Antwort auf die Eingangsfrage Wie erzeugt das Herz elektrische Spannungen, wie werden sie gemessen? Das Herz und die Nervenzellen erzeugen elektrische Spannungen. Im Jahre 1903 fand der niederländische Arzt willem EinTHoven (1860–1927, Nobelpreis 1924) eine Methode zum Nachweis der elektrischen Spannungsänderungen, die vom Herzen ausgehen und zur Steuerung des Herzmuskels dienen. Sie sind auch noch auf der Körperoberfläche messbar. Damit wurde ein wichtiges Hilfsmittel geschaffen, um die Funktionsfähigkeit des Herzens von außen zu prüfen. Mit Elektroden an verschiedenen Stellen der Körperoberfläche werden die elektrischen Spannungspulse abgeleitet und durch ein hoch empfindliches Messgerät als Elektrokardiogramm (EKG) aufgezeichnet (84.1, 84.2). Der Spannungspuls entsteht in den Zellen des Sinusknotens im rechten Vorhof des Herzens. Diese Zellen sind spezielle Herzmuskelzellen, die selbstgesteuert etwa einmal pro Sekunde einen Spannungspuls hervorrufen und dadurch die gesamte Herzmuskulatur synchron arbeiten lassen. Während der Ruhepause des Herzens (Diastole) ist das Zellinnere negativ gegenüber dem Zelläußeren. Man spricht vom „Ruhepotenzial“. Der Grund dafür ist eine unterschiedlich starke Kaliumionen-Konzentration innen und außen. In der Erregungsphase (Systole) strömen positive Natriumionen aus dem Zelläußeren in das Innere. Dabei wird das Zellinnere positiv gegenüber dem Zelläußeren. Kurzzeitig ändert sich die Spannung um ca. 120 mV (84.2). Die Aufzeichnung der Spannungsänderungen im EKG ergibt ein typisches Bild mit unterschiedlich hohen Zacken. Aus der Veränderung von Dauer, Höhe und Form der Zacken kann man Erkrankungen des Herzens erkennen (84.3). Der Sinusknoten steuert die Funktion des Herzmuskels: In der Erregungsphase (Systole) des Herzens wird innerhalb von 0,3 Sekunden das Blut aus den Herzkammern in die Hauptschlagader (Aorta) und in die Lungenarterie gedrückt, in der Diastole strömt Blut aus den Vorhöfen in die Herzkammern. Wenn durch Erkrankung die Steuerung des Herzens durch den Sinusknoten geschädigt ist, kann die Herzfrequenz auf Dauer wesentlich unter 60 Schläge pro Minute sinken. Der Körper wird nicht mehr ausreichend mit sauerstoffreichem Blut versorgt. Abhilfe schafft ein Herzschrittmacher. Er enthält eine Steuerelektronik, eine Batterie und Elektroden. Der Herzschrittmacher wird unter der Haut implantiert. Die Elektroden werden durch eine Vene ins Herz eingeführt. Sie dienen zur Überwachung der Herztätigkeit und zur notwendigen Stimulierung der Herzmuskulatur durch schwache elektrische Impulse. Elektrische Spannungen werden zur Notbehandlung in der Elektroschocktherapie bei plötzlichen Herzstörungen eingesetzt. Bei einem Herzinfarkt kommt es häufig zum sog. Kammerflimmern, bei dem die Muskelzellen unkoordiniert kontrahieren und dadurch kein Blut pumpen: Es besteht höchste Lebensgefahr! An immer mehr öffentlichen Plätzen wird darauf hingewiesen, dass ein Defibrillator (AED, 84.4) in der Nähe ist. Das Gerät ist programmgesteuert und gibt Anweisungen, die auch für medizinische Laien verständlich sind. Da das Gerät auch die Herztätigkeit prüft, können Helfer kaum etwas falsch machen – und bei diesen Notfällen zählt jede Minute! Im AED lädt eine Batterie einen Kondensator auf etwa 750 V auf. Bei der Behandlung werden dem Patienten zwei Elektroden auf die Brust gepresst, so dass die elektrische Entladung in einem kurzen Puls durch den Brustkorb fließt. Durch diesen Elektroschock soll der Herzmuskel angeregt werden, seine periodische Kontraktion wieder aufzunehmen. Ergänzung: Wenn kein Defibrillator verfügbar ist, kann bei Herzstillstand die Herzdruckmassage das Leben retten. Damit soll durch Zusammendrücken des Brustkorbs Blut ins Herz und in den Kreislauf befördert werden. In Notfällen ist jeder Mensch zur Hilfeleistung verpflichtet, soweit dies ohne Gefährdung der eigenen Person möglich ist. 1 E1 Du verwendest im Alltag Geräte, die einen Bedarf an elektrischer Energie haben. Welche elektrischen Spannungen werden dabei benötigt? Überlege und stelle eine Hypothese auf, inwiefern die benötigte Spannung vom Verwendungszweck der einzelnen Geräte abhängt. 2 S1 Bilde dir ein Urteil und begründe, wie verlässlich Windenergie in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Weiterführende Fragestellungen 84.1 Die Spannungsänderungen am Sinusknoten sind auf der Körperoberfläche messbar. Elektroden auf der Haut geben die Spannung an das EKG-Gerät weiter. 84.2 Ein EKG-Kleinstgerät für den mobilen Einsatz und privaten Gebrauch. normal unrhythmisch mit Flimmern Extrasystole 84.3 Interpretation der EKG-Kurven 84.4 Ein automatischer externer Defibrillator (AED) kann Leben retten. Bei Herzinfarkten sinkt die Überlebenschance um 10 % pro Minute! 84 E-Lehre Praxis und Vertiefung Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
RkJQdWJsaXNoZXIy MTA2NTcyMQ==