DIY-MedTech Elektro-Physiologie - Team Iguana

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Einleitung
Definition Unter dem Begriff der Elektrophysiologie versteht man einen Teilbereich der Neurophysiologie, der Neurologie und der Biophysik. Zentrales Themengebiet ist dabei elektrische und chemische Interaktion und Kommunikation zwischen Neuronen.

Teilbereiche Im Bereich der Elektrophysiologie lassen sich zwei grundliegende Teilgebiete unterscheiden:

klinische Elektrophysiologie: Diese gehört zum medizinischen Fachbereich der Neurologie und dient in den meisten Fällen der Diagnostik von neuronalen Funktionsstörungen (wie z. B. eine abnormale Verlangsamung der Nervenleitgeschwindigkeit).

experimentelle Elektrophysiologie: Dieser Teil gehört zum biologischen Fachgebiet Neurophysiologie und befasst sich mit der Erforschung sämtlicher elektro-chemischer Vorgänge im gesamten Nervensystem. Wichtige Forschungsbereiche sind hier zum Beispiel die Analyse verschiedenster Ionentransportsysteme an der Zellmembran des Neurons. Weiterhin stehen die Übertragungsmechanismen an den Synapsen hinsichtlich der verwendeten Neurotransmitter und der beteiligten Ionen im Zentrum der experimentellen Elektrophysiologie.

Messmethoden

Klinische Elektrophysiologie:

Hierbei geht es um die Diagnose von diversen neurologischen Erkrankungen. Technische Hilfsmittel sind hier insbesondere:

- Elektroencephalogramm

- Elektroneurographie

- die Analyse der evozierten Potenziale

- Elektromyographie

Experimentelle Elektrophysiologie:

- Multielektrodenarray

- Patch Clamp Technik

Die Nervenzellen
Die Nervenzellen sind die elektrischen Leiter unseres Körpers. Sie leiten elektrische Signale aus dem Gehirn zu anderen Teile unseres Körpers und zurück. Sie nehmen Signale auf und geben Befehle aus, z.B. das Signal das sich ein Muskel zusammenziehen soll. Viele Signale müssen sehr schnell von A nach B transportiert werden und Fehler sind nicht erlaubt. Die menschliche Schaltzentrale befindet sich im Gehirn und dem Rückenmark. Wie die meisten Zellen in unserem Körper bestehen Nervenzellen aus einem Zellkern und einem Zellkörper. Sie besitzen aber noch weitere Merkmale. Die Dendriten sind Nervenfortsätze und dienen als Empfänger von Signalen. Sie leiten den Reiz in den Zellkörper weiter durch den Axonenhügel und das Axon leitet den Impuls weiter. Der Axon ist ebenfalls ein Fortsatz des Zellkörpers, jedoch länger und dicker. Einige Axone können bis zu einem Meter lang werden. Die Reizweiterleitung erfolgt über elektrische Potentiale welche über die Mylinschicht, die das Axon umringt, erzeugt wird. 

Wenn die Nervenzelle nicht erregt ist, besitz sie ein Ruhepotential von -70mV zwischem dem inneren der Zelle und dem äusseren der Zelle. Sobald ein Reiz oder ein Signal diese Zelle erregt, werden im inneren der Zelle verschiedene Veränderungen ausgeführt, die das Membranpotential verändert. Natriumkanäle an der Zellmembran werden geöffnet und Natrium-Ionen fliessen in die Zelle hinein. Diese lawinenartige Strömung verursacht eine Depolarisation der Zelle. Die Zelle besitzt nun ein positives Aktionspotential. Kalium-Ionen fliessen mit Verzögerung wieder aus der Zelle hinaus, welches die Zelle repolarisiert. Nach einer Refräkterzeit, wo die Zelle nicht auf Reize reagiert, hat die Zelle wieder ihr negatives Ruhepotential. Das vom Axon weitergeleitete Signal löst an den Synapsen die Ausschüttung eines Botenstoffes, welches andere Nervenzellen erregt.

Elektrokardiogramm (EKG)
Das Herz besteht grösstenteils nur aus Muskeln. Aus den Muskelkontraktionen geht eine elektrische Erregung voraus. Diese Erregung wird im Normalfall vom Sinusknoten angeregt. Die elektrischen Spannungsänderungen kann man an der Körperoberfläche messen und zeitlich festhalten. Mithilfe des EKG kann man Aussagen zur Gesundheit und Eigenschaft des Herzen erstellen.

Eine gesunde EKG-Welle sieht wie folgt aus. Diese Welle wird in verschiedene Bereiche unterteilt:

P-Welle Die P-Welle entspricht der Atriumkontraktion. Normalerweise entsteht der Reiz im Sinusknoten. Dieser Reiz breitet sich vom hohen rechten Vorhof in Richtung des AV-Knotens. Die Dauer der P-Welle ist maximal 0.1s.

QRS-Komplex Der QRS-Komplex entspricht der Kammererregung bzw. der Ventrikelerrung. Er dauert so um die 0.12s bei Menschen ohne pathologischen Veränderungen.

T-Welle Die T-Welle entspricht der Erregungsrückbildung der Kammern. 

Eine EKG-Welle wird auf einem karierten Blatt gedruckt um die zeitlichen Abstände und Spanungsänderungen normiert zu halten. Eine ganze Box gilt als 200ms und 0.5mV.

Herzschrittmacher
Hat der Patient Rhythmusprobleme kann ein Herzschrittmacher implantiert werden. Der Herzschrittmacher muss fähig sein das Myocardium des Herzens anzusteuerun und Signale auszusenden und zu fühlen. Grundsätzlich besitzt ein Herzschrittmacher eine Batterie um die Impulse zu senden, eine elektrische Schaltung, ein Gehäuse sowie die Leitungen um die Impulse zu senden. Es gibt verschiedene Herzschrittmacher, welche bipolar oder unipolar sein können und je Behandlung wird auch noch zwischen den Elektroden unterschieden. Es kann sein das sie im Endokard oder Epicard angemacht werden.

Die verschiedenen Modi des Herzschrittmachres werden in der Tabelle von der NASPE (North American Society of Pacing and Electrophysiology) festgetragen. Ein 3-stelliger Code gibt meistens Auskunft über die Funktion des Herzschrittmachers. Der wohl am häufigsten verwendete Modus ist der VVI. Er wird bei Patienten verwendet wo die Ventrikelaktivität nicht mehr zuverlässig ist. Er gilt auch als Bedarfsschrittmacher. Der DDD kommt der Funktion des Herzens am nächsten. 



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