Herzleistung

Leistung ist Arbeit pro Zeit. Also ist die Herzleistung der Quotient aus einer erfolgten Herzarbeit und der dafür benötigten Zeitspanne. Statt durch die Zeit zu dividieren, kann man auch mit der Frequenz multiplizieren.

In der modernen Kardiologie werden diese drei Begriffe Herzkraft, Herzarbeit und Herzleistung kaum noch verwendet. Es wird also nicht mehr kommuniziert, ob die einzelnen aktuellen Therapieoptionen diese drei Größen vergrößern oder verkleinern sollen.

Anmerkungen

Im Englischen heißt die Herzleistung genauso wie das Herzzeitvolumen cardiac output. Hier sind Verwechslungen zu vermeiden. Deswegen nennt man die Herzleistung auch noch cardiac power oder cardiac power output (CPO).

Gelegentlich wird die Herzarbeit mit der Herzleistung verwechselt.

Mitunter wird zunehmend irrtümlich die Ejektionsfraktion als Maß für die Pumpleistung (Blutpumpleistung, Herzpumpleistung) oder Auswurfleistung des Herzens und damit als Maß für die Schwere einer Herzinsuffizienz (Herzleistungsschwäche, Pumpleistungsschwäche) angesehen. Das Herzzeitvolumen als Maß für die Schwere einer Herzinsuffizienz setzt sich multiplikativ aus drei Faktoren zusammen, von denen die Ejektionsfraktion nur einer ist. Eine kleine Ejektionsfraktion kann durch Vergrößerungen von Ventrikelgröße und Puls kompensiert werden. Im Zweifel ist bei dem Wort Pumpleistung, wenn sie in Prozent angegeben wird, an die Bruttoejektionsfraktion zu denken.

Die Herzleistung darf auch nicht mit der Leistungsfähigkeit bei der Ergometrie im Rahmen der Leistungsdiagnostik verwechselt werden.

Definition

Die Herzleistung ist der Quotient aus Herzarbeit und Zeitspanne oder auch das Produkt aus Herzarbeit und Herzfrequenz.

• Die Herzarbeit ist das Produkt aus Schlagvolumen und Blutdruck.
• Das Schlagvolumen ist das Produkt aus Kammervolumen und Ejektionsfraktion.
• Also ist die Herzarbeit das Produkt aus Kammervolumen, Ejektionsfraktion und Blutdruck.

Also ist die Herzleistung das Produkt aus Kammervolumen, Ejektionsfraktion, Blutdruck und Herzfrequenz.

• Das Herzzeitvolumen ist das Produkt aus Kammervolumen, Ejektionsfraktion und Herzfrequenz.

Also ist die Herzleistung das Produkt aus Herzzeitvolumen und Blutdruck.

• Das Herzzeitvolumen ist auch der Quotient aus Blutdruck und Widerstand.

Also ist die Herzleistung auch der Quotient aus dem Blutdruck-Quadrat und dem Widerstand.

• Das Herzzeitvolumen ist auch die Quadratwurzel des Quotienten aus Herzleistung und Widerstand.

Also ist die Herzleistung das Produkt aus Widerstand und dem Quadrat des Herzzeitvolumens.

Die Herzleistung ist der Begriff für die Herzarbeit pro Zeiteinheit. Einflussfaktoren sind Herzfrequenz, mittlerer arterieller Blutdruck sowie das Schlagvolumen. Die Herzleistung ist für die Perfusion aller Körperregionen verantwortlich. Sie wird durch das vegetative Nervensystem gesteuert.

Im Standardwerk (Selbstbezeichnung „Der Goldstandard!“) von Tinsley Randolph Harrison wird die Herzleistung 2020 thematisiert und ohne Definition und ohne Zahlenwerte als Zusammenspiel von Vorlast, Nachlast, arteriellem Widerstand, Kontraktilität, Schlagvolumen, Blutdruck, Herzfrequenz, Aortendruck, Ventrikelvolumen, Blutvolumen und Herzzeitvolumen beschrieben.

Diese Darstellungen erinnern an ähnlich umfangreiche Erklärungen von Carl Ludwig in seinem bahnbrechenden Lehrbuch der Physiologie aus dem Jahre 1861 mit ähnlichen Begriffen (Blutvolumen, Gefäßraum, Kraft, Druck-Volumen-Relation, Widerstand, Füllungsdruck, Spannung, Wandspannung, Mitteldruck, Herzkräfte, Stromgeschwindigkeit, Herzzusammenziehung, Elastizitätskoeffizient, Arbeitskraft).

Physiologie

Die Herzarbeit berechnet sich als Produkt von Blutdruck und Schlagvolumen. Das Schlagvolumen ist das Produkt aus enddiastolischem Herzhöhlen-Volumen und der zugehörigen Brutto-Ejektionsfraktion. Da das Produkt aus Schlagvolumen und Herzfrequenz das Herzzeitvolumen ist, lässt sich die Herzleistung als Produkt von Herzzeitvolumen und arteriellem Mitteldruck berechnen. Die maximale Herzleistung ist als das Produkt von Herzzeitvolumen und systolischem Blutdruck zu verstehen.

Die Aktivierung des Sympathikus führt zu einer Zunahme der Herzleistung, die Aktivierung des Parasympathikus zu einer Abnahme.

Das normale Herz hat eine sehr große Anpassungsfähigkeit und kann seine Leistung schlagartig auf ein Vielfaches erhöhen, ohne dass dies dem Menschen zum Bewusstsein kommt. Dies kann bewerkstelligt werden durch eine Steigerung der Frequenz und durch eine Steigerung des Schlagvolumens. Der ökonomischere Weg der Leistungssteigerung ist das Herztraining (Sportherz).

Pathophysiologie

Klassifikation nach ICD-10
I50.9	Schwäche der Herzleistung
ICD-10 online (WHO-Version 2019)

Die Herzleistung ist durch Vorhofflimmern mit einem sogenannten Stolperpuls ständig um etwa 20 bis 30 Prozent vermindert.

Bei der ischämischen Kardiomyopathie kann ein Koronarstent die Herzleistung und das Überleben nach den Ergebnissen einer klinischen Studie nicht verbessern.

Herzzeitvolumen

Das Herzzeitvolumen ist

• der Quotient aus Herzleistung und Blutdruck sowie auch
• die Quadratwurzel des Quotienten aus Herzleistung und peripherem Widerstand.

Eine weitere Kontrolle ist möglich. Das Herzzeitvolumen ist der Quotient aus Druck und Widerstand. Die Herzleistung ist das Produkt aus Herzzeitvolumen und Blutdruck. Die Herzleistung ist also der Quotient Druck²/Widerstand. Widerstand mal Leistung gleich Druck zum Quadrat. Der mittlere Blutdruck ist die Quadratwurzel aus dem Produkt aus peripherem Widerstand und kardialer Leistung.

Körperliche Leistung

Eine gute kardiale Leistungsfähigkeit ist Voraussetzung für eine gute körperliche Leistungsfähigkeit. Insofern ist in der Leistungsdiagnostik von einer annähernden Proportionalität zwischen Herzarbeit und Körperarbeit sowie auch zwischen Herzleistung und Körperleistung auszugehen.

Herzleistungsindex

Als Herzleistungsindex wird der Quotient aus Herzleistung und Körperoberfläche des Patienten bezeichnet. Normal sind circa 4 kpm/min/m². 1 Kilopondmeter pro Sekunde (oder 60 kpm/min) entspricht 9,80665 W. Also sind 4 kpm etwa 0,65377 Watt. Bei einer Körperoberfläche von 1,8 m² errechnet sich eine normale Herzleistung von 1,176 W.

Der Herzleistungsindex darf nicht mit dem Herzindex verwechselt werden.

Herzleistungsquotient

Nach Allenröder und Landen ist der Herzleistungsquotient der Quotient aus der Sauerstoff-Aufnahme während 5 Minuten in der Anlaufphase der Arbeit und aus der während 5 Minuten Arbeit und 8 Minuten Erholung. Bei einer körperlichen Belastung mit 60 W unter Sauerstoff-Atmung liegen die Durchschnittswerte bei Männern bei 0,32 und bei Frauen bei 0,33. Niedrigere Werte sprechen für eine Leistungsminderung.

Eine abweichende Definition findet sich für den alten Fachbegriff Herzvolumenleistungsquotient: Das ist ein Parameter, bei welchem der Sauerstoffpuls mit dem Herzumfangsvolumen in Beziehung gesetzt wird. Anders wurde der Herzvolumenleistungsquotient als Division des Herzvolumens durch den maximalen Sauerstoffpuls erklärt. Der Sauerstoffpuls war der Quotient aus der Sauerstoffaufnahme pro Minute und der Pulsfrequenz.

Zahlenwerte

Beim Erwachsenen ergibt sich in Ruhe zum Zeitpunkt der maximalen Austreibungsgeschwindigkeit in Momentanwert der Herzleistung von 6 W. Die über die Zyklusdauer (Herzzyklus, Herzaktion, Herzperiode) gemittelte Herzleistung beträgt etwa 1 Watt bei einer Schlagleistung von etwa 3 Watt; denn die Systole dauert etwa 300 Millisekunden bei einer Herzschlagdauer von 1 Sekunde. Nach anderen Angaben beträgt die Leistung des ganzen Herzens in Ruhe circa 1,5 W.

Die Herzleistung von Erwachsenen kann man wie folgt berechnen. Eine einfache Formel lautet: Die Herzleistung ist das Produkt aus Herzzeitvolumen und Blutmitteldruck. Wenn beim Erwachsenen bei Alltagsbelastungen das HZV bei 5 l/min und der mittlere arterielle Blutdruck MAD bei 12 kPa liegen, dann errechnet sich eine Herzleistung von 60 lkPa/min oder 1 lkPa/s oder 1 m³Pa/s oder 1 m²kg/s³ oder 1 W. Denn 1 Pa = 1 kg/s²m.

Cardiac Power

Hans Peter Wolff und Thomas R. Weihrauch geben zwei andere Kennzahlen an. Einmal die

• Cardiac Power (CPO) [in W] = HZV x MAP x 0,0022 und zweitens den
• Cardiac Power Index (CPi) = HI x MAP x 0,0022.

Dabei sind HZV das Herzzeitvolumen, MAP der mittlere arterielle Blutdruck MAD und HI vermutlich der Herzindex. Dieser Herzindex ist definiert als Quotient aus dem Herzzeitvolumen HZV und der Körperoberfläche KOF.

Das HZV hat die Einheit l/min oder m³/sec, der Blutdruck hat die Einheit Pa = kg/msec². Die erste Formel ist richtig, denn die Gleichung

• m³/sec x Pa = (m³/sec) x (kg/msec²) = kgm²/sec³ = W

ist richtig. Die Herkunft des Faktors 0,0022 bleibt offen. In der Originalarbeit findet sich der Faktor 0,0022 nicht, wohl aber ebenfalls ohne Erklärung der identische Bruch 1/451 als Kehrwert von 0,22.

Niereninsuffizienz

Die Nierenleistung kann als Zusammenspiel von Glomerulum und Tubulus in großen Grenzen schwanken; solche Schwankungen sind unabhängig von der eigentlichen Filtrationsleistung der Nieren. Es gilt die Filtrations-Rückresorptions-Theorie. Schwankungen der glomerulären Filtrationsrate hängen also sowohl von der Herzleistung als auch von der Nierenfunktion ab. Dieser Zusammenhang wird in der nephrologischen Fachliteratur kaum beachtet. Die Konzentration von endogenen und exogenen Markern mit renaler Elimination hängt auch von der Herzleistung ab. Eine vermehrte Herzarbeit erhöht sowohl die Produktion wie auch die Ausscheidung zum Beispiel von Kreatinin. Eine Herzinsuffizienz kann eine Niereninsuffizienz vortäuschen, aber auch verursachen.

Doping

Doping wird zur unphysiologischen körperlichen Leistungssteigerung eingesetzt. Dabei sollen Anabolika den Muskelaufbau fördern. Bei gleichzeitigem intensiven Training kann mit der durch Anabolika erhöhten Proteinresynthese die Muskelhypertrophie auch des Herzens beschleunigt werden. So steigern die Muskelaufbaumittel die Herzkraft, die Herzarbeit und die Herzleistung.

Untersuchungen zu den unerwünschten Arzneimittelnebenwirkungen bei Sportlern belegen, dass der Langzeitgebrauch von Anabolika das Herz weit stärker schädigt als die anderen Organe. So beeinträchtigt laut einer klinischen Studie der regelmäßige Konsum von Steroiden insbesondere die Pumpfunktion der linken Herzkammer. In der Studie betrug die Pumpleistung (Herzleistung) der Steroidkonsumenten nur die Hälfte der Leistung der dopingfreien Sportler. Eine deutlich eingeschränkte Pumpkraft (Herzkraft) gilt als wichtiger Risikofaktor für Herzversagen und plötzlichen Herztod.

Geschichte

Früher hat man in der Deutschen Demokratischen Republik die Herzschwäche ähnlich wie die NYHA-Klassifikation ohne Zahlenwerte in vier sogenannte Herzleistungsstadien eingeteilt. Das Herzleistungsstadium I war der „Geräuschbefund ohne erkennbare Leistungseinschränkung, Stadium IV war die dekompensierte Herzinsuffizienz.“

Einzelnachweise

1. Günter Thiele, Heinz Walter (Hrsg.): Reallexikon der Medizin und ihrer Grenzgebiete. Verlag Urban & Schwarzenberg, Loseblattsammlung, München / Berlin / Wien 1969, 3. Ordner (F–Hyperlysinämie), ISBN 3-541-84000-5, S. H 171.
2. Willibald Pschyrembel: Klinisches Wörterbuch, 269. Auflage, Verlag Walter de Gruyter, Berlin / Boston 2023, ISBN 978-3-11-078334-6, S. 729.
3. Zitat: „Cardiac power output (CPO) (W) was calculated as mean arterial pressure × cardiac output / 451.“ Quelle: Rupert Fincke et alii: Cardiac power is the strongest hemodynamic correlate of mortality in cardiogenic shock: A report from the SHOCK trial registry. In: Journal of the American College of Cardiology, Jahrgang 44, Ausgabe vom 2. Juli 2004, S. 340–348. [1].
4. Willibald Pschyrembel: Klinisches Wörterbuch, 269. Auflage, Verlag Walter de Gruyter, Berlin / Boston 2023, ISBN 978-3-11-078334-6, S. 729.
5. Tinsley Randolph Harrison: Harrisons Innere Medizin. 20. Auflage, Georg Thieme Verlag, Berlin 2020, ISBN 978-3-13-243524-7, S. 2067–2069.
6. Carl Ludwig: Lehrbuch der Physiologie des Menschen. 2. Auflage, 2. Band, C. F. Wintersche Verlagshandlung, Leipzig / Heidelberg 1861. 6. Abschnitt: Physiologie der Ernährung. I. Kapitel: Blut, S. 1–202.
7. Wilhelm Nonnenbruch: Krankheiten des Kreislaufs. In: Herbert Assmann, Gustav von Bergmann et alii (Hrsg.): Lehrbuch der inneren Medizin. Verlag von Julius Springer, 1. Band, 4. Auflage, Berlin 1939, S. 326–468.
8. Deutsches Ärzteblatt, Meldung aerzteblatt.de vom 20. Oktober 2022.
9. Günter Thiele, Heinz Walter (Hrsg.): Reallexikon der Medizin und ihrer Grenzgebiete. Verlag Urban & Schwarzenberg, Loseblattsammlung, München / Berlin / Wien 1969, 3. Ordner (F–Hyperlysinämie), ISBN 3-541-84000-5, S. H 171.
10. Günter Thiele, Heinz Walter (Hrsg.): Reallexikon der Medizin und ihrer Grenzgebiete. Verlag Urban & Schwarzenberg, Loseblattsammlung, München / Berlin / Wien 1969, 3. Ordner (F–Hyperlysinämie), ISBN 3-541-84000-5, S. H 171.
11. Hans Adolf Kühn, Hanns-Gotthard Lasch (Hrsg.): Untersuchungsmethoden und Funktionsprüfungen in der inneren Medizin. 2. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart / New York 1983, ISBN 3-13-552302-0, S. 35.
12. Herbert Reindell, Kurt König, Günter Hoffmann: Die Belastungsinsuffizienz des Herzens – Diagnostik und Behandlung. Studienreihe Forum cardiologicum, Band 9, Boehringer & Söhne, Mannheim ohne Jahr [1965], 88 Seiten.
13. R. Jakob, G. Kissling: Dynamik des intakten Herzens. In: Physiologie und Pathophysiologie der Myokardfunktion. In: Gerhard Brüschke (Hrsg.): Handbuch der inneren Erkrankungen. Band 1/1: Herz-, Kreislauf- und Gefäßerkrankungen, Gustav Fischer Verlag, Stuttgart / New York 1985, ISBN 3-437-10806-9, Kapitel Herzarbeit und Leistung, S. 175–178, Zitat S. 177.
14. Duden: Wörterbuch medizinischer Fachbegriffe. Dudenverlag, 10. Auflage, Berlin 2021, ISBN 978-3-411-04837-3, S. 353.
15. Stefan Silbernagel, Agamemnon Despopoulos: Taschenatlas der Physiologie. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1979, ISBN 3-13-567701-X, S. 170.
16. Hans Peter Wolff, Thomas R. Weihrauch in Internistische Therapie 2008-2009. Verlag Urban & Fischer, München / Jena 2008, 17. Auflage, ISBN 978-3-437-21804-0, S. 63 f. Dortige Quelle: Rupert Fincke et alii: Cardiac power is the strongest hemodynamic correlate of mortality in cardiogenic shock: A report from the SHOCK trial registry. In: Journal of the American College of Cardiology, Jahrgang 44, Ausgabe vom 2. Juli 2004, S. 340–348. [2]. SHOCK ist das Akronym für die Ausgangsfrage "SHould we emergently revascularize Occluded Coronaries for cardiogenic shocK"? Das Fragezeichen fehlt im Original.
17. Aaron L. Baggish, Rory B. Weiner, Gen Kanayama, James I. Hudson, Michael H. Picard, Adolph M. Hutter Jr., Harrison G. Pope Jr.: Long Term Anabolic-Androgenic Steroid Use is Associated with Left Ventricular Dysfunction. In: Circulation Heart Failure. E-Pub ahead of print, 2010, S. 2, PMID 20424234 (englisch). 
18. Maxim Zetkin, Herbert Schaldach: Lexikon der Medizin, 16. Auflage, Ullstein Medical, Wiesbaden 1999, ISBN 978-3-86126-126-1, S. 846.