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status: final
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:::{raw} latex
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:::{index} single: Cardiac Output
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:::{index} single: CO
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:::{index} single: Herzauswurf
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:::{index} single: Volumen
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:::{index} single: Inotropie
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:::{index} single: Kontraktilität
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:::{index} single: Frank-Starling-Mechanismus
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:::{index} single: Mechanismus; Frank-Starling-
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:::{index} single: Nachlast
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:::{index} single: Widerstand; systemisch-vaskulären
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:::{index} single: SVR
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:::{index} single: Dyn
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:::{index} single: Druck; ≠ Fluss
:::

(GHDM-VO-Cardiac-Output)=

# Cardiac Output


Der Herzauswurf lässt sich durch drei grundlegende Kennzahlen beschreiben:

1. Die *Herzfrequenz* (*Hf*, bzw. *Pulsfrequenz*, *Pf*; Formelzeichen $f$) gibt die Anzahl der Kontraktionen pro Minute an.
   Der Normalwert beim Erwachsenen beträgt 60—100 / min und ist stark von der körperlichen Belastung bzw. Erregungszustand abhängig.

2. Das *Schlagvolumen* (*Stroke Volume*, *SV*) ist jenes Volumen, welches das Herz bei einer Kontraktion auswirft
   (Normalwert ca. 70—80 ml).

3. Daraus ergibt sich das *Herzminutenvolumen* (*HMV*) als Produkt von Herzfrequenz und Schlagvolumen:

   $$
   \rm HMV = Hf \times SV
   $$

   Der Normalwert beträgt ca. 5—8 L / min.

Bei Belastung kann das Herzminutenvolumen beträchtlich gesteigert werden.





:::{index} single: Preload
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:::{index} single: Inotropie
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:::{index} single: Afterload
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:::{index} single: Vorlast
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:::{index} single: Kontraktilität
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:::{index} single: Nachlast
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## Das Triumvirat des Schlagvolumens: Preload, Inotropie, Afterload


:::{rubric} Preload: Ohne Volumen keine Füllung und kein Auswurf
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{margin}`Preload`
Das Vorhandensein eines ausreichenden Volumens um die Gefäße zu füllen ist die Grundvoraussetzung um dieses Volumen zirkulieren zu lassen.

Voraussetzung für einen Herzauswurf ist freilich auch die vorherige Füllung des Herzens.
Abgesehen von dieser banalen Feststellung hat aber auch das *Ausmaß* der Füllung großen Einfluss auf die …


:::{rubric} Inotropie pumpt
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{margin}`Inotropie`
Die Inotropie ist die Kontraktionsfähigkeit der Herzmuskulatur, die **myokardiale Kontraktilität**.
{margin}`Frank-Starling-Mechanismus`
Neben der Funktionalität des Myokards im engeren Sinne wird sie auch wesentlich von der **Füllung** über den *Frank-Starling-Mechanismus* und damit über die Vorlast (Preload) beeinflusst.


:::{rubric} Afterload: Gefäße sind flexibel
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{margin}`Afterload`
Dabei muss beachtet werden, dass das erforderliche Volumen, anders als z. B. in einem Heizungskreislauf mit starren Rohren, keine Fixgröße ist, sondern durch die Elastizität und **Kontraktilität** der Gefäßmuskulatur (“Enger- und Weiterstellen”) maßgeblich beeinflusst wird.
Durch Ihre Kontraktilität können sie einen Druck aufbauen, welcher auf das Herz wie ein Widerstand, gegen welches es pumpen muss, wirkt:
Die **Nachlast** (*Afterload*).
{margin}`systemisch-vaskulärer Widerstand (SVR)`
Diese Nachlast steht in Verbindung mit dem durch die Gefäße aufgebauten {emph}`systemisch-vaskulären Widerstand` (*systemic vascular resistance*, *SVR*).
Die SVR wird in dynes s / cm⁵ angegeben.
{index}` <Dyn>`
*Dyn* ist eine alte Einheit für Kraft, 1 dyn entspricht 0,00001 Newton.

Aus dem vorangegangen Gesagten ergeben sich nun drei wesentliche Faktoren, welche das Schlagvolumen bestimmen:

1.  Vorlast (**Preload**) als Ausdruck der Füllung vor der Systole und mit dem *Frank-Starling-Mechanismus* im Hintergrund
2.  Kontraktilität (**Inotropie**)
3.  Nachlast (**Afterload**)





:::{index} single: Frequenz
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## Frequenz

{margin}`Frequenz`
Da das Herz im Kreislauf die Funktion einer Pulsationspumpe inne hat, ist die Frequenz ein entscheidender Faktor der den Auswurf im Zeitverlauf bestimmt.
Vorteilhaft ist hierbei, dass eine Frequenzänderung sehr rasch einsetzen und das Herzzeitvolumen (HZV) an die aktuellen Erfordernisse anpassen kann.
Dies ist jedoch nur in gewissen Grenzen möglich, da das Herz auch ausreichend Zeit benötigt um ausreichend vor einem Schlag gefüllt zu sein.
Bei einer Herzfrequenzerhöhung verkürzt sich vor allem die Diastole und damit die Füllzeit.


:::{attention}
Somit ist die Herzfrequenz einerseits ein **eigenständiger Faktor** für das Herzzeitvolumen, nimmt aber auch durch den Einfluss auf die Füllung Einfluss auf das Schlagvolumen.
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## Blutdruck

:::{rubric} Druck ≠ Fluss — Aber ohne Druck fließt nichts
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Die treibende Kraft für einen Fluss ist ein *Druckunterschied* (*Gradient*).
Der Druck an sich garantiert jedoch noch keinen Fluss, so kann die Passage z. B. durch Vasokonstriktion, Embolie o. ä. versperrt und die kapilläre Perfusion beeinträchtigt sein.





### Arterieller Blutdruck

:::{margin} Arterieller Blutdruck
-   systolischer:
    Maximaldruck in der Arterie am Höhepunkt der Kammerkontraktion (Systole)
-   diastolischer:
    Druck in der Arterie während der Füllungsphase (Diastole)
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Durch den Herzauswurf und dem Gefäßtonus entsteht ein Druck im arteriellen Gefäßsystem, der **arterielle Blutdruck** (ABP).
Der arterielle Blutdruck lässt sich  mittels {ref}`nichtinvasiver Blutdruckmessung <NIBP>` oder {ref}`invasiver Blutdruckmessung <IABP>` messen.


:::{note}
Der arterielle Blutdruck ist abhängig vom Herzauswurf und dem Gefäßtonus (arterieller Widerstand).

<!-- Er setzt sich somit, analog zum Ohm'schen Gesetz ($U = I \times R$), aus dem Schlagvolumen des Herzens pro Minute (Fluss = Strom: $I$; Herzminutenvolumen, HMV) und dem peripheren Gefäßwiderstand ($R$) zusammen:

$$
U = I \times R
$$

$$
\rm ABP = HMV \times {peripherer\ Gefäßwiderstand}
$$ -->
:::


Da das Herz rhythmisch kontrahiert, schwankt der Blutdruck im Zeitverlauf abhängig von der Phase der Herzaktion.
In der **Auswurfphase** (**Systole**) erreicht der Druck sein *Maximum* (**systolischer** Blutdruck), in der **Entspannungs-** und **Füllungsphase** (**Diastole**) sein *Minimum* (*Diastolischer* Blutdruck).
Der systolische Blutdruck ist somit der Spitzendruck, der diastolische Blutdruck der Minimaldruck.
Aufgrund der Elastizität der Blutgefäße und dem Gefäßtonus sackt der Minimaldruck nicht auf Null ab.

Der Blutdruck wird in **Millimeter Quecksilbersäule**[^mmHg] (**mm Hg**) gemessen und wird nach dem Schema `systolischer Wert / diastolischer Wert` angegeben, also z. B. `120 / 80 mm Hg`.


[^mmHg]:
    Millimeter Quecksilbersäule ist eine alte, traditionelle Druckeinheit.
    1 mm Hg entspricht dem hydrostatischen Druck von 1 mm Quecksilber in einer Säule, also 133,322 Pascal.


:::{note}
-   *Systolischer* Blutdruck: oberer, höherer Wert; beurteilt die Kontraktionskraft des Herzens, entspricht der Pulswelle, wird immer als erster Wert angegeben.
-   *Diabolischer* Blutdruck: niedrigerer Wert; beurteilt den Druck während der Diastole des Herzens; spiegelt die Elastizität der Aorta wider, wird immer als letzter Wert angegeben.
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Ein erniedrigter Blutdruck wird als *Hypotonie*, ein erhöhter als *Hypertonie* bezeichnet.
Die Blutdruck-Normalwerte sind alters- und belastungsabhängig.


:::{table} Blutdruckwerte in Erwachsenen [American College of Cardiology; American Heart Association]
:name: tab-bp-normal-values

| Systolisch [mm Hg] | und/oder | Diastolisch [mm Hg] | Interpretation          |
| ------------------ | ------ | ------------------- | ----------------------- |
| < 120              | und    | < 80                | Normal  |
| 120-129            | und    | < 80                | Erhöht |
| 130-139            | oder     | 80-89               | Hypertension Stadium 1     |
| ≥ 140              | oder     | ≥ 90                | Hypertension Stadium 2     |

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<!-- Der Mensch braucht einer gewissen Blutdruck, um zu überleben.
Ein zu geringer Druck (Hypotonie) reicht nicht aus, um alle Organe ausreichend zu durchbluten.
Ein zu hoher Druck (Hypertonie) wiederum schädigt das Gewebe der Organe und Gefäße.
 -->


Die Einteilung der Blutdruck-Werte erfolgt nach folgendem Schema.

-   Hypotonie: < 100-105 mm Hg systolisch
-   normaler Blutdruck: < 145 / \< 90 mm Hg
-   Grenzwertig: 145-165 / 90-95 mm Hg
-   Hypertonie: > 165 / > 95 mmHg ({ref}`Arterielle-Hypertonie`)