Das Verständnis von Anatomie und Physiologie ist die Grundlage jeder rettungsdienstlichen Tätigkeit: Nur wer weiß, wie ein Organ normalerweise aussieht und arbeitet, kann im Einsatz eine lebensbedrohliche Abweichung überhaupt als solche erkennen. Diese Lektion gibt einen zusammenhängenden Überblick über die wichtigsten Organsysteme des Menschen – mit besonderem Fokus auf die Strukturen, deren Störung im Rettungsdienstalltag am häufigsten zu akuten Notfällen führt. Wo es für die Praxis wichtig ist, findet ihr den Bezug zu den Notfallbildern der späteren Lektionen.
Wegen ihres Umfangs ist die Lektion in drei Teile gegliedert. Dieser erste Teil behandelt Herz, Kreislauf, Blut und Atmung – also die Organsysteme, deren Störung am schnellsten lebensbedrohlich wird und die ihr im Primary Assessment unter B und C beurteilt. Teil 2 widmet sich dem Nervensystem, den Sinnesorganen und dem Stütz- und Bewegungsapparat, Teil 3 den Organen von Bauch und Becken sowie Stoffwechsel, Wasser- und Elektrolythaushalt.
Herz und Blutgefäße bilden gemeinsam das Herz-Kreislauf-System. Es sorgt dafür, dass das Blut ständig durch den Körper zirkuliert und dabei Sauerstoff, Kohlendioxid, Nährstoffe, Hormone, Wärme und Abwehrzellen transportiert. Fällt diese Pumpe aus, erleiden die empfindlichsten Organe – allen voran das Gehirn – bereits nach wenigen Minuten bleibende Schäden.
Das Herz ist ein muskulöses Hohlorgan von etwa Faustgröße und rund 300 g Gewicht (250–400 g), das im Mediastinum zwischen den beiden Lungenflügeln liegt, hinter dem Brustbein und zu etwa zwei Dritteln links der Körpermittellinie. Im Mediastinum liegen außerdem Luftröhre, Speiseröhre, Aorta, die großen Lungengefäße und wichtige Nerven wie der Nervus vagus. Wegen der Herzlage ist die linke Lunge kleiner und besitzt nur zwei statt drei Lappen. Das Herz schlägt in Ruhe 60–100 Mal pro Minute – das sind rund 100.000 Schläge am Tag und im Laufe eines Lebens mehr als drei Milliarden.
Die Herzwand besteht aus drei Schichten: dem Endokard (innere Auskleidung, glatt für strömungsgünstigen Blutfluss, bildet auch die Herzklappen), dem Myokard (Arbeitsmuskulatur, die eigentliche Pumpe) und dem Epikard (äußere Schicht, geht in den Herzbeutel über). Das Myokard der linken Kammer ist mit etwa 1 cm rund doppelt so dick wie das der rechten, da die linke Kammer gegen den hohen Widerstand des Körperkreislaufs arbeitet, während die rechte Kammer nur das Niederdrucksystem der Lunge versorgen muss. Der doppelwandige Herzbeutel (Perikard) enthält einen dünnen Flüssigkeitsfilm, der die reibungsfreie Bewegung bei jedem Herzschlag ermöglicht. Sammelt sich hier plötzlich Blut oder Flüssigkeit an (Perikardtamponade), kann sich das Herz nicht mehr ausreichend füllen – ein lebensbedrohlicher Zustand.
Vier Hohlräume (zwei Vorhöfe, zwei Kammern) werden durch Segelklappen (Trikuspidalklappe zwischen rechtem Vorhof und rechter Kammer, Mitralklappe zwischen linkem Vorhof und linker Kammer) und Taschenklappen (Pulmonalklappe zum Lungenkreislauf, Aortenklappe zum Körperkreislauf) getrennt. Die Klappen sorgen dafür, dass das Blut nur in eine Richtung fließen kann; alle vier liegen in einer Ebene, der Ventilebene. Das charakteristische „Lub-Dub“ beim Abhören entsteht durch das Schließen der Segelklappen (1. Herzton) und der Taschenklappen (2. Herzton). Ist eine Klappe verengt oder schließt sie nicht mehr dicht, muss das Herz deutlich mehr Arbeit leisten – langfristig eine häufige Ursache der Herzinsuffizienz.
Jeder Herzschlag besteht aus zwei Phasen: In der Diastole erschlafft die Kammermuskulatur und die Kammern füllen sich mit Blut, in der Systole ziehen sie sich zusammen und werfen das Blut in Aorta und Lungenarterie aus. Versorgt wird der Herzmuskel selbst über die Koronararterien, die direkt hinter der Aortenklappe von der Aorta abzweigen: die linke Herzkranzarterie (mit ihren Ästen RIVA und RCX) und die rechte Herzkranzarterie (RCA). Weil der angespannte Herzmuskel die Gefäße in der Systole zusammendrückt, wird vor allem die linke Kammer überwiegend in der Diastole durchblutet – bei sehr hohen Herzfrequenzen wird die Diastole kürzer und damit auch die Durchblutung des Herzmuskels schlechter. Ein Verschluss der Koronararterien – typischerweise durch ein Blutgerinnsel auf dem Boden einer Arteriosklerose – unterbricht die Sauerstoffversorgung des dahinterliegenden Herzmuskelgewebes und ist die Ursache des Herzinfarkts (siehe Lektion 22 Kardiozirkulatorische Notfälle).
Der Sinusknoten im rechten Vorhof gibt als primärer Taktgeber 60–100 Impulse pro Minute vor. Von dort breitet sich die elektrische Erregung über die Vorhofmuskulatur zum AV-Knoten aus, der den Impuls kurz verzögert (damit sich die Vorhöfe vor den Kammern zusammenziehen können), bevor er über das His-Bündel, die beiden Tawara-Schenkel und schließlich die Purkinjefasern die gesamte Kammermuskulatur nahezu gleichzeitig erregt. Diese Autorhythmie ermöglicht es dem Herzen, unabhängig von äußeren Nervenimpulsen eigenständig zu schlagen – Grundprinzip jedes EKGs. Nach jeder Erregung ist der Herzmuskel für kurze Zeit nicht erneut erregbar (Refraktärzeit); das schützt vor chaotischen Erregungen wie Kammerflimmern.
Das vegetative Nervensystem passt die Herzarbeit dem Bedarf an: Der Sympathikus steigert Herzfrequenz, Schlagkraft und Überleitungsgeschwindigkeit, der Parasympathikus (über den Nervus vagus) senkt sie. Das Herzminutenvolumen (Herzfrequenz × Schlagvolumen von etwa 70 ml) liegt in Ruhe bei etwa 5 Litern pro Minute und kann unter starker Belastung auf bis zu 20 Liter ansteigen. Im Schock versucht der Körper, ein sinkendes Schlagvolumen zunächst durch eine steigende Herzfrequenz auszugleichen – deshalb ist eine zunehmende Tachykardie ein wichtiges Warnzeichen (siehe Lektion 16 Schock).
Merke: Das Erregungsleitungssystem des Herzens (Sinusknoten → AV-Knoten → His-Bündel → Tawara-Schenkel → Purkinjefasern) ist die Grundlage jedes EKGs.
Arterien führen Blut vom Herzen weg, Venen zurück zum Herzen – unabhängig davon, ob das transportierte Blut sauerstoffreich oder sauerstoffarm ist (die Lungenarterie führt z. B. sauerstoffarmes Blut, die Lungenvenen sauerstoffreiches). Die Wand der größeren Gefäße ist dreischichtig aufgebaut: innen die glatte Intima (Endothel), in der Mitte die Media aus Muskulatur und elastischen Fasern, außen die bindegewebige Adventitia, die das Gefäß in seiner Umgebung verankert.
Die herznahen, elastischen Arterien wie die Aorta dehnen sich bei jedem Herzschlag und geben die gespeicherte Energie in der Diastole wieder ab (Windkesselfunktion) – so fließt das Blut trotz des stoßweisen Auswurfs gleichmäßig weiter. Die herzfernen, muskulären Arterien und vor allem die kleinen Arteriolen können ihren Durchmesser aktiv verändern (Vasokonstriktion und Vasodilatation) und regulieren damit Blutdruck und Organdurchblutung. Eine krankhafte Aussackung einer Arterienwand heißt Aneurysma; reißt sie ein, droht eine lebensbedrohliche Blutung.
Kapillaren sind mit einer Wandstärke von nur einer Zellschicht der eigentliche Ort des Stoffaustauschs zwischen Blut und Gewebe: Hier diffundieren Sauerstoff und Nährstoffe ins Gewebe, Kohlendioxid und Stoffwechselprodukte zurück ins Blut. Venen besitzen eine dünnere, dehnbare Wand und enthalten den größten Teil des Blutvolumens (Kapazitätsgefäße). Venenklappen, vor allem in den Beinvenen, verhindern den Rückfluss des Blutes; sind sie geschädigt, entstehen Krampfadern (Varizen).
Körperkreislauf (großer Kreislauf) und Lungenkreislauf (kleiner Kreislauf) sind hintereinandergeschaltet: Das sauerstoffarme Blut verlässt die rechte Kammer über die Lungenarterie, wird in der Lunge mit Sauerstoff angereichert, fließt über die Lungenvenen zurück zum linken Vorhof und wird von dort über die linke Kammer und die Aorta in den gesamten Körper gepumpt. Über die obere und untere Hohlvene gelangt es schließlich zurück in den rechten Vorhof. Linke Kammer, Aorta und Arterien bilden das Hochdrucksystem, Venen, rechtes Herz und Lungenkreislauf das Niederdrucksystem.
Damit das Blut aus den Beinen gegen die Schwerkraft zum Herzen zurückfließt, wirken mehrere Mechanismen zusammen: die Muskelpumpe (die Beinmuskulatur drückt bei Bewegung die Venen aus), die Venenklappen, der Sog des Herzens und der Unterdruck im Brustkorb bei der Einatmung. Das erklärt, warum Menschen nach langem Stehen ohne Bewegung kollabieren können und warum das Hochlagern der Beine kurzfristig Blut zum Herzen zurückverlagert.
Der Blutdruck entsteht aus der Pumpleistung des Herzens und dem Widerstand der Gefäße. Er liegt beim Erwachsenen in Ruhe bei etwa 120/80 mmHg (systolisch/diastolisch) und wird kurzfristig über Pressorezeptoren (Barorezeptoren) in den Gefäßwänden von Aortenbogen und Halsschlagader sowie über das Kreislaufzentrum in der Medulla oblongata reguliert. Dieses steuert über das vegetative Nervensystem sowohl die Herzfrequenz als auch die Weite der Blutgefäße: Der Sympathikus steigert die Herzleistung und verengt die Gefäße, der Parasympathikus senkt die Herzfrequenz. Mittelfristig beeinflussen außerdem Nieren und Hormone (u. a. Renin, Aldosteron) den Blutdruck über den Wasser- und Salzhaushalt.
Das Blutvolumen beträgt etwa 7–8 % des Körpergewichts, beim Erwachsenen also rund 5–6 Liter. Es besteht aus dem flüssigen Blutplasma (rund 55 %) und den zellulären Bestandteilen (rund 45 %, Hämatokrit). Das Plasma besteht zu etwa 90 % aus Wasser und enthält Elektrolyte, Nährstoffe, Hormone, Bluteiweiße und die Gerinnungsfaktoren.
Erythrozyten (rote Blutkörperchen) transportieren über den roten Blutfarbstoff Hämoglobin Sauerstoff von der Lunge ins Gewebe und einen Teil des Kohlendioxids zurück. Sie werden im roten Knochenmark gebildet, leben etwa 120 Tage und werden anschließend vor allem in der Milz abgebaut; das dabei entstehende Bilirubin wird über die Leber ausgeschieden. Auf ihrer Oberfläche sitzen Merkmale (Antigene), die die Blutgruppensysteme AB0 und Rhesus bestimmen:
Eine Transfusion mit unverträglichem Blut kann eine lebensbedrohliche Immunreaktion auslösen. Auch in der Schwangerschaft spielt der Rhesusfaktor eine Rolle: Bildet eine Rh-negative Mutter Antikörper gegen die Erythrozyten ihres Rh-positiven Kindes, können diese in einer folgenden Schwangerschaft das Blut des Kindes angreifen (Morbus haemolyticus neonatorum). Deshalb erhalten Rh-negative Schwangere vorbeugend eine Anti-D-Prophylaxe.
Leukozyten (weiße Blutkörperchen) übernehmen die Immunabwehr gegen Krankheitserreger. Man unterscheidet die angeborene, unspezifische Abwehr (Fresszellen, Entzündungsreaktion) von der erworbenen, spezifischen Abwehr, bei der B-Lymphozyten Antikörper bilden und T-Lymphozyten befallene Zellen gezielt zerstören; Gedächtniszellen sorgen dafür, dass der Körper bei einem erneuten Kontakt schneller reagiert – das Prinzip jeder Impfung. Thrombozyten (Blutplättchen) übernehmen die Blutstillung: Bei einer Gefäßverletzung lagern sie sich an die Wunde an und leiten gemeinsam mit den Gerinnungsfaktoren im Plasma die Blutgerinnung ein, an deren Ende ein stabiles Fibringerinnsel steht. Viele Patientinnen und Patienten nehmen Medikamente ein, die genau hier eingreifen (Thrombozytenaggregationshemmer, Antikoagulanzien) – sie bluten bei Verletzungen deutlich stärker und länger.
Das lymphatische System führt Gewebeflüssigkeit und Eiweiße, die aus den Kapillaren ins Gewebe ausgetreten sind, über ein eigenes Netz von Lymphgefäßen zurück ins venöse Blut – täglich etwa 2–3 Liter. Die Lymphe ähnelt dem Blutplasma, enthält aber viele Leukozyten und nach dem Essen auch Fette aus dem Darm. Lymphknoten sind bohnenförmige Filterstationen, etwa am Hals, in den Achseln und in der Leiste, in denen Krankheitserreger abgefangen und Abwehrreaktionen ausgelöst werden – geschwollene, schmerzhafte Lymphknoten sind deshalb ein Hinweis auf eine Infektion in ihrem Einzugsgebiet. Die Milz ist das größte lymphatische Organ; sie filtert das Blut, baut gealterte Erythrozyten ab und speichert Abwehrzellen und Thrombozyten.
Die Atmung ermöglicht den lebensnotwendigen Gasaustausch: Bei der Einatmung (Inspiration) gelangt Sauerstoff in die Lunge und von dort ins Blut, bei der Ausatmung (Exspiration) wird das Stoffwechselendprodukt Kohlendioxid abgegeben. Man unterscheidet die äußere Atmung – den Gasaustausch in der Lunge – von der inneren Atmung, dem Verbrauch von Sauerstoff zur Energiegewinnung in den Zellen.
Man unterscheidet die luftleitenden Atemwege (Nase, Rachen, Kehlkopf, Luftröhre, Bronchien) vom gasaustauschenden System (Bronchiolen, Alveolen). Die luftleitenden Atemwege erwärmen, befeuchten und reinigen die Einatemluft, tragen selbst aber nicht zum Gasaustausch bei (Totraum).
Zu den oberen Atemwegen gehören Nase, Nasennebenhöhlen und Rachen (Pharynx). Die Nase ist der natürliche Einatemweg; ihre gut durchblutete Schleimhaut erwärmt und befeuchtet die Luft, feine Härchen und Schleim fangen Partikel ab. Im Rachen kreuzen sich Luft- und Speiseweg. Der Kehlkopf (Larynx) aus Schild- und Ringknorpel bildet den Eingang zur Luftröhre; die Stimmritze zwischen den Stimmbändern ist beim Erwachsenen die engste Stelle der Atemwege. Die Epiglottis (Kehldeckel) verschließt beim Schlucken reflektorisch die Luftröhre, damit keine Nahrung oder Flüssigkeit in die unteren Atemwege gelangt – ein Ausfall dieses Reflexes (z. B. bei Bewusstlosigkeit) ist der Grund für die hohe Aspirationsgefahr in solchen Situationen.
Die Luftröhre (Trachea) ist beim Erwachsenen etwa 10–12 cm lang und rund 2 cm weit. Hufeisenförmige Knorpelspangen halten sie offen, ihre Schleimhaut trägt Flimmerhärchen, die Schleim und Partikel rachenwärts transportieren. Auf Höhe des Brustbeins teilt sie sich in den rechten und linken Hauptbronchus; der rechte verläuft steiler und ist weiter – aspirierte Fremdkörper gelangen deshalb häufiger in die rechte Lunge. Die Bronchien verzweigen sich immer feiner über Lappen- und Segmentbronchien bis zu den Bronchiolen, deren Wand keinen Knorpel mehr, dafür glatte Muskulatur enthält. Zieht sich diese Muskulatur krampfartig zusammen, verengen sich die Atemwege – so entsteht die Atemnot beim Asthmaanfall.
An den rund 300 Millionen Alveolen (Lungenbläschen) findet über die hauchdünne Blut-Luft-Schranke der eigentliche Gasaustausch statt. Jede Alveole ist von einem dichten Kapillarnetz umgeben. Ein Surfactant-Film überzieht die Innenseite und verhindert durch Herabsetzen der Oberflächenspannung, dass die winzigen Bläschen beim Ausatmen kollabieren. Frühgeborene haben oft noch zu wenig Surfactant und dadurch Atemprobleme.
Kenntnisse über die Atemvolumina helfen, eine Atemstörung einzuschätzen und die Beatmung richtig durchzuführen. Beim Erwachsenen gelten folgende Richtwerte:
Der Totraum erklärt, warum eine sehr flache, schnelle Atmung gefährlich ist: Atmet ein Patient 40-mal pro Minute mit nur 150 ml pro Atemzug, bleibt fast die gesamte Luft im Totraum hängen – trotz scheinbar hohem Atemminutenvolumen erreicht kaum frische Luft die Alveolen. Deshalb wird bei einer Beutel-Masken-Beatmung auf ein ausreichendes Volumen mit sichtbarem Heben des Brustkorbs geachtet.
Der wichtigste Atemmuskel ist das Zwerchfell (Diaphragma), eine kuppelförmige Muskelplatte zwischen Brust- und Bauchraum. Es wird vom Nervus phrenicus versorgt, der aus den Rückenmarkssegmenten C3–C5 stammt. Unterstützt wird es durch die Zwischenrippenmuskeln: Die äußeren heben die Rippen bei der Einatmung, die inneren senken sie bei der Ausatmung. Bei Atemnot setzen Betroffene zusätzlich die Atemhilfsmuskulatur von Hals, Schultern und Brust ein – erkennbar etwa am Abstützen der Arme (Kutschersitz) und an sichtbar arbeitenden Halsmuskeln.
Merke: Eine Rückenmarksverletzung im Bereich der oberen Halswirbelsäule (bis etwa zum fünften Halswirbel) kann die Versorgung des Zwerchfells über den Nervus phrenicus unterbrechen – die Folge kann ein Atemstillstand sein.
Die Lunge ist von zwei Blättern des Brustfells (Pleura) überzogen: Das Lungenfell (Pleura visceralis) liegt der Lunge direkt auf, das Rippenfell (Pleura parietalis) kleidet die Innenseite des Brustkorbs aus. Dazwischen liegt ein flüssigkeitsgefüllter Spalt mit Unterdruck, über den die Lunge an der Brustwand „haftet“ und deren Bewegungen folgt. Gelangt Luft in diesen Spalt, geht der Unterdruck verloren und die Lunge fällt zusammen – ein Pneumothorax (siehe Lektion 23 und 25).
Die Einatmung ist ein aktiver Vorgang: Zwerchfell und äußere Zwischenrippenmuskeln kontrahieren, der Brustraum vergrößert sich, ein Unterdruck entsteht und Luft strömt ein. Die Ausatmung erfolgt in Ruhe passiv, allein durch die elastischen Rückstellkräfte von Lunge und Brustkorb; erst bei angestrengter Atmung wird sie durch die inneren Zwischenrippenmuskeln und die Bauchmuskulatur aktiv unterstützt. Bei einer Beatmung mit dem Beutel wird dieses Prinzip umgekehrt: Die Luft wird mit Überdruck in die Lunge gedrückt.
Die Umgebungsluft enthält etwa 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff, knapp 1 % Edelgase und nur rund 0,04 % Kohlendioxid. Die Ausatemluft enthält immer noch etwa 16–17 % Sauerstoff und rund 4 % Kohlendioxid – bei jedem Atemzug wird also nur ein kleiner Teil des Sauerstoffs genutzt. Deshalb reicht der Sauerstoffgehalt der Ausatemluft bei einer Atemspende aus, um einen Menschen zu beatmen.
Der Gasaustausch in den Alveolen erfolgt durch Diffusion entlang von Druckunterschieden (Partialdrücken): In der Alveolarluft ist der Sauerstoffpartialdruck mit etwa 100 mmHg deutlich höher als im sauerstoffarmen Blut (etwa 40 mmHg) – Sauerstoff tritt ins Blut über. Umgekehrt ist der Kohlendioxidpartialdruck im venösen Blut (etwa 46 mmHg) höher als in den Alveolen (etwa 40 mmHg) – Kohlendioxid wird abgegeben. Wird die Diffusionsstrecke länger, etwa durch Flüssigkeit in den Alveolen beim Lungenödem, ist die Sauerstoffaufnahme gestört.
Das Atemzentrum in der Medulla oblongata steuert Frequenz, Tiefe und Rhythmus der Atmung. Es erhält laufend Informationen von Chemorezeptoren im Hirnstamm, im Aortenbogen und an der Halsschlagader. Der wichtigste Atemantrieb ist der Kohlendioxidpartialdruck (pCO₂) im Blut: Steigt er an, wird die Atmung tiefer und schneller, sinkt er, wird sie flacher. Ein Sauerstoffmangel steigert den Atemantrieb erst deutlich, wenn der Sauerstoffpartialdruck stark abgefallen ist. Auch der pH-Wert wirkt auf die Atmung: Eine Übersäuerung des Blutes (Azidose) steigert sie – so entsteht die tiefe Kußmaul-Atmung bei der diabetischen Ketoazidose.
Das vegetative Nervensystem beeinflusst zusätzlich die Weite der Bronchien: Der Sympathikus erweitert sie (Bronchodilatation) – darauf beruht die Wirkung von Asthmasprays wie Salbutamol –, der Parasympathikus verengt sie und steigert die Schleimproduktion.
Merke: Der Kohlendioxidpartialdruck (pCO₂) ist der wichtigste Atemantrieb – nicht der Sauerstoffgehalt.
Sauerstoff wird fast vollständig an das Hämoglobin der Erythrozyten gebunden transportiert; jedes Hämoglobinmolekül kann vier Sauerstoffmoleküle binden, nur ein sehr kleiner Teil ist physikalisch im Plasma gelöst. Der Anteil des mit Sauerstoff beladenen Hämoglobins ist die Sauerstoffsättigung, die mit dem Pulsoxymeter gemessen wird (SpO₂, beim Gesunden etwa 95–100 %). Kohlendioxid wird dagegen überwiegend als Bikarbonat im Plasma transportiert, nur ein kleiner Teil ist an Hämoglobin gebunden oder gelöst.
Für die Praxis wichtig sind die Grenzen der Pulsoxymetrie: Bei starkem Blutverlust oder Blutarmut kann die Sättigung normal sein, obwohl insgesamt zu wenig Hämoglobin und damit zu wenig Sauerstoff transportiert wird. Kohlenmonoxid bindet etwa 200- bis 300-mal stärker an Hämoglobin als Sauerstoff und wird von üblichen Pulsoxymetern nicht vom Sauerstoff unterschieden – bei einer Kohlenmonoxidvergiftung zeigt das Gerät daher fälschlich normale Werte an (siehe Lektion 12 und 32).