EKG – Elektrokardiogramm

EKG – Elektrokardiografie
Bei der Elektrokardiografie werden Herzströme untersucht, die bei elektrischer Erregung des
gesamten Herzmuskels entstehen. Diese messbare elektrische Spannung im mV Bereich kann
mit einem Spannungsmessgerät am Körper abgefasst werden. Aus elektrischer Sicht kann
man sich das schlagende Herz als Wechselspannungsquelle im Körper vorstellen, die
Wechselströme nach allen Seiten hin fließen lässt. Da der Körper des Menschen elektrisch
leitfähig ist, können nun überall an der Körperoberfläche (Brustwand und Extremitäten) diese
Potentialschwankungen gemessen werden. Dazu werden verschiedene Elektroden am Körper
angebracht, die die sehr geringen Spannungen aufnehmen und sie nach entsprechender
Verstärkung im EKG-Gerät auf ein Oszilloskop abbilden. Anhand der Größe, Richtung und
Dauer der elektrischen Spannungsänderungen kann eine Diagnose des Herzens gestellt
werden. Herzkrankheiten verändern das charakteristische Schaubild eines gesunden Herzens
und werden somit erkennbar.
Die Entwicklung der Elektrokardiografie ging aus dem Studium der Elektrizität hervor. Schon
in der Antike kannte man 4 Quellen der Elektrizität:
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den Blitz
den Bernstein, durch Reibung mit weichem, trockenen Stoff
elektrische Fische und
magnetisches Eisenerz.
Das eigentliche Studium der Elektrizität wurde ab ca. 1600 systematisch durch verschiedenste
Forscher und Wissenschaftler betrieben:
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William Gilbert betrachtete die Erde als einen Magneten
Otto von Guericke beschrieb die Aufladung von gewissen Gegenständen durch
Reibung
Stephen Gray beschrieb die Eigenschaften von Leiter und Isolator
Ewald von Kleist, Abbè Nollet, Pieter van Musschenbroek u.a. erfanden den „ersten
Stimulator“, womit zum ersten Mal Stromstöße nach Belieben abgegeben werden
konnten .
Meilensteine in der Entstehung der Elektrokardiografie:
1756:
- Leopold Caldani, Professor der Medizin aus Bologna zeigte, dass ein
isoliertes Nerven-Muskel-Präparat (meist ein präparierter Froschschenkel)
durch einen Stromstoss erregt – zucken - werden kann
1780:
- Luigi Galvani entdeckte durch Experimenten mit präparierten Froschschenkeln
die Kontraktion von Muskeln unter dem Einfluss statischer Elektrizität
- er vermutete jedoch das die elektrische Spannung, die die Kontraktion der
Froschmuskeln erzeugte, vom Froschgewebe selbst erzeugt worden sei und
nannte sie „animalische Elektrizität“
1799:
- Alessandro Volta aus Padua wiederlegte Galvanis Theorie der „animalischen
Elektrizität“  der elektrische Stromfluss in Galvanis Experiment wurde nicht
vom Froschbein erzeugt, sondern durch den leitenden Kontakt von zwei
unterschiedlichen Metallen (Kupfer und Eisen)
- Volta erfand die erste funktionierende Batterie – die voltaische Säule
Abb. A : voltaische Säule
1820:
- Hans Christian Ørsted aus Kopenhagen beschrieb das magnetische Feld um
einen stromdurchflossenen elektrischen Leiter - Elektromagnetismus
- aufgrund dieser Entdeckung und den Forschungsarbeiten von Ampère,
Schweigger und Poggendorff konnte das erste elektrische Ladungsmessgerät,
der Galvanometer, entwickelt werden
1825:
- der Florentiner Physikprofessor Leopold Nobili verbesserte den Galvanometer
- „astatic galvanometer“ – und zeigte mit ihm Ladungsströme in einem
Nerven-Muskel-Präparat auf
Abb. B : Nobilis „astatic galvanometer“
1838:
- Carlo Matteucci, Professor der Physik, bewies in einem Versuch, ebenfalls mit
Froschschenkeln, dass biologisches Gewebe wie Nerven und Muskeln geringe
elektrische Ströme erzeugen
1843:
- Emil Du Bois Reymond entdeckte das Ruhepotential eines Muskels, das bei
der Kontraktion weniger wird  diese Potentialänderung nannte er Aktionspotential
- er erfand den Rheotom – Stromunterbrecher – mit dem zeitlich begrenzte
Stimuli erzeugt werden konnten  erlaubte erstmals Analysen des
Zeitverlaufs von Erregungsvorgängen
- Carlo Matteucci beobachtete bei Tierversuchen mit Taubenherzen das auch die
Herztätigkeit auf elektrischen Strömen basiert
1849:
- Du Bois-Reymond leitete erstmals elektrische Signale, erzeugt durch
willkürliche Muskelkontraktionen, vom menschlichen Muskel ab
- mit dem von ihm entwickelten besonders empfindlichen Galvanometer
„Multiplikator“ konnte er diese elektrischen Signale messen
Abb. K : Multiplikator
1873:
- der luxemburgerische Physiker Gabriel Lippmann entwickelte das
Kapillarelektrometer
- es bestand aus einer Quecksilbersäule in einem dünnen Glasschlauch
(Kapillarröhrchen), oben mit verdünnter Schwefelsäure bedeckt  bei
Veränderungen des elektrischen Potentials konnte die Bewegung des
Quecksilbermeniskus durch werden
- später stellte sich dieses Elektrometer jedoch als unzureichend heraus
Abb. F : Lippmanns Kapillarelektrometer
1876:
- dem Franzosen Etienne Jules Marey gelang erstmals die graphische Darstellung
elektrischer Ströme, die bei einer Muskelbewegung erzeugt wurden – auch
beim Herzmuskel
- dabei verwendete er das Lippmann’sche Kapillarelektrometer
1880:
- Arsène d’Arsonval und Marcel Deprez verbesserten den Galvanometer (es
bestand aus einem räumlich fixen Magneten und einer beweglichen Spule) und
bildeten damit die Basis für den modernen Galvanometer
Abb. C : Galvanometer von Deprez und d’Arsonval
1887:
- Augustus Waller benutzte das Lippmann’sche Kapillarelektrometer, um die
durch die Herztätigkeit bedingten Spannungsänderungen an der
Körperoberfläche aufzuzeichnen  das erste menschliche
Elektrokardiogramm entstand
- es waren jedoch nur Kammerausschläge sichtbar und die Aufnahmen waren
sehr ungenau und für die Auswertung ungeeignet
- als Ableitung verwendete er zwei Elektroden auf Brust und Rücken
Abb. E : das erste menschliche Elektrokardiogramm von A. Waller
1893:
- der holländische Physiologe Willem Einthoven führte bei einem Meeting der
„Dutch Medical Association“ den Begriff „Elektrokardiogramm“ ein
- später erklärte er jedoch das A. Waller ihn als Erster benutzte
1895:
- Einthoven verbesserte die Kapillarelektrometerkurvenanalyse durch
mathematische Berechnungen und beobachtete 5 Phasen der elektrischen
Herztätigkeit, die er P, Q, R, S und T nannte
- die Bezeichnung der Phasen ist auch heute noch so in Gebrauch
Abb. G : 5 Phasen der elektrischen Herztätigkeit
1897:
- Clement Ader entwickelte ein Empfangsgerät für die Überseetelegrafie,
welches später zu einem Fadengalvanometer/Saitengalvanometer
umfunktioniert wurde
- beim Fadengalavnometer wurde der zwischen zwei Elektroden abgenommene
Strom durch eine im magnetischen Feld gespannten Faden geleitet, welcher je
nach Stromrichtung nach rechts oder links abgelenkt wurde  der Schatten
des Fadens wurde auf eine lichtempfindliche Platte projeziert und zeigte das
EKG an
Abb. D : Fadengalvanometer
1903:
- Einthoven baute einen verbesserten, empfindlicheren Fadengalvanometer,
dessen Aufzeichnungen der heute bekannten Form entsprechen
- mit diesem Galvanometer konstruierte Einthoven einen Elektrokardiographen,
der etwa 270 kg wog und mit dem es erstmals möglich wurde verwertbare
Herzstromkurven aufzuzeichnen
- als Elektroden dienten mit Wasser gefüllte Metalleimer
- Einthoven gilt als Erfinder der Elektrokardiografie
Abb. L : Einthovens Elektrokardiograph
Abb. H : eines der ersten Elektrokardiogramme; aufgezeichnet durch ein Fadengalvanometer
1905:
- Einthoven nahm erstmals ein Telekardiogramm auf
- dabei wurden die gemessenen Herzströme eines Mannes, der sich in einem
Krankenhaus befand, zu Einthovens 1,5km entfernten Labor via Telefonkabel
übertragen und aufgezeichnet
1912:
- Einthoven entwickelte das „Einthoven-Dreieck“, welches die Anordnung und
Stückzahl der Leitungen bei der Messung eines EKGs beschrieb  er
bestimmte die drei Standardleitungen I, II und III
ab 1920:
- aufgrund der Erfindung des Röhrenverstärkers um 1906 kamen die ersten
fahrbaren Elektrokardiographen auf
1924:
- Willem Einthoven erhielt den Nobelpreis für die Erfindung des
Elektrokardiographen
1928:
- Ernstine und Levine nutzten Vakuum-Röhren um das vom Körper abgeleitete
EKG-Signal zu verstärken  Röhrenverstärker
- außerdem ermöglichte diese Technik eine einfachere Aufzeichnung der
gemessenen elektrischen Potentiale
- der Röhrenverstärker war wesentlich leichter zu bedienen und auch billiger 
dies erlaubte erstmals die Diagnostik in einer normalen Arztpraxis, anstatt in
großen Forschungseinrichtungen oder größeren Kliniken
- Frank Sanborn’s Unternehmen (gegründet 1917; 1961 übernommen von
Hewlett-Packard und seit 1999 Philips Medical Systems) baute ein
portables EKG mit einem Gewicht von etwa 23kg
- betrieben wurde es mit einer 6-Volt Autobatterie
1930-1948: - in diesem Zeitraum wurden verschiedene Formen der Belastung von
Herzpatienten entwickelt, um ein Belastungs-EKG anzufertigen
ab 1930:
- die ersten tragbaren Elektrokardiographen wurden entwickelt  fester
Bestandteil der medizinischen Diagnostik
1932:
- Frank Wilson erfand eine neue Ableitungsmethodik, bei der er eine
Bezugselektrode/Sammelelektrode verwendete
- dabei wird von den drei Extremitätenableitungen einzeln gegen die
Bezugelektrode abgeleitet  unipolare Ableitung
- nach vielen Experimenten erweiterte er die Elektrodenanzahl um 3 und schuf
die nach ihm benannte Brustwandableitung
1934:
- B.H.C. Matthew revolutionierte mit der Erfindung des Differentialverstärkers
die Verstärkertechnik zur Gewinnung von bioelektrischen Signalen
1938:
- die “American Heart Association” und die “Cardiac Society of Great Britain”
definieren Standardpositionen und –leitungen zum Verdrahten eines Patienten
beim EKG  Brustwandableitungen: V1 – V6; V steht für Volt
1942:
- Emanuel Goldberger führte die drei Extremitätenableitungen aVR, aVL und
aVF ein
- zusammen mit Einthovens drei Extremitätenleitungen und den sechs
Brustwandableitungen, erhielt er ein EKG mit 12 Leitungen, so wie es auch
heute noch benutzt wird
1948:
- der Schwede Rune Elmquist entwickelte den ersten Tintenstrahldrucker zur
Aufzeichnung von physiologischen Signalen
- zur Demonstration seines Gerät auf dem „First International Congress of
Cardiology“ in Paris, zeichnete er EKGs auf
- Erfindung des Transistors durch William B. Shockley, John Bardeen und
Walter Brattain
- durch den Transistor veränderte sich auch die Technik der Elektrokardiografie
- EKG-Geräte waren nun in der Lage das aufgezeichnete Elektrokardiogramm
direkt auf Papier auszudrucken
- außerdem konnten nun wesentlich kleinere und handlichere Geräte gebaut
werden, als es zuvor mit den Röhren
1949:
- der Physiker Norman Jeff entwickelte einen 33kg schweren tragbaren
Elektrokardiografen in einem Rucksack, der das EKG der Trägers aufzeichnen
und als Signal übertragen konnte
- dieses erste System eines „Holter Monitors“ (Langzeit-EKG) gilt als Vorreiter
des ambulanten EKGs
Abb. J : moderner „Holter Monitor“
1963:
- Baule und McFee waren die ersten, die ein Magnetkardiogramm ermittelten
- dazu nutzten sie das elektromagnetische Feld, das bei jeder elektrischen
Herzaktivität entsteht  Aufnahme eines EKGs ohne Anbringung von
Hautelektroden möglich
1993:
- Professor Robert Zalenski und Kollegen veröffentlichten einen Bericht über
die Nutzung eines EKGs mit 15 Ableitungen
- durch die 3 zusätzlichen Leitungen (Standard sind 12 Ableitungen) wird die
Empfindlichkeit des Elektrokardiogramm erhöht  ermöglicht die Ermittlung
von speziellen Herzkrankheiten – myokardiale Infarktbildung
1999:
- Forscher aus Texas zeigten dass EKGs (mit 12 Anschlussleitungen) drahtlos zu
einem Handheld-PC übertragen und dann zuverlässig von einem Kardiologen
ausgewertet werden können
heute:
- moderne Geräte sind in der Lage, das EKG zu vermessen und die Zeitintervalle
der einzelnen Abschnitte anzugeben; sie drucken vermutliche Diagnosen aus
und übertragen die ermittelten Daten über integrierte Schnittstellen zu externen
Speichereinheiten
- je nach Beschwerde kommen vers. Arten von EKGs zu Anwendung  z.B.
Ruhe-EKG, Langzeit-EKG (24-Stunden-EKG), Belastungs-EKG,
intrakardiales EKG
- bei Langzeituntersuchung werden kleine tragbare EKGs verwendet
- Einsatz von EKG-Shirts  integrierte Sensoren messen den Herzschlag des
Trägers und übertragen die ermittelten Daten via Bluetooth sowie einem
Spezial Handy zu einem medizinischen Service-Center  von dort kann die
Weiterleitung der Daten zum Arzt erfolgen => Telemedizin
Abb. I : mobiles EKG-Gerät „Cardio24“
Prognose: - neue Wege der Prävention werden eingeschlagen  Einbindung von u
unsichtbarer, miniaturisierter und intelligente EKG-Sensorik in die
Alltagskleidung, die bei Notfällen ein EKG vermessen und den zuständigen
Arzt alarmieren kann
EKG-Aufzeichnung mit Messschreiber oder wie?