Physiologie 3938802294 [PDF]

Zitiervorschau

Physiologie Band 6 Herz und Kreislauf

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E-M ail: redaktion@medi-Iearn .de, www.medi·learn.de Verlagsredaktion: Dr. Wa ltraud Haberberger, Jens Plasger , Christian We ier, Tobias Happ Fachlicher Beirat: PD Dr. Andreas Scholz Lektorat: PD Or. Andreas Scholz Grafiker: Irina Kart, Dr. Günt er Körtner, Alexander Dospil, Chr ist ine Marx Layout und Satz: St ephanie Landskron und Kjell W ierig Illust rati on: Daniel Lüdeling, Rippenspreizer.com Dr uck: Druckere i Wenze l, Marburg 1. Auflage 2007 ISBN·10 : 3-938802-29-4 ISBN·13 : 978-3-93880 2-29-8 © 2 0 0 7 MEDI-LEARN Verl ag, Ma rb urg

Das vorliegende Wer k ist in all seinen Teilen urhebe r rec ht lich geschützt. Alle Rechte sind vor behalt en, in besondere das Recht der Übersetzung, des Vortrags , der Reprod uktion, der Vervielfältigung auf fotornec h nischen oder anderen Wegen und Speicher ung in elektronischen Med ien. Ungeac htet der Sorgfa lt, die auf die Erste llung von Texten und Abbildungen verwendet wur de, können wed Ver lag noch Autor oder Hera usgeber für mögliche Fehler und dere n Folgen eine juristi sche Vera ntwortun oder irgendeine Haftung übernehmen.

Wichtiger Hinweis für alle Leser Die Med izin ist als Naturwissenschaft ständigen Veränderungen und Neuerungen unterworfen . Sowohl die Forschung als auch klinische Erf ahr ungen sorgen dafür , dass der Wissensstand ständig erwe itert wird . Dies gilt insbesondere für med ikamentöse Therap ie und andere Behandlungen. Alle Dosierungen oder Angaben in diesem Buch unterliegen diesen Verände rungen . Darüber hinaus hat das Team von M EDI-LEARN zwar die größte Sor gfalt in Bezug auf die Angabe von Dosierungen oder Applikationen walt en lassen, kann jedoch keine Gewähr dafür übern ehmen. Jeder Leser ist angeha lten , durch genaue Lektüre der Beipackzettel oder Rücksprache mit einem Spezialist en zu überprüfen, ob die Dosier ung oder die Applikationsdauer oder -menge zutrifft. Jede Dosier ung oder Applikation erfolgt auf eigene Gefahr des Benutzer s. Sollten Fehler auffallen, bitten wir dr ingend darum, uns darüber in Kenntn is zu setzen.

strategisch unter die Arme zu greifen. Oie 30 Fachbände beschäftigen sich mit den Fächern Physik, Phy logie, Chemie, Biochemie, Biologie, Histo logie, Anatomie und Psychologie/Soziologie. Ein gesonderter Ba der MEOI-LEARN Skripten re ihe widmet sich ausführlich den Themen Lern st r at egien, MC-Techniken u Pr üfungsrhetorik. Aus unserer langjährigen Arbe it im Bere ich professioneller Pr üfungsvorbereitung sind uns die Probleme St udenten im Vorfe ld des Physikums bestens bekannt. Angesichts des enormen Lernstoffs ist klar , dass ni 10 0% jedes Pr üfungsfac hs gelernt werden können. Weit weniger klar ist dagegen, wie eine M inimier ung Fakte nflut bei gleichzeit iger Ma ximier ung der Beste hensc hancen zu bewer kstelligen ist . Mit der MEDI-LEARN Skriptenreihe zur Vorbereitung auf das Physikum haben wir dieses Problem für eu gelöst. Unsere Autoren haben durc h die Analyse der bisherigen Examina den examensrelevanten St off jedes Prüfungsfac h herausgefilt ert. Auf diese We ise sind Skr ipte entstanden, die eine kurze und prägna Darstellung des Prüf ungsstoffs liefern. Um auch den mündlichen Teil der Physikumsprüfung nicht aus dem Auge zu ver lieren, wurden die Bän jeweils um Themen ergänzt. die für die münd liche Prüfung von Bedeutung sind. Zusammenfassend können wir fest st ellen, dass die Kenntn is der in den Bänden gesamme lten Fachinform ti onen genügt , um das Examen gut zu beste hen. Grundsätz lich empfeh len wir , die Examens vorbereitung in dre i Phasen zu gliedern . Dies setzt voraus, d man mit der Vorbereitung schon zu Semesterbeginn (z.B. im Apr il für das August-Examen bzw. im Oktober das März-Examen) startet. Wenn nur die Semesterferien für die Examensvorbereitung zur Verfügung steh sollte direkt wie unt en beschri eben mit Phase 2 begonnen werden.

• Phase 1: Oie erste Phase der Examensvorbereitung ist der Er arbeit ung des Ler nst offs gewidmet. We Semesterbeginn anfängt zu lernen , hat bis zur schriftlichen Prüfung je dre i Tage für die Erarbeitung je Skriptes zur Verfügung . Mög licherwe ise werden einzelne Skripte in weniger Zeit zu bewältigen sein, da bleibt dann mehr Zeit für andere Theme n oder Fächer. Wä hre nd der Era rbe itungsphase ist es sinnvoll, zelne Sachverhalte durc h die punktuelle Lektüre eines Lehrb uchs zu ergänzen. Allerdings sollte sich di punktuelle Lektüre an den in den Skripten dargestellten Themen or ientiere n! Zur Festigun g des Geler nte n empfehlen wir , bere its in dieser ersten Lernphase themenw eise zu kreuz Während der Arbe it mit dem Skr ipt Physiologie sollen z.B. beim Thema .He rzinnervation" auch sc Pr üfungsfrage n zu diesem Thema bearbe itet wer den. Als Fragensa mmlung empfehlen wir in dieser Ph die "Schwarzen Reihen". Oie jüngst en dre i Examina sollten dabei jedoch ausgelassen und für den Endsp (= Phase 3J aufgehoben werden.

• Phase 2 : Oie zweit e Phase setzt mit Beginn der Semeste rfe r ien ein. Zur Festigung und Vertiefu ng Gelern t en empfe hlen wir , täglich ein Skr ipt zu wiederh olen und para llel examenswe ise das betreff e Fach zu kreuzen. Wä hrend der Bearbe itung der Physiologie (hierfür sind sechs bis sieben Tage vorge hen) empfehlen wir, pro Tag jeweils ALLE Physiologiefragen eines Altexamens zu kreuzen. Bitte hebt e auch hier die drei aktuellste n Examina für Phase 3 auf. Durch dieses Verfahren wird der Ler nzuwachs von Tag zu Tag deut licher er kennbar . Natürlich wird m zu Beginn der Arbe it im Fach Physiologie durc h die t ägliche Bearbe itu ng eines kompletten Examens Themen konfronti ert , die möglic herwe ise erst in den komm enden Tagen wiederh olt wer den. Dennoch diese Vorge hensweise sinnvoll, da die Vora b-Beschäftigung mit noch zu wiederh olenden Themen de Ver arb eitu ngstiefe förd ert.

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bevorstehende Examen! Euer M EDI-LEARN-Team

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1.3

1.2. 1

Aktionspotenz ial des Vent ri kelmyokards

1.2.2

Aktionspotenzial des Sinusknotens und der Zellen des Erregungsleitungssystems

1.2 .3

Elektrokar diogra mm (= EKG)

1.2 .4

Lagetyp des Herzensj Eint hoven-Dre ieck

1

1.2. 5

Elektro mechanische Kopplung

1

1.2.6

Herz rhythmusstörungenj Erreg ungsleit ungsstörungen

1

Mechanik der Herzaktion

1.3 .1

1.4

1.5

1 .6

1 .7

1

Herzarbeit

1.3 .2

Arbeitsd iagra m m des Her zens

1.3 .3

Vor last und Nachlast

2

1.3.4

Fra nk-Starling-Mechanismus

2

1.3 .5

Herz insuffizienz

2

Herzinnervation

2

1.4.1

Sym pat hikus-W irkungen

2

1.4.2

Paras ym pat hikus-W ir kungen

2

Koronard urchblutung

2

1.5.1

2

Myokard infarkt

Pathophysiologie der Herzklappen

2

1.6 .1

2

Aortenklappenste nose

Pathophysiologie der Herzentwicklung

2

2 Kreislauf

2

2. 1

Funktionelle Einteilung des Gefäßsystems

2

2 .1.1

Dr uckverhältnisse in den Herz- und Kr eislaufabsch nitten

2

2 .1.2

Tota ler per iphere r W idersta nd

2

2 .2

Physikalische Grundlagen

2

2 .2.1

Ohm-Gesetz

2

2 .2.2

Compliance

2

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2.4

2.5

2.6

2.3.4

Hydrostatischer Indifferenzp unkt

31

2 .3.5

Orthostase

32

2 .3.6

Pathophysiologie: Schock

32

Venöses System

33

2.4.1

Zent ra ler Venendruc k

33

2.4 .2

Venenpulskurve

34

M ikrozirkulation

34

2 .5.1

Kolloidosm ot ischer Dr uck

34

2 .5.2

Effektiver Filtrationsdruc k

35

2 .5.3

Pat hophysiologie: Ödeme

35

Besonde rhe iten der Kreislaufregulat ion in den verschiedenen Organen

35

2.6.1 2.6.2

Auto regulationjBayliss-Effekt Gehir n

36 36

2.6.3

Lunge

36

2 .6.4

Nier e

36

2 .6.5

Herz

36

2.6 .6

Haut

36

2.7

Feta ler Kreislauf

36

2.8

Lymphsystem

37

Index

39

und pumpt 200-250 Millionen Liter Blut! Neben diesen Höchstleistu ngen hat das Herz aber auch eine Scha ttenseite. In d en "zivilisierten Ländern " sind Her z-Kreislau fer krankungen inzwischen die Todesursache ummer 1. Deshalb ist es sowohl für die klinische Tätigkeit, als auch für die Prüfungen (nicht nur für das Physikum) wichtig, die Grun dlagen der Herzfu nktion zu verstehe n.

~4

Im Ph ysikum gehören Herz und Kreislauf zu den meist geprüften Themen der Ph ysiologie. Das gilt sowohl für d as schriftliche als auch für d as mündliche Exame n . Es lohnt sich also, hier ein wenig Zeit zu investieren u nd möglichst viel Verständniswissen anzuhäufen. Im gleich folgenden Kapitel wird es zuerst um den normalen Ablauf der He rzaktion gehen. Als nächst es wi rd di e Elektrophysiologie besp rochen: die herzspezifische Erregungsbildung u nd Erregungsleitung in den Zellen des Erregungsleitungssystems sowie das besondere Aktionspotenzial der Myokardzellen. Auch das normale EKG und die Bestimmung des Lagetyp s gehören zu den belieb ten Prüfungsthemen und werden hier entsprechend gewürdigt. Danach geht es um die Pumpfunktion des Herzens und darum, wie sie modifiziert werden kann. Den Abschluss bilden einige Aspekte der Pat hophysiologie des Herzen s.

~

und Herzzeitvolumen [= HZV) Die Her zfrequen z bezeichnet die Anzahl Herzkontraktionen pro Zeit und w ird meist Min u te angegebe n. Sie ist an den peripheren terien als Puls tastb ar. Dabei variiert d ie Ru herzfrequenz je nach Traini ng szustand: • bei durchschnittlichem Trainingszustand trägt sie ca. 70/min, • bei Au sd auersp ortlern gilt bis zu 40/min normal. Unter Belastu ng kann die He rzfrequenz auf zu 200/min ansteigen. Als Schlagvolu men bezeichnet m an das v linken Ventrikel pro H erzsch lag geförder te lumen (ist iden tisch mit dem vom rechten V rikel geförderten Volu men). Das normale Sch volu men beträgt ungefähr SOml. Multipliziert man Herzfrequenz und Sch lag lumen, so ergibt sich d as Herzzeitvo lu me n. a das vom linken Herzen gef örderte Volum pro Ze it. Das durchschnittliche Herzzeitvo men errechnet sich also so : 70/min . SOml = 5600 ml/min = 5,6 l/min Unter Belastung steigt das Herzzeitvolum stark an, un d zwar sowohl du rch eine Steiger der Her zfrequenz als auc h des Schlagvolume

Übrigens .. . Das von tra inierten Personen maximal erreichbare HZV beträg t 4 0 ljmin.

MERKE:

1.1

Die physio logische Herzaktion

In diesem Kap itel we rden euch zunächs t ein paar Za hlen und Formeln vorgestellt, mit d enen m an die normale Herzaktion charakterisieren kann. Danach geht es um den genauen Ablauf de s " He rzschlags", anhand dessen die Herzaktion in vier verschied ene Phasen eingeteilt wird. Es folgen die gern gefragten Dru ck- und Volu men-

HZV = HF . Schlagvolumen Normwerte: Schlagvolumen = BOml Herzfre quenz = lO/ min Herzzeitvolumen = 5 .6 ljmin

~

~

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HZV= C

über die Lu ngenvenen in den lin ken Herzvorh weiter in d ie linke Herzkammer u nd sch ließl in die Aor ta und d amit in den Körperkreislau

O:1 aO:1 - CvO:1

Klingt recht kompliziert, ist es abe r gar nicht... Die Sauerstoffaufnahme in de r Lunge Ci;0) lässt sich nämlich als Differenz zwischen ein- und aus gea tmeter 0 2-Menge bestimmen. Die arterielle Sau erstoffkonzen tration (C" Oo) wir d im Blut einer beliebig en Arterie bestimmt die zen tralvenöse Sauerstoffkon zentration (Cv o) im Blut aus dem rechten Herzen ode r aus d er A. pulmonalis . Das Schlagvolu men lässt sich ebenfalls einfach bestimmen, ind em man das HZ V durch die Herzfrequen z teilt. Die Sauerst offau fnahme d er Lun ge betr ägt ca. 0,3 1O/min, d ie arterielle 0 2-Kon zent ration etwa 0,2 I 0 /1 Blut und die gemischt -venöse 0 2-Konzen tra tion etwa 0,15 I 0 / 1 Blut , so d ass sich für d as normale Her zzeitvolumen ergi bt:

Lungenkreislauf

Lungenarterie

0,3

linker Vorhof

Lungen vene

Mitralklappe Trikuspidalklapp

rechter Ventrikel Hohlvene

0,3 I O) min HZV = - - --=-- - (0,2 - 0,15) 10 2/Blut

0,051 Blut /min

rechter Vorhof

Aortenlinker klappe Ventrikel Aorta

Körperkr eislauf Abb. 1 : Herzanatomie und Kre islauf

6 1Blut /min

Die Her zaktion wi rd in 4 Phasen unter teilt: 1 d ie Anspannungsphase, 2 die Austreibungsphase, 3 die Ents pannungsphase und 4 die Fü llu ngs phase. Anspannungs- und Austreibungsphase we rd zur Systole zusam mengefasst, Entspannun und Füllungsphase zur Diastole.

Übrigens ... Der Sauerstoff dient hier als Indikator für die Best immung des Herzzeitvolumens. M öglich ist auch die Best immung des HZV anhand anderer Indikat oren. In den schriftlichen Physikumsfr agen sind bis jetzt als mögliche Indikatoren aufgeta ucht: • Der C0 2 - Gehalt des Blutes und ~ • die Temperatur des Blut es. ,...>

~u \. .

Um die Temperatur als Indikator nutzen können, muss eine definierte Menge einer kalt en [z.B. 20°C) Lösung in eine zent rale Vene injiziert wer den. Durc h M essung der Temper at ur änderung in den großen Arterien kann dann auf das Herzzeitvolumen geschlossen werden.

.

Übrigens ... Oie Phasen der Herzaktion solltet ihr unbedingt beherrschen. Das Thema ist ein absoluter Dauerbren ner in den schrift lichen Prüfungen.

in der Aorta (und der im rechten Ventrikel höher

als de r im Truncus pulmonalis), wodurch sich die Taschenklappen passiv öffnen. Damit beginnt auch schon die Austreibungsphase. Aus treibu n gsp hase. In der Austreibungsphase (= Auswurfphase) wird durch weitere Kontraktion des Herzmuskels das Volumen in die Aorta (bzw. den Truncus pul monalis) ausgeworfen . Zum Ende der Austreibungsphase ist der Druck im Ventrikel wieder kleiner als der in der Aorta, so dass sich die Taschenklappen passiv schließen . Die Austreibungsphase dauert etwa 0,2-0 ,3 Sekunden. Ent spannungsphase. In der Entspannungsphase sind alle Herzklappen geschlossen. Der Herzmuskel entspannt sich isovolumetrisch. wodurch der Dru ck in den Ventrikeln absinkt. Fällt der Ventrikeldruck unter den Druck in den Herzvorhöfen. öffnen sich die Segelklappen des Herzens und die Füllungsphase beginnt. Füllungsphase. In der Füllungsphase werden die Ventrikel mit Volumen aus den Herzvor höfen gefüllt. Der wichtigste Mechanismus zur Füllung der Ventrikel ist der Ven tileben erun echan ismus. Als Ventilebenen des Herzens be zeichnet man die Ebene der Segelklappen. Diese Ventilebene verschiebt sich während der Herzaktion: in der Systole in Richtung Zwerchfell, so dass Blut aus den Venen in die Vorhöfe gesaugt wird; in der Diastole versch iebt sie sich nach kranial, so dass das Blut aus den Vorhöfen in die Ventrikel gelangt.

Diastole / /

"

Ventileb en e

Abb. 2: Ventilebenenmec hanism us

Zum Ende der Füllungsphase kontrahieren si die Herzvorhöfe. was geringfügig zur Füllu der Ventrikel beiträgt. Allerdings steigt die B deutung der Vorhofkontraktion für die Vent kelfüllung bei hohen Frequenzen an.

... Anspannungs- geschlossen geschlossen 0 ,05 s phase Austre ibungs- geöffnet phase Entspannungsphase

geschlossen 0 ,2-0,3 s

geschlossen geschlossen 0 ,06 s

Füllungsphase geschlossen geöffnet

0 .5 s

Tabelle 1: Phasen der Herzaktion

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Diasto le nur noch 0 .15 s dauert.

Übrig ens ... Um die Druckkurven und die Phasen der Herzaktion vollstä ndig zu verst ehen. sollte man sich noch einmal vor Augen führen . dass sich die • Herzklappen immer passiv als Reaktion auf .:~.

Druckkurve des linken Ventrikels. Die An spa nnu ngs phase beginnt mit dem Schluss der Mitra lklap pe, we il der Druck im lin ken Vorhof den im Ventrikel u nterschreitet (= Punkt A). Durch die Anspannung des Kammermyokards ste ig t der Dru ck im Ventrikel stark an, bis er schließl ich d en Druck in der Ao rta über schreitet (= Pu nk t B). Dadurch öffnet sich die Aortenklappe. und die Austreibungsphase. HF von 150/min beg innt. In der Austreibungsphase (= Ausw urfphase) steigt d er intraventrikuläre Druck bis auf sein Maxi mu m von 120 mmHg an . Gegen Ende der Auswurfphase fällt der intraven trikuläre Dru ck wieder ab . Unterschreitet er den Aortendruck. so schließt sich d ie Aortenklappe (= Punkt C). In der Entspa nnungs p ha se sinkt der Druck im Ventrikel wieder ab und u n terschreitet schließlich den Dru ck im Vorhof (= Punkt 0 ), wodurch sich die Mitralklappe öffnet. Währe nd der Füll un gsphase sind d ie Drü cke

120 mm Hg

eine Dru ckdiff er enz öffnen oder schlie~ Ben. Da sie das Blut nur in eine Richtung durch lassen. geben sie dem Bluts t r om des Herzens die richtige Richt ung.

Volumenkurve des linken Ventrikels. ' ach der Ventrikelfüllung u nd damit zu Beg der Syst ole be trägt da s Volu me n (= en d dias lisch) des linken Ventrikels ca. 120 ml. In Anspannungsphase (= isovolumetrisch) än d sich das linksventrikuläre Volumen 'ICHT. d er Austreib ungsphase wir d das Schlagvolum (ca. 80 ml ) ausgeworfen, d as linksventrikul Volumen sinkt auf 40 ml ab. In der ebenfalls i volumetrischen Entspannungsphase än dert s da s Volumen nicht; d as Volume n am Ende Aus trei bungs phase u nd das Volu me n am En

linker Ventrikel

80 mm Hg

A B C

o

8mmH g OmmH g

linker Vorhof

Schluss der Mitralklappe Öffnung der Aortenklappe Schluss der Aort enklappe Öffnung der Mitralklappe

A

c

40ml

o A B

C

o

Schluss der Mitralklappe Öffnung der Aortenklappe Schluss der Aortenklappe Öffnung der Mitralklappe

Om l Anspannungsphase

Austreibungsphase (= Auswurfphase)

Entspannungsphase

Füllungsphase

Abb . 4 : Volumenkurve des link en Ventrikels mit Phasen der Herzak ti on

der Entspannungsphase sind also gleich. In der Füllungsphase wird der Ventrikel w ieder gefüllt , v.a. durch d en Ventilebenenmechanismus (5. Abb . 2, S. 3); geg en Ende der Füll ungsphase ist durch di e Vorhofkon trak tion w iede r d as en ddiastolische Volumen von 120 ml erreicht. MER KE:

• Die Normal werte für das enddiastoli sche Volumen [= 12 0 ml] und das Schlagvolumen [= Bo ml) wurden im schr ift lichen Examen schon des Öfter en gefr agt . Das endsystolische Volumen [120 ml - Bfl ml = 40 ml) lässt sich darau s rechnerisch schn ell erm itteln. • Ebenso einpräg en sollte man sich die Druck- und Volumenkurve.

Übrigens ... Mit einem fundiert en W issen zu den Phasen der Herzaktion lassen sich in jedem Examen ein paar sichere Punkte einsacken.

~ "

(

1 .1.3 Herztöne Insgesamt unterscheidet man 4 Herztöne, von denen aber nur die ersten beid en konstant vorko m men: • Der I. Herzton entsteht durch die Anspannung des Ventrikelmyokards und ist daher zu Beginn der Anspannungsphase hörbar. Punctum maximum: 5. Inte rkostalraum (= ICR) links medi klavikulär.

• Der II. Herzton entsteht durch den Schlu ss Taschenklappen und markiert so das Ende Austreibungsphase. Punctum maximum: ICR rech ts und links parasternal. • Der III. und IV. H er zt on sin d oft nur mit el trischer Verstärkung hörbar. Der III. Herz entsteht durch den Bluteinstrom in den Ven kel in der frühen Füllungsphase. der IV. du die Vorhofkontraktion.

Übrig en s ... Von den physiologischen Herztönen unterscheidet man die pathologischen Herzgeräusc he, die bei Herzklappenschäden oder kindlichen Herzfehlbildungen zu hör en sind.

ME RKE:

• Der I. Herzton ist ein Anspannungston und ma kiert den Beginn der Syst ole. Der 11. Herzton entste ht durch den Schluss der schenklappen und markiert das Ende der Systo

.

1.1.4 Vorhofdehnungsreflex eben ihrer Bedeutung für die Ventrikelfüllu haben die Herzvorhöfe auch eine Bed eu tu ng der Regulation d es Blut d rucks. Zwischen den Myozyten liegen Rezeptoren (= Rezeptoren), die auf die Dehn u ng des Vorh reagieren: Sie vermitteln Informationen über d Füllungszustand des venösen Systems und Vorhöfe an das Z S. Bei verme hrter Vorhofd nung w ird die Freise tzung von ADH (= an t

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Hormon Atri opep tin (= atrialer na triuretischer Faktor = ANF) ausgeschüttet. Atriopeptin hemmt die Ren infreisetzung in der iere, damit die Ald osteronausschüttung un d so ind irekt auch die I atrium- u nd Wasserresorption, so dass das Blutvolumen des Körp ers durch ANF gesenkt w ird (s. 2.3.3, S. 29).

1.2 Erregungsbildung und Erregungsleitung Sinusknoten

schnelle Herzfrequenzen) auftreten. Im Ventrikel- und Vorhofmyokard wird die el trische Erregung von Zelle zu Zelle übe r G Junctions weitergegeben. Bei steigenden in t zellulären Calciumkonzentrationen. wie sie w rend des Aktionspotenzials Überall auftret schließen sich diese Gap junctions, so dass Erregungsleitung beei nträchtigt ist; ein weite Mecha nis mus, der d as Herz vo r eine r verfrüh Entste~ung neuer Erregungen schü tzen soll.

1.2.1 Aktionspotenzial des Ventrikelmyokards Das Aktionspotenzial des Kam mermyoka lässt sich in 4 versc hiede ne Ph asen unt er teilen Potential [mV]

AV-Knoten

+40

His-Bündel Tawara-Schenkel

2

o

Purkinje-Fasern Abb. 5: Erregungsbildungs- und Erregungsleitungssystem

Die Herzaktion wird autonom gesteuert, was bedeutet, dass alle wichtigen Funktionen von Strukturen des Herzens selbst kontrolliert werden. Dazu gehören die Erregungsbildu ng, die im primären Schrittmacher - dem Sinusknoten - stattfindet, und die synchronisierte Erregungsweiterleitung durch das Reizleitungssystem sowie zwischen den Herzmuskelzellen. Vom Sinusknoten bre itet sich die elektrische Erregung über d en Herzvorhof aus und erreicht den Atrio-Ven trikul ar- (= AV)-Knote n. Von dort aus gelangt das elektrische Signal nach einer kurzen Verzögerung in die Ventrikel. Über das Hi s-Bündel und die Tawa ra-Schenkel, die sich an der Herzbasis in d ie Purkinje-Fas ern auf-

- 40

3

4 -80

o

150

300

Zeit [ms

Abb. 6: Akt ionspotenzial Ventrikelmyokard

1. der schnelle Aufstri ch, 2. die Plateauphase . 3. die Repola risation und 4. das Ruhepotenzial Üb erall. Im Gegensatz zu den Zellen des Reizleitungs stems, deren Membranpotenzial sich aufgru der diastolischen Depolarisation kontinuierl verändert, haben die Ventrikelmyo kardzel

len Au fstri ch - in die Herzmuskelzellen kommt. Gleichzeitig fällt d ie Kaliu m- Leitfäh igkeit ab. Sobald alle j atrium-Kanäle inaktiviert sind (der Einstrom dauert nur etwa 1-2 ms), beginnt die Plateauphase: durch die schnelle Depolarisation wurden nämli ch lan gsam e, spannungsgesteuerte Calcium-Kanäle geöffnet, so dass der Einstrom von Calcium-Ionen die Depolarisation der Zellen no ch einige Zeit unterhält (ca. 200ms). Fällt das Membranpotenzial unter Omv, beginnt die Repolarisationsphase, in der durch die wie der ansteigende Kalium-Leitfähigkeit das Mem branpoten zial bis zu m Ruh epotenzial abfällt.

Übri ens .. . Erhöht e Natrium- und Calcium-Leitfähigkeiten führen zur Depolarisation. da diese Ionen extrazellulär höher als intrazellulär konzentriert sind. sie also in die Zellen hineinströmen. Im Gegensatz dazu steht die Kalium-Konzentration. die intrazellulär hoch und extrazellulär niedrig ist. Kalium strömt deshalb nach extrazellulär und verursacht so die Repolarisation der Zellen.

.

. •.

.. - • .. IrimmIP .

Aufst rich

Natrium t

Von -Bfl auf40 mV

1-2ms

Plateau

Calcium l'

Ca. 10 mV

20 0250ms

Repolarisation

Kalium t

Von 0 50ms auf-Bo mV

Ruhemembran- Kalium-Gleichge- -BOmV potenzial wichts pot enzial

700ms

gesamtes Aktionspotenzial

300ms

Tabelle 2: Akt ionspotenzial

eine Zunahme der ext r azelluläre n Kaliumkon ze

tration, kön nen zur Ve r kürzung des Akt ionspot zials führen.

Während der Plateauphase sind d ie schnel atriumkanäle vollständig inaktiviert. Tr während dieser Zeit ein Reiz auf d ie Myoka zellen, kann kein we iteres Ak tionspo tenz ausgelöst werden; das Herz ist d adurch v Herzrhythmusstörungen geschützt. Diese Ph nennt sich absolute Refraktärzeit. Erst wenn d Ak tions po tenzial in d er Rep olari sat ion sp ha unter -40mV fällt, kann durch stärkere Reize neues Aktionspotenzial ausgelöst werden. Di Phase nennt sich relative Refraktärzeit.

1.2.2 Aktionspotenzial des Sinusknotens und der Zellen des Erregungsleitung systems In den Zellen des Sinusknotens (und allen an ren Zellen des Reizleitungssystems) untersch det sich das Aktionspotenzial von dem des V trikelmyokards in einigen wichtigen Pun kten Das Ruhemembranpotenzial ist in den Zellen d Reizbildungs- und Reizleitungssystems j lC konstant. Das ist darauf zurü ckz ufü hre n, d durch die Repolarisation aufgrund des Konz trationsgradienten ein Schrittmacherstrom a gelöst wird . Dieser beschreibt im Wesentlich den Einstrom von Calciu m-Ionen in die Zelle n dass die Zellen langsam depolarisieren. Errei diese Depolarisation einen Schwellenwert ( -50 mV), wird ein Aktionspotenzial ausgelöst. erklärt sich auc h, dass - je nachd em wie schn oder langsam diese spon tan e diastolische D polarisa tion vor sich geht - die Herzfreque ansteigt oder sinkt. Sowohl der Sym pathik als auch der Parasympathikus beeinflussen ese Steilheit der diastolischen Depolarisat und nehmen so Einfluss auf die Herzfreque (s. Abb . 7, S. 8).

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Sinusknotens auf das Myokard weitergeleitet wird . Erst wenn der Sinusknoten ausfällt, wird die Frequenz des sekundären Schrittmachers - des AV-Kno tens - auf das Myokard wei terge geben. Im Anschluss an die diastolische Depolarisation folgt - wie im Myokard - der Au fstrich des Aktionspotenzials. Anders als bei den Ventri kelmyokardzellen be ru ht am Sinusknoten der Aufstrich jedoch auf einer Aktivierung von Calciumkanälen, also einer Erhöhung der Ca1cium-Ionenleitfähigkeit, und dem damit verbu ndenen Einstrom von Calciu m- Ionen ins Myokard (Remember: Am Vent rike lmyokard verursacht d ie Aktiv ierung von schne llen atriu m-Kanälen den Aufstrich, s. Abb . 6, S. 6). Die Repolarisation wird am Sinusknoten und am Arbeitsm yokard durch eine Erhöhu ng der Kaliumleitfähigkeit ausgelöst.

1.2.3 Elektrokardiogramm [= EKG) Indem man Elektroden an bestimmten Stellen a die Ha ut klebt und de ren Potenzialschwankung aufze ichnet, wird das Elektrokardiogramm abg leitet. Aus den aufgezeichneten Kurven kann m auf pathologische Prozesse am Herzen schließ indem man sie mit physiologischen EKG-Kurv vergleicht. Das EKG wi rd auf kariertes Papie r aufge zeic net, und die Schreibgeschwind igkeit beträgt ormalfall 50 mm pro Sekunde (oder 5 cm p Sekunde), was immerhin 3 Meter pro Min ergibt. Bei einer normalen Herzfrequenz von pro Min u te ist daher im Abstand von 5 cm je e Herzaktion aufgezeichnet.

Potenzial [mV]

+40 +20

o

2

- 20 - 40 - 60

- 80 Abb. 7 : Akt ionspotenzial des Sinus knote ns

1 2 3

diastolische Depola risation schneller Aufstrich Repolarisation

-

, ,'. ,I.

..

"

0,1 s = 100 ms

0 ,02 s = 20 ms

"

./ 10 mm;; 0,2 s = 200 ms

"---."

PO-Intervall "-

! \,,-- / '-- ... _- - -I' .' OT-Intervall

Abb . 8 : EKG-Papier und Zeite n

Abb. g e

Die Höhe der gemessenen Spann ung liegt im Bereich von 1mV. Hier ein Beispiel für ein normales R EKG:

Die P-Welle entsteht durch die Erregung des V hofs. Während der PQ -Strecke findet keine E gungsverschiebung am Herzen statt, deshalb diese elektrisch neutral (= 0 V). Das PQ-Interv (= Beginn der P-Welle bis Beginn des QRS-Ko plexes) sollte zwischen 120-200 ms dauern. Während der PQ -Strecke (= vom Ende d er Welle bis zum Beginn des QRS-Komplexes) die Vorh ofmusk ulatur vollstän d ig erregt. repräsentiert die Erregungsüberleitung v den Vorhöfen auf die Ventrikel. Die Erregun rückbildung der Vorhöfe wird vom nach genden QRS-Komplex überlagert und ist d halb im EKG nicht sichtbar. Der QRS -Komp ist Ausdruck der Erregung der Herzkamm und dauert etwa BOrns. Auf keine n Fall sollte eine Dauer von 100ms ü berschreiten u nd d halb auf dem EKG-Bogen NICHT breiter als cm sein . Die Höhe der R-Zacke sollte in den tremitätenableitungen (s. Abb . 11, S. 11 u. A 14, S. 12) 1mV (= 1 cm) NICHT überschrei Die R-Zacke fällt parallel mit de m Beginn Anspannungsphase. Die ST-Strecke ist im normalen EKG eine ge de, isoelektrische (= bei 0 V liegende) Linie.

S l--J

l--J