EKG und periphere Zirkulation - Hintergrund

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1 EKG und periphere Zirkulation - Hintergrund Das Herz ist eine Doppelpumpe, die Blut durch den Körper und die Lunge pumpt. Das Blut tritt mit einem niedrigen Druck in die Vorhofkammern des Herzens ein und verlässt die Ventrikel mit einem höheren Druck. Der hohe arterielle Druck sorgt für die Energie, mit der das Blut durch das Kreislaufsystem geleitet wird. Abbildung 1 zeigt den schematischen Aufbau des Herz-Kreislauf-Systems. Das Blut gelangt vom Körper in das Rechtsherz und wird von dort durch die Lunge gepumpt. Dabei wird Sauerstoff aufgenommen und Kohlendioxid freigesetzt. Dieses mit Sauerstoff beladene Blut gelangt zum Linksherz und wird von dort wieder durch den Körper gepumpt. Abbildung 1. Eine schematische Darstellung des menschlichen Herz-Kreislauf-Systems. Die elektrische Aktivität des Herzens Herzkontraktionen sind nicht auf die Nervenversorgung angewiesen. Die Innervation durch den parasympathischen Nerven (Vagusnerv) und die sympathetischen Nerven verändert jedoch den einfachen Herzrhythmus. Deshalb kann das zentrale Nervensystem diesen Rhythmus beeinflussen. Das bekannteste Beispiel hierfür ist die sogenannte Sinusarrhythmie, bei der die respiratorische Aktivität die Herzfrequenz beeinflusst. Eine Gruppe spezieller Muskelzellen, die Sinoatrialknoten (SA), dient als Schrittmacher für das Herz (Abbildung 2). Diese Zellen produzieren rhythmische Aktionspotenziale, die sich in den Muskelfasern des Vorhofs verteilen. Durch die daraus resultierende Kontraktion wird Blut in die Ventrikel gedrückt. Die einzige elektrische Verbindung zwischen Vorhof und Ventrikeln besteht über den Atrioventrikularknoten (AV). Die Aktionspotenziale breiten sich langsam über den AV-Knoten aus und lösen dadurch eine Vorhofkontraktion aus, die zur Füllung der Ventrikel beiträgt. Dann werden sie schnell durch das AV-Bündel und die Purkinje-Fasern geleitet, um beide Ventrikel zu erregen.

2 Abbildung 2. An der Leitung beteiligte Bestandteile des menschlichen Herzens. Während eines Herzzyklus kommt es zu einer sequenziellen Kontraktion des Vorhofs und der Ventrikel. Die kombinierte elektrische Aktivität der verschiedenen myokardialen Zellen erzeugt elektrische Ströme, die sich über die Körperflüssigkeiten ausbreiten. Diese Ströme sind groß genug, um von auf der Haut angebrachten Aufzeichnungselektroden erfasst zu werden (Abbildung 3).

3 Abbildung 3. Standardmäßige Elektrodenanbringung bei EKG-Ableitung an den Extremitäten. Abbildung 4 zeigt das regelmäßige Zackenmuster während eines Herzzyklus. Abbildung 4. Ein Herzzyklus mit P-Welle, QRS-Komplex und T-Welle. Die aufgezeichneten Aktionspotenziale von Vorhof- und Ventrikelfasern unterscheiden sich von den aufgezeichneten Aktionspotenzialen von Nerven und Skelettmuskeln. Das Herzaktionspotenzial besteht aus drei Phasen: einer schnellen Depolarisation, einer Plateaudepolarisation (die sehr deutlich in den Ventrikelfasern zu beobachten ist) und einer Repolarisation zurück zum Ruhepotenzial (Abbildung 5). Abbildung 5. Typisches Aktionspotenzial des Ventrikelmuskels Die Bestandteile des EKGs können mit der elektrischen Aktivität des Vorhof- und Ventrikelmuskels in Beziehung gesetzt werden: Die P-Welle wird durch Vorhofdepolarisation erzeugt Der QRS-Komplex wird durch Ventrikeldepolarisation erzeugt; gleichzeitig findet eine Vorhofrepolarisation statt, deren Beitrag jedoch nicht signifikant ist Die T-Welle wird durch Ventrikelrepolarisation erzeugt Die periphere Zirkulation Das arterielle System funktioniert wie ein Druckspeicher. Blut wird kontinuierlich aus dem arteriellen System durch die Kapillaren gepumpt, tritt aber nur intermittierend aus dem Herzen aus. Die Ventrikel ziehen sich während der Systole zusammen; die Semilunarklappen

4 öffnen sich und Blut fließt in das arterielle System ein. An diesem Punkt sind die Arterien gedehnt und der Blutdruck steigt an. Der systolische Druck ist laut Definition der Spitzendruck, der während des Herzzyklus erreicht wird. Die Phase, in der sich die Ventrikel entspannen, heißt Diastole. Während der Diastole - wenn sich die Ventrikel zur Vorbereitung auf die nächste Systole mit Blut füllen, das aus den Venen zurückfließt strömt weiterhin Blut aus dem arteriellen System in die Kapillaren. Dieser Strom wird von der elastischen Rückfederung der Hauptarterien gesteuert. Folglich nimmt der arterielle Druck ab. Unmittelbar bevor die sich zusammenziehenden Ventrikel erneut Blut in die Arterien pumpen, ist der arterielle Blutdruck am niedrigsten. Dies ist der so genannte diastolische Druck. Die systolische Spitzendruckwelle erscheint nach dem QRS in den peripheren Arterien erst nach dem QRS. Der Grund dafür ist, dass es eine Weile dauert, bis die systolische Druckwelle die Extremitäten erreicht und von unserem Sensor gemessen werden kann. Die dikrotische Kerbe (eine kleine Ebene bzw. Senke in der Druckwelle) entsteht beim Schließen der Aortenklappe. Die Abweichung im arteriellen Blutdruck während des Herzzyklus wird zwar durch die inhärente Elastizität der Hauptarterien ausgeglichen, doch pulsiert Blut durch die Arterien und Arteriolen. Der Fingerpulsmesser In diesen Übungen setzen wir einen Fingerpulsmesser ein. Dieser gibt die Nettorate des Blutflusses in die Fingerbeere an. Die Computersoftware ist so eingerichtet, dass das Zeitintegral des Pulses berechnet und im LabTutor-Fenster angezeigt wird. Daraus lässt sich die Änderung des Fingerbeerenvolumens über einen bestimmten Zeitraum entnehmen. In diesen Experimenten können wir das Muster des Blutflusses in kleinen Arterien während des Herzzyklus veranschaulichen.

5 Abbildung 6. Verteilung des Blutflusses zur Hand.