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Departement für Pferde
730 Millionen Schläge bis zum gEnde – Faszination Herz
Colin C. SchwarzwaldPD D d t PhDPD Dr. med. vet., PhDDiplomate ACVIM & ECEIMAbteilung Innere MedizinAbteilung Innere Medizin
Einleitung – Unser Leben mit Tieren
Die Klasse der Säugetiere
Die Rekordhalter…
Thailändische Schweinsnasen BlauwalThailändische Schweinsnasen-Fledermaus (Bumblebee bat)(Craseonycteris thonglongyai)
Blauwal(Balaenoptera musculus)
Kopf-Rumpf-Länge: 29 – 33 mmGewicht: 1.5 – 3 g
Kopf-Rumpf-Länge: 25 – 35 mGewicht: 100 – 200 t
100 Mio x
Entwicklung und Anatomie
Bayrhuber et al., Linder Biologie, 1989.Maus
W lWal
palaeo.gly.bris.ac.uk
Die Erforschung der Natur
Leonardo da Vinci
1452 - 1519
Die Erforschung des Herzens
Die Erforschung des Herzens
“Das Herz ist ein Muskel mit überragender Kraft über andere Muskeln.”
Das Herz hat vier Kammern
Pferd
Nickel, Schummer, Seiferle. Lehrbuch der Anatomie der Haustiere, Band III, 1984.
Das Herz im Zusammenspiel der Organsysteme
LLungeO2 CO2
O2 CO2
Gewebe ATPOrgane
ATPMuir WW, Wellman ML. JVIM 2003;17:127-135
Säugetiere sind auch Athleten
Hinchcliff et al., Equine Sports Medicine and Surgery, 2004
Das Pferd
Pferd(Equus caballus)
Gewicht: 500 (50 – 1100) kgGewicht: 500 (50 1100) kg
Herzfrequenz: 28 – 44 Schläge / Min
Max. Geschwindigkeittrainierter Pferde: 65 – 90 km/h
(0 70 km/h in 2 Sek )(0 70 km/h in 2 Sek.)
Sauerstoffverbrauch
T i i t Pf d 500 kTrainiertes Pferd, 500 kg
White Turf, St. Moritz, Switzerland(courtesy of Dr. M. Dennler)
1 – 2 Liter/Min. 80 – 110 Liter/Min.40 – 75 x
Herzminutenvolumen
T i i t Pf d 500 kTrainiertes Pferd, 500 kg
White Turf, St. Moritz, Switzerland(courtesy of Dr. M. Dennler)
30 Liter/Min. 240 – 450 Liter/Min.8 – 15 x
Herzfrequenz
100% max. Leistung100% max. Leistung
75% max. Leistung
50% max. Leistung
Hinchcliff et al., Equine Sports Medicine and Surgery, 2004
Das Herz wächst mit seinen Aufgaben
Herzgewicht - Trainingseffekte
„Key to the Mint“7.2 kg
Durchschnittl. Pferd5.5 kg
Hinchcliff et al., Equine Sports Medicine and Surgery, 2004Hill JA, Olson EN, NEJM 2008;358:1370-80
Herzgrösse
Körper-gewicht
Herz-gewicht
(D)Maus 25 g 80 mg
Ratte 500 g 2 g
Hund 25 kg 200 gg g
Pferd 500 kg 6 kg
Michael LH. In: Hedrich et al., The Laboratory Mouse, Elsevier 2004Elsevier, 2004
Loughrey et al. AJP Heart Circ Physiol, 2004.
Herzgrösse
Körper-gewicht
Herz-gewicht
Maus 25 g 80 mg
Ratte 500 g 2 g
Hund 25 kg 200 gMuseum of New Zealand
g g
Pferd 500 kg 6 kg
Blauwal 200 t 600 kg
Körpermasse vs. Herzmasse
Herzgewicht g≈
0.6% KGW
(0.0058 x KGW0.98)
Schmidt-Nielsen K, Animal Physiology, 5th ed, Cambridge, 1997
Anatomie des Herzens
Savolainen et al.Toxicol Pathol, 37: 395-414, 2009.
Nickel et al. Lehrbuch der Anatomie der Haustiere, Band III, 1984.
Loughrey et al. AJP Heart Circ Physiol, 2004.
Herzen verschiedener Säugetiere
Anatomie
H k l llHerzmuskelzellen
Loughrey et al. AJP Heart Circ Physiol 287:H1149-59, 2004.
Elektrische Erregung des Herzens
Pferd
Maus
Huggins CE et al. Heart, Lung and Circulation, 2008.
Grauwal
Courtesy Dr. R.L. Hamlin Ponganis PJ et al. Marine Mammal Science, 1999.
Von der elektrischen Erregung zur mechanischen (Pump ) Funktionzur mechanischen (Pump-) Funktion
Excitation – Contraction CouplingExcitation Contraction Coupling
TN-T
Bers DM, Nature 2002;415:198-205
Klabunde RE, www.cvphysiology.com, 2007
Mechanische (Pump-) Funktion
HyperHeart : http://library.med.utah.edu/kw/pharm/Blumenthal et al., University of Utah, USA
Mechanische (Pump-) Funktion
HyperHeart : http://library.med.utah.edu/kw/pharm/Blumenthal et al., University of Utah, USA
Mechanische (Pump-) Funktion
HyperHeart : http://library.med.utah.edu/kw/pharm/Blumenthal et al., University of Utah, USA
Mechanische (Pump-) Funktion
HyperHeart : http://library.med.utah.edu/kw/pharm/Blumenthal et al., University of Utah, USA
Mechanische (Pump-) Funktion
HyperHeart : http://library.med.utah.edu/kw/pharm/Blumenthal et al., University of Utah, USA
Mechanische (Pump-) Funktion
HyperHeart : http://library.med.utah.edu/kw/pharm/Blumenthal et al., University of Utah, USA
Mechanische (Pump-) Funktion
HyperHeart : http://library.med.utah.edu/kw/pharm/Blumenthal et al., University of Utah, USA
Mechanische (Pump-) Funktion
HyperHeart : http://library.med.utah.edu/kw/pharm/Blumenthal et al., University of Utah, USA
Pumpleistung des Herzens
Schlag-l
Herz-i t
Im Leben t
Im Leben tvolumen
(L / Schlag)minuten-volumen(L / Min)
gepumptesBlut (L)
gepumptesBlut (L) pro kg Herz
Spitzmaus 0.0000012(1.2 μL)
0.001(1 mL)
800 66.7 Mio. 1/40
20
Ratte 0.0002(200 μL)
0.07(70 mL)
185‘000 103 Mio.
0 02 . 3.3
x
Mio
. x
io. x
Mio
. x
20
Hund 0.02(20 mL) 2 12 Mio. 66.6 Mio.
Pferd 1 30 390 Mio. 131 Mio.
max
.
290
M
2 M
162
M
Blauwal 350 2‘098 130 Mrd. 217 Mio.
Dobson GP. Clin Exp PharmPhysiol 2003;30:590-597.
HerzfrequenzHerzfrequenz
Pf d Zi MPferd28 – 44 /Min.
Ziege70 – 110 /Min.
Maus400 – 800 /Min.
Herzfrequenz vs. Körpermasse
> 1200900 1400900 - 1400
400 - 800
70 - 160
28 - 44
120 - 240(1.5 – 3 g)
10 - 20
(100 - 200 t)
Schmidt-Nielsen K, Animal Physiology, 5th ed, Cambridge, 1997
Herzfrequenz vs. Lebenserwartung
• Neanderthal, medieval Man • Man
Levine HJ. J Am Coll Cardiol, 1997.
Anzahl Herzschläge im Laufe der Zeit
Schläge pro… Zwerg‐spitzmaus Hausmaus Hund Pferd Blauwalp
Min 1‘200 600 75 40 15
Stunde 72‘000 36‘000 4‘500 2‘400 900
Tag 1‘728‘000 864‘000 108‘000 57‘600 21‘600
Woche 12‘096‘000 6‘048‘000 756‘000 403‘200 151‘200
Monat 51‘840‘000 25‘920‘000 3‘240‘000 1‘728‘000 648‘000Monat 51 840 000 25 920 000 3 240 000 1 728 000 648 000
Jahr 630‘720‘000 315‘360‘000 39‘420‘000 21‘024‘000 7‘884‘000
Leben: 1.5 Jahre 950 Mio.
2.5 Jahre 790 Mio.
12 Jahre 470 Mio.
25 Jahre 530 Mio.
50 Jahre 390 Mio.
Anzahl im Verhältnis zum Blauwal 2.4 2.0 1.2 1.3 1.0
Anzahl Herzschläge im Laufe der Zeit
Schläge pro… Zwerg‐spitzmaus Hausmaus Hund Pferd Blauwal Menschp
Min 1‘200 600 75 40 15 70
Stunde 72‘000 36‘000 4‘500 2‘400 900 4‘200
Tag 1‘728‘000 864‘000 108‘000 57‘600 21‘600 100‘800
Woche 12‘096‘000 6‘048‘000 756‘000 403‘200 151‘200 705‘600
Monat 51‘840‘000 25‘920‘000 3‘240‘000 1‘728‘000 648‘000 3‘024‘000Monat 51 840 000 25 920 000 3 240 000 1 728 000 648 000 3 024 000
Jahr 630‘720‘000 315‘360‘000 39‘420‘000 21‘024‘000 7‘884‘000 36‘792‘000
Leben: 1.5 Jahre 950 Mio.
2.5 Jahre 790 Mio.
12 Jahre 470 Mio.
25 Jahre 530 Mio. 900 Mio.
50 Jahre 390 Mio.
80 Jahre 2‘900 Mio80 Jahre 2‘900 Mio.Anzahl im Verhältnis zum Blauwal 2.4 2.0 1.2 1.3 1.0 7.4 (2.3)
Herzschläge im Laufe des Lebens
000
x
40 x
0‘00
0 x
500‘
0
100‘
000
1 – 5 (10) x
Levine HJ. J Am Coll Cardiol, 1997.Ø 730 ± 560 x 106 Schläge / Lebensdauer
Herz und Lebensdauer…
30 Mi S hlä bi E d730 Mio. Schläge bis zum Ende
Wird unsere Lebenserwartung durch das Herz (bzw. die Herzfrequenz) bestimmt?
K L b t d h S k dKann unsere Lebenserwartung durch Senkung der Herzfrequenz gar gesteigert werden?
Körpermasse vs. Stoffwechselrate
Spezifische StoffwechselrateStoffwechselrate Spezifische Stoffwechselrate(pro kg KGW)
Stoffwechselrate
Herzfrequenz
Schmidt-Nielsen K, Scaling – Why is animal size so important, Cambridge, 1984
Sauerstoff- & Energieverbrauch
Pro Std & kg Im Leben Im LebenPro Std & kg verbrauchter
Sauerstoff(L / kg / h)
Im Leben verbrauchter
Sauerstoff (L / kg)
Im Leben verbrauchtes ATP
(mol / kg)(L / kg / h) (L / kg)
Spitzmaus 4.00 35‘000 7‘813
Maus 1.62 30‘000 6‘670
1.3
x
x 1.3
x
Ratte 0.91 40‘000 8‘930
Pferd 0.18 39‘420 8‘800
max
. 1
55 x
max
. 1
Pferd 0.18 39 420 8 800
Blauwal 0.073 39‘300 8‘771
Dobson GP. Clin Exp PharmPhysiol 2003;30:590-597.
Zusammenhänge ?
Das Herz aller Säugetiere schlägt im Leben etwa 730 Mio. maletwa 730 Mio. mal
Alle Säugetiere verbrauchen im Leben pro kg KGW etwa dieselbe Menge O2 und ATPp g g 2
Sauerstoff und Energie –Free radical theory of ageing“„Free radical theory of ageing
Oxidative Schädigungg g• Mitochondrien• Lipide (Zellmembran)• Proteine (Eiweisse)
Mitochondrien
Freie Radikale
• DNA (Erbsubstanz)
O ATPO2 ATP
Beal MF. Nature Medicine2005;11:598-599.
Atmungskette
Die Stoffwechselrate bestimmt die Lebensdauer
Lebensverlängerung durch Reduktion der Herzfrequenz ?
Herzfrequenz
Stoffwechselrate
LebensdauerLebensverlängerung d h R d kti ddurch Reduktion der
Stoffwechselrate ?Lebensverlängerung
d h S h tdurch Schutz vor oxidativer Schädigung ?
Beal MF. Nature Medicine 2005;11:598-599Dobson GP. Clin Exp Pharm Physiol2003;30:590-597
… oder doch die Herzfrequenz ?
R h h f i t i bhä i• Ruheherzfrequenz ist ein unabhängiger Risikofaktor für kardiovaskuläre Erkrankungen
• Lebensverlängernde Effekte von Beta-Blockern und Kalziumkanal-Blockern bei Patienten mit KoronarerkrankungenPatienten mit Koronarerkrankungen mindestens teilweise aufgrund der Herzfrequenz-Reduktion
• Herzfrequenzreduktion verringert Energiebedarf des Herzmuskels
• Schädigung des Gefässendothels durch• Schädigung des Gefässendothels durch mechanische Belastung in Abhängigkeit von der Puls- (Herz-) Frequenz
Thorin E et al. Cardiovasc Res 2009;84:24-32Cook S et al. Europ Heart J 2006;27:2387-2393Boraso A. Dialogues in Cardiovasc Med 2001;6:19-24
Leben Tierbesitzer länger ?
• Tierbesitzer haben tiefere Ruheherzfrequenz und Blutdruckwerte
Allen K et al. Psychosom Med 2002;64:727-739.
Wissenschaft
„Wissenschaft kann die letzten Rätsel der „Natur nicht lösen. Sie kann es deswegen nicht, weil wir selbst ein Teil der Natur und damit auch ein Teil des Rätsels sind, das wir lösen wollen.“
Max Planck1858 19471858-1947
Die Säugetiere – so verschieden und doch so ähnlich
730‘000‘000 Mal… Faszination Herz…