Ob das Herz bei Anstrengung schneller oder im Ruhezustand langsamer schlägt, reguliert das autonome, vegetative Nervensystem. Eine Forschungsgruppe um Professor Dr. Christian Wahl-Schott vom Institut für Neurophysiologie der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH), hat nun in Kooperation mit dem Institut für Pharmakologie für Naturwissenschaften der Ludwig-Maximilians-Universität München genauer untersucht, wie dieser Mechanismus funktioniert und dabei eine gängige Lehrmeinung widerlegt. Die gemeinsame Studie wurde Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Das Herz pumpt ohne Pause Blut durch den Körper und sorgt dafür, dass alle Zellen mit Sauerstoff versorgt werden. Bei einem gesunden Erwachsenen geschieht das in jeder Minute etwa 60 bis 80 Mal, im Laufe eines Lebens drei Milliarden Mal. Weil der Herzschlag im Herzen selbst entsteht, kann es sogar außerhalb des Organismus seine Arbeit mit konstanter Frequenz leisten. Spezialisierte Herzmuskelzellen im rechten Vorhof bilden als Schrittmacherzellen den Sinusknoten.
Schrittmacherzellen sind elektrisch aktiv. Spezielle Ionenkanäle leiten positiv geladene Teilchen durch die Zellmembranen im Sinusknoten. Diese HNC-Kanäle (hyperpolarisation-activated cyclic nucleotid-gated cation channels) werden durch ein bestimmtes Signalmolekül moduliert, das cAMP (zyklisches Adenosinmonophosphat).
"Jahrzehntelang galt die Hypothese, dass eine höhere cAMP-Konzentration die Herzfrequenz erhöht, eine niedrigere den Herzschlag verlangsamt", erklärt Professor Wahl-Schott. Doch widersprüchliche Beobachtungen aus der Praxis zogen die Theorie zunehmend in Zweifel. Um die alte Annahme nun molekularbiologisch zu überprüfen, hat das Forschungsteam bei Mäusen die Bindungsstelle für cAMP in den HNC-Kanälen im Herzen genetisch verändert und verhindert, dass der Botenstoff die Kanäle anschaltet. So hätten die Mäuse zwar einen unregelmäßigen Herzschlag entwickelt, aber entgegen der bislang geltenden Vermutung habe sich der Herzrhythmus weiterhin regulieren lassen.
Da die Bindungsstelle zwischen Botenstoff und Ionenkanal bei Maus und Mensch sehr ähnlich sind, lassen sich die Ergebnisse der Studie vom Tiermodell auf den Menschen übertragen: Sie zeigen, dass vor allem die Ionenkanäle der Untereinheit HNC4 den Herzrhythmus stabilisieren und überschießende Reaktionen des autonomen Nervensystems verhindern. Einzelne Schrittmacherzellen pausieren sogar minutenlang und feuern gar keine elektrischen Signale an die Herzmuskelzellen, wodurch sie die Herzfrequenz direkt regulieren.
Wahl-Schott sieht die Erkenntnisse sind wichtig, um etwa die Mechanismen von Herzerkrankungen wie Rhythmusstörungen oder das Sick-Sinus-Syndrom künftig besser zu verstehen", betont Professor . Die neuen Beobachtungen über den Taktgeber des Herzschlags könnten sich aber auch auf die Behandlung von Herzerkrankungen auswirken – etwa bei der Verwendung von Medikamenten, die die HCN-Kanäle gezielt beeinflussen.
Quelle: "cAMP-dependent regulation of HNC4 controls the tonic entrainment process in sinoatrial node pacemaker cells"