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Herz, Erregung und Erregungsleitung
Das menschliche Herz (Kardia, Cor), ein Teil des kardiovaskulären Systems, ist das Zentralorgan des Blutkreislaufs. Das muskuläre Hohlorgan Herz funktioniert als Druckpumpe und Saugpumpe und pumpt das Blut durch den menschlichen Körper und versorgt dadurch Organe und Gewebe kontinuierlich mit mit lebensnotwendigem Sauerstoff und Nährstoffen.
Das Erregungsleitungssystem (Reizleitungssystem, Reizbildungssystem, Erregungsbildungssystem, Systema conducens cordis, Complexus stimulans cordis) ist ein autonomes System des Herzens, bestehend aus spezialisierter Herzmuskelzellen (Schrittmacherzellen), die durch Depolarisation elektrische Signale generieren und diese an das Arbeitsmyokard weiterleiten, bildet die Grundlage für den koordinierten Kontraktionsablauf des Herzens (Systole und Diastole).
Das Herz besitzt zwei Typen von Herzmuskelzellen (Kardiomyozyten, Myocytus cardiacus). Zellen, die Impulse bilden und weiterleiten, sowie Zellen, die solche Impulse mit einer Verkürzung (Kontraktion) beantworten; letztere stellen das Myokard (Arbeitsmuskulatur) des Herzens dar. Die Reizbildung und Impulsbildung geschieht, im Gegensatz zum Skelettmuskel, innerhalb des Organs: Autorhythmie oder Autonomie des Herzens.
Erregungsbildung und Erregungsleitung im Herz
Das Myokard der Herzkammer ist funktionell ein Synzytium. Das bedeutet, die Zellen sind nicht gegeneinander isoliert, ein System aus Zellen, die durch Zellmembranen voneinander getrennt sind, deren Zytoplasma über zahlreiche Gap Junctions untereinander verbunden ist. Ein Reiz, der irgendwo in den Ventrikeln entsteht, führt dadurch immer zur vollständigen Kontraktion beider Kammern. Ähnliches gilt für die Vorhöfe. Die Erregung des Herzens erfolgt durch den Sinusknoten (Nodus sinuatrialis), dieser ist der physiologische Schrittmacher beim Herz. Die Erregung bereitet sich auf beide Herzvorhöfe (Herzatrien, Atrium cordis) und den Atrioventrikularknoten (AV-Knoten) aus und gelangt über das His-Bündel (Truncus fasciculi atrioventricularis) mit seinen beiden (Tawara-)Schenkeln zu den Punkinjeschen Fäden, die die Erregung auf das Kammermyokard übertragen. In ihm breitet sich der Reiz von innen nach außen und von der Spitze zur Basis aus, was mit Hilfe des EKG verfolgt werden kann. Das Zellpotenzial beinhaltet im Erregungsbildungsystem und Erregungsleitungssystem des Herzens kein konstantes Ruhepotenzial, sondern steigt nach jeder Repolarisation.
Jedes Aktionspotenzial im Sinusknoten löst einen Herzschlag aus, d.h., die Impulsfrequenz dieses Schrittmachers bestimmt die Schlagfrequenz. Die führende Rolle des Sinusknotens bei der normalen Herzerregung kommt dadurch zustande, dass die tiefer liegenden Teile vom Erregungsbildungssystem und Erregungsleitungssystem im Herz eine langsamere Schrittmacherfrequenz als der Sinusknoten haben, so dass die Erregung von dort eintrifft, bevor die spontane Depolarisierung der tieferen Teile deren eigenes Schwellenpotenzial erreichet.
Bedingt durch seine Autonomie, kann das Herz auch ohne äußere Nervenversorgung schlagen, doch ist eine Anpassung der Herztätigkeit an wechselnden Bedarf des Organismus großteils an intakte Herznerven gebunden.
Die Erregung startet und kontrolliert die Kontraktion des Herzens. Sie entsteht durch Automatie im Sinusknoten im rechten Vorhof und breitet sich über das Erregungsleitungssystem durch das Arbeitsmyokard aus. Dabei folgt sie einem festen räumlichen Muster und zeigt entsprechend der Depolarisation und Polarisation des Aktionspotenzials Ausbreitung und Rückbildung.
Erregungsausbreitung im menschlichen Herz
Der Weg der Erregungsausbreitung verläuft vom Sinusknoten als Automatiezentrum über das Vorhofmyokard zum AV-Knoten als einzigem Leitungsweg in die Kammern, von wo sie das Septum von links nach rechts erfasst. Die Kammerwände werden spitzenwärts erregt, und zuletzt wird die Kammerbasis ergriffen. Nach vollständiger Aktivität der Kammern läuft die Rückbildung der Erregung ab. Sie beginnt an der Herzspitze (Apex cordis).
Die Vorhöfe repolarisieren während der Kammererregung. Depolarisiertes Myokard ist gegenüber ruhendem elektrisch negativ. So entsteht bei der Erregung des Herzens ein dipolartiges Spannungsgefälle (Pfeil), welches mit dem Erregungsablauf wandert.
Es projiziert sich an die Körperoberfläche als Dipolfolge, die Zacken und Strecken des Elektrokardiogramms (EKG) darstellen: die Vorhofsaktivierung als P-Zacke, die AV-Überleitung als PQ-Strecke, die Kammererregung als QRS-Gruppe, die aktivierte Kammer als ST-Strecke und die Kammerpolarisation als T-Zacke.
Herz-Diagnostik mittels Elektokardiogramm
Die Ableitung des Elektrokardiogramms zeichnet also die Herzerregung auf und besitzt diagnostischen Wert. Kennzeichnend sind die Wellenabläufe der Zacken und ihre Zeitdauer. Das Elektrokardiogramm (EKG, Herzstromkurve, Herzspannungskurve) ist die Registrierung der Summe der elektrischen Aktivitäten aller Herzmuskelfasern. Jeder Pumpfunktion des Herzens geht eine elektrische Erregung voraus, die im Normalfall vom Sinusknoten ausgeht und über das herzeigene Erregungsleitungssystem zu den Muskelzellen läuft. Es resultiert ein immer wiederkehrendes Bild der elektrischen Herzaktion. Es lassen sich vielfältige Aussagen zu Eigenschaften und Erkrankungen des Herzens treffen, z.B. werden Herzfrequenz, Herzrhythmus und der Lagetyp (elektrische Herzachse) bestimmt und die elektrische Aktivität von Herzvorhöfen und Herzkammern könen abgelesen werden. Für die Diagnostik von Herzrhythmusstörungen wie Extraschlägen (Extrasystolen) und Störungen der Erregungsleitung und Erregungsausbreitung (Schenkelblock und AV-Block) ist das EKG ebenso unverzichtbar wie zur Erkennung eines Herzinfarktes. Das EKG kann auch Hinweise auf eine Verdickung der Herzwand (Hypertrophie des Myokards), eine abnorme Belastung des rechten oder linken Herzens, Entzündungen von Herzbeutel (Perikarditis) oder Herzmuskel (Myokarditis) sowie Elektrolytstörungen und unerwünschte Arzneimittelwirkungen liefern.
Bilder: © MediDesign Frank Geisler
Die Bilder können direkt über das Bildarchiv www.medical-pictures.de erworben werden.
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