Entwicklung von Methoden zur Echtzeitanalyse von EKG ... - FZI

10 2 Medizinische Grundlagen
teauphase genannt, da sich in ihr das Membranpotenzial nur sehr wenig ändert. Dieses
Plateau ist ein Charakteristikum des einfachen Arbeitsmyokards und wird u.a. durch
den Einstrom von Calciumionen verursacht, die zum einen über sog. „langsame Kanäle“
aus dem Extrazellulärraum in das Zellinnere strömen, zum anderen aus zellinternen
Strukturen stammen und wesentlich für die Kopplung zwischen elektrischer Erregung
und mechanischer Kontraktion des Myokards verantwortlich sind. In der dritten Phase
wird das Ruhepotenzial durch schnelle Repolarisation in Folge weiterhin starken Ka + -
Ausstroms wieder erreicht [ST95] und dann durch aktive Arbeit mit Hilfe von in die
Zellmembran integrierten Natrium-Kalium-Pumpen (Na-K-Pumpen) das ursprüngliche
Ionenkonzentrationsverhältnis wieder hergestellt.
Nach Wiederherstellung des Ruhepotenzials ist der Muskel wieder vollständig erregbar.
In der Zeit vom Beginn der Depolarisation bis zur Repolarisation des Membranpotenzials
auf -40 bis -50 mV reagiert der Muskel nicht auf neue Reize, er befindet
sich in der absoluten Refraktärphase. In der anschließenden relativen Refraktärphase
ist der Muskel bedingt erregbar, jedoch sind auch mit großen Reizstärken nur kleine
Reizantworten zu erreichen. Diese fallen umso geringer aus, je früher in der relativen
Refraktärzeit die neue Erregung eintrifft. Eine leicht inhomogene Repolarisierung des
Myokards kann daher im Normalfall nicht zu einer gegenseitigen Wiedererregung führen,
u.a. auch deswegen, weil die für eine Depolarisation notwendigen Ionengradienten
noch nicht wiederhergestellt sind. Erst mit Erreichen des Ruhepotenzials kann wieder
eine normale Reaktion des Myokards ausgelöst werden. Die effektive Refraktärzeit kennzeichnet
die Phase, in der ein Reiz keine Gesamterregung des Herzen auslösen kann, weil
er noch auf refraktäres Gewebe in seiner Umgebung trifft und sich damit nicht weiter
ausbreiten kann [GH99].
Erregungsbildung
Im Gegensatz zur normalen Muskulatur, bei der die Muskelerregung von außen durch
Innervation induziert wird, entsteht die Erregung des Herzens im Organ selbst. Diese
Fähigkeit zur rhythmischen Eigenerregung nennt man Herzautomatismus [psc98].
Verursacht wird diese autonome Erregung durch sogenannte Schrittmacherzellen. Im
Gegensatz zum Arbeitsmyokard, das ein konstantes Ruhepotenzial besitzt, beginnt bei
diesen Zellen sofort nach der Repolarisation eine langsame Depolarisation. Das Minimum
des Transmembranpotenzials wird daher nicht Ruhepotenzial, sondern maximales
diastolisches Potenzial (MDP) genannt. Bei Erreichen eines Schwellenpotenzials, das
zwischen -50 und -60 mV liegt, beschleunigt sich die Depolarisation und die Zelle wird
erregt. Die Zellen, die die Fähigkeit zur spontanen Depolarisation besitzen, gehören
zum Erregungsbildungssystem, das aus mehreren Schrittmachern besteht. Der primäre
Schrittmacher ist der Sinusknoten, der in Körperruhe eine Eigenfrequenz von 60 - 80
Erregungen pro Minute hat. Daraus ergibt sich die Herzfrequenz, die in Schlägen pro
Minute (S/min) oder beats per minute (bpm) angegeben wird. Die spontane Depolarisation
im AV-Knoten, dem sekundären Schrittmacher, verläuft langsamer als im
Sinusknoten, daher ist auch die autonome Herzfrequenz in diesem Falle niedriger (40 -
60 bpm). Im physiologischen Fall kommt er nicht zum Einsatz, da die Erregung vom
Sinusknoten bereits beim AV-Knoten eingetroffen ist, bevor dessen spontane Depolarisation
das Schwellenpotenzial erreicht hat. Das gilt auch für den tertiären Schrittma-