Das Aktionspotential einer Herzmuskelzelle ist ein grundlegender Prozess, der die Kontraktion des Herzens und somit die Aufrechterhaltung des Blutkreislaufs ermöglicht. Um zu verstehen, wie das Herz regelmäßig frisches Blut in den Körper pumpen kann, ist es wichtig, die elektrischen Signale zu verstehen, die diese Kontraktionen steuern. Dieser Artikel erklärt auf einfache Weise, wie diese elektrischen Signale, die Aktionspotentiale, in den Herzmuskelzellen entstehen und wie sie die Herzfunktion beeinflussen.
Das Erregungsleitungssystem des Herzens
Das Herz besitzt ein eigenes, autonomes System zur Erzeugung und Weiterleitung elektrischer Impulse, das Erregungsleitungssystem. Dieses System besteht aus spezialisierten Herzmuskelzellen, den sogenannten Schrittmacherzellen, die die elektrischen Impulse für die Kontraktion an die muskuläre Wand (Myokard) des Herzens weiterleiten.
Der Sinusknoten: Der Taktgeber des Herzens
Der Sinusknoten im rechten Vorhof ist der primäre Schrittmacher und somit der Startpunkt der Erregungsleitung. Er gibt den Rhythmus für die Herzschläge vor und sendet elektrische Signale über die Vorhofmuskulatur an den AV-Knoten weiter.
Der AV-Knoten: Die Verzögerungsstation
Der Atrioventrikularknoten (AV-Knoten) ist ein weiteres Schrittmacherzentrum, das die elektrischen Impulse vom Sinusknoten empfängt. Er verzögert die Erregungsleitung, um sicherzustellen, dass die Vorhofkontraktion und die Kammerkontraktion zeitlich versetzt ablaufen können.
His-Bündel, Tawara-Schenkel und Purkinje-Fasern: Die Weiterleitung
Vom AV-Knoten aus werden die elektrischen Impulse über das His-Bündel, die Tawara-Schenkel und die Purkinje-Fasern an die Kammermuskulatur (Ventrikelmyokard) weitergeleitet. Dies ermöglicht die koordinierte Kontraktion der Herzkammern.
Lesen Sie auch: Reizweiterleitung durch chemische Synapsen
Das Aktionspotential im Detail
Ein Aktionspotential ist eine kurzzeitige Änderung des Membranpotentials, also der elektrischen Spannung an der Zellmembran. Diese Änderung ermöglicht die Reizweiterleitung. Im Herz wird dieses Aktionspotential durch die Schrittmacherzellen eigenständig und spontan erzeugt.
Ruhepotential
Im Ruhezustand hat eine Herzmuskelzelle ein negatives Membranpotential von etwa -90 mV. Dies wird als Ruhepotential bezeichnet und durch eine ungleiche Verteilung von Ionen (hauptsächlich Natrium, Kalium und Calcium) zwischen dem Zellinneren und dem Zelläußeren aufrechterhalten. Intrazellulär ist die Kaliumkonzentration hoch, während die Konzentration von freiem Calcium und Natrium niedrig ist. Extrazellulär ist es genau umgekehrt.
Depolarisation: Die Erregung
Um ein Aktionspotential auszulösen, muss die Zelle depolarisiert werden, d.h. ihr Membranpotential muss positiver werden. Dies geschieht durch den Einstrom von Natriumionen (Na+) in die Zelle. Spannungsgesteuerte Natriumkanäle öffnen sich, sobald ein Schwellenwert von etwa -50 mV erreicht ist, und lassen Natriumionen schnell ins Zellinnere strömen. Die Innenseite der Zelle wird dadurch positiv geladen (ca. +20 mV).
Repolarisation: Die Erholung
Nach der Depolarisation muss die Zelle repolarisiert werden, um ihr Ruhepotential wiederherzustellen. Dies geschieht durch den Ausstrom von Kaliumionen (K+) aus der Zelle. Spannungsgesteuerte Kaliumkanäle öffnen sich und lassen Kalium aus der Zelle ausströmen, wodurch die Innenseite der Zelle wieder negativ geladen wird.
Refraktärzeit: Die Ruhephase
Nach dem Ablauf des Aktionspotentials kann die Zelle für eine kurze Zeit nicht erneut erregt werden. Diese Phase wird als Refraktärzeit bezeichnet und dient dazu, eine ungeordnete Erregungsausbreitung zu verhindern. Es gibt zwei Phasen der Refraktärzeit:
Lesen Sie auch: Herz- versus Nervenzellen: Aktionspotential
- Absolute Refraktärzeit: Während dieser Phase können sich die Natriumkanäle nicht öffnen, unabhängig von der Stärke des Reizes.
- Relative Refraktärzeit: Während dieser Phase ist ein stärkerer Reiz erforderlich, um ein Aktionspotential auszulösen.
Das Aktionspotential im Elektrokardiogramm (EKG)
Die elektrischen Ströme, die während der Depolarisation und Repolarisation entstehen, können mit einem Elektrokardiogramm (EKG) aufgezeichnet werden. Das EKG zeigt die Summe der elektrischen Aktivitäten aller Herzmuskelzellen und ermöglicht die Beurteilung der Herzfunktion.
Die P-Welle: Vorhoferregung
Die P-Welle im EKG entspricht der Erregung (Depolarisation) der Vorhöfe.
Der QRS-Komplex: Kammererregung
Der QRS-Komplex entspricht der Erregung (Depolarisation) der Kammern.
Die T-Welle: Kammererholung
Die T-Welle entspricht der Erholung (Repolarisation) der Kammern.
Einfluss des Nervensystems auf das Aktionspotential
Das autonome Nervensystem kann die Herzfrequenz und die Kontraktionskraft des Herzens beeinflussen.
Lesen Sie auch: Grundlagen der Nervenimpulse
Sympathikus: Die Beschleunigung
Der Sympathikus erhöht die Herzfrequenz und die Kontraktionskraft des Herzens.
Parasympathikus: Die Verlangsamung
Der Parasympathikus verlangsamt die Herzfrequenz.
Störungen der Erregungsleitung
Störungen der Erregungsleitung können zu Herzrhythmusstörungen führen. Eine der häufigsten Herzrhythmusstörungen ist das Vorhofflimmern.
Vorhofflimmern
Vorhofflimmern entsteht durch eine Störung der Frequenz zwischen Vorhöfen und AV-Knoten. Es kann zu unregelmäßigen Herzschlägen, Herzrasen, Symptomen einer Herzinsuffizienz oder einem erhöhten Thromboserisiko führen.
Wolff-Parkinson-White-Syndrom
Beim Wolff-Parkinson-White-Syndrom kommt es zu einer Art "Kurzschluss" der elektrischen Isolationsschicht zwischen Vorhöfen und Kammern. Dies führt zu einem beschleunigten Herzschlag (Tachykardie).
tags: #vorteil #aktionspotential #herzmuskelzelle