Aachen: Kinderuni: Medizintechniker Steffen Leonhardt im Interview

Aachen : Kinderuni: Medizintechniker Steffen Leonhardt im Interview

Für jeden Wimpernschlag. Für jeden Herzschlag. Für jeden Atemzug. Ständig sausen durch den menschlichen Körper Nervenimpulse, damit alles funktioniert. Warum dafür in unserem Körper Strom fließt, wann ein Stromschlag gefährlich ist und wie Medizintechniker Strom zum Heilen nutzen, das erklärt Steffen Leonhardt, 52, im Interview.

Er ist Professor am Lehrstuhl für Medizinische Informationstechnik und am Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik an der RWTH Aachen.

Herr Professor Leonhardt, ständig sausen Nervenimpulse durch unseren Körper — wie funktioniert das, ?

Leonhardt: Die Nervenimpulse sind die Informationen, die über die sogenannten Axone der Nervenzellen (die Datenleitungen in unserem Körper) geschickt werden. So steuern wir, wie wir uns bewegen, wie schnell unser Herz schlägt und wie oft und wie tief wir atmen. Die Informationen gehen zum Gehirn und vom Gehirn wieder weg.

Was passiert im Gehirn?

Leonhardt: Im Gehirn wird gemessen: Wo stehe ich, wo bin ich, wie ist mein pH-Wert, wie ist meine Temperatur und wie ist mein Blutdruck. Wenn zum Beispiel der pH-Wert sinkt, heißt das für die Atemmuskeln, sie müssen mehr und schneller arbeiten. Also atmen wir schneller und entfernen dadurch CO2 aus dem Blut. Der Körper ist eigentlich voll automatisiert — wie eine Produktionsanlage. Die Muskeln sind die Antriebsmaschinen, die Nervenfasern sind die Leitungen zu den Antriebsmaschinen.

Und da fließt tatsächlich Strom in unserem Körper?

Leonhardt: Ja, da fließt Strom — allerdings nur ein bisschen. Strom heißt ja Ladungsaustausch. Alle Zellen im Körper haben eine Spannung. Und die Nerven- und Muskelzellen nutzen diese Spannung, um Informationen zu transportieren und um Kraft zu erzeugen. Das hat uns der liebe Gott so mitgegeben. Es gibt in allen Zellen ein elektrochemisches Gleichgewicht. Und wir nutzen die resultierende Spannung, um über kurzzeitige Ladungsausgleichsvorgänge Information zu transportieren.

Wie kann sich ein Kind das vorstellen?

Leonhardt: Ein Kind kann sich den Körper als einen Tank mit 45 Litern Wasser vorstellen. In diesem Wassertank schwimmen Zellen und Salz. Der Wassertank kann Strom sehr gut leiten. Und den Strom in den Zellen können sich die Kinder wie kleine Batterien vorstellen. Diese Batterien steuern die Muskelzellen, das Herz, die Lunge und auch alle übrigen Organe.

In der Kinderuni schauen Sie mit Strom von außen in den Körper. Wie machen Sie das, ohne den Körper zu gefährden?

Leonhardt: Bei der sogenannten Impedanzmessung nutzen wir sehr kleine Ströme, die den Herzmuskel nicht irritieren. Wir machen das in einem sicheren Bereich, sodass es nicht gefährlich ist für das Herz. Und wenn wir ein EKG schreiben, also die elektrische Aktivität im Herzen messen, dann speisen wir gar keinen Strom ein, sondern messen nur den Strom im Körper. Dafür brauchen wir lediglich sehr gute Messgeräte.

Wann ist elektrischer Strom für den Menschen gefährlich?

Leonhardt: Bei Wechselstrom, der aus der Steckdose kommt, liegt die Wahrnehmungsschwelle bei 0,6 Milliampere für Frauen und etwa einem Milliampere für Männer. Die sogenannte Loslass-Schwelle liegt bei durchschnittlich 10,5 bzw. 16,5 Milliampere. Bei dieser Schwelle ist der Punkt erreicht, wo die Skelettmuskeln verkrampfen und nicht mehr von alleine loslassen können, wenn sie mit dem Strom in Berührung gekommen sind. Zum Atemstillstand kommt es bei 20 Milliampere, zum Kammerflimmern bei 75 bis 400 Milliampere (mA). Bei höheren Frequenzen wird es weniger gefährlich.

Und wie gefährlich ist der Gleichstrom einer Batterie?

Leonhardt: Gleichstrom ist für das Herz weniger gefährlich. Allerdings kann ein aktives Implantat, das ja eine Batterie enthält, das Gewebe versauern, falls es dort einen Leckstrom gibt. Das ist nicht schlimm für das Herz, aber es kommt zu ätzenden Wunden, die schlecht heilen. Deshalb gibt es Sicherheits-Richtwerte sowohl für Gleichstrom als auch für Wechselstrom.

Was passiert bei einem Stromschlag im menschlichen Körper?

Leonhardt: Bekommt man von außen einen Stromschlag, hängt es von der Stromstärke ab, was passiert. Bei kleinem Stromfluss (etwa 1 mA) spürt man nur ein Kribbeln. Bei höheren Strömen (ab 10 mA) verkrampfen die Muskeln. Arbeiter in Umrichterwerken, die mit Hochspannung in Kontakt kommen, können deshalb festhängen und kommen nicht mehr los. Wenn die Stromstärke noch höher ist (etwa 20 mA), verkrampft das Zwerchfell (Atemstillstand) und ab 75 mA kann das Herz soweit irritiert werden, dass es unkoordinierte Kontraktionen durchführt (Kammerflimmern) und dabei keine ordnungsgemäße Pumpfunktion mehr hat. Das Kammerflimmern führt unbehandelt zum Tod.

Ob ein Stromschlag lebensgefährlich ist, hängt also von der Stromstärke ab, die durch den Körper fließt. . .

Leonhardt: Ja, und deshalb auch davon, ob Sie isoliert sind. Und davon, welchen Weg der Strom geht. Wenn Sie zum Beispiel mit nassen Füßen nach dem Bad auf dem Boden des Badezimmers stehen, haben Sie gar keinen Schutz mehr, denn die aufgeweichte Haut isoliert fast nicht mehr. Wenn Sie dagegen auf Schuhen mit einer dicken Korksohle stehen, haben Sie mehr Schutz. Und es macht einen Unterschied, ob der Strom von Hand zu Hand fließt oder von Fuß zu Fuß. Von Hand zu Hand ist das Herz mit Sicherheit betroffen. Wenn der Strom von Fuß zu Fuß fließt, bekommt das Herz nicht so viel Strom ab.

Mediziner nutzen Strom auch zum Heilen, etwa beim Kammerflimmern.

Leonhardt: Ein Defibrillator funktioniert mit einem kurzen, aber sehr hohen Stromimpuls. Dadurch kontrahiert das ganze Herz, anschließend springt der Herzmuskel wieder an und schlägt im Eigenrhythmus. Wenn alles gut geht, ist die Pumpfunktion dann wiederhergestellt. Ein anderes Beispiel für die Anwendung von Strom in der Medizin ist ein Herzschrittmacher. Der gibt kleine, zeitlich abgestimmte elektrische Impulse ab, die dafür sorgen, dass das Herz mit der richtigen Frequenz schlägt.

Hier geht es zur Bilderstrecke: Kinderuni: Mit Strom in den Körper schauen

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