Elektrokardiographie

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1 Elektrokardiographie Voraussetzungen Erregungsbildung, -verzögerung und -ausbreitung am bzw. im Herzen; Verknüpfung von Erregung und Kontraktion; Einfluss von Sympathikus und Vagus; elektrische Dipole und Integralvektoren; uni- und bipolare Ableitungen von Potentialdifferenzen; mono- und biphasische Aktionspotentiale; EKG-Analyse. Inhaltsübersicht 1. Standard-Ableitverfahren 2. Ableitungen 2.1. Bipolare Extremitätenableitung (EINTHOVEN) 2.2. Unipolare Extremitätenableitung (GOLDBERGER) 2.3. Brustwandableitung (WILSON) 3. Auswertung Zusammenfassung Das EKG ist eine Aufzeichnung zeitlicher Änderungen der elektrischen Vorgänge am Herzen. Die einzelnen Herzmuskelfasern weisen in Ruhe gegenüber dem Extrazellulärraum ein negatives Membranpotential auf. Im Verlauf eines Aktionspotentials kommt es zu einer Umladung der Membran, die durch einen schnellen Natriumeinstrom hervorgerufen wird. Die Erregung einer Muskelfaser führt zur initialen Depolarisation der benachbarten Faser, so dass sich auch in dieser ein Aktionspotential bildet. Zwischen momentan erregten und noch unerregten Arealen im Herzen bestehen Potentialunterschiede, die als kleine elektrische Dipole aufgefasst werden können. Zu jedem Zeitpunkt einer Erregungsausbreitung bzw. -rückbildung findet sich im Herzen eine große Zahl von einzelnen Dipolen, die sich durch Vektoren symbolisieren lassen. Die einzelnen Vektoren kann man nach den Gesetzen der Vektoraddition addieren und erhält einen räumlichen Integralvektor. Er ändert sich während der Erregungsausbreitung ständig nach Größe und Richtung und symbolisiert ein elektrisches Feld, das sich im Körper ausbreitet und auch an der Körperoberfläche registriert werden kann. Jeder Punkt des elektrischen Feldes besitzt dabei ein ganz bestimmtes Potential. Punkte gleichen Potentials lassen sich durch sog. Äquipotentiallinien darstellen (s. Abb. 1). Diese Äquipotentiallinien kann man sich auf Ableitlinien bzw. -ebenen projiziert denken. Abb.1: Die Projektion des Summenvektors auf eine Ableitlinie entspricht dem Abgreifen verschiedener Äquipotentiallinien. Die Elektroden P1 und P2 messen also eine Potentialdifferenz. 1

2 1. Standard-Ableitverfahren Für die klinische Elektrokardiographie haben sich Ableitungssysteme durchgesetzt, die mit Hilfe der verschiedenen Ableitungspunkte eine möglichst umfassende räumliche Erfassung der elektrischen Vorgänge im Herzen wiedergeben. Mit Hilfe der bipolaren Extremitätenableitungen nach EINTHOVEN (Abb. 2a), der unipolaren Extremitätenableitungen nach GOLDBERGER (Abb. 2b) und der Ableitungen nach WILSON (Abb. 2c) lässt sich bereits eine weitgehende räumliche Erfassung durchführen. Die EINTHOVEN- und GOLDBERGER-Ableitungen stellen eine Projektion des Integralvektors auf die Frontalebene dar, die Brustwandableitungen nach WILSON dagegen eine Projektion auf die Horizontalebene. Für die Darstellung der Vektorschleife in der Frontalebene werden z.b. die Ableitungen I (EINTHOVEN) und die darauf senkrecht stehende Ableitung avf (GOLDBERGER) verwendet (vgl. Abb. 5). Abb. 2: Die Ableitverfahren bei der Elektrokardiographie: 2a: bipolare Extremitätenableitung nach EINTHOVEN, 2b: unipolare Extremitätenableitung nach GOLDBERGER, 2c: Brustwandableitung nach WILSON. 2

3 Lagetypen des Herzens Mit Hilfe des sog. CABRERA-Kreises (Abb. 3) lässt sich der Lagetyp des Herzens ermitteln. Er gibt jedoch keine Auskunft über die tatsächliche anatomische Lage des Herzens, sondern bezeichnet die Richtung des größten Summenvektors während der Ventrikelerregung. Er hängt somit von der Ausbreitung der Erregung (und damit auch von Erregungsausbreitungsstörungen) und von der relativen Herzmuskelmasse beider Kammern ab. Zur Ermittlung des Lagetyps werden in den CABRERA-Kreis, in dem alle Extremitäten-Ableitlinien (EINTHOVEN & GOLDBERGER) parallel verschoben durch den Kreismittelpunkt dargestellt sind, der jeweils größte Ausschlag des Kammerkomplexes pro Ableitung nach Betrag und Richtung eingezeichnet. Die zwei größten Vektoren begrenzen das Segment, das dem Positionstyp des Herzens entspricht. Abb 3: Der CABRERA-Kreis Hilfsmittel zur Bestimmung des Lagetyps des Herzens. 3

4 Formale EKG-Analyse Im Extremitäten-EKG unterscheidet man Zacken und Wellen (= Ausschläge von der isoelektrischen Linie nach oben oder unten), Strecken (Abstände zwischen zwei Zacken bzw. Wellen) sowie Dauern (Summen von Zacken/Wellen + Strecken). Die Ausschläge werden beginnend mit dem Buchstaben P fortlaufend in alphabetischer Reihenfolge mit großen lateinischen Buchstaben bezeichnet: P-Welle = Vorhoferregung, PQ-Strecke = vollständige Erregung der Vorhöfe, PQ-Dauer = Überleitungszeit, d.h. die Zeit, die die Erregung braucht, um vom Sinusknoten bis zu den PURKINJE-Fasern zu gelangen, QRS-Komplex = Q-, R- und S-Zacke unterschiedlicher Größe und Richtung, die insgesamt die Erregungsausbreitung in der Kammermuskulatur wiedergeben, ST-Strecke = vollständige Erregung der Kammern, T-Welle = Erregungsrückbildung in den Kammern. Abb. 4: Normalform des EKGs bei bipolarer Ableitung von der Körperoberfläche in Richtung der Längsachse des Herzens. 4

5 Klinische Aussagefähigkeit des EKGs I. Elektrokardiographie Mit dem EKG lassen sich elektrische Phänomene am Herzen erfassen. Es kann keine Aussage über hämodynamische Parameter (Blutdruck, Kontraktionskraft des Herzens, etc.) gemacht werden. Mit Hilfe des EKGs kann überprüft werden: 1. der Ablauf der Erregungsausbreitung im Herzen (Störungen wären z.b. Unregelmäßigkeiten der atrio-ventrikulären Überleitung oder sog. Schenkelblöcke im ventrikulären Leitungssystem, die zu einer veränderten Ausbreitung der Erregung im Ventrikel führen), 2. Frequenz, Herzrhythmus bzw. Rhythmusstörungen, Charakterisierung von Extrasystolen nach ihrem Entstehungsort (ventrikulär oder supraventrikulär), 3. Nachweis und Diagnose von Erregungsbildungs- und -ausbreitungsstörungen, die z.b. aufgrund einer Narbe nach Myokardinfarkt, eines akuten Sauerstoffmangels in der Muskulatur (Angina pectoris) oder durch Elektrolytstörungen (Hyper- oder Hypokaliämie) und bestimmter Medikamente (wie z.b. Digitalis) zustande kommen. Mit Hilfe des Belastungs-EKGs lassen sich diese Phänomene auch bei vermehrter Herzarbeit und erhöhtem Sauerstoffbedarf des Herzens untersuchen. 2. Ableitungen Es werden zunächst für alle Probanden die EKGs abgeleitet und erst anschließend gemeinsam ausgewertet Bipolare Extremitätenableitung (EINTHOVEN) Diese Ableitungsform bildet die Grundlage der klinischen und insbesondere der Notfall- Elektrokardiographie. Vorbereitung: 1. Die Versuchsperson liegt ruhig und entspannt; die Arme befinden sich neben dem Körper. 2. Das Elektrodenpapier wird in physiologische Kochsalzlösung getaucht und zusammen mit den Plattenelektroden auf die 4 Ableitungspunkte (1), (2), (3) und (4) gelegt. Die Elektroden werden an den Extremitäten befestigt und entsprechend der Farbkodierung ( Ampelregel ) mit den Ableitkabeln verbunden. rechter Arm (1): rotes Kabel linker Arm (2): gelbes Kabel linkes Bein (3): grünes Kabel rechtes Bein (4): schwarzes Kabel (Erdung der Versuchsperson) 3. Die Bedienung des EKG-Schreibers wird vom Praktikumsassistenten erklärt, achten Sie auf die Schreibgeschwindigkeit. Durchführung: Beschriften Sie das Schreiberpapier mit dem Namen der Versuchsperson, dem Datum und der Ableitart. Wählen Sie zunächst die Ableitung nach EINTHOVEN. 5

6 1. Registrieren Sie für jeden Teilnehmer ca. 10 Herzaktionen. Achten Sie darauf, dass Sie ein EKG mit ruhiger Grundlinie schreiben. 2. Erzeugen Sie Störpotentiale durch willkürliche Anspannung der Extremitätenmuskulatur. 3. Während tiefer Ein- und Ausatmung, wobei nach Ein- bzw. Ausatmung der Atem angehalten wird. Achten Sie auf die Markierung des EKG-Streifens bei den Manövern, so dass später in Abhängigkeit von der Atmung das EKG analysiert werden kann. 2.2 Unipolare Extremitätenableitung (GOLDBERGER) Zusammen mit den EINTHOVEN-Ableitungen enthalten die GOLDBERGER-Ableitungen die wesentlichen Informationen für die frontale Vektorprojektion. Ohne Anlegen weiterer Elektroden können Sie durch Umschalten des EKG-Schreibers die unipolaren Extremitätenableitungen avr, avl und avf nach GOLDBERGER aufnehmen. Registrieren Sie auch hier wieder ca. 10 Herzaktionen. 2.3 Brustwandableitung (WILSON) Die Brustwandableitung gibt Auskunft über die horizontale Vektorprojektion. Sie sollen diese Ableitung an wenigstens zwei Versuchspersonen anwenden. Durchführung: Zusätzlich zu den Extremitäten-Elektroden müssen Sie nun die Brustwand-Elektroden anschließen. Es handelt sich hierbei um Klebelektroden, die auf die Haut geklebt werden können. Positionen der Elektroden: V1 : V2 : V3 : V4 : V5 : V6 : 4. Interkostalraum am rechten Sternalrand 4. Interkostalraum am linken Sternalrand 5. Rippe zwischen V2 und V4 5. Interkostalraum in der linken Medioklavikularlinie in Höhe von V4 in der vorderen Axillarlinie in Höhe von V4 und V5 in der mittleren Axillarlinie Nach Befestigung der Elektroden schließen Sie sie mit den entsprechenden Kabeln an den EKG- Schreiber an. Stellen Sie den Schreiber zunächst auf die Ableitungen V1-V3, und registrieren Sie ca. 10 Herzaktionen. Anschließend stellen Sie am Schreiber die Ableitungen V4-V6 ein und registrieren weitere 10 Herzaktionen. 6

7 3. Auswertung Auswertung der EINTHOVEN-Ableitungen: 1. Übernehmen Sie eine typische EKG-Registrierung mit ca. 3 Perioden in Ihr Protokollheft (s. Anhang) und bezeichnen Sie die Wellen, Zacken und Strecken. 2. Bestimmen Sie aus den Ableitungen folgende Komponenten (Papiergeschwindigkeit 50 mm/s). P-Welle :... ms Herzfrequenz:... min -1 QRS-Komplex:... ms T-Welle :... ms PQ-Strecke ST-Strecke PQ-Intervall QT-Intervall :... ms :... ms :... ms :... ms Beurteilung: 3. Bestimmen Sie den Lagetyp Ihres Herzens mit Hilfe des EINTHOVEN-Dreiecks. Zeichnen Sie dazu die Amplituden der größten QRS-Komplexe der EINTHOVEN-Ableitungen in einem sinnvollen Maßstab in die jeweils entsprechende Skala ein. Die Amplitude des QRS-Komplexes wird bestimmt, indem negative Ausschläge von positiven subtrahiert werden. Beginnen Sie dabei in der Mitte der jeweiligen Skala und zeichnen den jeweiligen Vektor Vorzeichen-richtig ein. Ermitteln Sie daraus den Lagetyp, indem Sie den Summenvektor durch Vektorprojektion konstruieren und den Winkel zur Horizontalen bestimmen. Die Bezeichnung des Lagetyps können Sie dann z.b. aus dem weiter vorne abgebildeten CABRERA-Kreis entnehmen. Lagetyp in Grad:... Lagetyp-Bezeichnung:... 7

8 4. Vergleichen Sie die während In- und Exspiration aufgenommenen EKG-Kurven. Welcher Lagetyp herrscht während der Inspiration, welcher während der Exspiration vor? Ändert sich die Herzachse beim Atmen? Lagetyp in Grad:... Lagetyp in Grad:... Entsprechen die von Ihnen gefundenen Veränderungen der Theorie? 5. Ermitteln Sie die Herzfrequenzen, die während des tiefen Ein- und Ausatmens aufgetreten sind (respiratorische Arrhythmie). Herzfrequenz beim Einatmen... min -1 Herzfrequenz beim Ausatmen... min Beurteilen Sie das aufgezeichnete EKG (Rhythmus, Frequenz, Extraschläge, Zeiten, Formen der ST-Strecke und T-Welle). Beschreiben Sie die Veränderungen, die Störpotentiale im EKG verursachen. Wann und warum ist die T-Welle positiv? 8

9 vergleichende Auswertung der EINTHOVEN- und GOLDBERGER-Ableitungen: 1. Übernehmen Sie eine typische EKG-Registrierung in Ihr Protokollheft (s. Anhang). 2. Bestimmen Sie den Lagetyp des Herzens jetzt noch einmal mit Hilfe des CABRERA-Kreises, indem Sie jeweils den größten Ausschlag im QRS-Komplex messen und die Amplituden in folgende Tabelle eintragen (Berücksichtigung von neg. Ausschlägen bei der Bestimmung der Amplitude). I II III avr avl avf größter Ausschlag (mv) Auf welcher Ableitung steht der Integralvektor senkrecht? Welcher Lagetyp ergibt sich aufgrund des CABRERA-Kreises (Abbildung vorne)? Lagetyp Warum ist der Hauptausschlag in avr normalerweise negativ?... Auswertung der Brustwandableitungen (WILSON): 1. Übernehmen Sie eine typische EKG-Registrierung in Ihr Protokollheft (s. Anhang). 2. Wie kommt die unterschiedliche Höhe der R-Zacken bzw. S-Zacken in den Ableitungen 1-6 zustande?

10 Anhang I II III Bipolare Extremitätenableitung nach EINTHOVEN Schreiber-Empfindlichkeit: vertikal... mv/mm horizontal... ms/mm 10

11 Unipolare Extremitätenableitung nach GOLDBERGER (unten: avr, avl, avf) und unipolare Brustwandableitungen nach WILSON (oben: V1 bis V6). 11

12 Seminarthemen EKG 1. Grundlagen der Erregung des Herzens Ruhemembran- und Aktionspotential des Arbeitsmyokards Ruhemembran- und Aktionspotential von Schrittmacherzellen Erregungsbildungs- und -fortleitungssystem Automatie Dromotropie, Chronotropie Elementar- und Summenvektor 2. Das normale EKG Standardableitungen nach EINTHOVEN, GOLDBERGER und WILSON positive und negative Ausschläge (Wellen/Zacken; Strecken, Intervalle) Lagetyp und Lagetyp-Bestimmung Herzrhythmus (Bradykardie, Tachykardie, respiratorische Arrhythmie) Aussagen eines EKGs 3. Das pathologische EKG Hebungen und Senkungen der ST-Strecke Extrasystolen (supraventrikulär, ventrikulär) AV-Block I., II., III. Grad; Schenkelblock Vorhof- bzw. Kammerflattern und -flimmern Herzinfarkt Defibrillation 12