHg) gebundenen Sauerstoffs wurde abgegeben?
D: Etwa ein Viertel
In der Tabelle beträgt die Sättigung 98 % bei 100 mmHg und 75 % bei 40 mmHg. Abgegebener Anteil = (98 − 75) ÷ 98 = 23 ÷ 98 ≈ 0,23, etwa ein Viertel.
3. Der arterielle PO2 einer Bergsteigerin fällt von 100 auf 60 mmHg. Warum ist der Sauerstoffgehalt nur wenig niedriger?
B: Die Kurve ist in diesem Bereich flach
Laut Text ist die Kurve „zwischen etwa 60 und 100 mmHg“ flach. Die Tabelle zeigt, dass die Sättigung in diesem Bereich nur von 98 % auf 90 % fällt, also sinkt der Sauerstoffgehalt nur wenig.
4. In warmer, saurer arbeitender Muskulatur gibt Hämoglobin im Vergleich zu ruhendem Gewebe …
B: beim gleichen PO2 mehr Sauerstoff ab
Laut drittem Absatz verschieben mehr CO₂, niedrigerer pH und höhere Temperatur die Kurve nach rechts, und „Hämoglobin gibt Sauerstoff bei gegebenem PO2 leichter ab“. Diese Bedingungen sind „typisch für arbeitende Muskulatur“.
5. Ein Patient hat Hämoglobin 75 g/L, arteriellen PO2 95 mmHg und eine Sättigung von 97 %. Welche Aussage ist richtig?
D: Der Sauerstoffgehalt beträgt etwa die Hälfte des Normalwerts
Gebundener O₂ = Hb × 1,34 × Sättigung. Mit 75 g/L statt 150 halbiert sich die Menge: 75 × 1,34 × 0,97 ≈ 97 mL/L statt etwa 197. Laut Text sinkt der Gehalt bei Anämie, „obwohl PO2 und Sättigung normal sind“.
6. Warum ist eine Kohlenmonoxidvergiftung gefährlicher, als es der bloße Verlust von Bindungsstellen erwarten ließe?
C: Das verbleibende Hämoglobin gibt Sauerstoff schlechter ab
Laut Text „blockiert CO Bindungsstellen und verschiebt die Kurve des übrigen Hämoglobins nach links, sodass im Gewebe weniger Sauerstoff abgegeben wird“. Weniger Stellen und schlechtere Abgabe senken also beide die Versorgung.
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