Herzzellen neigen zur Selbstorganisation
Zuletzt überprüft: 16.10.2021
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Im Herzen verlieren einige Zellen regelmäßig die Fähigkeit, einen Impuls zu leiten. Um die Herzaktivität nicht zu stören, können Kardiomyozyten ein separates verzweigtes Leitsystem bilden.
Kardiomyozyten sind für die kontraktile Funktion des Herzens verantwortlich. Wir sprechen von speziellen Zellen, die elektrische Impulse erzeugen und durch sich selbst leiten können. Zusätzlich zu diesen Strukturen wird Herzgewebe jedoch durch Bindegewebszellen dargestellt, die keine Anregungswelle übertragen - beispielsweise Fibroblasten.
Normalerweise behalten Fibroblasten das strukturelle Gerüst des Herzens bei und sind an der Heilung beschädigter Gewebestellen beteiligt. Bei einem Herzinfarkt und anderen Verletzungen und Krankheiten stirbt ein Teil der Kardiomyozyten ab: Ihre Zellen sind aufgrund der Art der Gewebenarbenbildung mit Fibroblasten gefüllt. Mit einer großen Ansammlung von Fibroblasten verschlechtert sich der Durchgang einer elektrischen Welle: Dieser Zustand wird in der Kardiologie als Kardiofibrose bezeichnet.
Zellen, die keinen Impuls leiten können, blockieren die normale Aktivität des Herzens. Infolgedessen wird die Welle so geleitet, dass sie das Hindernis umgeht, was zu einem Kreislauf der Erregung führen kann: Es entsteht eine Rotationsspiralwelle. Dieser Zustand wird als umgekehrter Impulsverlauf bezeichnet - dies ist der sogenannte Wiedereintritt, der die Entwicklung von Herzrhythmusstörungen hervorruft.
Höchstwahrscheinlich verursachen Fibroblasten mit hoher Dichte aus folgenden Gründen die Bildung eines umgekehrten Impulsverlaufs:
- nichtleitende Zellen haben eine heterogene Struktur;
- Eine große Anzahl gebildeter Fibroblasten ist eine Art Labyrinth für Wellenflüsse, die gezwungen sind, einem längeren und gekrümmten Pfad zu folgen.
Die Spitzendichte von Fibroblastenstrukturen wird als Perkolationsschwelle bezeichnet. Dieser Indikator wird unter Verwendung der Perkolationstheorie berechnet, einer mathematischen Methode zur Beurteilung des Auftretens struktureller Bindungen. Leitende und nicht leitende Kardiomyozyten werden derzeit zu solchen Bindungen.
Laut Wissenschaftlern sollte Herzgewebe die Möglichkeit einer Überleitung verlieren, wenn die Anzahl der Fibroblasten um 40% erhöht wird. Bemerkenswerterweise wird in der Praxis die Leitfähigkeit auch bei einer Erhöhung der Anzahl nichtleitender Zellen um 70% beobachtet. Dieses Phänomen ist mit der Fähigkeit von Kardiomyozyten verbunden, sich selbst zu organisieren.
Laut Wissenschaftlern organisieren leitende Zellen ihr eigenes Zytoskelett im fibrösen Gewebe so, dass sie mit anderen Herzgeweben in ein gemeinsames Syncytium gelangen können. Experten schätzten den Durchgang eines elektrischen Impulses in 25 Bindegewebeproben mit einem unterschiedlichen prozentualen Anteil an leitenden und nicht leitenden Strukturen. Als Ergebnis wurde der Perkolationspeak mit 75% berechnet. Gleichzeitig stellten Wissenschaftler fest, dass Kardiomyozyten nicht in einer chaotischen Reihenfolge angeordnet waren, sondern in einem verzweigten Leitsystem organisiert waren. Bisher setzen die Forscher ihre Arbeit an dem Projekt fort: Sie stehen vor dem Ziel, neue Methoden zur Beseitigung von Arrhythmien zu entwickeln, die auf Informationen basieren, die während der Experimente erhalten wurden.
Details zur Arbeit finden Sie auf der Seite journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1006597