5 Fragen zu Herzmuskelzellen

Die Aktionspotentiale von Nervenzellen und Herzmuskelzellen unterscheiden sich aufgrund ihrer spezifischen physiologischen Funktionen und der unterschiedlichen Ionenkanäle, die in ihren Membranen vorhanden sind. 1. **Dauer des Aktionspotentials**: - **Nervenzellen**: Das Aktionspotential dauert nur wenige Millisekunden. Es besteht aus einer schnellen Depolarisation, gefolgt von einer schnellen Repolarisation. - **Herzmuskelzellen**: Das Aktionspotential ist deutlich länger und kann bis zu 200-300 Millisekunden dauern. Es hat eine charakteristische Plateauphase, die durch den langsamen Einstrom von Calcium-Ionen (Ca²⁺) verursacht wird. 2. **Ionenkanäle**: - **Nervenzellen**: Das Aktionspotential wird hauptsächlich durch den schnellen Einstrom von Natrium-Ionen (Na⁺) und den schnellen Ausstrom von Kalium-Ionen (K⁺) vermittelt. - **Herzmuskelzellen**: Neben den Natrium- und Kalium-Ionen spielen Calcium-Ionen eine entscheidende Rolle. Die Plateauphase des Herzaktionspotentials wird durch den langsamen Einstrom von Ca²⁺ durch L-Typ-Calciumkanäle aufrechterhalten. 3. **Funktionelle Bedeutung**: - **Nervenzellen**: Die schnelle Übertragung von Aktionspotentialen ermöglicht die rasche Kommunikation zwischen Nervenzellen und die schnelle Reaktion auf Reize. - **Herzmuskelzellen**: Die längere Dauer des Aktionspotentials und die Plateauphase sind wichtig, um eine koordinierte und gleichmäßige Kontraktion des Herzmuskels zu gewährleisten und eine vorzeitige Wiedererregung (Refraktärzeit) zu verhindern, was für die rhythmische Pumpfunktion des Herzens essenziell ist. Diese Unterschiede sind entscheidend für die spezifischen Aufgaben, die Nervenzellen und Herzmuskelzellen in ihren jeweiligen Geweben erfüllen.

Herzmuskelzellen (Kardiomyozyten) haben eine sehr begrenzte Fähigkeit zur Mitose. Im Gegensatz zu vielen anderen Zelltypen Körper teilen sich Herzmuskelzellen nach der Geburt kaum noch. Stattdessen wachsen sie hauptsächlich durch Hypertrophie, das heißt, sie werden größer, aber nicht zahlreicher. Es gibt jedoch einige Studien, die darauf hinweisen, dass unter bestimmten Bedingungen eine begrenzte Zellteilung in Herzmuskelzellen möglich sein könnte, aber dies ist nicht die Norm und wird noch intensiv erforscht.

Nein, nicht alle Herzmuskelzellen sind Pacemaker-Zellen. Pacemaker-Zellen sind spezialisierte Herzmuskelzellen, die sich im Sinusknoten (SA-Knoten) und im Atrioventrikularknoten (AV-Knoten) befinden. Diese Zellen haben die Fähigkeit, elektrische Impulse spontan zu erzeugen, die den Herzschlag initiieren und regulieren. Die meisten Herzmuskelzellen, die Myozyten, sind kontraktile Zellen, die auf die von den Pacemaker-Zellen erzeugten elektrischen Signale reagieren, indem sie sich zusammenziehen und so den Blutfluss durch das Herz und den Körper ermöglichen.

Der Zell-Zell-Kontakt bei den Herzmuskelzellen wird als "Interkalarscheibe" bezeichnet. Diese Strukturen ermöglichen die elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Herzmuskelzellen, was für die koordinierte Kontraktion des Herzens entscheidend ist.

Der Calciumeinstrom in Herzmuskelzellen spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulation der Herzfunktion. Hier sind die Mechanismen, durch die dieser Einstrom zu einer erhöhten Herzfrequenz, Schlagkraft sowie schnelleren Überleitungs- und Relaxationsgeschwindigkeit führt: 1. **Erhöhte Herzfrequenz**: Calciumionen (Ca²⁺) sind entscheidend für die Erregung der Herzmuskelzellen. Bei der Depolarisation der Zelle strömt Calcium in die Zelle ein, was die Erregung und Kontraktion der Herzmuskelzellen fördert. Eine erhöhte Calciumkonzentration kann die Erregungsleitung im Sinusknoten, dem natürlichen Schrittmacher des Herzens, beschleunigen, was zu einer höheren Herzfrequenz führt. 2. **Erhöhte Schlagkraft**: Der Calciumeinstrom erhöht die Kontraktionskraft der Herzmuskelzellen. Calcium bindet an Troponin, was die Interaktion zwischen Aktin und Myosin fördert und somit die Kontraktionskraft steigert. Eine höhere Calciumkonzentration führt zu einer stärkeren Kontraktion, was die Schlagkraft des Herzens erhöht. 3. **Schnellere Überleitungsgeschwindigkeit**: Calcium spielt auch eine Rolle bei der Überleitung von elektrischen Signalen zwischen den Herzmuskelzellen. Ein erhöhter Calciumeinstrom kann die Erregungsleitung in den Herzmuskelzellen beschleunigen, was zu einer schnelleren Übertragung der elektrischen Impulse führt. 4. **Schnellere Relaxationsgeschwindigkeit**: Nach der Kontraktion muss das Calcium wieder aus der Zelle entfernt werden, um die Relaxation zu ermöglichen. Ein effizienter Calciumeinstrom und die anschließende Aktivität von Calcium-Transportproteinen (wie der SERCA-Pumpe) sind entscheidend für eine schnelle Relaxation. Ein höherer Calciumeinstrom kann auch die Aktivität dieser Transportproteine stimulieren, was die Relaxationsgeschwindigkeit erhöht. Zusammengefasst führt der Calciumeinstrom in Herzmuskelzellen zu einer verbesserten Erregung, Kontraktion und Relaxation, was die Gesamtfunktion des Herzens optimiert.