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Unterricht: Willem Einthoven und das EKG

In allen Schularten ist in der Sekundarstufe I das Themengebiet Blutkreislauf im Biologieunterricht vorgesehen. In der Regel werden in diesem Zusammenhang der Aufbau und die Funktionsweise des Herzens sowie die Zusammensetzung und die Aufgaben des Blutes und natürlich die äußere Atmung thematisiert. Diese Sendung bietet die Möglichkeit, von einer anderen Seite in das Thema einzusteigen und dabei gleichzeitig auch die Leistungen einzelner Wissenschaftler zu würdigen, ohne die, insbesondere in der modernen Medizin, viele Möglichkeiten nicht ausgeschöpft würden. Außerdem wird sehr schön deutlich, wie biologische oder medizinische Forschungsergebnisse auch immer von der technischen Weiterentwicklung bei der Umsetzung abhängig sind, damit sie optimal eingesetzt werden können.

Es bietet sich an, die Film als Einstieg in die Unterrichtseinheit „Blutkreislauf“ zu nutzen. Den Begriff EKG kennen viele SchülerInnen, meistens durch Krankenhausaufenthalte von Verwandten oder aus den Medien. Doch die meisten wissen nicht, was sich wirklich dahinter verbirgt.

Da in der Sendung Fachbegriffe, die den SchülerInnen sicherlich nicht geläufig sind, benutzt werden, bietet es sich an, diese sammeln und zu klären. Zum Beispiel mit dem Kreuzworträtsel (Arbeitsblatt 1) an, bei dem die wichtigsten Begriffe herausgefunden und auch geschrieben werden müssen. Die vorgegebene Anzahl der Kästchen ist dabei eine Hilfe, auch bei der korrekten Rechtschreibung. Die SchülerInnen sollten die Beschreibungen des Kreuzworträtsels vor Anschauen der Sendung durchlesen, damit sie wissen, auf welche Dinge sie zu achten haben. Rätsel machen den SchülerInnen in der Regel Spaß und motivieren daher, genau aufzupassen. Dadurch wird ein erster Überblick über das gegeben, was in der Sendung zu sehen ist. Im Anschluss werden die Lösungswörter, zum Beispiel in Partnerarbeit verglichen, ergänzt und verbessert.

Eine abschließende Aufgabe könnte sein, die Begriffe (in einer anderen Reihenfolge) mit eigenen Worten zu erklären, so dass die Mitschüler diese erraten müssen. Damit wird die Kommunikation der Schüler untereinander (das heißt: adressatengerecht) gefördert und Kompetenzen aus dem Bereich „Kommunikation“ aus den Bildungsstandards Biologie weiterentwickelt.

  • (Quelle: SWR & Co.)

    Modell eines Menschenherzens

  • (Quelle: SWR & Co.)

    EKG-Kurve

  • (Quelle: SWR & Co.)

    Historische Aufnahme: Festlegung der Elektroden beim EKG

In einer weiteren Stunde kann Arbeitsblatt 2 als Hinführung zur Erarbeitung des geschlossenen und doppelten Blutkreislaufes bei Menschen eingesetzt werden. Je nach Schülergruppe kann die einfachere oder schwierigere Variante eingesetzt werden. Eventuell kann auch an dieser Stelle binnendifferenziert gearbeitet werden. Bei der Bearbeitung dieses Arbeitsblattes bietet es sich an, die Sendung nur ausschnittweise einzusetzen und nur die Sequenzen zu zeigen, die zur Lösung des Arbeitsblattes notwendig sind, diese dafür aber mehrmals zu wiederholen. Je nach Schulbuch kann und sollte dieses Thema dann vertieft werden. Im Anschluss an die Besprechung beider Kreisläufe, kann zum Beispiel das Missverständnis aufgearbeitet werden, dass in Venen immer sauerstoffarmes Blut und in Arterien immer sauerstoffreiches Blut fließt.

Nach der Aufarbeitung des Blutkreislaufes, der mit anderen Medien erfolgen sollte, kann wiederum auf die Sendung zurückgegriffen werden, um nun das EKG genauer zu thematisieren. Somit wird die Sendung in Ausschnitten mehrmals eingesetzt. Bei der Bearbeitung des Arbeitsblattes 3 steht am Ende die Weiterentwicklung von Kompetenzen aus dem Bereich „Bewertung“ im Vordergrund. Nach der Beschriftung und Beschreibung einer EKG-Kurve, die mithilfe des Filmes relativ einfach vorzunehmen ist, schließt sich die Frage an, ob Versuche an Menschen zur Entwicklung von medizinischen Geräten und Verfahren durchgeführt werden dürfen oder sollen. Nach dem Sammeln der Argumente kann dazu eine Pro/Contra-Diskussion folgen, zum Beispiel in einem Rollenspiel. Zunächst sollten die SchülerInnen jedoch aufgefordert werden, selbst Stellung zu beziehen und sich auf eine relativ eindeutige Antwort festzulegen, die sie dann auch verschriftlichen sollen.

Die Sendung stellt neben den biologischen Inhalten vor allen Dingen auch die Leistungen von Willem Einthoven heraus. Im weiteren Fortgang der Unterrichtsreihe könnte dann im Zusammenhang mit der Zusammensetzung des Blutes und der Blutgruppen eine Aufarbeitung der Versuche von Karl Landsteiner erfolgen, ebenfalls ein „Meilenstein in der Biologie“.

Unterrichtsmaterial zur Sendung "Willem Einthoven und das EKG"

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Weitere Arbeitsmaterialien

Sequenzierung der Sendung

Kapitel Inhalt
0:07 - 1:15

Der Herz-Infarkt
Ein Geschäftsmann im Stress: Auf dem Weg zum Flugzeug bricht er zusammen. Zwei Passanten reagieren sofort und holen den Not-Defibrillator. Hemd auf, Elektroden auf die Brust – der Verdacht bestätigt sich: Kammerflimmern, Herzinfarkt. Das Gerät empfiehlt einen Schock, ein Ersthelfer löst ihn aus. Das Herz schlägt wieder.
1:15 - 1:35

Jede Sekunde zählt
Die Rettungssanitäter kommen – sie wären womöglich zu spät gewesen. Die meisten plötzlichen Herztode gehen mit Kammerflimmern einher oder werden durch diese verursacht. Ein Elektrokardiograph, wie er in den Defibrillator integriert ist, überprüft die Herzfunktion. Der erste wurde von dem Niederländer Willem Einthoven entwickelt.
1:35 - 3:06

Elektrizität als Medizin
Willem Einthoven wird 1860 geboren, studiert Medizin und bekommt 1885 in Leiden eine Professur für theoretische Medizin. Dort untersucht er die Wirkung von Elektrizität auf den Menschen. Bereits die antiken Griechen nutzten Stromstöße als Medizin. Ein Deutscher entdeckte, warum das Erfolg hatte: In Nerven und Muskeln fließt schwacher Strom.
3:06 - 4:47

Das Herz – ein außergewöhnlicher Muskel
Muskeln ziehen sich mit Hilfe der elektrischen Impulse zusammen. Ein außergewöhnlicher Muskel ist das Herz: Es kann die Stromstöße selbst erzeugen und so wie ein natürlicher Herzschrittmacher wirken. Die Impulse breiten sich aus, Herzmuskelzellen ziehen sich zusammen – das Blut wird durchs Herz gepumpt. Die Animation verdeutlicht den Aufbau und die Funktionsweise des Herzens.
4:47 - 7:12

Die Erfindung des EKGs
Elektrische Impulse im Herzen können an der Körperoberfläche als Spannungsänderungen gemessen werden. Erstmals tat das 1887 ein Physiologe an seinem Hund – ohne die medizinische Bedeutung zu erkennen. Einthoven wiederholt den Versuch und entwickelt eine standardisierte Aufzeichnungsmethode: das Elektrokardiogramm (EKG). So beschreibt er auch die Phasen der Herzkontraktion.
7:12 - 8:28

Der erste Elektrokardiograph
Einthoven untersucht mehr als 5000 EKGs von Menschen und Tieren. Er entwickelt ein Gerät, um die winzigen Spannungsunterschiede auf der Haut besser messen und anzeigen zu können. Je eine Elektrode kam an den linken und rechten Arm sowie an das linke Bein. Die Spannungsunterschiede zwischen diesen drei Punkten ergaben drei EKG-Kurven, die als Einthoven-Ableitungen bekannt wurden.
8:28 - 9:05

Einthoven und sein EKG werden berühmt
Die ersten EKG-Geräte füllen nahezu ganze Zimmer und wiegen mit ihren Aggregaten einige 100 Kilogramm, mehrere technisch versierte Assistenten sind zum Bedienen und Auswerten nötig. 1903 erstellt Einthoven erste Tele-Kardiogramme: Zwei Kilometer lange Leitungen verbinden sein Labor mit bettlägerigen Patienten im Leidener Krankenhaus. Wissenschaftler aus aller Welt reisen an.
9:05 - 9:47

Noch ein Meilenstein – und ein Nobelpreis
Nach dem ersten Erfolg widmet sich Einthoven den Herztönen. Dabei legt er den Grundstein für ein neues Verfahren zur Herzdiagnostik: die Phonokardiographie, also die grafische Aufzeichnung von Herztönen und -geräuschen. Damit lassen sich angeborene Herzfehler erkennen. 1924 bekommt Einthoven den Medizin-Nobelpreis „für seine Entdeckung des Mechanismus des Elektrokardiogramms“.
9:47 - 11:19

Die Geräte werden kleiner
Die Elektrokardiographen werden modern: erst kleiner, dann fahrbar, schließlich tragbar. Ab 1950 wird das EKG zur Patientenüberwachung eingesetzt. Heute ist es das wichtigste Diagnoseverfahren in der Herzmedizin. Charakteristische Kurven und einzelne Zacken zeigen Herzrhythmusstörungen, einen Herzinfarkt (auch wenn er schon zurückliegt) und Durchblutungsstörungen.
11:19 - 13:18

Lebensretter Defibrillatoren
Rettungsassistenten erstellen mit einem öffentlichen Defibrillator ein EKG und senden es per Handy an den Arzt ins Krankenhaus. Auch implantierbare Defibrillatoren sind mit einem Elektrokardiographen gekoppelt. Ärzte setzen einem Patienten solch ein kleines Gerät in der Brustgegend unter die Haut ein und prüfen dann, ob es funktioniert: Sie lösen ein Kammerflimmern aus, das Implantat gibt einen Elektroschock ab – das Herz schlägt wieder.
13:18 - 14:43

Vom EKG zum EEG
Einthovens Elektrokardiograph wird zum Vorbild für weitere – ähnlich funktionierende – elektrische Diagnosegeräte. Bekanntes Beispiel: das Elektroenzephalogramm, kurz EEG. Bei einer Frau werden Elektroden auf den Kopf gesetzt, über diese werden dann Hirnstromwellen abgeleitet. Mit dem EEG lassen sich etwa Hirntumore und Schlaganfälle entdecken.

Weitere Informationen zur Sendung