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…