PQRST steht für: Mein Herz schlägt!

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Hintergrund

Geschrieben und inspiriert durch einen ursprünglichen Prototypen von Amy Kuklev, Arizona State University.

Es schlägt, und schlägt, und schlägt. Dein Herz arbeitet ununterbrochen, Tag und Nacht, damit Blut und Sauerstoff durch deinen Körper fließen. Wusstest du schon, dass das Herz, genauso wie Nervenzellen und Muskeln, Spikes (elektrische Impulse) benötigt um zu funktionieren? Unser Herz besteht aus vier Kammern, die oberen zwei werden Atrien genannt und die unteren zwei Ventrikel. Rhytmische elektrische Signale werden im rechten Atrium (der "Schrittmacher") generiert und fließen in alle Herzregionen. Deswegen kontrahieren unsere Herzmuskeln und pumpen das Blut durch deine Gefäße.

Diese elektrischen Signale werden vom Zentrum des Kreislaufsystems reguliert, mit seinem Hauptsitz in der Medulla oblongata deines Gehirns. Die Medulla oblongata ist die letzte Haltestelle deines Gehirns vor der Wirbelsäule und kontrolliert lebenswichtige Funktionen:

z.b. -Atmen -Herzrhytmus -Blutdruck. Dein Herz kann zwar von schlagen ohne dass es Signale des Gehirn bekommt, braucht aber hin und wieder eine Anweisung schneller oder langsamer zu schlagen. In extremen Situationen muss das gesamte System beschleunigt werden. Dazu schickt das kardiovaskuläre Zentrum Signale damit die Herzrate und Kontraktionsstärke der Muskeln reguliert werden können. Beim Sport, im aufgeregten Zustand oder in Notsituationen werden Hormone ausgeschüttet. Ein Beispiel dafür ist das Adrenalin (Epinephrin). Es wird ausgeschüttet wenn du aufgeregt, verängstigt oder nervös bist.

Das Signal, das wir hier messen wird Elektrokardiogramm, abgekürzt EKG, genannt. Wir messen "elektrische Wellen", die durch sequentielle Aktivierung deiner Herzkammern entstehen und zum Schlagen des Herzens führen. Das Herz besteht aus speziellen Muskelzellen. Diese Muskelzellen feuern Aktionspotentiale um zu kontrahieren, die wir aufnehmen können. Genauso, wie Aktionspotentiale von Muskelzellen entstehen diese Aktionspotential durch den Fluss von Natrium und Kalium. Die Kaliumkanäle im Herzen brauchen aber viel länger um geöffnet zu werden. Deswegen dauern die Aktionspotentiale im Herzen 200ms und sind somit um einiges länger als Aktionspotentiale in Nervenzellen (1 ms) und Muskeln (3 ms). Der Herzrhytmus wird meistens mit Schlägen pro Minute angegeben, die Feuerrate von Nervenzellen in Hertz (d.h.: wie viele Spikes pro Sekunde?). [1/s=Hz]

Wie du oben sehen kannst besitzt das Herz spezielle myokardiale Zellen, auch Schrittmacherzellen genannt. Sie generieren rhytmische Aktionspotentiale, die dein Herz kontrollieren. Die Schrittmacherzellen bringen die restlichen myokardialen Zellen in bestimmter Reihenfolge zum Kontrahieren (zuerst die Atrien, dann die Ventrikel). Deswegen kann dein Herz auch ohne Einfluss des Gehirns schlagen! Die Schrittmacherzellen synchronizieren den Ablauf (sobald die Herzmuskelzellen ungeordnet kontrahieren, führt das zu einer "Fibrillation" welche lebensbredohlich sein kann). Stell dir eine LAOLA bei einer Sportveranstaltung im Stadion vor: Viele Leute müssen exakt koordiniert handeln damit die Welle ausbrechen und fortbestehen kann. ähnlich siehts bei dir im Herzen aus. Ausgewählte Gruppen der Herzellen müssen im richtigen Moment kontrahieren damit das Blut effektiv durch den Körper fließen kann.

Wir können mit der Heart and Brain SpikerBox diesen koordinierten Ablauf messen! Die Herzkontraktion weißt meistens eine sehr einprägsame Kurve auf. Jeder hat sie wohl schonmal im Fernsehen gesehen: die´ P Welle, den QRS Komplex und die T Welle. Je nach Elektrodenplatzierung kannst du sie erkennen oder nicht. Lasst es uns doch einfach ausprobieren!

Downloads

Bevor's losgeht, geh' sicher dass du unseren Backyard Brains Spike Recorder auf deinem Computer installiert hast. Das Backyard Brains Spike Recorder Programm erlaubt es dir deine Daten aufzunehmen und anzusehen während du dein Experiment machst! Wir haben ein Video hierfür vorbereitet!

Spike Recorder Software um Daten aufzunehmen und zu speichern

Video Tutorial zum Experiment

Ablauf

In diesem Experiment werden wir deinen Herzrhytmus messen und seine Veränderungen untersuchen.

1. Du kannst die Elektroden an vielen Stellen platzieren. Wir von BYB sind auch neu in diesem Gebiet und lernen zusammen mit euch etwas über das "Einthoven-Dreieck" und über die Kunst der Elektrodenplatzierung und der Interpretation des EKGs. Wir haben herausgefunden, dass es am leichtesten geht, wenn man einfach zwei Elektroden auf die Pulsadern der Handgelenke klebt!
2. Also: zwei Elektroden auf die Innenseite der Handgelenke und eine auf einen Handrücken.
3. Die roten Alligatorclips verbindest du mit den Elektroden auf den Pulsadern und den schwarzen Alligatorclip mit der Stickerelektrode deines Handrückens.
4. Machnmal stören Handgelenksmuskeln die Aufnahme: Deswegen entspanne dich komplett! Das sauberste Signal kannst du messen wenn du die Elektrodenpatches samt roter Alligatorclips direkt beim Herzen und der linken Brust aufklebt (schwarzer Alligatorclip dient der Erde und kann irgendwo auf der rechten Brust platziert werden). Kann allerdings Aufsehen erregen, wenn du das an öffentlichen Orten machst.
5. Verbinde das orangene Kabel mit der orangenen Buchse deiner Heart and Brain SpikerBox.
6. Den PC mit einem USB Kabel anzuschließen funktioniert ähnlich, das eine Ende in die Heart and Brain SpikerBox und das andere Ende in die USB Buchse deines Computers. Oder du verbindest die H & B SpikerBox mit deinem Smartphone indem du das grüne Kabel benutzt.
   
7. öffne die SpikeRecorder Software und verbinde den USB Port im Settings Menü.
8. Warte für 1-2 Sekunden... und schon solltest du die Impulse deiner Herzmuskelkontraktion auf deinem Bildschirm sehen.
9. Wenn du sehr starke Störgeräusche aufnimmst, versuche einen anderen Computer als Stromzufuhr zu benutzen. Man sieht am meisten Rauschen, wenn der Akku des Laptops schwach wird oder wenn der Computer an einer Steckdose steckt. Manchmal kann das Wechseln der Steckdose bereits eine Wirkung haben. Wichtig ist noch, dass du still hälst, da Muskelbewegung ebenfalls dein EKG stören. Sitzend mit den Händen auf den Knien funktioniert am besten.
10. Falls dein EKG ausschaut als stünde es auf dem Kopf musst du nur die Positionen der beiden roten Alligatorclips austauschen.
11. Wenn du deine Daten aufnehmen willst, musst du nur auf den roten Knopf im rechten oberen Eck drücken: "Record". Du kannst die Aufnahme als .wav Datei speichern.
12. Trenne dich von deinen Alligatoren und mach ein paar Liegestütze, Kniebeugen, Hampelmänner oder Skippings um deine Herzrate zu erhöhen.
13. Verbinde wieder das orangene Elektrodenkabel mit deinen Elektrodenpatchges und beobachte wie deine Herzrate gestiegen ist. Drücke auf das Wellensymbol der Software und danach auf das Herz. Jetzt kannst du deinem Rhytmus zuhören!

Diskussion/ weiterführende Gedanken

1. Messen wir Herzaktionspotentiale von den Schrittmacherzellen oder nehmen wir nur die Muskelkontrationen des Herzens auf? Versuch deine Hypothese zu beweisen.
2. Unsere SpikeRecorder Software ist dafür gemacht, dass sie einfach zu bedienen ist. Wenn du sie hacken willst kannst du das Gerät gerne modifizieren. Zum Beispiel die Datei die bestimmt wie die Daten gespeichert werden. Download Sie einfach hier. Benutze hierfür ein anderes Arduino Schema, welches du unter diesem link finden kannst.

Du hast noch nicht genug?

• Es gibt so viele Möglichkeiten wo man die Elektroden platzieren kann- wie beeinflusst die Position das Signal, welche Unterschiede kannst du sehen? Ist das Signal ein anderes wenn du die Elektroden auf einer Linie näher zueinander bringst? Was passier wenn sie dem Herzen näher kommen.
• Schau dir die Effekte von unterschiedlichen Zuständen an. Ist die Amplitude oder die Frequenz meiner Herzrate erhöht, wenn ich gerade -joggen war -n' Kaffee getrunken hab -meine Luft angehalten hab -ganz tiefe lange Atemzüge machen vs. ganz schnelle flache -sitze oder stehe. Oder was im Allgemeinen einen Effekt haben könnte: -Alter -Sportlichkeit -Ernährung etc.
• Wenns draußen richtig heiß oder richtig kalt ist, vergleiche deine Herzraten. Draußen gg drinnen! Pass' auf dich und deine Geräte auf, dass sie nicht nass werden.
• Was hat Essen für einen Einfluss? Also vorher gegen nachher? Was genau für eine Aufgabe könnte denn das Blut bei der Verdauung haben?
• Was könnte noch meinen Herz zum Höherschlagen bringen? Denkt aber immer daran: Safety First!