Nach Entwicklung des NCX-Blockers SEA0400 vor einigen Jahren wurde es möglich, den NCX selektiv und effizient zu blockieren (Matsuda et al., 2001; Tanaka et al., 2002). Da es sich um eine relativ neue Substanz handelt, wurden bisher lediglich Versuche an Geweben von Tieren wie der Maus (Tanaka et al., 2005), dem Meerschweinchen (Namekata et al., 2005; Szentandrassy et al., 2008) oder dem Hund (Nagasawa et al., 2005) durchgeführt. Veröffentlichte Untersuchungen am menschlichen Vorhofgewebe gibt es bislang nicht.
Ziel meiner Arbeit ist es, bisher gefundene Erkenntnisse zum NCX erstmals an menschlichem Vorhofgewebe zu überprüfen. Der Fokus liegt dabei auf der Beurteilung der Funktion von Aktionspotential und der Kontraktionen im Vorhof des Menschen unter Hemmung des NCX.
Im ersten Abschnitt dieser Arbeit sollte untersucht werden, welche Bedeutung dem Na+/Ca2+ -Austauscher unter physiologischen Ruhebedingungen bei der Aktionspotentialbildung, Kraftentwicklung und elektrischen Stabilität zukommt. In weiteren Experimenten wurde die Beteiligung des NCX an der Ausbildung des positiv inotropen Effekts von Noradrenalin untersucht. Nach aktuellem Stand der Forschung ist der NCX vor allem an der Senkung der [Ca2+]i nach erfolgter Kontraktion beteiligt. Daher sollte eine Hemmung des NCX die Ca2+- Homöostase stören. Vermutet wurden daher ein positiv inotroper Effekt, eine Verkürzung des Aktionspotentials sowie ein Einfluss auf die elektrische Stabilität.
Der zweite Abschnitt meiner Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, welche Bedeutung des NCX bei verschiedenen pharmakologischen, positiv inotrop wirkenden Substanzen hat. Untersucht wurde der Einfluss einer Hemmung des NCX auf die Wirkung von IBMX (als Verstärker des Noradrenalin-Effekts), 4-Aminopyridin und des Digitalisglykosid g- Strophanthin.
1. EINLEITUNG
1.1 Das Ruhemembranpotential und das Aktionspotential
1.2 Das Aktionspotential und das Remodeling im Vorhofflimmern
1.3 Die elektromechanische Kopplung
1.4 Der Na+/Ca2+-Austauscher
1.4.1 Der Aufbau des Na+/Ca2+-Austauschers
1.4.2 Die Elektrophysiologie des Na+/Ca2+-Austauschers
1.4.3 Der Na+/Ca2+-Austauscher als pharmakologische Zielstruktur
1.5 Die kontraktile Dysfunktion
1.6 Die Bedeutung des Na+/Ca2+-Austauschers zur Regulation der Kontraktionskraft
1.7 SEA0400 als effektiver Blocker des Na+/Ca2+-Austauscher-Blocker
1.8 Zielsetzung dieser Arbeit
2. MATERIAL UND METHODEN
2.1 Humanes Vorhofgewebe
2.1.1 Gewinnung
2.1.2 Patienten
2.1.3 Präparation und Vorbereitung des Gewebes
2.2 Lösungen
2.2.1 Transportlösung
2.2.2 Tyrode-Lösung
2.3 Verwendete Substanzen
2.3.1 Phenoxybenzamin
2.3.2 Carbamoylcholinchlorid (Carbachol)
2.3.3 2-[4-[(2,5-difluorophenyl)methoxy]phenoxy]-5-ethoxyaniline (SEA0400)
2.3.4 Positiv inotrop wirkende Substanzen
2.3.4.1 Noradrenalin
2.3.4.2 3-Isobutyl-1-methylxanthin (IBMX)
2.3.4.3 4-Aminopyridin
3.4.3.4 G-Strophanthin (Ouabain)
2.4 Grundprinzip und Aufbau der Versuchsapparaturen
2.4.1 Messung der Aktionspotentiale
2.4.2 Messung der Kontraktilität
2.5 Durchführung der Messung
2.5.1 Aktionspotentiale
2.5.2 Kontraktilität
2.5.2.1 Eichung und Vorbereitung der Apparatur
2.5.2.2 Ruhedehnungskurve und Reizstromreduktion
2.6 Versuchsprotokolle
2.6.1 Protokoll 1 - SEA0400 und Noradrenalin
2.6.2 Protokoll 2 – SEA0400, IBMX und Noradrenalin
2.6.3 Protokoll 3 - SEA, 4-Aminopyridin und Noradrenalin
2.6.4 Protokoll 4 – SEA0400, g-Strophanthin und Noradrenalin
2.6.5 Protokoll 5 – Aktionspotentialmessung
2.7 Datenanalyse und Statistik
3. ERGEBNISSE
3.1 Charakteristika der gemessenen Aktionspotentiale und Kontraktionen im SR und AF
3.1.1 Aktionspotentiale
3.1.2 Kontraktilität
3.1.3 Elektrische Stabilität
3.2 Auswirkung einer NCX-Blockade auf die elektromechanische Kopplung
3.2.1 Veränderung von Aktionspotentialen im SR und AF
3.2.2 Veränderung der Kontraktilität im SR und AF
3.2.3 Veränderung der elektrische Stabilität
3.3 Auswirkung einer NCX-Hemmung auf den positiv inotropen Effekt von Noradrenalin
3.3.1 Veränderung der Kontraktionskraft
3.3.2 Veränderung der zeitliche Kontraktionsparameter
3.3.3 Veränderung der elektrische Stabilität
3.4 Bedeutung des NCX für die IBMX- Wirkung im SR
3.4.1 Eigeneffekte von IBMX
3.4.1.1 Veränderungen der Aktionspotentialform durch IBMX
3.4.1.2 Positiv inotroper Effekt von IBMX
3.4.1.3 Effekt von IBMX auf den positiv inotropen Effekt von Noradrenalin
3.4.2 Veränderung der elektrischen Stabilität durch IBMX
3.4.3 Mechanismus der Arrhythmieentstehung nach IBMX-Gabe
3.4.4 Bedeutung des NCX bei den IBMX-Effekten
3.4.4.1 Kontraktilität
3.4.4.2 Elektrische Stabilität
3.5 Die Wirkung von 4-Aminopyridin im SR und AF
3.5.1 Positiv inotroper Effekt von 4-Aminopyridin
3.5.2 Bedeutung des NCX für die positive Inotropie von 4-Aminopyridin
3.6 Die Wirkung von g-Strophanthin im SR
3.6.1 Effekte von g-Strophanthin auf Kontraktilität und elektrische Stabilität
3.6.2 Bedeutung des NCX für die g-Strophanthin-Wirkung
4. DISKUSSION
4.1 Aktionspotentialform und Kontraktionskraft unter Basalbedingungen im SR und AF
4.1.1 Das Aktionspotential unterscheidet sich zwischen SR und AF
4.1.2 Die Kontraktilität unterscheidet sich zwischen SR und AF
4.2 SEA0400 hat im menschlichen Vorhof keinen Einfluss auf das Aktionspotential und die Kontraktilität unter Basalbedingungen
4.3 SEA0400 hat im menschlichen Vorhof keinen Einfluss auf die elektrische Stabilität unter Basalbedingungen
4.4 SEA0400 hat im menschlichen Vorhof keinen Einfluss auf die Wirkung von Noradrenalin
4.4.1 SEA0400 hat keinen Einfluss auf den positiv inotropen Effekt von Noradrenalin
4.4.2 NCX hat keine Bedeutung für die elektrische Stabilität in Anwesenheit von Noradrenalin
4.5 Der positiv inotrope Effekt und die arrhythmogene Wirkung von IBMX werden durch SEA0400 nicht beeinflusst
4.6 SEA0400 hat im menschlichen Vorhof keinen Einfluss auf den positiv inotropen Effekt von 4-Aminopyridin
4.7 NCX hat im menschlichen Vorhof keine Bedeutung für den positiv inotropen Effekt und der Arrhythmogenität von g-Strophanthin
4.8 Zusammenfassende Betrachtung
5. ZUSAMMENFASSUNG
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit zielt darauf ab, die funktionelle Rolle des Na+/Ca2+-Austauschers (NCX) in menschlichem Vorhofgewebe bei physiologischen Bedingungen sowie unter pharmakologischer Stimulation zu untersuchen, um insbesondere seine Beteiligung an der kontraktilen Dysfunktion bei Vorhofflimmern und bei der Wirkung verschiedener inotrop wirksamer Substanzen zu klären.
- Untersuchung der Bedeutung des NCX für die elektromechanische Kopplung und elektrische Stabilität im menschlichen Vorhof.
- Einfluss einer NCX-Blockade durch SEA0400 auf die Wirkung von Noradrenalin und die IBMX-induzierte Arrhythmogenität.
- Analyse der Rolle des NCX bei der positiv inotropen Wirkung von 4-Aminopyridin und g-Strophanthin.
- Vergleich der elektrophysiologischen Parameter und Kontraktionseigenschaften zwischen Sinusrhythmus (SR) und Vorhofflimmern (AF).
Auszug aus dem Buch
1.8 Zielsetzung dieser Arbeit
Nach Entwicklung des NCX-Blockers SEA0400 vor einigen Jahren wurde es möglich, den NCX selektiv und effizient zu blockieren (Matsuda et al., 2001; Tanaka et al., 2002). Da es sich um eine relativ neue Substanz handelt, wurden bisher lediglich Versuche an Geweben von Tieren wie der Maus (Tanaka et al., 2005), dem Meerschweinchen (Namekata et al., 2005; Szentandrassy et al., 2008) oder dem Hund (Nagasawa et al., 2005) durchgeführt. Veröffentlichte Untersuchungen am menschlichen Vorhofgewebe gibt es bislang nicht.
Ziel meiner Arbeit ist es, bisher gefundene Erkenntnisse zum NCX erstmals an menschlichem Vorhofgewebe zu überprüfen. Der Fokus liegt dabei auf der Beurteilung der Funktion von Aktionspotential und der Kontraktionen im Vorhof des Menschen unter Hemmung des NCX.
Im ersten Abschnitt dieser Arbeit sollte untersucht werden, welche Bedeutung dem Na+/Ca2+-Austauscher unter physiologischen Ruhebedingungen bei der Aktionspotentialbildung, Kraftentwicklung und elektrischen Stabilität zukommt. In weiteren Experimenten wurde die Beteiligung des NCX an der Ausbildung des positiv inotropen Effekts von Noradrenalin untersucht. Nach aktuellem Stand der Forschung ist der NCX vor allem an der Senkung der [Ca2+]i nach erfolgter Kontraktion beteiligt. Daher sollte eine Hemmung des NCX die Ca2+-Homöostase stören. Vermutet wurden daher ein positiv inotroper Effekt, eine Verkürzung des Aktionspotentials sowie ein Einfluss auf die elektrische Stabilität.
Der zweite Abschnitt meiner Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, welche Bedeutung des NCX bei verschiedenen pharmakologischen, positiv inotrop wirkenden Substanzen hat. Untersucht wurde der Einfluss einer Hemmung des NCX auf die Wirkung von IBMX (als Verstärker des Noradrenalin-Effekts), 4-Aminopyridin und des Digitalisglykosid g-Strophanthin.
Zusammenfassung der Kapitel
1. EINLEITUNG: Einführung in die elektrophysiologischen Grundlagen des menschlichen Vorhofs, das Phänomen des Vorhofflimmerns sowie die Funktion und pharmakologische Modulierbarkeit des Na+/Ca2+-Austauschers.
2. MATERIAL UND METHODEN: Detaillierte Beschreibung der Gewebegewinnung, der eingesetzten Lösungen, Substanzen und der Versuchsapparaturen zur Messung von Aktionspotentialen und Kontraktilität.
3. ERGEBNISSE: Darstellung der experimentellen Befunde zur Wirkung von SEA0400 auf Vorhofgewebe im Sinusrhythmus und bei Vorhofflimmern sowie bei der Interaktion mit verschiedenen positiv inotropen Substanzen.
4. DISKUSSION: Interpretation der Ergebnisse im Kontext bestehender Literatur, insbesondere im Hinblick auf Speziesunterschiede und die anatomische Verteilung des NCX.
5. ZUSAMMENFASSUNG: Zusammenfassende Darstellung der Erkenntnisse, dass der NCX im menschlichen Vorhof keine nennenswerte Bedeutung für die untersuchten kontraktilen und arrhythmogenen Prozesse zu haben scheint.
Schlüsselwörter
Na+/Ca2+-Austauscher, NCX, SEA0400, Vorhofflimmern, elektromechanische Kopplung, Kontraktilität, Aktionspotential, Noradrenalin, IBMX, 4-Aminopyridin, g-Strophanthin, Herzphysiologie, Kardiomyozyten.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht die funktionelle Rolle des Na+/Ca2+-Austauschers (NCX) im menschlichen Vorhofgewebe bei Sinusrhythmus und chronischem Vorhofflimmern.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Themenfelder umfassen die elektromechanische Kopplung, die elektrophysiologische Charakterisierung des NCX sowie dessen pharmakologische Beeinflussung mittels des selektiven Blockers SEA0400.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Hauptziel ist es, die Beteiligung des NCX an der Regulation der Kontraktionskraft und der elektrischen Stabilität erstmals an humanem Gewebe zu überprüfen und zu klären, ob er zur kontraktilen Dysfunktion bei Vorhofflimmern beiträgt.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Es wurden in-vitro Untersuchungen an humanen Vorhoftrabekeln durchgeführt, wobei sowohl Aktionspotentiale als auch die isometrische Kontraktionskraft gemessen wurden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil beschreibt die Basalcharakteristika von Vorhofgewebe, die Auswirkungen der NCX-Blockade unter verschiedenen pharmakologischen Bedingungen (Noradrenalin, IBMX, 4-Aminopyridin, g-Strophanthin) sowie die statistische Auswertung dieser Daten.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Na+/Ca2+-Austauscher, Vorhofflimmern, SEA0400, elektromechanische Kopplung und Kontraktilität.
Warum zeigt SEA0400 am humanen Vorhof keine vergleichbaren Effekte wie in Tierversuchen?
Dies wird auf anatomische Unterschiede, insbesondere das Fehlen von T-Tubuli im menschlichen Vorhof, zurückgeführt, die eine enge räumliche Koppelung der Ionenkanäle und Transporter behindern.
Stellt der NCX ein geeignetes therapeutisches Ziel zur Überwindung der kontraktilen Dysfunktion bei Vorhofflimmern dar?
Nein, da die Ergebnisse zeigen, dass eine selektive Hemmung des NCX durch SEA0400 keinen Einfluss auf die Kontraktionskraft oder die elektrische Stabilität des menschlichen Vorhofgewebes hat.
- Quote paper
- Anja Rösler (Author), 2010, Funktionelle Veränderungen in humanen Vorhoftrabekeln bei chronischem Vorhofflimmern - In-vitro Untersuchungen mit dem selektiven Blocker des Na+/Ca2+-Austauschers SEA0400, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/262477
