Das Herzzeitvolumen (HZV, englisch cardiac output CO) ist das Volumen des Blutes, das pro Zeitspanne vom Herzen gepumpt wird (Volumenstrom). Die übliche Maßeinheit in der Humanmedizin ist Liter pro Minute, wobei dann vom Herzminutenvolumen (HMV), früher auch MinutenvolumenFritz Lange: Lehrbuch der Krankheiten des Herzens und der Blutstrombahn. Ferdinand-Enke-Verlag, Stuttgart 1953, S. 82. des Herzens,Max Bürger: Einführung in die innere Medizin, Sammelwerk „Der Kliniker“, Verlag Walter de Gruyter, Berlin 1952, S. 219. gesprochen wird.HMV und HZV werden synonym gebraucht, aber in Fachbüchern auch unabhängig voneinander aufgeführt (Beispiele: Bernd Heublein (Hrsg.): Herz-, Kreislauf- und Gefäßerkrankungen. Band 1, Teil 1, Gustav Fischer Verlag, Stuttgart 1985, ISBN 3-437-10806-9, S. 798 f., und auch Walter Siegenthaler, Wilhelm Vetter, Alfred Schrey (Hrsg.): Hypertonie. Verlag für angewandte Wissenschaften, München 1980, ISBN 3-922251-73-0, S. 283.)
Das Herzzeitvolumen ist ein Maß für die Pumpleistung des Herzens bezüglich der transportierten Blutmenge.Wolfgang Piper: Innere Medizin. Springer-Verlag, Heidelberg 2007, ISBN 978-3-540-33725-6, S. 10. Es sollte nicht mit dem Blutvolumen und auch nicht mit der Strömungsgeschwindigkeit des Blutes im Kreislauf verwechselt werden. Das zur besseren interindividuellen Vergleichbarkeit durch die Körperoberfläche dividierte Herzzeitvolumen heißt Herzindex (kardialer Index; englisch cardiac index). Erste wissenschaftliche Erwähnung fand das Herzzeitvolumen bei William Harvey, der mit seiner 1628William Harvey: Exercitatio anatomica de motu cordis et sanguinis in animalibus. S. G. Fitzer, Frankfurt 1628. veröffentlichten Berechnung des HalbstundenvolumensGisela Teichmann: William Harvey und das Herzminutenvolumen. In: Innere Medizin. Band 19, Nr. 3, 1992, S. 94–96. einen Beweis für die Existenz des Blutkreislaufs lieferte.
Anmerkung Im Englischen werden sowohl die Herzleistung als auch das Herzzeitvolumen als cardiac output bezeichnet.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.Willibald Pschyrembel: Klinisches Wörterbuch, 269. Auflage, Verlag Walter de Gruyter, Berlin / Boston 2023, ISBN 978-3-11-078334-6, S. 729.
Physiologie und Berechnungen Im engeren Wortsinne bezeichnet das Herzzeitvolumen das pro Zeit in den Körperkreislauf gepumpte Volumen, was gelegentlich auch durch die Bezeichnung Körperzeitvolumen verdeutlicht wird.Wilhelm Jakob Rutishauser, in: Otto Martin Hess, Rüdiger R. W. Simon (Hrsg.): Herzkatheter – Einsatz in Diagnostik und Therapie. Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg 2000, ISBN 3-642-62957-1, S. 17.
Das Herzzeitvolumen HZV entspricht damit dem Produkt der Herzfrequenz HF und des pro Herzschlag vom Herzen ausgeworfenen Schlagvolumens SV:
Bei einem gesunden Menschen von 70 kg beträgt das Herzzeitvolumen HZV, eine Herzfrequenz HF von 70/min vorausgesetzt, etwa 5 l/min, was einem Schlagvolumen SV von etwa 70 ml entspricht.
Da die linke und die rechte Herzkammer bei Säugetieren in Reihe („in Serie (hintereinander) geschaltet“Stefan Silbernagl, Agamemnon Despopoulos: Taschenatlas der Physiologie. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1979, ISBN 3-13-567701-X, S. 140.) wirken, ist das pro Zeit in den Lungenkreislauf ausgeworfene Volumen im zeitlichen Mittel dasselbe wie das Körperzeitvolumen.Zitat: „Durch den Lungenkreislauf strömt das ganze Herzzeitvolumen.“ Quelle: Klaus Thurau, Harald Müller, Hans Bräuer: Exempla hypertonica, Band 1, Bildatlas zur Physiologie und Pathophysiologie des Blutdrucks, München 1989, Medical Service, ISBN 3-926506-03-2, S. 27. Bei sehr genauer Betrachtung der Gefäßversorgung von Lunge und Herz ergibt sich, dass das Körperzeitvolumen etwa 1 % größer als das Lungenzeitvolumen ist. Das Herz befördert also genau das Volumen in den großen Kreislauf, welches ihm im venösen Schenkel angeboten wird. Ausnahmen bestehen bei Shunts. Unterschiede bei Shunts Beim Rechts-links-Shunt ist das Körperzeitvolumen (nennenswert) größer als das Lungenzeitvolumen; beim Links-rechts-Shunt ist das Körperzeitvolumen kleiner als das Lungenzeitvolumen.
Allgemein (nicht nur bei bidirektionalen Shunts; bei unidirektionalen Shunts ist das andere Shuntzeitvolumen eben null) gilt die Gleichung Herzzeitvolumen + Links-rechts-Shuntzeitvolumen = Lungenzeitvolumen + Rechts-links-Shuntzeitvolumen.Walter Siegenthaler (Hrsg.): Klinische Pathophysiologie. 3. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1976, ISBN 3-13-449603-8, S. 545.Wilhelm Jakob Rutishauser, in: Otto Martin Hess, Rüdiger R. W. Simon (Hrsg.): Herzkatheter – Einsatz in Diagnostik und Therapie. Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg 2000, ISBN 3-642-62957-1, S. 17.Analog findet sich in der Fachliteratur ein Fallbeispiel eines Patienten mit einem kombinierten Mitralvitium, mit Vorhofflimmern und mit einem Vorhofseptumdefekt. Offenbar hat er einen Links-rechts-Shunt. Also gilt die Formel HZV + LRSV = LZV oder LRSV = LZV − HZV. Gemessen wurden ein HZV = 4,2 l/min und ein LZV = 13,6 l/min. Daraus errechnete der Autor ein Links-rechts-Shuntvolumen von 9,4 l/min. Quelle: Wolfgang Gebhardt: Zur Dynamik des gesunden und kranken menschlichen Herzens. In: Forum cardiologicum. Nummer 10, Boehringer Mannheim, Mannheim März 1967, S. 113–117. Streng genommen muss bei der Beurteilung des Herzzeitvolumens neben dem Lungenzeitvolumen auch noch das sogenannte Lymphzeitvolumen (bis zu 30 l/d) berücksichtigt werden.Michael Földi, Norbert Klüken, Michael Collard: Praxis der Lymphgefäß- und Venenerkrankungen. Gustav Fischer Verlag, Stuttgart 1974, ISBN 3-437-10334-2, S. 8, 18, 20.
Regulation Die Herzleistung wird in erster Linie durch den Sauerstoffbedarf des Gewebes im Körper gesteuert. Im Gegensatz zu anderen Pumpsystemen ist das Herz eine Bedarfspumpe, die ihre Leistung nicht selbst reguliert. Steigt der venöse Rücklauf, z. B. bei Muskelarbeit, erhöht sich das HZV über die Herzfrequenz HF. Dies wird vermittelt über den Gauer-Henry-Reflex.
Normalwerte In Ruhe beträgt das Herzminutenvolumen beim gesunden erwachsenen Menschen etwa 4,5–5 l/min. Der untere Normwert für den Herzindex liegt bei 2,5 (l/min)/m². Bei trainierten erwachsenen Sportlern steigt das Herzzeitvolumen unter maximaler Belastung bis auf 36 l/min an.Walter Bleifeld, Christian Wilhelm Hamm: Herz und Kreislauf. Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg / New York 1987, ISBN 3-540-17931-3, S. 22 f. Für eine Leistung von 200 W ist ein HZV von 20 l/min erforderlich.Richard Rost: Herz und Sport. 2. Auflage. Band 22, in: Beiträge zur Sportmedizin, Band 22 und 25, Perimed-Verlag, Erlangen 1990, ISBN 3-88429-373-7, S. 18.
Messung mini|Umfahrung des PW-Doppler-Signals im LVOT: Velocity Time Integral (VTI)
Das Herzzeitvolumen kann in der klinischen Praxis nur indirekt gemessen werden. Dazu gibt es verschiedene Methoden: In der Echokardiografie: Einfach ist es aus dem Schlagvolumen und der Herzfrequenz berechenbar: HMV = Herzfrequenz × Schlagvolumen. Das Schlagvolumen und die Herzfrequenz können aus der Echokardiografie abgeschätzt werden. Der Durchmesser des linksventrikulären Ausflusstraktes (LVOT) wird im 2D-Bild gemessen und daraus wird mit Hilfe der Kreisformel A = πr² die Querschnittsfläche berechnet. Diese Querschnittsfläche wird dann mit der Umfahrung der PW-Doppler-Kurve im LVOT, dem Velocity Time Integral (VTI), sowie mit der Herzfrequenz (HF) multipliziert. HMV = π × LVOT²/4 × VTI × HF.Wolfgang Piper: Innere Medizin. Springer-Verlag, Heidelberg 2007, ISBN 978-3-540-33725-6, S. 80. Zitat: „Geschwindigkeitsmessung und Bestimmung der Querschnittsfläche ermöglichen die Berechnung des Herzminutenvolumens.“ Etwas aufwändiger ist die Thermodilution. Dabei wird eine definierte Menge an kalter Flüssigkeit injiziert und der Temperaturverlauf des Blutes in der Folge über eine Thermosonde aufgezeichnet. Über die Schnelligkeit der Temperaturnormalisierung kann das HMV berechnet werden. Eine Möglichkeit, dieses in der Praxis umzusetzen, ist der Swan-Ganz-Katheter. Hierbei handelt es sich um einen Katheter, der durch eine große Vene am Hals (in der Regel Vena jugularis interna oder Vena subclavia) durch die rechte Herzhälfte bis in die Lungenarterie vorgeschoben wird. Zum Beispiel mit Hilfe einer integrierten Heizspirale kann hiermit auch kontinuierlich (also ohne dass zwischenzeitlich Flüssigkeit injiziert wird) das HZV bestimmt werden. Ähnlich funktionieren Farbstoffverdünnungsverfahren. Auch hier ist ein Herzkatheter erforderlich. Man spricht von der Indikatorverdünnung und verwendet als Farbstoff zum Beispiel die Substanz Cardiogreen.Herbert Löllgen: Kardiopulmonale Funktionsdiagnostik. 4. Auflage. Novartis Pharma, Nürnberg 2005, ISBN 3-933185-67-X, S. 108 f. Modellbasierte Verfahren berechnen nach Kalibrierung durch ein anderes Verfahren (zum Beispiel Thermodilution) das HMV kontinuierlich aus der durch einen arteriellen Katheter gemessenen arteriellen Blutdruckkurve. Man spricht von der Druckkurvenanalyse. Ein Beispiel hierfür ist das PiCCO (Pulscontour Continuous Cardiac Output) System der Firma Pulsion®, das insbesondere im Vergleich zum Swan-Ganz-Katheter den Vorteil bietet, ein deutlich weniger invasives Verfahren zu sein, da hierzu kein Katheter durch das Herz bis in die Lungenarterie vorgeschoben werden muss. Das Lungenzeitvolumen (in l/min) lässt sich nach dem Fickschen Prinzip berechnen, indem die Sauerstoffaufnahme (in ml/min), welche über eine Atemmaske bestimmbar ist, durch die Differenz des Sauerstoffgehalts des arteriellen und zentralvenösen Blutes (in ml/l) dividiert wird. Nachdem zuvor das Ruhe-Herzminutenvolumen des Menschen noch auf drei bis zwölf Liter geschätzt worden war, wurde die genauere Methode von Adolf FickAdolf Fick: Über die Messung des Blutquantums in den Herzventrikeln. In: Verhandlungen der Physikalisch-medizinischen Gesellschaft Würzburg. Neue Folge 2, XVI, 1872. (1829–1901) jahrzehntelang die ReferenzmethodeGisela Teichmann: William Harvey und das Herzminutenvolumen. In: Innere Medizin. Band 19, Nummer 3, 1992, S. 95. der HMV-Bestimmung. Auch mit Hilfe der Nuklearkardiologie (und der Nuklearpulmologie) kann das HMV (beziehungsweise das identische Lungenzeitvolumen) nuklearmedizinisch bestimmt werden. Auch mit Hilfe der Kernspinuntersuchung kann das HMV bestimmt werden. Bei der Rückatmungsmethode wird das Herzzeitvolumen aus der Kohlensäureabgabe errechnet. Bei diesem nicht invasiven Verfahren wird ein Rückatmungssack verwendet. Von allen Verfahren der Atemgasanalyse ist diese Methode zur Bestimmung des Herzminutenvolumens am zuverlässigsten.Herbert Löllgen: Kardiopulmonale Funktionsdiagnostik. 4. Auflage. Novartis Pharma, Nürnberg 2005, ISBN 3-933185-67-X, S. 111 f. Beim ebenfalls nicht invasiven Verfahren der Fremdgasanalyse werden gut lösliche Inertgase wie Lachgas oder Freon benutzt. Beschrieben werden drei Methoden: ein Rückatmungsverfahren mit Helium oder Acetylen, ein Steady-state-Verfahren und die Ganzkörperplethysmografie mit Distickstoffmonoxid. Unter der Kardiokymographie versteht man die Bewegungsanalyse des linksventrikulären Impulses. Diese Bewegungsanalyse ist ein altes Verfahren, welches als Apexkardiographie und als Röntgenkymographie lange Jahre eingesetzt wurde. Es zählt zu den nicht invasiven Verfahren. Ein weiteres Verfahren bietet die Impedanzkardiografie. Hier wird das Schlagvolumen durch Messung der elektrischen Widerstandsänderung im Thorax bestimmt. Ähnliches erwartet man auch von der Ganzkörperbioimpedanztechnologie.