1 Grundlagen der EKG-Diagnostik

1.1 Elektrophysiologische Grundlagen der Elektrokardiografie

1.1.1 Vorbemerkungen

• Elektromechanische Koppelung: Im Rahmen der elektromechanischen Koppelung nehmen Kalzium(Ca2 + )-Ionen die Schlüsselstellung zwischen elektrischer Aktivierung und mechanischem Ineinandergleiten der kontraktilen Elemente ein.

• Aktionspotenzial: Das Aktionspotenzial beschreibt die elektrischen Vorgänge an der einzelnen Herzmuskelzelle.

1.1.2 Membranpotenziale: Übersicht

• Ruhemembranpotenzial:

  • Das Ruhemembranpotenzial entsteht durch unterschiedliche Ionenkonzentrationen zwischen intrazellulärem und extrazellulärem Raum:

  • Intrazellulär überwiegen K + -Ionen, extrazellulär überwiegen Na + -Ionen.

  • Die Konzentrationsgradienten werden durch Ionenpumpen aufrechterhalten.

  • In Ruhe liegt an der Membran eine Potenzialdifferenz von ca. –90 mV vor.

• Schwellenpotenzial:

  • Durch Spontanaktivität oder externe Stimuli ausgelöste Ionenströme induzieren das sog. Schwellenpotenzial.

  • Bei Erreichen des Schwellenpotenzials wird das Aktionspotenzial ausgelöst.

• Aktionspotenzial:

  • Zu Beginn des Aktionspotenzials kommt es zu kurzzeitiger Umkehr der Spannung (Depolarisation).

  • Am Ende des Aktionspotenzials wird durch erneute Umkehr der Spannung (Repolarisation) das Ruhemembranpotenzial wiederhergestellt.

1.1.3 Phasen des Aktionspotenzials

• Phase 0: Schnelle Depolarisation: Durch schnellen Na + -Einstrom kommt es zum plötzlichen Wechsel vom Ruhepotenzial zur schnellen Depolarisation.

• Phase 1: Frühe schnelle Repolarisation: Verschiedene Ionenströme (Na + , K + , Ca2 + ) bedingen die Rückführung des positiven Spannungsüberschusses und das Erreichen des Spannungsausgleichs.

• Phase 2: Plateauphase: Die ca. 100–200 ms andauernde Plateauphase kommt durch einen konstanten K + -Auswärtsstrom bei zusätzlichem Ca2 + -Einstrom zustande. Während dieser Phase sind die Na + -Kanäle zu einem großen Teil inaktiviert.

• Phase 3: Späte schnelle Repolarisation: Durch anhaltenden Auswärtsstrom von K+-Ionen kommt es zu einem deutlichen Abfall des Membranpotenzials in Richtung des Ruhemembranpotenzials.

• Phase 4: Ruhemembranpotenzial und diastolische Depolarisation: In dieser Phase werden Na + -Ionen gegen K + -Ionen ausgetauscht. Die Ionenverteilung entspricht wieder der Ausgangssituation.

1.1.4 Automatiezentren des Herzens

• Das Schwellenpotenzial kann in drei verschiedenen Regionen des Myokards spontan erreicht werden:

  • Sinusknoten: Primäres Automatiezentrum.

  • AV-Knoten: Sekundäres Automatiezentrum.

  • Ventrikelmyokard im Bereich der Purkinje-Fasern: Tertiäres Automatiezentrum.

• Das Aktionspotenzial unterscheidet sich in diesen drei Regionen in Anstiegssteilheit und Dauer, s.  ▶ Abb. 1.2. Diese Unterschiede sind durch die unterschiedliche Verteilung der Ionenkanäle zu erklären.

• Frequenz der Automatiezentren: ▶ Tab. 1.1 .

  Tab. 1.1 Frequenz der Automatiezentren

  Automatiezentrum

  Frequenz

  Sinusknoten

  60–80 S*/min

  AV-Knoten

  40–60 S/min

  Ventrikelmyokard

  20–40 S/min

  *S = Schläge

1.1.5 Refraktärperioden

• Definition: Während des Aktionspotenzials bestehen Phasen der Unerregbarkeit (Refraktärität) der Myokardzelle. Diese sind vom Spannungszustand der Herzmuskelzelle abhängig.

• Man unterscheidet drei Refraktärperioden:

  • Absolute Refraktärperiode: Spannung –50 mV bis 0 mV. In der absoluten Refraktärperiode ist keine Erregung des Myokards möglich. Die absolute Refraktärperiode entspricht den Phasen 1 und 2 sowie dem Beginn von Phase 3 des Aktionspotenzials (vgl. ▶ Abb. 1.3).

  • Effektive Refraktärperiode: Spannung zwischen –50 und –60 mV. Stimuli werden mit sehr kleinen und flachen Aktionspotenzialen beantwortet.

  • Relative Refraktärperiode: Spannung –60 mV bis Ruhemembranpotenzial. Stimuli können mit effektiven Aktionspotenzialen beantwortet werden, die einen langsameren Anstieg und einen geringeren Potenzialüberschuss direkt nach Phase 0 haben.

1.1.6 Erregungsleitung: Dipoltheorie

• Die Zellaktivierung ist zu unterteilen in:

  • Erregungsbildung in den ▶ Automatiezentren.

  • Erregungsleitung über das spezifische Erregungsleitungssystem.

    • Das Prinzip der Erregungsleitung in Myokard und Erregungsleitungssystem ist gleich.

    • Die Erregungsleitungsgeschwindigkeit des spezifischen Erregungsleitungssystems ist höher als im übrigen Myokard.

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