Aktionspotential des Arbeitsmyokards lernen mit den Eselsbrücken von Meditricks.de

Aktionspotential des Arbeitsmyokards


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Aktionspotential des Arbeitsmyokards lernen mit den Eselsbrücken von Meditricks.de

Aktionspotential des Arbeitsmyokards

Inhaltliche Einleitung
Beim Wort Aktionspotential ist die erste Assoziation natürlich das Neuron (siehe Meditrick: Aktionspotential des Neurons). Neben den Nervenzellen können aber auch andere Körperzellen - hier die Herz-Muskelzellen - Informationen in Form eines Aktionspotentials weiterleiten. Kardiomyozyten beschränken sich jedoch nicht auf das alleinige Weiterleiten von Signalen: Aktionspotentiale (AP) am Arbeitsmyokard lösen auch die Kontraktion der jeweiligen Muskelzelle aus. Das AP in Kardiomyozyten hat also zwei Funktionen: 
  1. Weiterleitung des elektrischen Signals an andere Kardiomyozyten
  2. Auslösung der Kontraktion der Herz-Muskelzellen
Werden diese einzelnen Erregungen richtig koordiniert, so entsteht aus der Kontraktion vieler einzelner Muskelzellen ein Herzschlag, der den restlichen Körper mit Blut versorgt. Die AP-Phasen der Kardiomyozyten sind etwas anders als die AP-Phasen des Neurons, worauf wir jetzt zu sprechen kommen...

Basiswissen

  • Aktionspotential im Arbeitsmyokard des Herzens

    Ionenschüler legen Potential-Prüfung des Herzens ab

    Das Aktionspotential (AP) des Herzens zeigen wir an der Schulabschlussprüfung der Ionen-Schüler und Schülerinnen. Sie müssen einem Staffel-Hindernis-Lauf entlang strömen, um beim Herz-Prüfer zu bestehen. In dieser Prüfung geht es um die Wurst: der Ionen-Strom muss genug Strom für eine Kardioversion erzeugen. Wenn sie es nicht schaffen, stirbt der Patient. Das AP im Kardiomyozyten hat zwei Funktionen: 1. die Signalfunktion und 2. Auslösung der Kontraktion der Herz-Muskelzellen. Werden diese einzelnen Erregungen richtig koordiniert, so entsteht aus der Kontraktion vieler einzelner Muskelzellen ein Herzschlag, der den restlichen Körper mit Blut versorgt. Die AP-Phasen der Kardiomyozyten sind etwas anders als die AP-Phasen des Neurons. (In diesem Bild siehst du zwei Dinge: Erstens wie sich die Ionen zwischen dem Intra- und Extrazellulärraum bewegen, um ein Aktionspotential auszulösen. Zweitens anhand der Blitze wie das Zeit-Spannungsdiagramm einer Herzenmuskelzelle dabei aussieht.)

  • Ruhemembranpotential: Ungleiche Ionenverteilung

    Ruhende, ungleich verteilte Ionen auf unterer und oberer Laufbahn

    Die Verteilung der Ionen ist am Herzmuskel intra- und extrazellulär unterschiedlich. Das ist eine nötige Voraussetzung für das Ruhemembranpotential und auch für das Aktionspotential. Wir sehen im Ruhebild, dass sich die Ionen gespannt in der Ruheposition befinden. Die obere Plattform stellt den Extrazellulärraum dar und die untere den Intrazellulärraum. Es sind mehr Ionen auf der oberen Plattformen als auf der unteren Plattformen (Ungleichverteilung von Ionen). Intrazellulär ist die Konzentration von Kalium hoch, die von freiem Calcium und Natrium jedoch gering. Extrazellulär ist es genau umgekehrt. Die Zellmembran reguliert mit Ionenpumpen und -kanälen, wie und wann die Ionen den Raum wechseln.

  • Ruhemembranpotential: Kalium-Ausstrom

    Bananen-Ion steigt am Anfang des Rennens aus seinem Kanal heraus

    Die Kardiomyozyten haben ein stabiles Ruhemembranpotenzial (RMP) von ca. –90 mV. Stabil bedeutet, dass sich ohne äußere Einflüsse nichts an diesem Potential ändert (anders als bei den Schrittmacherzellen: diese besitzen kein stabiles RMP). Das RMP von Kardiomyozyten stellt sich deshalb bei –90 mV ein, weil Kir-Kanäle in Ruhe einen stetigen Kaliumstrom nach extrazellulär zulassen (“leak”). Das RMP stellt sich daher beim Gleichgewichtspotential von Kalium ein (ebenfalls –90 mV). Wir sehen wie ein Bananen Katzen-Ion (Banane: Kalium, Katzen-Ion: Kation) zu Beginn des Rennens aus seinem Kirchen-Kanal rauslugt.

  • Kir-Kanal (aus 4 Untereinheiten) sorgt für stabiles RMP

    Kirch-Ionenkanal auf 4 Säulen

    Der Kirchenkanal in der oberen Plattform verbildlicht den Kanal mit Namen "Kir2" (Sinnbild Plasmamembran). Der Kir-Kanal sitzt in der Zellmembran und erlaubt einen stetigen Fluss von Kalium-Ionen aus der Zelle heraus. Die Bezeichnung “Kir” ist ein Akronym des englischen Ausdrucks “Kalium inward rectifier”, also Kalium-Einwärtsgleichrichter. Hiervon sollte man sich nicht verunsichern lassen: die physiologisch relevante Funktion des Kanals ist der Kalium-Auswärtsstrom! Der Strom durch diesen Kanal wird als IK1 bezeichnet. Er bedingt das stabile RMP. 4 Untereinheiten – ringförmig angeordnet – bilden bei diesem K+-Kanal die Kanalpore (vier Säulen auf denen der Kirchturm steht).

  • Initiale Depolarisation: Kationen fließen über gap junctions

    Katzen-Ion schließt sich an Strom an: Kabel führt über “gap”

  • ...

Expertenwissen

  • Anwendung: Kardioplegie

    Lahmes Herz liegt in Bananen-Flüssigkeit

    Für die Prüfung wurde ein Herz in einer Bananen-Lösung stillgelegt (Kardioplegie bei Herz-OPs): Die Prüfung dreht sich darum, das Herz wieder zum Leben zu erwecken. Eine Anwendung findet die absolute Refraktärzeit der Natriumkanäle in der Herzchirurgie: Um das Herz für die OP stillzulegen, umgibt man es mit einer stark Kalium-haltigen Flüssigkeit, der sog. Kardioplegie-Lösung. Die Kardiomyozyten werden dadurch dauerhaft depolarisiert und die Natriumkanäle können sich nicht von der Inaktivierung erholen. Elektrischer Stillstand ohne Kontraktion und verringerter Sauerstoffverbrauch sind die Folgen. Gute Bedingungen für eine Herz-OP also.

  • Anwendung: Kardioversion

    Ziel der Prüfung: umgedrehtes Herz

    In dieser Prüfung geht es wirklich um die Wurst: hier müssen die Ionen-Schüler Strom für eine Kardioversion generieren. Manche Rhythmusstörungen können eine elektrische Kardioversion erforderlich machen, was in etwa der Defibrillation eines schlagenden Herzens entspricht. Das genaue Prinzip ist an dieser Stelle nicht relevant. Höchst wichtig ist jedoch, dass der Elektroschock nicht in die vulnerable Phase des Herzschlages fallen darf, da sonst Kammerflimmern möglich würde. Moderne Geräte zur Kardioversion synchronisieren sich deshalb mit dem EKG-Rhythmus und wählen einen geeigneten Zeitpunkt für die Schockabgabe.

  • Relative Refraktärzeit: Vulnerable Phase

    Verwundetes Bananen-Ion

    Nachdem die zweite Hälfte der Repolarisation anbricht, erholen sich die ersten Natriumkanäle von der Inaktivierung. Wenn jetzt ein stark überschwelliger Reiz eintrifft, kann er theoretisch ein Aktionspotential auslösen. Dieses wird aber eine veränderte Form und geringere Amplitude aufweisen, da nur ein Teil der Natriumkanäle bereits zur Verfügung stehen. Die relative Refraktärphase wird auch als “vulnerable”, also verletzliche Phase bezeichnet, hier am zweiten verwundeten Bananen-Ion (vulnerable Phase) zu sehen. Die Stelle, an der das zweite verwundete Bananen-Ion vom Blitz weggepustet wird, entspricht der vulnerablen Phase. Wenn nämlich ein Reiz - entweder von außen oder von einem ektopen Schrittmacher in der Kammer - eine Herzmuskelzelle in der relativen Refraktärzeit trifft, kann die AP-Auslösung sog. kreisende Erregungen zwischen erregtem und unerregtem Myokard verursachen. Anhaltende Tachykardien bis Kammerflimmern sind die Folge.

  • ...

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Anbei findet ihr das Erkundungsbild speziell für das Ruhemembranpotential:

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Aktionspotential des Arbeitsmyokards

Inhaltliche Einleitung
Beim Wort Aktionspotential ist die erste Assoziation natürlich das Neuron (siehe Meditrick: Aktionspotential des Neurons). Neben den Nervenzellen können aber auch andere Körperzellen - hier die Herz-Muskelzellen - Informationen in Form eines Aktionspotentials weiterleiten. Kardiomyozyten beschränken sich jedoch nicht auf das alleinige Weiterleiten von Signalen: Aktionspotentiale (AP) am Arbeitsmyokard lösen auch die Kontraktion der jeweiligen Muskelzelle aus. Das AP in Kardiomyozyten hat also zwei Funktionen: 
  1. Weiterleitung des elektrischen Signals an andere Kardiomyozyten
  2. Auslösung der Kontraktion der Herz-Muskelzellen
Werden diese einzelnen Erregungen richtig koordiniert, so entsteht aus der Kontraktion vieler einzelner Muskelzellen ein Herzschlag, der den restlichen Körper mit Blut versorgt. Die AP-Phasen der Kardiomyozyten sind etwas anders als die AP-Phasen des Neurons, worauf wir jetzt zu sprechen kommen...

Basiswissen

  • Aktionspotential im Arbeitsmyokard des Herzens

    Ionenschüler legen Potential-Prüfung des Herzens ab

    Das Aktionspotential (AP) des Herzens zeigen wir an der Schulabschlussprüfung der Ionen-Schüler und Schülerinnen. Sie müssen einem Staffel-Hindernis-Lauf entlang strömen, um beim Herz-Prüfer zu bestehen. In dieser Prüfung geht es um die Wurst: der Ionen-Strom muss genug Strom für eine Kardioversion erzeugen. Wenn sie es nicht schaffen, stirbt der Patient. Das AP im Kardiomyozyten hat zwei Funktionen: 1. die Signalfunktion und 2. Auslösung der Kontraktion der Herz-Muskelzellen. Werden diese einzelnen Erregungen richtig koordiniert, so entsteht aus der Kontraktion vieler einzelner Muskelzellen ein Herzschlag, der den restlichen Körper mit Blut versorgt. Die AP-Phasen der Kardiomyozyten sind etwas anders als die AP-Phasen des Neurons. (In diesem Bild siehst du zwei Dinge: Erstens wie sich die Ionen zwischen dem Intra- und Extrazellulärraum bewegen, um ein Aktionspotential auszulösen. Zweitens anhand der Blitze wie das Zeit-Spannungsdiagramm einer Herzenmuskelzelle dabei aussieht.)

  • Ruhemembranpotential: Ungleiche Ionenverteilung

    Ruhende, ungleich verteilte Ionen auf unterer und oberer Laufbahn

    Die Verteilung der Ionen ist am Herzmuskel intra- und extrazellulär unterschiedlich. Das ist eine nötige Voraussetzung für das Ruhemembranpotential und auch für das Aktionspotential. Wir sehen im Ruhebild, dass sich die Ionen gespannt in der Ruheposition befinden. Die obere Plattform stellt den Extrazellulärraum dar und die untere den Intrazellulärraum. Es sind mehr Ionen auf der oberen Plattformen als auf der unteren Plattformen (Ungleichverteilung von Ionen). Intrazellulär ist die Konzentration von Kalium hoch, die von freiem Calcium und Natrium jedoch gering. Extrazellulär ist es genau umgekehrt. Die Zellmembran reguliert mit Ionenpumpen und -kanälen, wie und wann die Ionen den Raum wechseln.

  • Ruhemembranpotential: Kalium-Ausstrom

    Bananen-Ion steigt am Anfang des Rennens aus seinem Kanal heraus

    Die Kardiomyozyten haben ein stabiles Ruhemembranpotenzial (RMP) von ca. –90 mV. Stabil bedeutet, dass sich ohne äußere Einflüsse nichts an diesem Potential ändert (anders als bei den Schrittmacherzellen: diese besitzen kein stabiles RMP). Das RMP von Kardiomyozyten stellt sich deshalb bei –90 mV ein, weil Kir-Kanäle in Ruhe einen stetigen Kaliumstrom nach extrazellulär zulassen (“leak”). Das RMP stellt sich daher beim Gleichgewichtspotential von Kalium ein (ebenfalls –90 mV). Wir sehen wie ein Bananen Katzen-Ion (Banane: Kalium, Katzen-Ion: Kation) zu Beginn des Rennens aus seinem Kirchen-Kanal rauslugt.

  • Kir-Kanal (aus 4 Untereinheiten) sorgt für stabiles RMP

    Kirch-Ionenkanal auf 4 Säulen

    Der Kirchenkanal in der oberen Plattform verbildlicht den Kanal mit Namen "Kir2" (Sinnbild Plasmamembran). Der Kir-Kanal sitzt in der Zellmembran und erlaubt einen stetigen Fluss von Kalium-Ionen aus der Zelle heraus. Die Bezeichnung “Kir” ist ein Akronym des englischen Ausdrucks “Kalium inward rectifier”, also Kalium-Einwärtsgleichrichter. Hiervon sollte man sich nicht verunsichern lassen: die physiologisch relevante Funktion des Kanals ist der Kalium-Auswärtsstrom! Der Strom durch diesen Kanal wird als IK1 bezeichnet. Er bedingt das stabile RMP. 4 Untereinheiten – ringförmig angeordnet – bilden bei diesem K+-Kanal die Kanalpore (vier Säulen auf denen der Kirchturm steht).

  • Initiale Depolarisation: Kationen fließen über gap junctions

    Katzen-Ion schließt sich an Strom an: Kabel führt über “gap”

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Expertenwissen

  • Anwendung: Kardioplegie

    Lahmes Herz liegt in Bananen-Flüssigkeit

    Für die Prüfung wurde ein Herz in einer Bananen-Lösung stillgelegt (Kardioplegie bei Herz-OPs): Die Prüfung dreht sich darum, das Herz wieder zum Leben zu erwecken. Eine Anwendung findet die absolute Refraktärzeit der Natriumkanäle in der Herzchirurgie: Um das Herz für die OP stillzulegen, umgibt man es mit einer stark Kalium-haltigen Flüssigkeit, der sog. Kardioplegie-Lösung. Die Kardiomyozyten werden dadurch dauerhaft depolarisiert und die Natriumkanäle können sich nicht von der Inaktivierung erholen. Elektrischer Stillstand ohne Kontraktion und verringerter Sauerstoffverbrauch sind die Folgen. Gute Bedingungen für eine Herz-OP also.

  • Anwendung: Kardioversion

    Ziel der Prüfung: umgedrehtes Herz

    In dieser Prüfung geht es wirklich um die Wurst: hier müssen die Ionen-Schüler Strom für eine Kardioversion generieren. Manche Rhythmusstörungen können eine elektrische Kardioversion erforderlich machen, was in etwa der Defibrillation eines schlagenden Herzens entspricht. Das genaue Prinzip ist an dieser Stelle nicht relevant. Höchst wichtig ist jedoch, dass der Elektroschock nicht in die vulnerable Phase des Herzschlages fallen darf, da sonst Kammerflimmern möglich würde. Moderne Geräte zur Kardioversion synchronisieren sich deshalb mit dem EKG-Rhythmus und wählen einen geeigneten Zeitpunkt für die Schockabgabe.

  • Relative Refraktärzeit: Vulnerable Phase

    Verwundetes Bananen-Ion

    Nachdem die zweite Hälfte der Repolarisation anbricht, erholen sich die ersten Natriumkanäle von der Inaktivierung. Wenn jetzt ein stark überschwelliger Reiz eintrifft, kann er theoretisch ein Aktionspotential auslösen. Dieses wird aber eine veränderte Form und geringere Amplitude aufweisen, da nur ein Teil der Natriumkanäle bereits zur Verfügung stehen. Die relative Refraktärphase wird auch als “vulnerable”, also verletzliche Phase bezeichnet, hier am zweiten verwundeten Bananen-Ion (vulnerable Phase) zu sehen. Die Stelle, an der das zweite verwundete Bananen-Ion vom Blitz weggepustet wird, entspricht der vulnerablen Phase. Wenn nämlich ein Reiz - entweder von außen oder von einem ektopen Schrittmacher in der Kammer - eine Herzmuskelzelle in der relativen Refraktärzeit trifft, kann die AP-Auslösung sog. kreisende Erregungen zwischen erregtem und unerregtem Myokard verursachen. Anhaltende Tachykardien bis Kammerflimmern sind die Folge.

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