Mechanisch induzierte Herzerregung: Mechanismen und Modulatoren

• Antragsteller: Dr. Callum Michael Zgierski-Johnston
• Fachliche Zuordnung: Kardiologie, Angiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423056183

Mechano-elektrische Kopplung ist ein integraler Bestandteil der kardialen Autoregulation, der es dem Herzen ermöglicht, auf veränderte hämodynamische Anforderungen zu reagieren. Dieser Prozess ist auch im transplantierten (d.h. denervierten) Herzen vorhanden. Durch mechano-elektrische Kopplung können adäquate Herzkontraktionen (z.B. durch präkordialen Faustschlag [PF]) extrinsisch ausgelöst werden, die effektiver sind, als passive Brustkompressionen (77 % der normal Ejektion, gegenüber 38 % selbst bei optimalen Brustkompressionen). Der PF galt lange als potenziell nützliches Instrument zur Termination von Tachyarrhythmien. Diese, auf einem positiven Publikations-Bias basierende, Annahme hat sich in prospektiven Studien nicht belegen lassen. Allerdings verweist das International Liaison Committe on Resuscitation darauf, dass der Stand der Wissenschaft derzeit keine Empfehlung bezüglich der Nutzung des PF bei akuter Asystolie zulässt. Dementsprechend ist mechanisches Pacing bei hochgradiger, primärer Bradykardie ein Gebiet mit international anerkanntem Forschungsbedarf, dem hier Rechnung getragen werden soll.Der klinische Nutzen mechanischer Herzstimulation ist ebenfalls ungewiss, u.a. weil das Verhältnis von mechanischer Anregung zu ventrikulärer Kontraktion nicht dauerhaft 1:1 beträgt. Während das Herz initial auf jeden mechanischen Stimulus mit einer adäquaten Kontraktion reagiert, hört es nach einer gewissen Zeit auf, 1:1 zu reagieren. Dies geschieht, obwohl das Herz elektrisch erregbar bleibt und nach einer ausreichenden Unterbrechung wieder 1:1 auf mechanische Stimulationen reagiert (ohne Gewebeschaden). Die zugrunde liegenden Prozesse der mechanischen Induktion von Kontraktionen und die Gründe für den vorübergehenden Verlust der 1:1-Stimulierbarkeit sind unbekannt. Beides steht einer systematischen Bewertung des klinischen Nutzens mechanischer Schrittmacher im Wege.Mein Projekt zielt darauf ab, (i) die Mechanismen der mechanisch-induzierten Herzerregung zu verstehen, (ii) den Verlust und die Wiederherstellung der 1:1-Stimulierbarkeit zu erklären, sowie (iii) mechanische, elektrische und pharmakologische Modulatoren dieser Phänomene zu identifizieren, die eine andauernde mechanische Stimulation des Herzens ermöglichen können. Hierzu werde ich optisches Mapping, sowohl der Membranpotentiale als auch der lokalen Kontraktion am isolierten Kaninchenherzen durchführen. Ich werde maximale mechanische Stimulationsraten im akut asystolischen Herzen untersuchen und potenzielle Modulatoren für nachhaltige Stimulation identifizieren, um so eine fundierte wissenschaftliche Grundlage zur Bewertung des Nutzens serieller mechanischer Herzerregung zu schaffen. Als integraler Bestandteil der experimentellen Forschung werden Computermodelle zur Integration von Daten, zur Planung der Wet-Lab-Forschung und zur Ergründung der möglichen klinischen Relevanz genutzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Kanada, Neuseeland
• Kooperationspartner: Amir HajiRassouliha, Ph.D.; Professor Dr. T Alexander Quinn, Ph.D.