Funktion von Ionenkanälen im Herz-Kreislauf-System

Kaliumkanäle spielen in Herzmuskelzellen sowie in den glatten Muskelzellen und Endothelzellen der Blutgefäße eine besonders wichtige Rolle. In Herzmuskelzellen kontrollieren die Kaliumkanäle die Dauer des Aktionspotentials, und damit die Dauer der Kontraktion. In glatten Muskelzellen der Arteriolen kontrolliert die Aktivität der Kaliumkanäle das Membranpotential und damit (im Zusammenwirken mit spannungsabhängigen Calciumkanälen) den Gefäßtonus, d.h. die Kaliumkanäle regulieren den Blutfluss durch die Widerstandsgefäße in die verschiedenen Organe. In Endothelzellen kontrollieren Kaliumkanäle ebenfalls das Membranpotential und regulieren dadurch die Sekretion von Autakoiden wie zum Beispiel NO oder Prostaglandine, was sich wiederum auf den Gefäßtonus auswirkt.

Mehr als die Hälfte aller Todesfälle in Deutschland ist auf Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems zurückzuführen, d..h. an diesen Erkrankungen sterben jährlich etwa so viele Menschen wie an Krebs plus Diabetes plus Lungenerkrankungen plus Unfällen zusammen. Fast die Hälfte der Todesfälle bei Herz-Kreislauferkrankungen ist auf den plötzlichen Herztod zurückzuführen, der in der Regel durch Herzrhythmusstörungen ausgelöst wird. Bei den Herzrhythmusstörungen spielt die Fehlfunktion von Kaliumkanälen die bei weitem wichtigste Rolle, weil sie die Dauer des myokardialen Aktionspotentials determinieren.

Warum sind so viele Todesfälle auf Herzrhythmusstörungen zurückzuführen? Bei der Evolution der großen Säugetiere war die Entwicklung einer Leistungsfähigen, anpassungsfähigen und sicher funktionierenden Blutpumpe ein ausgesprochener Schwachpunkt. Der Grund dafür ist, dass alle Herzmuskelzellen in der richtigen Reihenfolge und dazu noch nahezu synchron erregt werden müssen. Diese Aufgabe ist umso schwieriger, je größer das Herz ist, d.h. je mehr weit auseinander liegende hoch erregbare Zellen das Herz enthält. Die komplexen Mechanismen, mit denen das Herz eine nahezu synchrone Kontraktion und Relaxation erreicht, sind bisher nur ansatzweise aufgeklärt. Sie beruhen zum Teil auf der unterschiedlichen Expression von Ionenkanälen in verschiedenen Abschnitten des Myokards.

Insgesamt werden in atrialen und ventrikulären Herzmuskelzellen und im Reizleitungssystem mindestens fünfundzwanzig verschiedene Ionenkanäle exprimiert, die alle auf sehr komplexe Weise durch Hormone und intrazelluläre Mediatoren sowie durch verschiedene Transkriptionsfaktoren reguliert werden. Unsere Arbeitsgruppe hat durch Patch-Clamp-Messungen und Einzelkanalanalysen an nativen kardialen Zellen sowie in verschiedenen Expressionssystemen einige wesentliche Beträge zum Verständnis der Funktion von kardialer Ionenkanäle geliefert und arbeitet weiterhin daran, die elektrische Aktivität des Herzens unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen besser zu verstehen.