Elektrophysiologie des Herzens: Dromotropie

Bild: „Heart Anatomic Design“ von Heikenwaelder Hugo. Lizenz: CC BY-SA 2.5

Positive Dromotropie

Eine positive Dromotropie geht mit einer erhöhten kardialen Erregungsleitung einher. Das bedeutet vor allem, dass der Kardiomyozyt des kardialen Erregungsleitungssystems nach einer Depolarisation schneller wieder in die Ausgangssituation versetzt wird, um für eine erneute Depolarisation zur Verfügung zu stehen.

Dabei spielt die intrazelluläre Calcium-Konzentration in den spezialisierten Kardiomyozyten des Leitungssystems (vor allem im AV-Knoten) eine große Rolle. Je schneller das Calcium nach einer Depolarisation wieder entfernt wird, desto schneller kann ein neues Aktionspotential ausgelöst werden und dementsprechend steigt die Dromotropie. Aber auch Pumpen und Kanäle für andere Ionen spielen eine Rolle bei der Dromotropie.

Der Einfluss des Sympathikus sorgt für eine geringere Hemmung der SERCA-Pumpe, die Calcium-Ionen aus dem Zytoplasma in das sarkoplasmatische Retikulum (SR) pumpt. Für die anschließende Depolarisation ist dieser Calcium-Speicher im SR eine wichtige Voraussetzung, da der schlagartige Ausstrom in das Zytoplasma einen großen Beitrag zur Depolarisation der Zellmembran ausmacht.

Die Signaltransduktion erfolgt dabei über beta-1-Rezeptoren am Herzen. Adrenalin oder Noradrenalin binden an den G-Protein gekoppelten Rezeptor und aktivieren über ein Gs-Protein die intrazelluläre Signalkaskade: Die Adenylatzyklase wird stimuliert vermehrt cAMP zu bilden, woraufhin die Proteinkinase A aktiviert wird. Diese phosphoryliert das Phospholamban, welches im Ruhezustand die SERCA-Pumpe hemmt. Nach der Phosphorylierung entfällt diese Hemmung und die Aktivität der Pumpe steigt.

Einige Medikamente beeinflussen die Dromotropie des Herzen. Medikamente mit positiver Dromotropie wirken einerseits stimulierend auf den Sympathikus wirken. Sympathikomimetika, die auf den Beta-1-Rezeptor wirken, imitieren die Wirkung von Adrenalin und Noradrenalin, wodurch die Dromotropie steigt.

Andererseits kann aber auch der Einfluss des Parasympathikus gehemmt werden. Atropin ist beispielsweise ein klassisches Parasympatholytikum, indem es Acetylcholin von muskarinergen Rezeptoren verdrängt und dadurch dessen Wirkung an M2-Rezeptoren behindert.

Negative Dromotropie

Andersherum bewirkt eine negative Regulation der Dromotropie eine Abnahme der Erregungsleitung. Die Überleitung des Signals aus dem Sinusknoten über die Vorhöfen und den AV-Knoten in die Kammern ist also verzögert. Das geschieht entweder durch eine Hemmung des Sympathikus oder über Steigerung des parasympathischen Einflusses.

Eine Abnahme des Sympathikotonus haben die gegenteiligen Effekte, die bei der positiven Dromotropie beschrieben wurden. Die intrazelluläre cAMP Konzentration sinkt also, die Proteinkinase A ist nicht mehr so aktiv. Die SERCA-Pumpe wird durch Phospholamban gehemmt und dadurch nimmt auch die intrazelluläre Calcium-Konzentration nicht so schnell ab.

Eine Aktivierung des Parasympathikus trägt zur negativen Regulation der Dromotropie bei. Der N. vagus reicht mit seinen Fasern in den rechten Vorhof und entfaltet dort seine Wirkung auf das Erregungsleitungssystem, im Sinne der Dromotropie vor allem auf den AV-Knoten. Acetylcholin wird ausgeschüttet und bindet an einen G-Protein gekoppelten Rezeptor vom M2-Typ. Es handelt sich daher intrazellulär um ein Gi-Protein, welches die Adenylatzyklase hemmt. Dadurch wird weniger cAMP gebildet und schlussendlich wird Phospholamban weniger stark durch die Proteinkinase A phosphoryliert. Die SERCA wird daher stärker durch Phospholamban gehemmt, wodurch ein negativ dromotroper Effekt zustande kommt.

Auch der beta-gamma Teil des heterotrimeren Komplexes entfaltet hier eine Funktion, indem es Kaliumkanäle in der Zellmembran aktiviert. Durch den vermehrten Kalium-Ausstrom kommt es zu einer Hyperpolarisation der Zelle, wodurch die Erregungsleitung verlangsamt wird.

Antiarrhythmika sind solche Medikamente, die gegen arrhythmische Aktionen des Herzen eingesetzt werden. Da sie teilweise relativ unspezifisch Rezeptoren oder Ionenkanäle blockieren, hat eine nicht unerheblich Menge dieser Medikamente breit gestreute Wirkungen. Unter anderem modulieren sie auch die Dromotropie des Herzen.

Beispielsweise blocken die Antiarrhythmika der Klasse II (Beta-Blocker) die Wirkung des Sympathikus auf das Herz. Neben der negativen Inotropie und Chronotropie haben sie durch die Aufhebung des oben erläuterten Mechanismus auch einen negativ dromotropen Effekt und tragen zur Rhythmusstabilisierung bei.

Auch die Antiarrhythmika der Klasse IV, die Calcium-Kanal Antagonisten wie Verapamil, haben einen negativ dromotropen Effekt. Sie hemmen im Atrioventrikularknoten den langsamen Calcium Einstrom in die spezialisierten Kardiomyozyten. Dadurch kommt es verzögert zur Depolarisation, was einer negativen Dromotropie entspricht.

Herzglykoside wie Digitalis und Digitoxin hemmen die Natrium/Kalium ATPase in den Kardiomyozyten. Durch die geringere Menge an extrazellulären Natrium sinkt die Triebkraft für die Natrium/Calcium-Austauscher und weniger Calcium wird nach extrazellulär transportiert. Dadurch bleibt der intrazelluläre Calcium-Spiegel länger erhöht und die Dromotropie sinkt.

Beliebte Fragen

Die richtigen Antworten befinden sich unterhalb der Quellenangaben.

1. Welche Funktion hat eine Stimulation von Beta-1-Rezeptoren am Herzen?

1. negative Chronotropie
2. Positive Dromotropie
3. negative Inotropie
4. negative Dromotropie
5. Beta-1-Rezeptoren spielen am Herzen keine Rolle

2. Was trifft auf die aktivierte Signaltransduktion bei M2-Rezeptoren am Herzen zu?

1. Phospholamban ist aktiv und hemmt somit die SERCA-Pumpe
2. die intrazelluläre Calcium-Konzentration sinkt schnell ab
3. ein Gs-Protein startet die Kaskade über die Stimulation der Adenylatzyklase
4. die Dromotropie steigt
5. die Beta-Gamma Untereinheit des G-Proteins spielt keine Rolle

3. Was trifft auch Verapamil nicht zu?

1. Es ist ein Antiarrhythmikum der Klasse IV.
2. Es senkt die Dromotropie.
3. Es hemmt Calcium Kanäle.
4. Es wirkt am Beta-1-Rezeptor im Herzen.
5. Verapamil kann bei Bluthochdruck eingesetzt werden.

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