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B978-3-437-41414-5.00001-7

10.1016/B978-3-437-41414-5.00001-7

978-3-437-41414-5

Depolarisation und Repolarisation.

  • a

    Vor Beginn der Depolarisation.

  • b

    Beginn der Depolarisation.

  • c

    Hier ist die Zelle bereits zur Hälfte erregt, zur Hälfte noch unerregt.

  • d

    Die Zelle ist jetzt nahezu vollständig depolarisiert.

  • e

    Zeitpunkt der vollständigen Depolarisation.

  • f

    Zustand der vollständigen Depolarisation.

  • g

    Beginn der Repolarisation.

  • h

    Der Augenblick, in dem die Hälfte der Zelle repolarisiert ist.

  • i

    Mit fortschreitender Repolarisation nimmt der Betrag des Aktionsstroms weiter ab.

  • j

    Vollständige Repolarisation.

Elektrophysiologische Grundlagen

  • 1.1

    Potenzialdifferenz und Aktionsstrom1

  • 1.2

    Charakteristika des Aktionsstroms2

    • 1.2.1

      Betrag des Aktionsstroms2

    • 1.2.2

      Richtung des Aktionsstroms2

EKG:GrundlagenUm die Elektrokardiografie wirklich zu verstehen, muss man sich zunächst an ein paar Erkenntnisse der Elektrophysiologie erinnern, die Sie alle einmal in den vorklinischen Semestern gelernt haben. Dabei können wir uns auf die Rekapitulation einiger weniger Grundphänomene beschränken. Wir tun dies am Modell einer einzelnen Herzmuskelzelle.

Wie jede vitale Zelle trägt auch die Herzmuskelzelle im Ruhezustand an der Außenseite ihrer Zellmembran positive Ladung in gleichmäßiger Verteilung. Dieser steht intrazellulär die gleiche Menge negativer Ladung gegenüber. Dieses Ladungsungleichgewicht zwischen extra- und intrazellulär wird durch komplexe Mechanismen der Zellmembran aufrechterhalten. Wir sagen, die Zellmembran sei im Zustand der Ruhe polarisiert.

Wir können unsere weiteren Überlegungen auf die Außenseite der Zellmembran beschränken; intrazellulär läuft das elektrische Geschehen spiegelbildlich ab.

Potenzialdifferenz und Aktionsstrom

Stellen wir uns vor, wir könnten an den Punkten A und B der Zelloberfläche Elektroden anbringen, die wir mit einem Gerät verbinden, das kleinste Potenzialdifferenzen zwischen A und B registrieren kann. Die in Ruhe gleichmäßige Ladungsverteilung hat zur Folge, dass zwischen A und B in Ruhe keine Potenzialdifferenz besteht, unser Messgerät also in der Null-Position steht (Abb. 1.1.1a).PotenzialdifferenzAktionsstrom
Wird diese Zelle nun an einer Stelle, wodurch auch immer, erregt, dann bedeutet das elektrophysiologisch, dass an dieser Stelle die „Ruhepositivität“ in „Erregungsnegativität“ umschlägt.

Merke

Wir merken uns das sog. bioelektrische Grundgesetz: Bereits erregter Muskelbezirk verhält sich gegenüber noch nicht erregtem Muskelbezirk elektronegativ.

Zwischen den Messpunkten A und B besteht nun eine Potenzialdifferenz. Der Zeiger unseres Messgeräts wird aus der Null-Position in eine Richtung ausschlagen (Abb. 1.1b–d).
Potenzialdifferenz hat Elektronenfluss zur Folge. Wo Elektronen fließen, spricht man von „Strom“. Anstatt von einer Potenzialdifferenz zu sprechen, die mit Beginn der Zellerregung messbar wird, kann man also auch von einem Strom sprechen, der während der Erregung fließt. Der gebräuchliche Ausdruck, da er ja nur bei „Aktion“ der Zelle fließt, ist Erregungsleitung:AktionsstromAktionsstromAktionsstrom“. Um Ihr Interesse wachzuhalten, greife ich etwas vor: Der Aktionsstrom bzw. die Potenzialdifferenz, die bei jeder Herzaktion auftritt, ist das, was wir mit der Elektrokardiografie messen und registrieren wollen. Es wird sich also lohnen, die Charakteristika des Aktionsstroms näher zu betrachten.

Charakteristika des Aktionsstroms

Betrag des Aktionsstroms

Der Betrag des Aktionsstroms, seine „Größe“ (in den Abbildungen durch die Länge eines Pfeils symbolisiert) hängt ab vom jeweiligen Verhältnis von erregtem und noch nicht erregtem Zellbezirk. Er wird sich also während des Erregungsablaufs ständig ändern: Er wird am größten sein, wenn gerade so viel Elektronegativität wie Elektropositivität auf der Zellmembran vorhanden ist, die Zelle also gerade zur Hälfte erregt ist (Abb. 1.1c). Schreitet die Erregung weiter fort, ist also mehr Elektronegativität als Elektropositivität auf der Zelloberfläche, dann sinkt die Potenzialdifferenz zwischen unseren Messpunkten und damit auch der Betrag des Aktionsstroms. Der Zeiger unseres Messgeräts wird sich wieder zurück in Richtung der Null-Position bewegen. Der Pfeil als Symbol des Aktionsstroms wird immer kleiner werden.Aktionsstrom:Charakteristika
Ist die Zelle vollständig erregt, vollständig depolarisiert, finden wir auf der Zelloberfläche ausschließlich gleichmäßig verteilte Elektronegativität. Folglich besteht auch keine Potenzialdifferenz zwischen den Punkten A und B, und es fließt auch kein Aktionsstrom mehr. Unser Messgerät ist in die Null-Aktionsstrom:Null-PositionPosition zurückgekehrt (Abb. 1.1e). Wir sprechen von vollständiger Depolarisation. Das klingt merkwürdig: Zum Zeitpunkt der maximalen, gleichmäßigen Erregung herrscht die gleiche „elektrische Ruhe“ wie vor Beginn der Erregung.
Dieser Augenblick im ungestörten Ablauf der Herzmuskelerregung spielt in der Elektrokardiografie eine große Rolle: Im EKGEKG ist es die isoelektrische ST-Strecke,ST-Strecke:isoelektrisch die diesen kurzen Augenblick repräsentiert. Das ST-Segment werden Sie als empfindlichen Indikator für fast alle Störungen des Erregungsablaufs kennen lernen.

Richtung des Aktionsstroms

Die Richtung, in die der Aktionsstrom fließt (in den Abbildungen durch die Pfeilspitze gekennzeichnet), ist sein zweites Charakteristikum. Hier gilt die strikte Regel: Er fließt immer von bereits erregtem (elektronegativem) Muskelbezirk zu noch nicht erregtem (elektropositivem) Muskelbezirk.Aktionsstrom:Richtung

Merke

Der Aktionsstrom fließt immer von erregtem (elektronegativen) zu nicht erregtem (elektropositivem) Muskelbezirk.

Es ist von entscheidender Bedeutung für das Verständnis der EKG-Kurven, sich das Wechselspiel von Betrag und Richtung des Aktionsstroms während des Erregungsablaufs klarzumachen. Am Modell der Einzelzelle wollen wir an fünf Abbildungen zunächst den ersten Teil des Erregungsablaufs, die Erregungsleitung:DepolarisationDepolarisation, darstellen (Abb. 1.1a–e).
Eine vitale Zelle kann und darf nicht depolarisiert bleiben. Sie ist in der Lage, sich zu „repolarisieren“, d. h. nach und nach auf der Außenseite der Zellmembran wieder Elektropositivität herzustellen, bis die Ausgangssituation wieder erreicht ist. In Abb. 1.1 f.–j ist die RepolarisationErregungsleitung:RepolarisationRepolarisation analog zur DepolarisationDepolarisation schematisch dargestellt.
Wir sind damit an den Ausgangspunkt zurückgekehrt, ein neuer Depolarisations-Repolarisationszyklus kann beginnen. Welche Ionenverschiebungen dabei eine Rolle spielen, ist für das grundsätzliche EKG-Verständnis zunächst unwichtig.
Einen wichtigen Unterschied zwischen De- und Repolarisation können wir uns aber schon jetzt merken: Während die Depolarisation sehr rasch nach dem „Alles-oder-Nichts-EKG:Alles-oder-Nichts-PrinzipPrinzip“ abläuft, einer Lawine vergleichbar, die zu Tal saust, verläuft die Repolarisation deutlich langsamer und unter erheblichem Energieverbrauch. Um im Bild zu bleiben: Der Schnee muss erst einmal wieder den Berg hinaufgeschafft werden, bevor die nächste Lawine ausgelöst werden kann.

Merke

Der Aktionsstrom des Herzens ändert sowohl seinen Betrag als auch seine Richtung in jedem Augenblick des Ablaufs von Depolarisation und Repolarisation. Seine fortlaufende Registrierung ergibt die charakteristischen Linien (Kurven, Zacken) des Elektrokardiogramms.

Zusammenfassung

  • Der Wechsel von Elektropositivität und Elektronegativität während De- und Repolarisation führt zu messbaren Potenzialdifferenzen und setzt einen Elektronenfluss (= Aktionsstrom) in Gang.

  • Der Aktionsstrom ist durch zwei Merkmale gekennzeichnet: seinen Betrag und seine Richtung.

  • Der Betrag ist bestimmt vom aktuellen Verhältnis von bereits erregtem zu noch nicht erregtem Zellbezirk. Da sich dieses Verhältnis während des Erregungsablaufs ständig ändert, ändert sich auch der Betrag des dabei zu beobachtenden Aktionsstroms ständig.

  • Die Richtung ist grundsätzlich von elektronegativ nach elektropositiv. Am komplexen Herzmuskel wird die Richtung des Aktionsstroms zusätzlich beeinflusst von den topografischen Gegebenheiten des ReizbildungssystemReizbildungssystems, des ReizleitungssystemReizleitungssystems und der Muskelverteilung.

Nicht mehr, aber auch nicht weniger müssen Sie von Elektrophysiologie wissen, wenn Sie mit Spaß Elektrokardiografie weniger lernen als verstehen wollen. Als nächster Schritt bietet es sich an, die anatomischen Gegebenheiten des Herzens zu rekapitulieren, die Einfluss auf Richtung und Betrag des Aktionsstroms haben.

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