Das Herz: Erregungsleitungssystem, Frank-Starling-Mechanismus und Aktionspotenziale

Erregungsbildung & EKG

Das Erregungsleitungssystem

Spezialisierte Muskelzellen bilden autonom elektrische Impulse im Herzen.

• Sinusknoten: Primärer Schrittmacher im rechten Vorhof, bestimmt die Herzfrequenz ($60\text{--}80$ Schläge/Min).
• AV-Knoten: Sekundärer Schrittmacher, leitet die Erregung verzögert an das His-Bündel weiter.

Das EKG-Diagramm

Ein EKG misst den elektrischen Stromfluss der Erregung an der Körperoberfläche.

• P-Welle: Zeigt die Erregungsausbreitung in den Vorhöfen des Herzens.
• QRS-Komplex: Bildet die elektrische Kammererregung ab.
• T-Welle: Zeigt die elektrische Erregungsrückbildung in den Herzkammern.

💡 Tipp: Merk dir für Klausuren, dass die P-Q-Strecke die Verzögerung im AV-Knoten darstellt, damit die Vorhöfe vor den Kammern schlagen.

Aktionspotential des Sinusknotens

Spontane Depolarisation

Die Schrittmacherzellen des Sinusknotens besitzen kein stabiles Ruhepotential.

• Funny Channels: HCN-Kanäle öffnen sich spontan bei $-60\text{ mV}$ für einen Natrium-Einstrom.
• Schwellenwert: Bei Erreichen von $-40\text{ mV}$ öffnen sich Calcium-Kanäle.

Aufstrich und Repolarisation

Der Einstrom von Ionen verändert die elektrische Ladung der Zelle.

• Schnelle Depolarisation: Calcium strömt rasch ein, das Potential steigt bis ca. $+20\text{ mV}$.
• Repolarisation: Kalium-Kanäle öffnen sich, Kalium strömt aus, bis wieder $-60\text{ mV}$ erreicht sind.

Beispiel:

1. Potential sinkt auf $-60\text{ mV}$ $\rightarrow$ Funny Channels öffnen sich.
2. Na-Einstrom depolarisiert Zelle auf $-40\text{ mV}$ $\rightarrow$ Calcium-Einstrom startet.

💡 Tipp: Die Herzfrequenz sinkt, wenn die langsame Depolarisation durch die Funny Channels länger dauert.

AP des Arbeitsmyokards

Ablauf in der Herzmuskelzelle

Das Aktionspotential der Arbeitsmuskelzellen unterscheidet sich stark von den Schrittmacherzellen.

• Ruhepotential: Ein stabiles Ruhepotential liegt bei ca. $-80\text{ mV}$ vor.
• Depolarisation: Ein rascher Natrium-Einstrom sorgt für eine steile, schnelle Spitze bei $+30\text{ mV}$.
• Plateauphase: Zeitgleicher Calcium-Einstrom und Kalium-Ausstrom halten die Spannung kurz stabil.

Refraktärzeit

Die Herzmuskelzelle ist während des Aktionspotentials für neue Reize unempfindlich.

• Absolute Refraktärzeit: Verhindert eine gefährliche Dauerkontraktion (Tetanus) des Herzmuskels.
• Repolarisation: Der anschließende Kalium-Ausstrom stellt das Ruhepotential wieder her.

💡 Tipp: Die Plateauphase ist entscheidend, da sie dem Herzmuskel genug Zeit gibt, sich vollständig zu kontrahieren und wieder zu entspannen.

Vergleich der Potentiale

Die Hauptunterschiede

Schrittmacherzellen und Arbeitsmyokard erfüllen völlig unterschiedliche elektrische Aufgaben.

• Schrittmacher: Besitzt Funny Channels, zeigt kein Ruhepotential und hat eine kurze Refraktärzeit.
• Arbeitsmyokard: Besitzt eine Plateauphase durch Calcium, ein stabiles Ruhepotential und schlägt langsamer.

EKG-Bezug

Die elektrischen Phasen der Zellen lassen sich direkt im EKG-Diagramm ablesen.

• QRS-Komplex: Entspricht der schnellen Natrium-Depolarisation des Arbeitsmyokards.
• T-Welle: Entspricht der Repolarisation (Kalium-Ausstrom) der Herzkammern.

💡 Tipp: Merk dir für den Vergleich, dass nur die Schrittmacherzellen sich durch die Funny Channels selbst erregen können.

Vorlast und Nachlast

Vorlast (Preload)

Die Vorlast beschreibt die Kräfte während der Diastole (Füllungsphase).

• Vordehnung: Bestimmt durch das Blutvolumen, das die Herzkammern vor der Systole dehnt.
• Schlagvolumen: Höhere Dehnung führt zu einer kräftigeren Kontraktion in der Systole.

Nachlast (Afterload)

Die Nachlast beschreibt die Kräfte während der Systole (Auswurfphase).

• Auswurfswiderstand: Der Druck in der Aorta, gegen den die linke Kammer anpumpen muss.
• Bluthochdruck: Erhöht die Nachlast und erschwert dem Herzen den Blutauswurf.

💡 Wichtig: Je höher der Druck in den Gefäßen (z.B. bei Arteriosklerose), desto schwerer muss das Herz arbeiten, um die Nachlast zu überwinden.

Frank-Starling-Mechanismus

Autonome Herzanpassung

Dieser Mechanismus passt die Pumpleistung des Herzens automatisch an Schwankungen an.

• Volumenausgleich: Gleicht die Schlagvolumina von linker und rechter Herzkammer kurzfristig an.
• Regelkreis: Mehr Füllung (Vorlast) dehnt die Herzwand und erzeugt mehr Schlagkraft.

Diastole & Systole im Wechsel

Das Zusammenspiel von Füllung und Entleerung der Herzkammern.

• Enddiastolische Dehnung: Maximaler Druck des Bluts dehnt die Kammerwand am Ende der Diastole.
• Austreibungsphase: Das Blut wird durch die Kontraktion in die Aorta und den Lungentubus gepresst.

💡 Tipp: Der Frank-Starling-Mechanismus arbeitet komplett autonom und benötigt keine Signale vom Gehirn.

Vegetatives Nervensystem

Sympathikus & Parasympathikus

Das vegetative Nervensystem steuert die Leistungsanpassung des Herzens an den Körper.

• Chronotropie: Beeinflussung der Herzfrequenz am Sinusknoten (Sympathikus wirkt positiv).
• Inotropie: Steuerung der Schlagkraft des Herzmuskels während der Plateauphase.
• Dromotropie: Veränderung der Erregungsleitungsgeschwindigkeit am AV-Knoten.

Wirkung von Adrenalin

Das Hormon Adrenalin bereitet das Herz auf körperliche Aktivität vor.

• Funny Channels: Adrenalin beschleunigt das Öffnen dieser Kanäle für eine schnellere Depolarisation.
• EKG-Sichtbarkeit: Chronotropie (Puls) und Dromotropie (PQ-Strecke) lassen sich im EKG ablesen.

💡 Tipp: Betablocker wirken als Gegenspieler von Adrenalin und senken so einen zu hohen Blutdruck und Puls.