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B978-3-437-41414-5.00003-0

10.1016/B978-3-437-41414-5.00003-0

978-3-437-41414-5

Kräfteparallelogramm und Summationsvektor.

Vektor des atrialen Aktionsstroms im Augenblick seines größten Betrags.

Vektor des ventrikulären Aktionsstroms zu Beginn der Erregung im Kammerseptum („Septumvektor“).

Zunahme des Betrags mit Richtungsänderung des Summationsvektors nach links-unten.

Richtung des ventrikulären Aktionsstroms im Augenblick seines größten Betrags.

Richtung des ventrikulären Aktionsstroms mit Abnahme seines Betrags in der letzten Phase der Ventrikeldepolarisation.

Augenblick der vollständigen Erregung der Ventrikelmuskulatur.

Verlauf des Aktionsstroms

  • 3.1

    Verlauf des Aktionsstroms während der Vorhoferregung7

  • 3.2

    Verlauf des Aktionsstroms während der Kammererregung8

  • 3.3

    Verlauf des Aktionsstroms während der Repolarisation9

In diesem Kapitel werden wir das, was wir am Einzelzellmodell gelernt haben, mit dem, was wir über Reizbildung und Erregungsleitung wissen, zusammenführen.

Verlauf des Aktionsstroms während der Vorhoferregung

Wie wir wissen, beginnt die Vorhoferregung des Herzens im Sinusknoten durch dessen Fähigkeit zur autochthonen Reizbildung. Dort beginnt die Depolarisation, dort tritt als Erstes Elektronegativität auf. Von dort breitet sich die Erregungsfront zunächst im rechten Vorhof und anschließend im linken Vorhof in Richtung AV-Knoten aus.VorhoferregungAktionsstrom:VorhoferregungAktionsstrom:Verlauf
Um zu verstehen, was dies für den dabei auftretenden Aktionsstrom bedeutet, müssen wir folgende Überlegung einschieben: Wie können wir uns ein Bild machen von der Summe aller elektrischen Kräfte, die zu einem beliebigen Zeitpunkt des Erregungsablaufs wirken? Es ist ja jeweils eine große Zahl an Einzelzellen beteiligt, deren Aktionsströme weder nach Betrag noch nach Richtung völlig gleichgerichtet sind.
Wir können das Problem an einem einfachen Beispiel lösen: Wirken zwei nach Betrag und Richtung unterschiedliche Kräfte gleichzeitig auf einen Gegenstand, kann man deren Wirkung durch Konstruktion des Kräfteparallelogramms darstellen. Der so konstruierte Pfeil symbolisiert Betrag und Richtung derjenigen Kraft, die alleine das Gleiche bewirkt, wie die beiden Teilkräfte zusammen. In unserem Beispiel zeigt der Summationsvektor an, mit welcher Kraft und in welche Richtung der Traktor alleine ziehen muss, um ein Gewicht mit gleicher Geschwindigkeit in die gleiche Richtung zu ziehen wie es Esel und Pferde zusammen schaffen (Abb. 3.1).
In der Sprache der Physik nennt man gerichtete Kräfte „Vektoren“. An dem oben genannten Beispiel haben wir gelernt, dass man aus zwei oder mehreren Teilvektoren einen „Summationsvektor“ bilden kann, der die Gesamtheit der Kräfte nach Betrag und Richtung repräsentiert. Die sogenannte VektortheorieVektortheorie des EKG:VektortheorieEKG besagt nun, dass die registrierte Kurve Ausdruck des Summationsvektors aller zum jeweiligen Zeitpunkt wirksamen elektrischen Kräfte ist.
Das klingt reichlich theoretisch, aber diese Theorie ermöglicht uns – bei Kenntnis der Anatomie des Herzens und seines Reizleitungssystems – den Ablauf des Aktionsstroms während des Erregungsablaufs Schritt für Schritt nachzuvollziehen.
Mit diesen Kenntnissen ausgerüstet wenden wir uns nun dem Verlauf des Aktionsstroms während der Vorhoferregung zu.
Mit Beginn der Erregung im Sinusknoten bewegt sich eine Front von Elektronegativität zunächst durch den rechten, anschließend durch den linken Vorhof in Richtung AV-Knoten. Wir wollen den Vorgang der VorhofdepolarisationVorhofdepolarisation in dem Augenblick näher betrachten, in dem die Vorhofmuskelzellen gerade zur Hälfte depolarisiert, also elektronegativ sind. In diesem Augenblick wird die Summe aller Teilvektoren, der „Vorhof-Vektortheorie:Vorhof-SummationsvektorSummationsvektor“, seinen größten Betrag haben und von rechts oben nach links unten gerichtet sein (Abb. 3.2). Diese Erkenntnis wird bei der wichtigen Frage eine entscheidende Rolle spielen, ob das EKG einen ungestörten Sinusrhythmus zeigt oder eine Störung der Reizbildung vorliegt.
Da die Vorhofmuskulatur insgesamt nur schmächtig ist, wird der Betrag des Summationsvektors selbst in diesem Augenblick nicht sehr groß sein im Vergleich zu dem der Ventrikeldepolarisation.
Der Aktionsstrom, der während der Erregungsrückbildung, der Repolarisation der Vorhofmuskulatur, auftritt, ist wegen seiner niedrigen Amplitude im Oberflächen-EKG nicht zu erkennen.

Verlauf des Aktionsstroms während der Kammererregung

Die Atrioventrikularebene ist beim gesunden Herzen undurchlässig für elektrische Erregung (Kap. 2.3). Die elektrischen Vorgänge auf Vorhofebene können also grundsätzlich völlig getrennt von den elektrischen Vorgängen auf VentrikelebeneKammererregungAktionsstrom:KammererregungVentrikelebene betrachtet werden. Die Überleitung der Erregung in die Herzkammern bedarf der Vermittlung des AV-Knotens und des Reizleitungssystems der Herzkammern.
Nach Passage des AV-Knotens breitet sich die Erregung durch das His-Bündel und einerseits über das rechte Aschoff-Tawara-Bündel in die Muskulatur des rechten Ventrikels und andererseits über das linke AT-Bündel in den linken Ventrikel aus.
Nun erinnern wir uns, dass das linke Bündel schon bald Äste an das Ventrikelseptum abgibt. Dies hat zur Folge, dass die Erregung der Ventrikelmuskulatur mit der Erregung des Kammerseptums beginnt, und zwar von links nach rechts.
Als erstes elektrisches Signal der VentrikeldepolarisationVentrikeldepolarisation werden wir also einen Aktionsstrom erwarten, der von links oben nach rechts unten gerichtet ist. Und weil zunächst nur wenige Muskelzellen depolarisiert, d. h. elektronegativ sind, wird natürlich auch der Betrag des Aktionsstroms zunächst nicht sehr groß sein (Abb. 3.3).
Wir sollten uns die topografische Situation zu Beginn der Kammererregung gut merken, denn sie ist der Grund dafür, dass wir in den EKG:AbleitungenEKG-Ableitungen III und V1 in aller Regel ein, wenn auch nur kleines, R registrieren (häufig wird dafür der Begriff „positive Anfangsschwankung“ gebraucht). Unsere reichlich theoretisch klingenden Überlegungen haben also eine eminent praktische Bedeutung!
Entsprechend der Ausbreitung der Erregung in die Muskulatur des rechten und linken Ventrikels nimmt der Betrag des dabei entstehenden Aktionsstroms rasch zu. Wegen der Mächtigkeit der Muskelmasse des linken Ventrikels, verglichen mit der des rechten Ventrikels, wendet sich die Richtung des Aktionsstroms mit der Zunahme des Betrags nach links und unten (Abb. 3.4).
Im Augenblick seines größten Betrags – wenn gerade so viel Ventrikelmuskelmasse bereits erregt wie noch nicht erregt ist – weist der Summationsvektor des Aktionsstroms etwa in die Richtung der anatomischen Herzspitze (Abb. 3.5).
Auch dieser Augenblick spielt in der praktischen EKG-Befundung eine wichtige Rolle: Wenn wir aus einem EKG die „elektrische elektrische HerzachseEKG:elektrische HerzachseHerzachse“ bzw. den „EKG:LagetypLagetyp“ bestimmen, heißt dies nichts anderes als die Richtung zu bestimmen, in die der ventrikuläre Aktionsstrom im Augenblick seines größten Betrags weist.

Merke

Im Augenblick seines größten Betrags weist der Summationsvektor des Aktionsstroms in die Richtung der anatomischen Herzspitze.

Die weitere Ausbreitung der Erregung wird dazu führen, dass die bereits erregten (elektronegativen) Muskelbezirke ausgedehnter sind als die noch nicht erregten, der Betrag des Aktionsstroms also immer geringer wird. Die Richtung wendet sich dabei nach oben links und hinten, da diese Region des Herzens zuletzt von der Depolarisation erfasst wird (Abb. 3.6).
Ist die gesamte Herzmuskulatur schließlich erregt/depolarisiert, also elektronegativ, wird keine Potenzialdifferenz mehr nachweisbar sein, kein Aktionsstrom fließen und somit sein Betrag gleich Null sein (Abb. 3.7). Im EKG erkennen wir diese Phase des Erregungsablaufs an der kurzen isoelektrischen ST-Strecke nach dem QRS-Komplex. Es ist leicht einzusehen, dass dieser Augenblick nur bei ungestörtem Erregungsablauf zustande kommt. Umgekehrt können wir erwarten, dass die Isoelektrizität des ST-Segments ein empfindliches diagnostisches Merkmal für Störungen des Erregungsablaufs sein wird.

Verlauf des Aktionsstroms während der Repolarisation

Unter Repolarisation verstehen wir den Wiederaufbau von Elektropositivität extrazellulär, die Wiederherstellung der Bedingungen für den Beginn der nächsten Depolarisation.RepolarisationAktionsstrom:Repolarisation
Während die Depolarisation ein Prozess ist, der, einmal angestoßen, lawinenartig nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip abläuft, muss während der Repolarisationsphase der „Schnee“, der während der Depolarisation „zu Tal gerutscht“ ist, wieder „hinaufgeschaufelt“ werden. Das verbraucht Energie und kostet Zeit.
Die Repolarisation wird also um ein Vielfaches länger dauern als die Depolarisation. Zudem verläuft sie nicht längs des Reizleitungssystems, weshalb der dabei registrierte Aktionsstrom keine so scharfe Kontur und keine so wohldefinierte Richtung aufweist wie der Aktionsstrom während der Depolarisation. Wir erwarten vielmehr eine breite Basis und eine geringere Amplitude der Repolarisationskurve. Nebenbei ist zu erwähnen, dass die Flächen, die von De- und Repolarisationskurve bestrichen werden, zumindest theoretisch gleich groß sind.
Nach unseren Überlegungen am Einzelzellmodell wäre zu erwarten, dass die Richtung des Aktionsstroms während der Repolarisation entgegengesetzt zur Richtung während der Depolarisation verläuft. Ein derartiges „biphasisches“ Verhalten von De- und Repolarisationsstrom finden wir jedoch nur an der isolierten Einzelzelle. Am komplexen Organ Herzmuskel weisen De- und Repolarisationsstrom etwa in die gleiche Richtung.
Die Aufgabe, die sich die Elektrokardiografie gestellt hat, besteht in der möglichst genauen, reproduzierbaren, auch interindividuell vergleichbaren Messung und Aufzeichnung der in diesem Abschnitt beschriebenen elektrophysiologischen Phänomene. Die gelungene Lösung dieses Problems gehört zu den Großtaten der medizinischen Diagnostik.

Zusammenfassung

Der Aktionsstrom des Herzens

  • Der Aktionsstrom des Herzens ist gekennzeichnet durch zwei Parameter: Seinen Betrag und seine Richtung.

  • Während der Betrag bestimmt wird vom aktuellen Verhältnis von bereits erregter (und damit schon elektronegativer) zu noch nicht erregter (noch elektropositiver) Muskulatur, folgt die Richtung des Aktionsstroms einerseits dem Gesetz „von negativ in Richtung positiv“ und andererseits den topografischen Gegebenheiten des Reizleitungssystems und der Muskelmassenverteilung des Herzens.

  • Daraus folgt, dass sich sowohl der Betrag als auch die Richtung des Aktionsstroms während des Erregungsablaufs ständig ändern.

  • Die Größenordnung des Aktionsstroms liegt, selbst im Augenblick seines größten Betrags, im Millivoltbereich.

  • Und schließlich müssen wir uns klarmachen, dass der Verlauf des Aktionsstroms ein dreidimensionales Phänomen ist.

Die Depolarisation

  • Die Depolarisation des Herzens verläuft lawinenartig entlang des Reizleitungssystems und zeigt dadurch eine wohldefinierte Richtung.

  • Die Vorhofdepolarisation beginnt im rechten Vorhof (Sinusknoten). Der Summationsvektor im Augenblick des größten Betrags weist von rechts oben nach links unten.

  • Die Ventrikeldepolarisation beginnt an der linken Seite des Kammerseptums mit einem Aktionsstrom, dessen Betrag gering ist und der nach vorne-rechts-unten gerichtet ist.

  • Im Augenblick seines größten Betrags weist der Summationsvektor der Ventrikeldepolarisation nach vorne-links-unten (elektrische Herzachse).

  • Im Augenblick der vollständigen, homogenen Depolarisation der Kammermuskulatur ist kein Aktionsstrom nachweisbar (Isoelektrizität des ST-Segments).

Die Repolarisation

  • Die Repolarisation dauert länger und verläuft unabhängig vom Reizleitungssystem.

  • Daher zeigt die Repolarisationskurve eine breitere Basis und eine geringere Amplitude als die Depolarisationskurve.

  • Depolarisationsstrom und Repolarisationsstrom weisen etwa in die gleiche Richtung.

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