Schrittmacherzellen: Ein Taktstock für das Herz

13.11.2013
Foto: Hand hält Taktstock

Im Sinusknoten sitzen die Zellen, die dafür sorgen, dass unser Herz regelmäßig schlägt; © panthermedia.net/ alenavlad

Spezielle Zellen sorgen dafür, dass unser Herz regelmäßig schlägt. LMU-Wissenschaftler haben nun die Funktion eines entscheidenden Bauteils der körpereigenen Herzschrittmacher aufgeklärt.

Das Herz hat seinen eigenen Taktgeber: Schrittmacherzellen im sogenannten Sinusknoten im rechten Herzvorhof sorgen mithilfe von elektrischen Signalen für einen regelmäßigen Herzschlag. Wichtig für die Steuerung und Weitergabe der elektrischen Signale sind spezielle Proteine in der Zellmembran der Schrittmacherzelle, sogenannte HCN-Kanäle. Über diese Kanäle werden Ionen durch die Zellmembran geleitet, sodass sich das elektrische Potenzial der Zelle verändert. Als Folge bilden sich rhythmisch und autonom elektrische Impulse, die dem Herzmuskel das Signal zum Schlagen geben.

HCN-Kanäle bilden eine Proteinfamilie, die hauptsächlich im Herz und im Gehirn eine Rolle spielt. Insgesamt gibt es vier Subtypen, die HCN-Kanäle 1-4. Im Herz ist HCN4 für etwa 80 Prozent des durch diese Kanäle getragenen Stroms verantwortlich. Der Rest wird von HCN1 und HCN2 getragen. „Während die Funktion von HCN4 und HCN2 im Sinusknoten bereits verschiedentlich untersucht wurde, war bisher unbekannt, auf welche Weise HCN1 den Herzschlag beeinflusst“, sagt Professor Christian Wahl-Schott vom Department Pharmazie, der diese Lücke nun schließen konnte.

Wahl-Schott etablierte mit seinem Team, zu dem auch Mitarbeiter von Professor Martin Biel gehören, ein neues Tiermodell, bei dem der HCN1-Kanal im Sinusknoten defekt ist. Mithilfe dieses Modells konnten die Wissenschaftler zum ersten Mal nachweisen, dass HCN1 sowohl für die Impulsentstehung als auch für die Impulsweiterleitung im Sinusknoten wichtig ist. Funktioniert HCN1 nicht richtig, kommt der körpereigene Herzschrittmacher aus dem Takt: Die Folgen sind ein krankhaft verlangsamter Herzschlag – eine sogenannte Bradykardie – und Herzrhythmusstörungen. Als Konsequenz ist die Herzleistung deutlich vermindert. „Diese Effekte konnten wir auch in telemetrischen EKG-Messungen in vivo bestätigen“, so Wahl-Schott.

Defekte im Sinusknoten stehen mit dem plötzlichen Herztod in Verbindung und sind für mehr als die Hälfte aller Implantationen von Herzschrittmachern weltweit verantwortlich. Der nun nachgewiesene Einfluss von HCN1 auf die Herzfunktion ist sogar in zweifacher Hinsicht therapeutisch interessant: Einerseits stellt dieser Kanal ein viel versprechendes Ziel für mögliche neue Therapien dar, mit denen gezielt die Herzfrequenz beeinflusst werden könnte. Andererseits kommt HCN1 nicht nur im Herz, sondern auch in den Nervenzellen des Gehirns vor und hat auch dort die Funktion eines Schrittmachers. Daher werden HCN1-Blocker für die Behandlung von Epilepsie, chronischem Schmerz und Depressionen in Betracht gezogen. „Vor dem Hintergrund unserer Ergebnisse sollte vor dem Einsatz von HCN1-Blockern deren Einfluss auf die Herzfunktion sorgfältig untersucht werden“, betont Wahl-Schott.

MEDICA.de; Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München