Abstract:

Die kurzzeitige Kalzium-Akkumulation im myokardialen Gewebe bei isotoner Kontraktion ist von klinischer Bedeutung, da die Kalziumüberladung des Zytosols ursächlich an der Entstehung von Rhythmusstörungen beteiligt ist. Unklar ist derzeit, woher das überschüssige Kalzium stammt, ob aus intrazellulären Speichern, modifizierten Membranströmen oder von Seiten des kontraktilen Apparates. Ziel dieser Arbeit ist es zu klären, 1) an welcher Stelle in der Zelle das Kalzium freigesetzt wird und 2) ob das Ausmaß der Aktin-Myosin- Überlappung oder die Anzahl angelagerter Querbrücken die Pufferkapazität des kontraktilen Apparates für Kalzium mitbestimmen.Methoden Muskeltrabekel von 18 Patienten, die sich einer Herzoperation unterzogen, wurden untersucht. Während isometrischer Kontraktion der Präparate setzte kurzzeitige, sinusoidale Längenvibration (Frequenz: 125 Hz, Amplitude: 14% ML) ein. Besonderes Augenmerk lag hierbei auf der Reaktion des Kalzium-Signals (Indikator: Fura-2/AM). In einer zweiten Messreihe wurde dieser Versuch nach Zugabe von 10 mM BDM wiederholt, das bekannt ist für seine Kraftminderung durch Senkung der Kalzium-Sensitivität des Troponin C. Im dritten Versuchsblock wurde permanente Vibration angewandt.Ergebnisse 1) Induzierte Vibration reduzierte die aktive Kraft auf das Niveau der Ruhekraft. Zeitgleich kam es zu einer messbaren Zunahme des Kalziums im Zytosol. 2) Bei subtotaler Inhibition der elektromechanischen Kopplung durch BDM erreichte die aktive Kraft 10,4% der Kontrolle bei nahezu unverändertem Kalziumsignal (Kalzium-Zeit-Integral unter BDM: 91,9±3,2% der Kontrolle). Vibration führte unter diesen Bedingungen zu einer Kraftinhibition, ohne dass eine zusätzliche Kalzium-Freisetzung erreicht wurde. 3) Permanente Vibration reduzierte die Kraftamplitude des supramaximal aktivierten Präparates auf 28% (1,3±0,4 mN). Gleichzeitig stieg das Kalzium-Zeit-Integral auf 114,5±4,7%.Schlussfolgerung Die Befunde sprechen dafür, dass die Reduktion der Anzahl angelagerter Querbrücken beim Verkürzungsvorgang zu einer Verminderung der Empfindlichkeit des kontraktilen Apparates für Kalzium führt. Die verminderte Pufferkapazität des kontraktilen Apparates für Kalzium wird messbar durch eine Zunahme der Kalziumkonzentration im Zytosol, wenn bereits angelagerte Querbrücken durch Vibration mechanisch gelöst werden oder wenn die Anlagerung von Querbrücken durch permanente Vibration verhindert wird. Dieser Befund erklärt die klinische Beobachtung, dass die akute Nachlastsenkung häufig mit dem Auftreten von Rhythmusstörungen verbunden ist.

Abstract:

The purpose of this study is to develop a computer model-based planning environment for therapeutically cardiac interventions, i.e. surgical or catheter ablation procedures in atrial cases and placing pacemaker electrodes in biventricular pacing. Existing mathematical models are used to simulate the electrophysiology on an anatomical pig model during a heart cycle. The results of these models were validated in multiple domestic pig animal experiments. We found that the models created enable us to simulate the electrical behaviour of the heart nearly in real time and that it reproduces the properties of the heart in atrial flutter and in ventricular pacing with different pacing locations. The results of computer-based simulations may lead to a better understanding of cardiac rhythm disorders and the development of new, less invasive operative techniques.