Herzmuskelkontraktion und -mechanik

Die Herzmuskelkontraktion und -mechanik beschreibt, wie das elektrische Signal jedes Herzschlags in mechanische Kraft umgewandelt wird. Kalzium, das in das Kardiomyozyt eintritt, löst die Freisetzung von mehr Kalzium aus internen Speichern aus, was das Gleiten von Aktin- und Myosinfilamenten antreibt und die Kontraktion erzeugt, die Blut auswirft. Die Beziehung zwischen Füllung, Kraft und Auswurf bestimmt, wie stark das Herz pumpt.

Definition

Herzmuskelkontraktion und -mechanik bezieht sich auf die molekularen und mechanischen Prozesse – Erregungs-Kontraktions-Kopplung, Querbrückenzyklus und das Druck-Volumen-Verhalten des Herzzyklus –, durch die das Myokard Kraft entwickelt und Blut auswirft.

Scope

Das Thema umfasst das Sarkomer und die kontraktilen Proteine, die Erregungs-Kontraktions-Kopplung und die kalziuminduzierte Kalziumfreisetzung, die Rolle des sarkoplasmatischen Retikulums, den Herzzyklus mit seinen Druck-Volumen-Beziehungen und die Determinanten der Kontraktionsleistung wie Vorlast, Nachlast und Kontraktilität. Es handelt sich um deskriptive Physiologie und bietet keine Behandlungsanleitung.

Core questions

• Wie wird das Aktionspotential in mechanische Kontraktion übersetzt?
• Welche Rolle spielt Kalzium bei der Auslösung und Entspannung des Herzschlags?
• Wie beeinflussen Vorlast, Nachlast und Kontraktilität die Pumpleistung?
• Wie hängen die Phasen des Herzzyklus mit den Kammerdrücken und -volumina zusammen?

Key concepts

• Sarkomer und kontraktile Proteine (Aktin, Myosin, Troponin)
• Erregungs-Kontraktions-Kopplung
• Kalziuminduzierte Kalziumfreisetzung und das sarkoplasmatische Retikulum
• Querbrückenzyklus
• Vorlast, Nachlast und Kontraktilität
• Frank-Starling-Beziehung und die Druck-Volumen-Schleife

Mechanisms

Die Membrandepolarisation öffnet L-Typ-Kalziumkanäle; der geringe Kalziumeinstrom löst eine größere Freisetzung aus dem sarkoplasmatischen Retikulum über Ryanodinrezeptoren aus – die kalziuminduzierte Kalziumfreisetzung. Kalzium bindet an Troponin C, wodurch Aktin für die Interaktion mit Myosin freigegeben wird, und der Querbrückenzyklus verkürzt das Sarkomer. Die Entspannung folgt, wenn Kalzium zurück in das sarkoplasmatische Retikulum gepumpt und aus der Zelle ausgeschleust wird (Bers, 2002; Bers, 2014). Auf Organebene dehnt eine größere diastolische Füllung das Myokard und erhöht die Kraft der nächsten Kontraktion (die Frank-Starling-Beziehung), und der Herzzyklus kann als Druck-Volumen-Schleife dargestellt werden, deren Form Vorlast, Nachlast und Kontraktilität widerspiegelt.

Clinical relevance

Maße der kontraktilen Funktion und der Druck-Volumen-Rahmen sind die Referenzkonzepte für die Beurteilung der systolischen und diastolischen Leistung. Dieses Thema beschreibt die normalen Kontraktionsmechanismen und ist edukativ; es ist keine Grundlage für eine individuelle Diagnose oder Therapie.

Evidence & guidelines

Die kontraktile Physiologie basiert auf grundlegenden Übersichten zur Erregungs-Kontraktions-Kopplung (Bers, 2002; Bers, 2014) und Standardlehrbüchern der Herzphysiologie (Katz, 2010; Opie, 2004). Dieses Thema fasst normale Mechanismen zusammen und ist keine klinische Leitlinie.

History

Die in den 1950er und 1960er Jahren entwickelten Gleitfilament- und Querbrückenmodelle der Muskelkontraktion wurden in den folgenden Jahrzehnten auf den Herzmuskel übertragen und mit dem Kalziumhaushalt in Verbindung gebracht. Die Frank-Starling-Beziehung, die um die Jahrhundertwende beschrieben wurde, bleibt der Eckpfeiler auf Organebene, der die Füllung mit der Auswurfkraft verbindet.

Key figures

• Donald M. Bers
• Andrew F. Huxley
• Hugh Huxley
• Otto Frank
• Ernest Starling

Seminal works

• bers-2002
• bers-2014

Frequently asked questions

Was ist die kalziuminduzierte Kalziumfreisetzung?

Eine geringe Menge Kalzium, die während des Aktionspotentials in die Zelle gelangt, löst eine viel größere Freisetzung von Kalzium aus dem sarkoplasmatischen Retikulum aus, was tatsächlich die kontraktilen Proteine aktiviert.

Was ist die Frank-Starling-Beziehung?

Innerhalb physiologischer Grenzen dehnt eine stärkere Füllung des Ventrikels den Herzmuskel und erhöht die Kraft der folgenden Kontraktion, sodass das Herz das, was es erhält, auch auswirft.