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Anatomische Diagnostik - Elektrokardiogramm (EKG)

Das Elektrokardiogramm (EKG) ist ein Verfahren zur Darstellung der elektrischen Erregungsausbreitung im Arbeitsmyokard, der Muskulaturdes Herzens. Es handelt sich um eines der ältesten diagnostischen Verfahren der Medizin und die bereits 1903 von Willem Einthoven verwendete technische Grundlage und Terminologie wird bis heute nahezu unverändert verwendet. Die zusätzlich später eingeführten Ableitungen sind nach Frank N. Wilson und Emanuel Goldberger benannt.

Das EKG ist das einzige Verfahren zur Erkennung von Herzrhythmusstörungen sowie elektrischer Blockaden wie Schenkel- und Faszikelblöcken. Es spielt außerdem eine entscheidende Rolle in der Diagnostik des akuten Myokardinfarkts und kann indirekt auf die Vergrößerung einzelner Herzabschnitte hinweisen.

EKG-Aufzeichungen können in Ruhe und unter Belastung von der Körperoberfläche oder invasiv über einen Gefäßzugang sowie perioperativ intrakardial abgeleitet werden.

Kurzfakten EKG-Aufzeichungen
Ruhe-EKG = eine, in wenigen Sekunden, am liegenden Patienten durgeführte, Ableitung
Langzeit-EKG = eine Aufzeichnung über 24, 48 oder auch 72 Stunden
Implantierbarer Herzmonitor = Monitore, die das EKG entweder kontinuierlich aufzeichnen oder wie ein sogenannter Event-Recorder arbeiten
Telemetrie und Monitoring = pausenlose EKG-Aufzeichnungen während eines stationären Aufenthalts
Intrakardiales EKG (Mapping) = ein intrakardiales EKG welches über Elektroden abgeleitet wird, der Herzmuskulatur direkt anliegen
Vektorkardiographie = Erfassung des räumliche Verlaufs der Erregungsausbreitung
Belastungs-EKG = ein EKG unter körperlicher Belastung (Fahrrad-Ergometer, Laufband) des Patienten

Prinzip

Grundlagen

Etwa 99% der Masse des Herzens sind Zellen des Arbeitsmyokards. Dazu zählen Myokardzellen, die nicht selbstständig Aktionspotentiale erzeugen können, die aber durch elektrische Erregungswellen, die von den Zellen des Erregungsbildungssystems erzeugt und von den Zellen des Erregungsleitungssystems fortgeleitet werden, angeregt werden.

Systema conducens cordis (Erregungsleitsystem des Herzen)

Bei den Zellen des Erregungsbildungs- und -leitungssystems handelt es sich um spezialisierte Kardiomyozyten. Durch ein jeweils spezifisches Expressionsmuster von Ionenkanälen und Transportern in der Zellmembran sind sie entweder zur Erzeugung oder Weiterleitung von Erregung befähigt.

Um eine durch das Herz gesteuerte Zirkulation des Blutes im gesamten Körper zu gewährleisten, ist eine synchrone Herzaktion notwendig. Diese wird im Normalfall durch eine Erregung des Sinusknotens ausgelöst, die sich einem bestimmten Ausbreitungsmuster folgend, elektrisch über das gesamte Myokard ausbreitet. Auf die Erregung der Zellen folgt ihre Kontraktion und damit eine mechanische Herzaktion.

Zellen des Erregungsbildungssystems besitzen kein stabiles Ruhemembranpotential, sie depolarisieren (erregen) spontan. Arbeitsmyokardzellen hingegen besitzen ein stabiles Ruhemembranpotential, das durch Erregung von außen geändert wird. Eine Störung der Synchronität der Erregung des Arbeitsmyokards beider Herzhälften liegt bei Schenkelblöcken vor. Sie sind ein sehr häufiger EKG-Befund und haben mannigfaltige diagnostische und klinische Konsequenzen.

Die Grundlagen der Anatomie des Herzens und der Erregungsleitung werden in den folgenden Materialien umfassend behandelt:
 

Beteiligte anatomische Strukturen

Im EKG wird die elektrische Erregungsausbreitung des Arbeitsmyokards als Gesamtheit (Summationsvektor) dargestellt.

Ein positiver Ausschlag im EKG zeigt einen Verlauf des Summationsvektors entlang des Vektors zwischen den Elektroden, ein negativer eine Bewegung in die Gegenrichtung. Die dargestellte anatomische Struktur ist also das Arbeitsmyokard, wenngleich indirekt.

Hingegen wird das Erregungsbildungs- und -leitungssystem nicht dargestellt. Seine Masse ist zu gering, um noch vom EKG erfasst zu werden.

Terminologie

Die im EKG dargestellte Linie wird physikalisch als Spannungslinienkurve bezeichnet, in der klinischen Praxis ist der Begriff Stromkurve üblich. Die einzelnen Hebungen und Senkungen sind alphabetisch benannt: P-Welle, Q-Zacke, R-Zacke, S-Zacke und T-Welle. Gelegentlich folgt der T-Welle eine kleinere U-Welle. Sie ist inkonstant und ihr Ursprung ist umstritten.

Die jeweils mehrere Zacken bzw. Zacken und Wellen verbindenden Strecken werden als PQ-Strecke, QRS-Komplex, ST-Strecke und QT-Strecke bzw. QTU-Strecke bezeichnet.

Folgt die Stromkurve der Nulllinie, wird sie als isoelektrisch bezeichnet. Veränderungen der Linie oberhalb oder unterhalb der Nulllinie, obwohl diese eigentlich isoelektrisch sein müsste, werden Hebungen bzw. Senkungen genannt und bezeichnen grundsätzlich eine Abweichung vom Normal-EKG.

Folgende Ableitungen werden vorgenommen:

  • Einthoven-Ableitungen (I, II, III)
  • Goldberger-Ableitungen (aVL, aVR, aVF)
  • Wilson-Ableitungen (V1 bis V6)

Arten von EKG-Aufzeichnungen

Ruhe-EKG

Das „Ruhe-EKG“ ist die häufigste Form und stellt die klassische Art der EKG-Aufzeichnung dar. In wenigen Sekunden kann eine Ableitung am liegenden Patienten durchgeführt werden. Da die Aufzeichnungszeit sehr kurz ist, werden zeitweise auftretende (paroxysmale) Herzrhythmusstörungen häufig nicht erfasst.

Langzeit-EKG

Ist eine kurzzeitige Aufzeichnung in Ruhe nicht ausreichend, beispielsweise weil der Verdacht auf zeitweise Rhythmusstörungen besteht, kann ein Langzeit-EKG (Holter-EKG) angefertigt werden. Dieses trägt der Patient über 24, 48 oder auch 72 Stunden am Körper, danach erfolgt eine ärztliche Befundung.

Neben der Daueraufzeichnung gibt es auch die Möglichkeit, ein vom Patienten getragenes EKG-Gerät als Event-Recorder einzustellen. Das Gerät wird vom Patienten zu bestimmten Zeiten oder bei bestimmten äußeren Gegebenheiten (z.B. körperliche Betätigung) ein- oder ausgeschaltet, ebenso kann es so programmiert werden, dass es bei Registrierung bestimmter Ereignisse die Aufzeichnung beginnt.

Implantierbarer Herzmonitor

Implantierbare Herzmonitore können das EKG entweder kontinuierlich aufzeichnen oder wie ein Event-Recorder arbeiten und die Aufzeichnung erst nach Registrierung bestimmter Ereignisse beginnen. Die Geräte können von extern ausgelesen werden und die Batterien reichen meist für 2 bis 3 Jahre im Dauerbetrieb.

Telemetrie und Monitoring

Telemetrie und Monitoring bezeichnen pausenlose EKG-Aufzeichnungen während eines stationären Aufenthalts über einen bestimmten Zeitraum hinweg. Die EKG-Kurve wird direkt an eine Telemetrie-Einheit auf der Station übermittelt, so dass das Personal die Aufzeichnungen mehrerer Patienten zeitgleich überwachen kann.

Entsprechend der eingestellten Vorgaben wird das Personal akustisch und visuell über bestimmte Ereignisse informiert.

Intrakardiales EKG (Mapping)

Im Rahmen einer elektrophysiologischen Untersuchung (Zugang von außen über Gefäße) wird ein intrakardiales EKG über Elektroden abgeleitet, d.h. die Elektroden liegen der Herzmuskulatur direkt an. Es handelt sich dadurch um die genaueste Form der elektrokardiographischen Ableitung.

Der Untersucher ist im Zuge dessen in der Lage, ein 3-dimensionales Bild der anatomischen Strukturen mit den gewonnenen elektrophysiologischen Informationen zusammenzuführen, um den  Verlauf der elektrischen Erregung präzise darzustellen. Ein solches Verfahren wird als 3D-Mapping bezeichnet und darf nicht mit der Vektorkardiographie (s.u.) verwechselt werden.

Es findet Anwendung im Rahmen sog. komplexer Arrhythmien, die üblicherweise in Folge vorangegangener elektrophysiologischer Untersuchungen oder chirurgischer Eingriffe am Herzen auftreten.

Vektorkardiographie

Im Gegensatz zum EKG wird bei der Vektorkardiographie nicht nur der zeitliche, sondern auch der räumliche Verlauf der Erregungsausbreitung erfasst.

Obwohl das Verfahren eine Reihe an Vorteilen bietet, hat es sich in der Praxis nicht durchgesetzt und seine Anwendung ist wenigen, sehr speziellen diagnostischen Fragestellungen vorbehalten.

Belastungs-EKG

Beim Belastungs-EKG wird, wie der Name bereits andeutet, ein EKG unter körperlicher Belastung (Fahrrad-Ergometer, Laufband) des Patienten durchgeführt und dieses dann auf bestimmte Veränderungen hin untersucht. Damit können belastungsinduzierte Herzrhythmusstörungen und andere Veränderungen der elektrischen Erregungsausbreitung bzw. -rückbildung erfasst werden.

Ein Belastungs-EKG kann grundsätzlich auch einen akuten Myokardinfarkt und andere kardiovaskuläre Ereignisse provozieren und muss daher in einer klinischen Umgebung durchgeführt werden, die auf einen solchen Zwischenfall vorbereitet ist. Es kann auch mit einer Lungenfunktionsprüfung kombiniert werden.

Videoempfehlung: Herzmuskulatur (en)
Herzmuskulatur findet sich nur im Myokard und ist für die Kontraktion des Herzens verantwortlich.

Aussagekraft, Möglichkeiten und Grenzen

In Bezug auf Herzrhythmusstörungen liegen Sensitivität und Spezifität des EKG (sofern die Aufzeichnung lang genug ist, um sie zu erfassen) bei praktisch 100%.

Bezogen auf Myokardinfarkte sind Sensitivität und Spezifität geringer, da ein Myokardinfarkt nicht notwendigerweise mit EKG-Veränderungen einhergeht.
Beim Vorliegen einer Myokarditis, einer Perikarditis, einer Hypertrophie oder Elektrolytstörungen kann das EKG hilfreiche Hinweise liefern, Veränderungen sind aber häufig auch unspezifisch.

Durch die einfache Durchführbarkeit des Ruhe-EKGs ist es nahezu überall verfügbar und gehört zur Basisdiagnostik jeder Klinik und Praxis.

Typische Indikationen in der Klinik

  • V.a. Herzrhythmusstörungen
  • Basisuntersuchung bei V.a. Erkrankung des kardiovaskulären Systems (z.B. V.a. Myokardinfarkt)
  • Therapiekontrolle bei Einnahme bestimmter Medikamente, die mit potentiell gefährlichen Herzrhythmusstörungen einhergehen können
  • Präoperative Diagnostik

Besonderheit von EKG-Befundungen bei Kindern

Kinder stellen eine Besonderheit in der EKG-Befundung dar. Je nach Altersstufe sind bestimmte EKG-Phänomene, die beim Erwachsenen als pathologisch gelten würden, bei Kindern als Normalbefund zu werten und umgekehrt.

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Quellen anzeigen

Quellen:

  • Aumüller, G., Aust, G., Doll, A., et al. (2010). Duale Reihe – Anatomie (2. Auflage). Stuttgart: Georg Thieme Verlag. S. 534 ff.
  • Benninghoff, A., & Drenkhahn, D. (2003). Anatomie - Band 1 (16. Auflage). München: Urban & Fischer. S. 58 ff.
  • Herold, G. (2017). Innere Medizin (Auflage 2017). Köln: Gerd Herold. S. 281
  • Steffel, J., Lüscher, T. (2011). Herz-Kreislauf (Module Innere Medizin). Heidelberg: Springer-Verlag. S. 115
  • Gertsch, M. (2008). Das EKG (2. Auflage). Heidelberg: Springer Medizin Verlag. S. 115 ff.

Text, Review, Layout:

  • Andreas Rheinländer
  • Dr. med. Charlotte Barthe
  • Marie Hohensee

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