mini|Typisches 6-Kanal-EKG mini|Ein unauffälliges 12-Kanal-EKG Das Elektrokardiogramm (EKG) (zu , und ) ist die Aufzeichnung der SummationWillibald Pschyrembel: Klinisches Wörterbuch, 269. Auflage, Verlag Walter de Gruyter, Berlin / Boston 2023, ISBN 978-3-11-078334-6, S. 449. der elektrischen Aktivitäten aller Herzmuskelfasern mittels eines Elektrokardiografen (auch Elektrokardiograph geschrieben und EKG-Gerät genannt). Den Aufzeichnungsvorgang bezeichnet man als Elektrokardiographie. Das Elektrokardiogramm trägt im Deutschen auch die Bezeichnung Herzstrom- oder Herzspannungskurve, gelegentlich wird es auch Herzschrift genannt.
Jeder Kontraktion des Herzmuskels geht eine elektrische Erregung voraus, die im Normalfall vom Sinusknoten ausgeht. Über das herzeigene elektrische Leitungssystem aus spezialisierten Herzmuskelzellen läuft sie zu den übrigen Herzmuskelzellen. Diese elektrischen Spannungsänderungen am Herzen kann man an der Körperoberfläche messen und im Zeitverlauf aufzeichnen. Es ergibt sich ein immer wiederkehrendes Bild der elektrischen Herzaktion.
Mit dem EKG lassen sich vielfältige Aussagen zu Eigenschaften und Gesundheit des Herzens treffen. Zu beachten ist, dass das Oberflächen-EKG nur die elektrische Aktivität des Herzmuskels anzeigt, nicht jedoch die tatsächliche Auswurfleistung (Herzzeitvolumen) widerspiegelt. Meist wird das EKG von zunehmend verlässlicheren Computerprogrammen ausgewertet, was jedoch die Beurteilung der Aufzeichnung auf Papier oder auf dem Bildschirm durch den Arzt nicht entbehrlich macht.
Geschichte mini|Frühe Form der EKG-Ableitung nach Einthoven durch Eintauchen der Extremitäten in Wannen mit Salzlösung
1843 erkannte Carlo Matteucci durch Experimente an Taubenherzen, dass die Herztätigkeit auf elektrischen Vorgängen beruht. 1882 leitete der Physiologe Augustus Desiré Waller an seinem Hund Jimmy das erste Mal ein EKG ab, indem er dessen vier Pfoten in leitfähige Natriumchloridlösungen tauchte. 1887 konnte er erstmals Herzströme mit Hilfe eines Kapillarelektrometers aufzeichnen.
Die Instrumente wurden 1903 wesentlich von Willem Einthoven verbessert, der das EKG, aufbauend auf seinem ab 1895 entwickelten Saitengalvanometer, zu einem brauchbaren Diagnoseverfahren entwickelte und in der Klinik einführte. Die von ihm eingeführte Terminologie wird noch heute verwendet. Er wollte zunächst auf eine einzige Ableitung standardisieren, bei der der Patient beide Arme in getrennte Lösungen taucht (Einthoven I). Da das nicht ausreichte, kamen die weiteren Extremitätenableitungen Einthoven II (rechter Arm – linkes Bein) und III (linker Arm – linkes Bein) sowie später die um 1929/1930Paul Diepgen, Heinz Goerke: Ludwig Aschoff, Paul Diepgen, Heinz Goerke: Kurze Übersichtstabelle zur Geschichte der Medizin. 7. Auflage, Springer-Verlag, Berlin / Göttingen / Heidelberg 1960, S. 64. bekanntgemachten Wilson-Ableitungen an der Brustwand (nach Frank Norman Wilson, 1934) und die Goldberger-Ableitungen (nach Emanuel Goldberger, 1942) hinzu, welche unten erläutert werden. In den 1950er Jahren gab es bereits tragbare Elektrokardiographen, etwa das Modell Cardioscript von dem Alfelder Hersteller Elektroquenz Fritz Schwarzer GmbH.Schwarzer Elektrokardiographen. In: Münchener Medizinische Wochenschrift, 2. Januar 1953, Band 95, Nummer 1, S. XXXII.
Der österreichische Internist Friedrich Kraus und der deutsche Physiologe Georg Friedrich Nicolai publizierten 1910 eine Monografie mit dem Titel „Das Elektrokardiogramm des gesunden und kranken Menschen“. Sie bezeichneten die erste Erhebung (P nach Einthoven) als Atriumzacke A, die folgende negative Zacke als Ap, die zweite Erhebung (R nach Einthoven) als Initialzacke I, die vorhergehende negative Zacke (G [gemeint ist Q] nach Einthoven) als Ia, die nachfolgende negative Zacke (S nach Einthoven) als Ip, die dritte Erhebung (T nach Einthoven) als Finalschwankung F, die vorhergehende negative Zacke als Finalschwankung Fa und die nachfolgende negative Zacke als Ventrikelschwankung Fp. Die Zacken I und F kennzeichneten die „Ventrikelschwankungen“.Otto Roth: Klinische Terminologie. 10. Auflage. Verlag von Georg Thieme, Leipzig 1925, S. 146.Nikolaus von Jagić (Hrsg.): Handbuch der allgemeinen Pathologie, Diagnostik und Therapie der Herz- und Gefässerkrankungen. Band 2, Teil 1: Physiologie des Kreislaufes. Verlag Franz Deuticke, Leipzig 1875–1956.
Walter Guttmann erklärte 1909 und auch noch 1913: „Die Stromabnahme erfolgt von den beiden Armen beziehungsweise vom Anus und Oesophagus.“Walter Guttmann: Medizinische Terminologie. 3. Auflage. Verlag Urban & Schwarzenberg, Berlin / Wien 1909, Spalte 338; analog auch: 6./7. Auflage, Urban & Schwarzenberg, Berlin / Wien 1913, Spalte 353.|
Nutzen Das EKG ist ein schmerzloses, nicht eingreifendes (nicht-invasives), jederzeit wiederholbares und fast überall durchführbares Untersuchungsverfahren.
Aus dem EKG können Herzfrequenz, Herzrhythmus und der Lagetyp (elektrische Herzachse, vgl. Cabrerakreis) bestimmt und die elektrische Aktivität von Herzvorhöfen und Herzkammern abgelesen werden. Für die Diagnostik von Herzrhythmusstörungen wie Extraschlägen (Extrasystolen) und Störungen der Erregungsleitung und -ausbreitung (z. B. Schenkelblock und AV-Block) ist das EKG ebenso unverzichtbar wie zur Erkennung einer Myokardischämie oder eines Herzinfarktes. Störungen der Erregungsrückbildung (Repolarisation) können zu sogenannten Kammerendteilveränderungen (Veränderungen der ST-Strecke oder der T-Welle) führen. Die Aktivität eines Herzschrittmachers stellt sich als sehr schmaler, senkrechter Strich (Spike) dar.
Das EKG kann auch Hinweise auf eine Verdickung der Herzwand (Hypertrophie des Myokards), eine abnorme Belastung des rechten oder linken Herzens, Entzündungen von Herzbeutel (Perikarditis) oder Herzmuskel (Myokarditis) sowie Elektrolytstörungen und unerwünschte Arzneimittelwirkungen liefern.
Bezüglich der meisten Diagnosen liefert das EKG nur Hinweise und darf nicht unabhängig vom klinischen Bild beurteilt werden (z. B. Herzinfarkt, Hypertrophiezeichen, Myokarditis). Lediglich bei Störungen des Herzrhythmus oder der Erregungsleitung kann man aus dem EKG allein meist schon eine klare Diagnose stellen.
Physikalische Grundlagen Herzmuskelzellen weisen im Ruhezustand (wie alle Zellen) ein negatives Membranpotential auf, d. h. die Außenseite der Membran ist positiv geladen, während die Innenseite negativ geladen ist. Bei elektrisch erregten Zellen verhält es sich umgekehrt, hier ist der Extrazellularraum negativ geladen. Das EKG misst Spannungen an der Körperoberfläche, die von der Ladungsverteilung im Extrazellularraum herrühren; intrazelluläre Ladungen werden nicht erfasst. Eine extrazelluläre Spannungsmessung zwischen zwei Punkten über der Plasmamembran einer Herzmuskelzelle würde nur dann eine elektrische Spannung ungleich null ergeben, wenn an genau einer der beiden Elektroden die Membran depolarisiert ist, denn zwischen positiv und positiv oder negativ und negativ besteht keine Potentialdifferenz.
Zur Vereinfachung der mathematischen Beschreibung soll die Ladungsverteilung in diesem kleinen Teil des Herzmuskels zum elektrischen Dipol idealisiert werden. Dabei wird die gesamte negative Ladung gedanklich auf einen Punkt am erregten Membranabschnitt konzentriert, während die gesamte positive Ladung in gleicher Weise dem nicht erregten Abschnitt zugeschrieben wird. Die Strecke Vektor d von der negativen zur positiven Ladung multipliziert mit der Ladung q ist dann gleich dem elektrischen Dipolmoment Vektor p:
Für das elektrische Potential im Feld eines Dipols gilt in Abständen r, die den Abstand der Ladungen bei weitem übersteigen, die Gleichung
.
Zwischen den Punkten A und B, die sich im gleichen Abstand r von Zentrum des Dipols befinden (die Vektoren zu den beiden Punkten können sich trotzdem unterscheiden), besteht demnach die Spannung
.
Die Bildung des Skalarproduktes
kann dabei als Projektion des Vektors p auf die Gerade durch A und B verstanden werden. Da alle weiteren Größen zeitlich konstant sind, lautet die entscheidende Erkenntnis zum Verständnis des EKG, dass die gemessene Spannung zum projizierten Anteil des Dipolmoments proportional ist:
Bei Betrachtung des gesamten Herzens müssen freilich viele solcher Dipolmomente berücksichtigt werden, die beschriebenen Zusammenhänge gelten jedoch weiterhin, wenn man p durch die Summe aller Dipolmomente P ersetzt. Anstelle der Punkte A und B treten in der Praxis des EKG Ableitungen, deren korrespondierende Vektoren im Cabrerakreis abgelesen werden können. Zur Ableitung I, die zwischen dem rechten und linken Arm gemessen wird, gehört beispielsweise ein Vektor, der horizontal nach links zeigt.
Umgekehrt kann auch aus gemessenen Spannungen der Vektor des summierten Dipolmoments errechnet werden. Dazu sind mindestens drei Ableitungen notwendig, deren Vektoren linear unabhängig sind, also nicht alle in einer Ebene liegen. Die sich ergebende Darstellung des EKG durch einen im zeitlichen Verlauf im 3D-Raum rotierenden und in der Länge veränderlichen Pfeil heißt Vektor-EKG.
Arten mini|Tragbarer EKG-Monitor mit integriertem Defibrillator und externem Schrittmacher mini|Nahansicht mit erkennbarem Sinusrhythmus
Ruhe-EKG Das normale Ruhe-EKG wird meist im Liegen angefertigt. Da es nur einige Sekunden dauert, kann man es auch bei Notfällen gut durchführen. Es ist als kardiologische Basisuntersuchung die Variante mit der größten Aussagekraft. Nur zeitweise auftretende Herzrhythmusstörungen (z. B. Extrasystolen, Salven, nächtliche Pausen) werden eventuell nicht erfasst.
Langzeit-EKG Zur Aufzeichnung des Langzeit-EKGs (synonym: Holter Monitor oder kurz Holter; benannt nach seinem Erfinder Norman Jefferis Holter) trägt der Patient meist über 24, manchmal auch über 48 oder 72 Stunden ein tragbares EKG-Gerät mit sich. Es werden kontinuierlich meist zwei oder drei Kanäle abgeleitet. Es wird in erster Linie zur Rhythmusdiagnostik verwendet und beantwortet die Fragen, ob durchgehend ein Sinusrhythmus vorliegt und dieser der körperlichen Belastung entsprechend variabel ist, ob Pausen oder Bradykardien vorkommen (z. B. passagere Sinusbradykardie bei Sick-Sinus-Syndrom, AV-Blockierungen, bradykardes Vorhofflimmern), oder kann dem Nachweis bösartiger Herzrhythmusstörungen (z. B. ventrikuläre Salven oder ventrikuläre Tachykardien) dienen. – Davon abzugrenzen ist der Event-Recorder, welcher vom Patienten während bestimmter Ereignisse (englisch: event) ein- und ausgeschaltet wird. Er speichert die Daten. Wie beim Holter werden die Elektroden für mehrere Tage auf die Haut geklebt; es gibt auch implantierbare Ereignisrecorder, welche mehrere Jahre belassen und über Magnetspulen ausgelesen werden können.
Belastungs-EKG Bei der Ergometrie wird üblicherweise entsprechend WHO-Schema der Patient definiert belastet. Dies wird verwendet, um das maximale Belastungsniveau sowie den Anstieg von Blutdruck und Herzfrequenz unter Belastung zu bestimmen. Des Weiteren können belastungsinduzierte Herzrhythmusstörungen sowie Erregungsrückbildungsstörungen provoziert und dokumentiert werden. Abgebrochen werden sollte das Belastungs-EKG, wenn der Blutdruck zu hoch ansteigt, bei fehlendem Blutdruckanstieg und Blutdruckabfall, bei Angina Pectoris, bei allgemeiner Erschöpfung (Schwindel, Atemnot, Schmerzen in den Beinen etc.) und wenn der Maximalpuls erreicht ist (Faustregel zur Berechnung: [220 minus Lebensalter in Jahren] pro Minute). Blutdruck und Herzfrequenz sollten auch noch während einer Erholungsphase gemessen werden.
Fetales EKG Das fetale Elektrokardiogramm ist ein selten in der Pränataldiagnostik verwendetes Verfahren zur vorgeburtlichen Analyse der kindlichen Herzaktionen. Hierbei kann nach Blasensprung das EKG direkt via spezieller Elektroden von der Kopfhaut des Fötus oder indirekt über die Bauchdecke oder das Rektum der Schwangeren abgeleitet werden.Pschyrembel: Klinisches Wörterbuch. CD-ROM Version 2002.
Telemetrie