Was unser Herz mit einer Glühbirne gemeinsam hat

Wie schlägt unser Herz? Woher weiß es, wann es wie zu reagieren hat?

Diese Frage hat viele Mediziner beschäftigt. 1843 wurde durch den italienischen Physiker und Neurophysiologe Carlo Matteucci an Taubenherzen entdeckt, dass die Herztätigkeit durch elektrische Vorgänge funktioniert. Im Jahr 1882 wurde das erste Mal ein EKG abgeleitet, an einem Hund. Willem Einthoven entwickelte diese Erkenntnis zu einem Diagnostikverfahren weiter. Der niederländische Arzt erkannte, dass eine elektrische Ableitung an verschiedenen Stellen des Körpers die diagnostische Möglichkeit gibt, Erkrankungen zu erkennen. Diese Stellen werden bis heute als Einthoven-Ableitungen bezeichnet, und bestehen aus den typischen Farben Rot, Gelb und Grün. Rot wird an der rechten Schulter geklebt, Gelb auf die linke Schulter sowie Grün an der rechten Beckenseite. Manche EKG haben eine zusätzliche, schwarze Elektrode. Diese ist notwendig, um Artefakte durch Bewegungen des Patienten besser herauszufiltern.  Man klebt diese möglichst weit von den anderen Elektroden entfernt, also meistens an die rechte Hüfte. Dennoch sollte der Patient beim Schreiben des EKG sich möglichst wenig bewegen.

Doch wie funktioniert es?

Wir stellen uns erst einmal eine Glühbirne vor. Wir schrauben diese in eine Fassung, doch sie leuchtet nicht. Warum? Es besteht noch keine Spannung. Spannung ist ein Unterschied im elektrischen Potential zwischen zwei Stellen. Nun ist das schwer vorstellbar, also bedienen wir uns eines weiteren Vergleiches: Wir gießen Wasser auf den Boden. Fließt das Wasser nicht in eine Richtung weiter, besteht kein Potentialunterschied. Je schräger aber der Untergrund ist, desto stärker fließt das Wasser. Ähnlich ist es mit der elektrischen Spannung: Je größer der Potentialunterschied, desto größer ist die Spannung. Genau gesehen ist die Spannung elektrisch gesehen nichts anderes als der Potentialunterschied zwischen zwei Punkten. Gemessen wird also der Unterschied der verschiedenen Stellen um das Herz. Gemessen wird die Spannung in Volt (abgekürzt V ).

Der Potentialunterschied im Herzen liegt im Bereich von etwa 0,1 Volt. Zur Verdeutlichung, wie gering das ist, hier einige andere Beispiele: Eine USB-Stromversorgung hat 5V, eine AA-Batterie hat etwa 1,5 V. Die Haushaltssteckdose liefert ca. 230 V. Die Bordspannung im Auto beträgt ca. 12 Volt.

Bei der Ableitung I wird der Unterschied zwischen der Roten und der Gelben Elektrode gemessen. Ableitung II wird zwischen der Roten und Grünen Elektrode gemessen, dies entspricht hauptsächlich der Herzachse, also entlang der Reizleitung von Sinusknoten, AV-Knoten, His-Bündel, Tawaraschenkel und der Pukinje-Fasern. Ableitung III wird zwischen den Elektroden Gelb und Grün gemessen.

Einthoven

Die Einthoven-Ableitungen I, II und III

Doch es gibt ja noch aVR, aVL und aVF. Gibt es noch weitere Elektroden? Oder wie kommen diese Ableitungen zustande?

Wenn man zwischen zwei Elektroden zusammenschaltet, nimmt man quasi den Durchschnitt zwischen diesen beiden. Dieser Wert entspricht in etwa dem, was in der Mitte der beiden Elektroden zu finden ist. Dann wird die Spannung zwischen dieser “simulierten” Elektrode und der verbleibenden Elektrode gemessen, dies ergibt die nächsten 3 Ableitungen. Dies wären aVL (Rot und Grün zusammengeschaltet, Gelb einzeln), aVR (Gelb und Grün zusammengeschaltet, Rot einzeln) und aVF (Rot und Gelb zusammengeschaltet, Grün einzeln). Einfach zu merken sind diese Ableitungen mit dem jeweiligen dritten Buchstaben für die einzelne Elektrode:

aVL -> linker Arm, aVR -> rechter Arm, aVF -> (linker) Fuß.

Die Ableitungen aVF beispielhaft für die Goldberger-Ableitungen

Die Ableitung aVF beispielhaft für die Goldberger-Ableitungen

Rot, Gelb und Grün nennt man Extremitätenableitungen, da im ersten EKG die Arme und Beine in eine Elektrolytlösung getaucht wurden. Man kann auch, um schnell ein EKG zu kleben, notfalls die Elektroden an die jeweiligen Arme und an das linke Bein kleben, allerdings erhöht das die Ungenauigkeit durch Verwacklung. Im 12-Kanal-EKG werden die Ableitungen V1 bis V6 als Brustwandableitungen bezeichnet, da diese an der Brustwand entlang geklebt wird.

Dieses wird wie folgt geklebt:

V1: 4. Zwischenrippenraum rechts vom Brustbein (4. ICR rechts Parasternal)

V2: 4. Zwischenrippenraum links vom Brustbein (4. ICR links Parasternal)

V3: Zwischen V2 und V4 auf der 5. Rippe

V4: 5. Zwischenrippenraum in der Mitte des linken Schlüsselbeins (5. ICR medioclavicuklar)

V5: 5. Zwischenrippenraum an der vorderen Axiliarlinie

V6: 5. Zwischenrippenraum an der mittleren Axilliarlinie

Aber wie funktioniert nun die Reizleitung?

Der Sinusknoten am Eingang der Vena Cava Superior im rechten Vorhof gibt rhythmisch einen elektrischen Reiz ab. Dieser verläuft über den gesamten Vorhof von Zelle zu Zelle, bis der Vorhof insgesamt einmal kontrahiert hat. Das Gewebe zwischen Vorhof und Kammern ist nicht elektrisch leitend, damit die Kammern noch nicht kontrahieren und somit sich bei der Kontraktion der Vorhöfe füllen kann. Der einzige Übergang befindet sich im Atrioventrikularknoten (AV-Knoten). Dort wird die Reizweiterleitung verzögert. Danach wird der Reiz über das His-Bündel, die Tawaraschenkel und Pukinjefasern weitergeleitet und im Herzmuskel der Kammern verteilt. Die Zellen kontrahieren, und das Blut wird weitergepumpt. Zwischen den Vorhöfen und Kammern sind Klappen, damit das Blut nur in eine Richtung aus den Kammern entweichen kann, am Ausgang der Kammern sind ebenfalls Klappen, damit das Blut nicht in die Kammern zurückfließt und so die Kammern bei der nächsten Füllung aus den Vorhöfen gefüllt werden.

 

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