Eine neue Studie gibt Einblicke in die komplexe Synchronisation zweier zellulärer Uhren, die zur Regulierung des menschlichen Herzschlags beitragen, und weist auf neue potenzielle therapeutische Mechanismen für Herzrhythmusstörungen hin, die die Implantation künstlicher Herzschrittmacher erfordern.
Die Ergebnisse eines Teams unter der Leitung von Dr. Edward Lakatta, Chef des NIA IRP Laboratory of Cardiovascular Science, wurden in der Juni-12-Ausgabe von Science Signaling veröffentlicht.,
Unsere Herzen trainieren immer, auch wenn unser Körper in Ruhe ist,und pumpen bei anstrengenden Aktivitäten automatisch härter und schneller. In einem gesunden Herzen erzeugt eine spezialisierte Gruppe von Zellen in der Wand des rechten Vorhofs, der Sinusknoten (SA-Knoten), spontan elektrische Impulse, die durch das Leitungssystem des Organs wandern, um ihn regelmäßig zusammenzuziehen. Somit wirkt der SA-Knoten als natürlicher Schrittmacher des Körpers und setzt den Rhythmus eines normalen Schlags.,
Fehlfunktionen im elektrischen Signalnetz des SA-Knotens können zu abnormalen Zuständen wie dem Sick-Sinus-Syndrom, einem zu langsamen oder unregelmäßigen Herzschlag führen, die typischerweise durch die Installation eines künstlichen, permanenten Herzschrittmachers behandelt werden. SA-Knotenprobleme treten häufiger bei älteren Menschen auf, da das leitende Netzwerk des Herzsystems mit zunehmendem Alter abnimmt und degeneriert.,
Der Mangel an Forschung in Bezug auf Herzschrittmacher unter Verwendung menschlicher Zellen hat die Entwicklung einer gerätefreien und kostengünstigeren Behandlung der nächsten Generation ausgeschlossen, die die künstliche elektrische Schrittmacherimplantation ersetzen könnte.
Während die meisten Forschungen auf diesem Gebiet tierische Herzzellen verwendet haben, verwendete dieses Team humane sinoatriale Knotenschrittmacherzellen (SANC) aus gespendetem Herzgewebe. Sie fanden heraus, dass eine Calcium (Ca 2+) Uhr mit der elektrischen produzierenden Uhr (M Clock) der natürlichen Oberflächenmembranmoleküle des SANC gekoppelt war.,
Die Forscher zeigten, dass cyclisches Adenosinmonophosphat (cAMP)—ein Derivat von Adenosintriphosphat (ATP), das für die intrazelluläre Signalisierung wichtig ist—die Funktion von M-und Ca2+ – Uhren durch Proteinkinase-A-vermittelte Phosphorylierung verbessert. Dieser cAMP-Boost beschleunigt dann direkt die Geschwindigkeit des Tickens der Ca2+ – Uhr.,
Das Team zeigte weiter, dass die Stimulation von Beta-adrenergen (Beta-AR)–Rezeptoren—Rezeptoren, die für die Bindung an Adrenalin und Adrenalin für Prozesse wie Muskelentspannung und Bronchialerweiterung wichtig sind—eine wesentliche Rolle bei der Herzschrittmacher spielen, indem die intrazelluläre cAMP-Produktion reguliert wird. Es wurde auch festgestellt, dass Beta-AR-Rezeptoren die spontane elektrische Impulserzeugung des SANC beschleunigen, indem sie die Kopplung zwischen den Ca2+ – und M-Takten verstärken.,
Die Wissenschaftler untersuchten dann andere SANC-Proben, die einen Herzschlag nachahmten oder stoppten, und stellten fest, dass sie durch Erhöhen der cAMP-Konzentrationen mit der Beta-AR-Stimulation die spontanen Rhythmen und elektrischen Ladungen wiederherstellen konnten, die erforderlich sind, um normale Herzschläge wieder aufzunehmen.
Diese Arbeit enthüllt die komplexen und stark voneinander abhängigen Mechanismen des Herzschlags und verspricht neue therapeutische Ziele auf zellulärer Ebene, die eines Tages Alternativen zur künstlichen Schrittmacherbehandlung bei Menschen mit Herzrhythmusstörungen bieten könnten.