Das Herz in 3D

Modellen

Die Anatomie ist ein volumetrisches Vierkammer-Mesh aus 1,77 Millionen Tetraedern, gewonnen aus einem statistischen Formmodell für die elektromechanische Simulation und einmalig vorverarbeitet zu einer Punktwolke aus 9 603 Punkten plus den Randflächen. Jeder Knoten trägt universelle Herzkoordinaten: rho transmural vom Endokard zum Epikard, z apikobasal von der Spitze zur Klappenebene und phi rotatorisch um die Längsachse. Die Faszikel, die Purkinje-Kopplungen und der APD-Gradient werden in diesem System platziert und nicht in dem des Bildschirms, weshalb die Muskelvolumina die tatsächlichen sind — linker Ventrikel 135 cm³, rechter 52, die Vorhöfe 23 und 22.

Das Reizleitungssystem ist ein Graph und keine Zeichnung. Sinusknoten, drei internodale Bahnen, Bachmann-Bündel, AV-Knoten, His-Bündel, rechter Schenkel, linker Schenkel mit vorderem und hinterem Faszikel sowie die Purkinje-Fasern liegen in einem gemeinsamen, ID-basierten Baum, in dem jede Purkinje–Muskel-Kopplung die ID ihres Graphknotens und ihre Ankunftszeit über die Kette der Elternknoten trägt. Räumliche Nähe gilt nie als elektrische Verbindung. Deshalb lässt sich ein Block als eine einzige Kante mit der Leitfähigkeit null setzen: alles Nachgeschaltete verstummt von selbst, statt von Hand umgemalt zu werden.

Die Aktivierungszeit in jedem Muskelpunkt wird von dort aus mit dem Dijkstra-Algorithmus über ein Nachbarschaftsnetz gelöst, wobei die Kosten einer Kante der Abstand geteilt durch die Leitungsgeschwindigkeit sind — 1,05 m/s in den Vorhöfen, 0,52 m/s im Kammermyokard. Vorhöfe und Kammern haben getrennte Netze, weil die Klappenebene isoliert, genau wie es der Faserring in Wirklichkeit tut, und der einzige Weg zwischen ihnen führt über den AV-Knoten und das His-Bündel. Das ist keine Vereinfachung, sondern der ganze Punkt: beim totalen AV-Block laufen Vorhöfe und Kammern in je eigenem Takt, weil keine Kante mehr übrig ist, die sie verbindet.

Die Repolarisation wird als Dauer aufgeprägt und nicht als zweite Welle — jeder Punkt repolarisiert, wenn sein Aktionspotenzial zu Ende ist. Das Aktionspotenzial ist im Endokard länger als im Epikard, ein Gradient von etwa 90 ms quer durch die Wand, sodass das Epikard zuerst repolarisiert, obwohl es zuletzt depolarisiert wurde. Die Repolarisationswelle läuft also rückwärts durch die Wand, und das ist die ganze Erklärung dafür, dass die T-Welle mit dem QRS konkordant ist. Ohne den Gradienten wäre eine normale T-Welle negativ.

Das EKG ist nirgends gezeichnet. Jeder Punkt steuert einen Dipol in Ausbreitungsrichtung bei, geschätzt als Gradient des Aktivierungszeitfelds und während der Repolarisation umgekehrt; das Signal einer Ableitung ist die Summe der Projektionen aller Dipole auf das Feld dieser Ableitung, verschmiert mit einem Gauß-Kern. Die Extremitätenableitungen werden aus einem physikalischen Feld an den tatsächlichen Elektrodenpositionen berechnet, sodass I + III = II von selbst herausfällt — das Einthoven-Dreieck ist hier eine Folge und keine einprogrammierte Regel. Die Brustwandableitungen werden auf ihre klassischen Achsen projiziert. Die Kalibrierung erfolgt einmalig gegen ein normales EKG (R ≈ 1,15 mV in Ableitung II), und die Normaleinstellungen ergeben dann P 92 ms, PR 163 ms, QRS 74 ms, QT 360 ms und eine frontale elektrische Herzachse von +64°.

Aktivierung: t(j) = min_i ( t(i) + d_ij / v )APD(x) = APD₀ + ΔAPD · (0,5 − rho) rho: 0 Endokard, 1 Epikardt_rep(x) = t(x) + APD(x)ê(x) = ∇t(x) / |∇t(x)| Dipolrichtung, umgekehrt bei der RepolarisationV_L(t) = Σ_x w(x) · ê(x) · L_L(x) · K(t − t(x))L_I = φ_LA − φ_RA und damit I + III = II, ohne dass es gesetzt wird

Vad som är värt att pröva

• Wenckebach wählen und die PR-Zeit Schlag für Schlag verfolgen, während man den AV-Knoten betrachtet. Die Verzögerung wächst, bis ein Vorhofimpuls gar nicht mehr durchkommt und die P-Welle allein steht. Der Unterschied zum Typ 2 ist nicht kosmetisch: dieser Block sitzt im Knoten, während Typ 2 unterhalb des His sitzt — derselbe ausgefallene Schlag, völlig andere Prognose und völlig andere Maßnahme.
• Rechtsschenkelblock einschalten und sehen, wie die rechte Kammer über Muskelgewebe statt über den Schenkel aktiviert wird. Die Welle kriecht quer über das Septum, der QRS wächst von 74 auf 154 ms und die späte Kraft zeigt nach vorn rechts — das ist die ganze Erklärung für rSR′ in V1 und die breite S-Zacke in V6.
• Auf Linksschenkelblock umschalten. Jetzt läuft die Aktivierung in die andere Richtung und der QRS wird 134 ms breit, mit linksverschobener Herzachse. Zu beachten ist, dass das Septum verkehrt herum aktiviert wird: deshalb verschwinden die septalen q-Zacken, und deshalb sind ST-Strecke und T-Welle beim Schenkelblock nicht auf die übliche Weise zu deuten.
• WPW wählen und das Tempo herunterdrehen. Die akzessorische Bahn umgeht den AV-Knoten vollständig, sodass die Kammer zu aktivieren beginnt, bevor der Knoten durchgelassen hat — die PR-Zeit verkürzt sich, und die frühe langsame Muskelaktivierung IST die Deltawelle. Das Herz drehen und sehen, wo die Bahn sitzt: ihre Lage bestimmt die Richtung der Deltawelle und damit, welche Ableitung sie verrät.
• Vorhofflimmern einschalten. Die Vorhöfe haben überhaupt keine geordnete Erregungswelle — keine P-Welle und keine Vorhofkontraktion in der Mechanikebene —, während der AV-Knoten unregelmäßig durchlässt. Dasselbe Bild erklärt sowohl den unregelmäßigen Puls als auch, warum der Vorhof ein Ort ist, an dem Thromben entstehen.
• Extrasystole (VES) wählen. Der Schlag beginnt im Kammermuskel statt im Schenkelsystem und breitet sich von Zelle zu Zelle aus. Ihn in 3D verfolgen: es ist dasselbe Wellenbild wie beim Schenkelblock, und zwar aus demselben Grund. Muskelleitung ist langsame Leitung, und die Breite des QRS ist immer ein Maß dafür, wie viel der Kammer ohne Hilfe der Purkinje-Fasern aktiviert wurde.
• Das Tempo drosseln und die Farbe während der ST-Strecke betrachten: die gesamte Kammer ist gleichzeitig depolarisiert, es fließt kein Strom, die Kurve liegt auf der Grundlinie. Dann repolarisiert zuerst das Epikard. Das ist der einzige Grund, weshalb die T-Welle in dieselbe Richtung zeigt wie der QRS — die Konkordanz ist eine Folge des APD-Gradienten, nicht der Ausbreitungsrichtung.