Determinanten der Kontraktilität

Dieses Kapitel bezieht sich auf Abschnitt G2(ii) des CICM-Primärlehrplans 2017, in dem der Prüfungskandidat aufgefordert wird, „die Komponenten und Determinanten der Herzleistung zu definieren“. Dieses Kapitel konzentriert sich insbesondere auf die Kontraktilität des Herzens, das vergessene und ignorierte Element. Im Gegensatz zur Nach- und Vorlast wurde die Kontraktilität nur ein einziges Mal in den Prüfungen erwähnt, und zwar in Frage 4 der zweiten Prüfung von 2012. „Beschreiben Sie kurz dP/dT, das Verhältnis zwischen endsystolischem Druck und Volumen (ESPV) und die Auswurffraktion (EF)“, hieß es da. Und „definieren Sie die myokardiale Kontraktilität“.

Die Bestehensquote lag bei 13,6 %.

Ohne sich auf das niedrigste Niveau des Diskurses herabzulassen, konnte der Autor nach einer kurzen Pause und einigen tiefen Atemzügen beruhigt feststellen, dass es zwar keine faire Möglichkeit gibt, das Wissen der Auszubildenden über eine Definition zu testen, die nicht existiert, dass es aber wahrscheinlich dennoch sinnvoll ist, festzustellen, ob sie die sie umgebenden Konzepte gut genug verstehen, um sie während einer kurzen Antwortfrage neu zu kombinieren. Das wirkt wie eine Art IQ-Test, gleichbedeutend mit einer Übung in mentaler Rotation. Wenn man in so kurzer Zeit eine passable Definition zusammenstellen kann, muss man über ein beträchtliches physiologisches Hintergrundwissen verfügen und die Art von selbstbewusstem, schnellem Denken haben, die auf der Intensivstation wertvoll wäre.

Zusammenfassend:

Es gibt nur wenige gute Quellen, die dem Leser bei diesem problematischen Thema helfen. Muir & Hamlin (2020) präsentieren eine hervorragende Vogelperspektive auf die Hauptprobleme, mit denen jeder konfrontiert ist, der versucht, die kardiale Kontraktilität zu definieren und zu quantifizieren. Für den Autor hatte dies den gleichen Wert wie der Besuch einer Selbsthilfegruppe, da es die Gefühle von Frustration und Verwirrung als natürliche Reaktion auf das Thema normalisierte. Wir sind alle aus demselben Grund hier, schienen die anderen Autoren zu sagen.

Definition der Kontraktilität

Unbeeindruckt von dem fehlenden wissenschaftlichen Konsens zu diesem Thema scheinen die Prüfer in den überraschend umfassenden Anmerkungen zu Frage 4 der zweiten Arbeit von 2012 ihre eigene Definition für Kontraktilität zu geben:

„Kontraktilität stellt die Leistung des Herzens bei einer bestimmten Vor- und Nachlast dar. Sie ist
die Veränderung der isometrischen Spitzenkraft (isovolumischer Druck) bei einer gegebenen Ausgangsfaserlänge (end-
diastolisches Volumen).“

Diese Definition stammt von Berne & Levy (S. 250 der 4. Auflage), in dem Sinne, dass sie von dort wörtlich plagiiert wurde:

„Die Kontraktilität stellt die Leistung des Herzens bei einer gegebenen Vor- und Nachlast und bei konstanter Herzfrequenz dar. Die Kontraktilität kann experimentell als die Veränderung der isometrischen Spitzenkraft (isovolumischer Druck) bei einer gegebenen Ausgangsfaserlänge (enddiastolisches Volumen) bestimmt werden.“

Und Sie wissen, dass dies eine offizielle Definition ist, weil sie im Originallehrbuch in schreienden Großbuchstaben erscheint. Obwohl Berne & Levy nicht auf der offiziellen Leseliste für CICM Teil 1 steht, ist der Kontraktilitätseintrag in Pappano & Weir (S.78 der 10. Auflage) identisch, eine direkte Kopie und Einfügung. Entweder ist diese Definition also besonders gut, oder die Herausgeber sind besonders faul. In jedem Fall scheint es, dass die Auszubildenden diese spezielle Definition für die Grundausbildung auswendig lernen müssen.

Wie bei allem anderen in der verwirrenden Höllendimension der Herzleistungsphysiologie gibt es auch für die Kontraktilität mehrere andere Definitionen, von denen keine eindeutig besser ist als die andere. Vincent & Hall (2012) gibt uns diese:

„Die kardiale Kontraktilität kann als die entwickelte Spannung und die Verkürzungsgeschwindigkeit (d. h. die „Stärke“ der Kontraktion) der Herzmuskelfasern bei einer bestimmten Vor- und Nachlast definiert werden. Sie stellt eine einzigartige und intrinsische Fähigkeit des Herzmuskels dar, eine Kraft zu erzeugen, die unabhängig von jeglicher Belastung oder Dehnung ist.“

Aufgeschreckt durch den fehlenden Fortschritt auf diesem Gebiet in den letzten zweihundert Jahren, zog sich Muir & Hamlin (2020) in die Etymologie zurück:

„Wörtlich definiert bedeutet der Begriff Kontraktion, dass etwas kleiner geworden ist, geschrumpft oder verkürzt. Die Hinzufügung des Suffixes „ility“ impliziert die Qualität dieses Prozesses.“

Cardiovascular Hemodynamics von Anvaruddin et al (2013), in einer ausgezeichneten Umgehung der Frage, beschloss stattdessen, Kontraktilität in Bezug auf das zu definieren, was sie nicht ist:

„Kontraktilität beschreibt die Faktoren, die neben der Herzfrequenz, der Vorlast und der Nachlast für Veränderungen der Myokardleistung verantwortlich sind.“

Diese Definition findet sich auch im ersten Teil, womit sie auf dem nächsthöheren Podest direkt unter der Definition der CICM-Prüfer steht. Man könnte diese sarkastische Autopsie von Lehrbüchern natürlich noch einige Absätze lang fortsetzen, aber der wachsende Haufen an verstümmelten Definitionen würde dem Autor keine weitere Befriedigung und dem Leser sicherlich kein zusätzliches Verständnis bringen. Abgesehen davon, dass man sich die Definition der CICM-Prüfer einprägt, können keine nützlichen Empfehlungen gegeben werden.

Determinanten der Kontraktilität

Nach dem Durchforsten der Literatur wurde klar, dass Penefsky (1994) die einzige nützliche Quelle zu diesem Thema ist, da alle Parameter, die die Nachlast beeinflussen, vom Autor in einem logischen Muster dargestellt werden. Es wird deutlich versucht, eine Art konzeptionelle Verbindung zwischen den makroskopischen Faktoren, die die Leistung des Herz-Kreislauf-Systems als Ganzes beeinflussen, und den mikroskopischen Faktoren, die die Leistung von Zellpräparaten beeinflussen, herzustellen.

Eigenschaften des kardiovaskulären Systems, die die Kontraktilität beeinflussen, sind:

• Vorbelastung
• Nachbelastung
• Herzfrequenz

Biochemische und zelluläre Faktoren, die die Kontraktilität beeinflussen, sind:

• Kalziumkonzentration
  • Katecholamine und das autonome Nervensystem
  • ATP-Verfügbarkeit (z.B.. Ischämie)
  • Extrazelluläres Kalzium
• Temperatur

Auswirkungen der Vorlast auf die Kontraktilität

Die Vorlast ist eine wichtige Determinante der Kontraktion. Der Grad der Dehnung der Sarkomere am Ende der Diastole ist ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung der Kontraktionskraft, wie wir uns aus der Frank-Starling-Beziehung erinnern können. Je größer das Volumen, desto größer die Kontraktionskraft, bis ab einem bestimmten Punkt die Sarkomerdehnung zu groß wird

Aber das ist die Kontraktionskraft. Was ist mit der Kontraktilität, der „Qualität dieses Prozesses“ der Kontraktion? Auch sie verändert sich nach einem vorhersehbaren Muster. Eine Volumenbelastung (ein Flüssigkeitsbolus von etwa 250-600 ml Hartmann) erhöhte die Kontraktilität von Hundeventrikeln in einer Studie von Mahler et al. (1975) um etwa 11 % (sie wurde durch dP/dT gemessen, worauf später eingegangen wird).

Das ist jedoch nicht das interessanteste oder prüfungsrelevanteste Element in diesem Zusammenhang. Veränderungen der Kontraktilität verändern das Verhältnis zwischen Ventrikeldruck und Ventrikelvolumen. Und an diesem Punkt sind wir gezwungen, die LV-Druck-Volumen-Schleifen zu diskutieren.

Die Druck-Volumen-Schleife als narratives Mittel

Für die Erklärung der Beziehung zwischen Kontraktilität und Vorlast wird die Verwendung von Druck-Volumen-Schleifen durch einige der Aussagen der College-Prüfer unumgänglich. Sie begannen mit etwas eher Unverbindlichem wie „ein Diagramm einer Druck-Volumen-Schleife ist sehr hilfreich bei der Beschreibung der ESPV“, endeten aber mit einer aggressiven Warnung, dass „das Fehlen eines Diagramms (korrekt beschriftet und skaliert) eine Schwäche in vielen Antworten war“. Kurz gesagt, Sie brauchen dieses Diagramm eindeutig, damit Ihre Antwort eine hohe Punktzahl erreicht. Bei korrekter Beschriftung und Skalierung sieht die LV-Druck-Volumen-Schleife in etwa so aus:

Ohne dem Inhalt des gesamten Kapitels über PV-Schleifen vorzugreifen, wird sich die Diskussion der PV-Schleifen hier hauptsächlich auf ihre Verwendung zur Beschreibung der Kontraktilität und insbesondere ihrer Veränderungen mit der Vor- und Nachlast konzentrieren.

Endsystolische Druck-Volumen-Beziehung (ESPVR)

Die spezifische Verwendung der PV-Schleife in der Diskussion der kardialen Kontraktilität dient der Beschreibung der Veränderung des endsystolischen Drucks mit zunehmendem enddiastolischen Volumen. Diese Beziehung, abgekürzt als ESPVR, beschreibt den maximalen endsystolischen Druck, der mit diesem Volumen erreicht werden kann.

Wie geht das in die Kontraktilität ein? Nun:

• Wenn man die Vorlast (hier dargestellt durch das enddiastolische Volumen) erhöht, steigt der Blutdruck.
• Sowohl der systolische als auch der diastolische Blutdruck steigen.
• Damit schließt sich die Aortenklappe bei einem höheren Druck
• Dieser höhere Druck am Ende der Systole bedeutet, dass auch das endsystolische Volumen höher ist
• Damit, wird der Punkt des endsystolischen Drucks und Volumens (und der Rest der Schleife) nach rechts verschoben

Wenn Sie also die Schleife mehrmals bei unterschiedlichen enddiastolischen Volumenbedingungen aufzeichnen, würde der Punkt des endsystolischen Drucks und Volumens nach Nordosten wandern:

Das Verhältnis dieser end-systolischen Druck-Volumen-Punkte kann als Linie aufgetragen werden, das ist die end-systolische Druck-Volumen-Beziehung (ESPVR):

So…. gute Geschichte, aber wie passt das zu einer Diskussion über die Kontraktilität?

Also:

Je „kontraktiler“ der Ventrikel ist, desto größer ist die Druckänderung bei einer bestimmten Vorlast. Ergo beschreibt die Steigung der ESPVR-Linie die Kontraktilität, oder zumindest, wie die Kontraktilität die Reaktion auf Änderungen des LV-Volumens beeinflusst.

Ein Leser, der mit den Traditionen der gestörten Physiologie gut vertraut ist, wird sich an dieser Stelle fragen, wann der Autor versuchen wird, diese Theorie zu untermauern, indem er die experimentellen Ergebnisse einer abscheulichen Vivisektion ausgräbt. Hier ist also eine Aufzeichnung von Druck-Volumen-Schleifen bei verschiedenen Ventrikelvolumina von Kass et al. (1986), die diese Daten von Hundeventrikeln aufgenommen haben. Der eine Satz zeigt die Auswirkungen der autonomen Blockade (mit Hexamethoniumchlorid), der andere die Auswirkungen von Dobutamin.

Die ESPVR scheint also ein gutes Ersatzmaß für die Kontraktilität zu sein. Sie ist jedoch nicht perfekt:

• Die Steigung der ESPVR nimmt mit zunehmender Ventrikelgröße progressiv ab, ohne dass diese Änderung notwendigerweise auf eine Änderung der Kontraktilität hinweist (Nakano et al., 1990)
• Die direkte in-vivo-Messung wird durch die Tatsache erschwert, dass, die Barorezeptoren und Dehnungsrezeptoren während der Vorlast als Reaktion auf die erhöhte Herzleistung die Herzfrequenz und damit die Kontraktilität verringern würden, wodurch die wahre Beziehung verschleiert wird

Natürlich ist die ESPVR nicht die einzige Möglichkeit, die Kontraktilität darzustellen. Da es keine einheitliche Definition gibt, ist eine Vielzahl anderer Methoden möglich. Das ist eine gute Überleitung zu…

Messungen der Kontraktilität

Ja, es gibt mehrere. Die gebräuchlichsten sind:

• ESPVR, wie oben besprochen; die Beziehung der Kontraktilität zur Wirkung der Vorlast auf den endsystolischen Druck des LV.
• Ejektionsfraktion, das Verhältnis von Schlagvolumen zum enddiastolischen Volumen, ausgedrückt in Prozent. Sie ist im Wesentlichen SV/EDV ×100.
• Myokardiale Dehnung (Abraham & Nishimura, 2001)
• Mittlere Geschwindigkeit der Faserverkürzung (Vcfc; Karliner et al, 1971)
• dP/dT, die maximale Änderungsrate des LV-Drucks, die das Thema der nächsten Rubrik ist:

dP/dT als Maß für die Kontraktilität

Die dP/dT (oder ΔP/ΔT) ist eine Druckänderung pro Zeiteinheit. In diesem Fall ist es die maximale Änderungsrate des linksventrikulären Drucks während der isovolumetrischen Kontraktion:

Das ist nicht schlecht, soweit es die Kontraktilität betrifft. Ein „kontraktilerer“ Ventrikel sollte besser kontrahieren (härter, schneller, stärker), und dieser Parameter spiegelt dies in einer kürzeren isovolumetrischen Kontraktion oder einem höheren Druck wider, der in der gleichen Zeitspanne erreicht wird. Umgekehrt braucht die schwache, nutzlose Herzkammer länger, um einen niedrigeren Druck zu erreichen, also gilt:

So einfach ist die Kontraktilität natürlich nicht, und dieser Parameter hat seine Nachteile. In Anlehnung an Mason (1969):

• dP/dT wird durch Änderungen des arteriellen diastolischen Drucks beeinflusst, d.h. ein erhöhter diastolischer Druck führt zu einem Anstieg des Spitzenwertes von dP/dT.
• dP/dT ist von der Herzfrequenz abhängig, was bedeutet, dass es unmöglich ist, die Wirkung eines Inotropikums zu beurteilen, wenn es auch chronotrope Wirkungen hat.

Das dP/dT wird also von einigen wichtigen hämodynamischen Parametern beeinflusst, die schwer zu kontrollieren sind. Er ist bei weitem nicht perfekt, und das Freundlichste, was man über ihn sagen kann, ist, dass er „Änderungen in der maximalen dp/dt können und spiegeln häufig Änderungen in der myokardialen Kontraktilität wider“ (Wallace et al., 1963).

In ihrer Antwort auf Frage 4 aus der zweiten Arbeit von 2012 erwähnten die Prüfer, dass dieser Parameter vorlastabhängig und nachlastunabhängig ist. Woher kommt diese Behauptung? Nun, sie scheint eine logische Folge der Verwendung der isovolumetrischen Kontraktion als dT-Periode zu sein. Bedenken Sie: Die meisten Definitionen der Nachlast beziehen den Aortendruck bis zu einem gewissen Grad mit ein (oder sie behaupten, dass die Nachlast dem Aortendruck entspricht). Während des Zeitraums der isovolumetrischen Kontraktion bleibt die Aortenklappe jedoch geschlossen. Wie also, so argumentieren sie, kann dP/dT durch die Nachlast beeinflusst werden, wenn es beobachtet wird, bevor die Nachlast ihre Wirkung auf den LV entfaltet?

Diese Argumentation ist etwas fragwürdig. Zunächst einmal ist der aortale diastolische Druck definitiv ein Faktor, der dP/dT beeinflusst, und er steht sicherlich in Zusammenhang mit der Nachlast. Außerdem muss man berücksichtigen, dass dP/dTmax (d. h. die maximale Steigung der Kurve, die steilste Tangente) irgendwann nach der Öffnung der Aortenklappe beobachtet werden könnte.

Was ist nun der experimentelle Beweis? Um diese Ideen zu testen, konnten Quiñones et al. (1976), denn es war 1976, elektive ambulante Patienten davon überzeugen, riesige Angiotensin-Bolusse zu erhalten. Der Spitzenwert der Wandspannung stieg um 44 %, aber der dP/dT-Wert änderte sich kaum (die Veränderung betrug 2,5 %). In ähnlicher Weise stellten Kass et al. (1987) fest, dass dP/dT über einen Bereich hoher Nachlastwerte kaum variierte und nur dann nachlastabhängig wurde, wenn die Nachlast extrem niedrig war (d. h. wenn der diastolische Aortendruck so niedrig war, dass der maximale dP/dT-Wert lange nach der Öffnung der Aortenklappe beobachtet wurde). Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dP/dT innerhalb eines normalen Bereichs von Nachlastwerten relativ unabhängig von der Nachlast sein sollte. Dies stellt ein gewisses Problem für seine Qualität als Maß für die Kontraktilität dar, da die Kontraktilität eindeutig von der Nachlast beeinflusst wird.

Auswirkungen der Nachlast auf die Kontraktilität (Anrep-Effekt)

Die Nachlast beeinflusst die Kontraktilität. Das ist bekannt. Gleb von Anrep entdeckte dies 1912, nachdem er eine Hunde-Aorta abgeklemmt hatte, obwohl er keine Ahnung hatte, was er da sah. Bei einer abrupten Erhöhung der Nachlast nahm die Kontraktionskraft des Herzens sofort deutlich zu – und in den darauffolgenden Minuten allmählich immer stärker. Hier ist eine Aufnahme, wie das aussieht, die Cingolani et al. (2013) von einem Papillarmuskel einer Ratte gemacht haben, den sie gequält haben:

Der Mechanismus hinter der abrupten Phase des Anstiegs ist ein reiner Frank-Starling:

• Die erhöhte Nachlast verursacht ein erhöhtes endsystolisches Volumen
• Dies erhöht die Sarkomerdehnung
• Das führt zu einer Erhöhung der Kontraktionskraft

Danach kommt es zu einem allmählichen, schleichenden Anstieg des intrazellulären Kalziums, der hauptsächlich durch neurohormonale Einflüsse angetrieben wird. Cingolani et al. (2013) gehen viel detaillierter darauf ein, als es selbst ein geduldiger Leser verkraften würde. Kurz gesagt gibt es eine erhöhte Aktivität des Na+/Ca2+-Austauschers aufgrund einer aldosteronbedingten Aufnahme von intrazellulärem Natrium, und dies wird durch die Tatsache unterstützt, dass dieser Anstieg der Kontraktilität durch Eplerenon vollständig blockiert wurde.

Auswirkungen der Herzfrequenz auf die Kontraktilität (Bowditch-Effekt)

Einschlägige Autoren haben dies auch als Treppe-Phänomen, Treppe-Phänomen und frequenzabhängige Aktivierung bezeichnet. Wie beim Anrep-Effekt läuft alles darauf hinaus, dass mehr Kalzium in den Myozyten vorhanden ist, was der letzte gemeinsame Weg für alle Steigerungen der Kontraktilität ist. Auf einer grundlegenden Ebene ist der Mechanismus wie folgt:

• Die Kontraktion der Myozyten ist die Folge eines beträchtlichen Kalziumeinstroms in die Myozyten
• Die Entspannung ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass dieses Kalzium wieder aus der Zelle ausgestoßen oder in das Sarkolemm eingeschlossen wird
• Dieser Ausstoß von Kalzium ist ein chemischer Prozess mit einer endlichen Reaktionszeit
• Ergo, Bei erhöhter Herzfrequenz verringert sich die Zeit, die für den Abtransport des Kalziums zur Verfügung steht
• Ergo erhöht das verbleibende Kalzium die Kontraktilität der Myozyten, wenn eine hohe Herzfrequenz aufrechterhalten wird.

Bis zu einem gewissen Grad unterstützen die Mechanismen, die die Entspannung bei erhöhter Herzfrequenz fördern, auch den Kalziumabbau, aber diese kämpfen gegen die Tatsache, dass intrazelluläres Kalzium sich selbst moduliert (z.B. wird die Freisetzung von Kalzium aus dem Sarkolemm durch intrazelluläres Kalzium ausgelöst).

Wie schnell muss man also vorgehen, um einen nennenswerten Bowditch-Effekt in den Myozyten zu erzeugen? Um schöne, veröffentlichungswürdige Effekte zu erzielen, müssen die Forscher normalerweise die Herzfrequenz erhöhen. Hier haben Haizlip et al. die Ventrikelfasern von Kaninchen mit einer Rate von 240 paced, um einen zufriedenstellenden Anstieg der erzeugten Kraft zu erzielen:

An dieser Stelle mag der Leser darauf hinweisen, dass jeder Anstieg der Kontraktilität, der von einer absurden Herzfrequenz abhängt, sicherlich durch das völlige Versagen der diastolischen Füllung ausgeglichen werden muss, das durch eine solche Rate hervorgerufen wird. Erinnern wir uns an die grausamen Studien an zu Synkopen neigenden Freiwilligen, bei denen Schlagvolumen von 20 ml und systolische Drücke von 50 mmHg bei einer Frequenz von 200 erreicht wurden. Kurz gesagt, obwohl dieser Effekt ein bekanntes Phänomen ist und in einer Prüfungssituation diskutiert werden muss, werden die meisten vernünftigen Menschen anerkennen, dass er am Krankenbett nur einen minimalen Nutzen hat.

Woodworth-Effekt

Auch dieser Effekt verdient wahrscheinlich eine Erwähnung, da er eine andere Version des Treppenphänomens ist – oder besser gesagt, er ist das Gegenteil einer Treppe. Im Wesentlichen beschreibt dieser Effekt die positive inotrope Wirkung einer längeren Zeitspanne zwischen Kontraktionen – „die erholsame Wirkung einer langen Pause“, um es mit den Worten von Woodworth selbst (1902) zu sagen. Hier ist ein anschauliches Diagramm aus der Originalarbeit von Woodworth, beschriftet mit dem entsprechenden Effekt.

Ja, das ist alles: ein höherer als normaler systolischer Spitzenwert nach einer Periode der Tachykardie. Auch dies hängt mit Kalzium zusammen. Durch Waschen der Muskelfasern in einer kalziumfreien Lösung wurde der Effekt von Hajdu (1969) vollständig beseitigt.

Einige Autoren scheinen den Namen „Woodworth-Effekt“ auch auf die Beobachtung zurückzuführen, dass eine Bradykardie die scheinbare Kontraktionskraft erhöht, was aber in Wirklichkeit nur der Effekt einer besseren Vorlast sein kann. In der modernen Literatur wird dieses Phänomen nur sehr selten erwähnt.

Der Einfluss von Kalzium auf die Kontraktilität

Durch seine zentrale Rolle bei der Erregungs-Kontraktions-Kopplung ist intrazelluläres Kalzium der letzte gemeinsame Weg für die Wirkung der meisten inotropen Medikamente und physiologischen Faktoren, die die Kontraktilität beeinflussen. Es ist im Grunde der Hebel, an dem man zieht, wenn man die Kontraktilität auf die eine oder andere Weise verändern will. Die Grundlage für seine zentrale Rolle in diesem Prozess wird an anderer Stelle diskutiert; für einen schnellen Überblick sei auf Eisener et al. (2017) verwiesen. Kurz gefasst:

• Der Eintritt von Kalzium in Herzmuskelzellen löst eine kalziumabhängige Freisetzung von Kalzium aus dem Sarkolemm aus
• Kalzium bindet an Troponin, was zu einem Gleiten der dicken und dünnen Filamente führt
• Die Kontraktionskraft hängt von der Menge des an Troponin gebundenen Kalziums ab
• Daher, ist der Hauptfaktor, der die Kontraktionskraft steuert, der intrazelluläre Kalziumspiegel

Daraus folgt, dass die intrazelluläre Kalziumkonzentration die Kontraktionsfähigkeit bestimmt. Das ist eine ziemlich indirekte Angelegenheit, die man diskutieren kann, da wir sie normalerweise nicht messen, unsere Interventionen darauf abstimmen oder wirklich in irgendeinem sinnvollen Sinne darüber nachdenken. Und doch ist sie vorhanden. Jede Diskussion über die kardiale Kontraktilität müsste den Beitrag von Kalzium und die Faktoren, die es verändern, mit einbeziehen. Diese sind:

Catecholamine. Die inotrope Wirkung der systemischen Katecholamine und des sympathischen Nervensystems wird durch die β-1-Rezeptoren vermittelt, bei denen es sich um Gs-Protein-gekoppelte Rezeptoren handelt. Der Anstieg des zyklischen AMP, der aus ihrer Aktivierung resultiert, erhöht die Aktivität der Proteinkinase A, die ihrerseits die Kalziumkanäle phosphoryliert. Es kommt zum Kalziumeinstrom. Sperelakis (1990) und Rüegg (1998) geben zusammengenommen mehr Details zu diesem Aspekt, als die meisten Menschen verarbeiten können.

Ischämie. Obwohl die ATP-Verarmung, die bei Sauerstoffmangel zu erwarten ist, ein bequemer Mechanismus ist, um die Ischämie-assoziierte Abnahme der Kontraktilität zu erklären, wird die ATP-Menge in akut ischämischen Zellen tatsächlich eine Weile lang nicht reduziert, während die Kontraktilität sofort leidet. Man nimmt an, dass diese Beeinträchtigung der kontraktilen Funktion auf eine Abnahme der Fähigkeit des intrazellulären Kalziums zurückzuführen ist, die Freisetzung von mehr Kalzium aus dem Sarkolemma auszulösen (Gomez et al, 2001).

Extrazelluläres Kalzium. Dieses Kalzium – wenn es während des Aktionspotentials in die Zelle strömt – muss irgendwoher kommen. Ein Bad der Zellen in einer kalziumfreien Flüssigkeit ist ein sicherer Weg, um jegliche Kontraktion zu unterbinden. Lang et al. (1988) dialysierten sieben Patienten mit chronischem Nierenversagen, um unterschiedliche Serumkalziumspiegel zu erreichen, und konnten nachweisen, dass die Vcfc (das von ihnen gewählte Maß für die Kontraktilität) bei Hypokalzämie deutlich abnahm. Tatsächlich schien die Beziehung zwischen den Kalziumspiegeln und der Kontraktilität über den ethisch zulässigen Bereich der Kalziumkonzentrationen linear zu sein.

Der Einfluss der Temperatur auf die Kontraktilität

Moderate Hypothermie (32-38º C) beeinträchtigt die Kontraktilität, und es gibt eine wohlbekannte temperaturproportionale Abnahme der Herzleistung. Man könnte meinen, dass dies mit dem Verlust der Affinität der Katecholaminrezeptoren zusammenhängt (und das ist auch richtig so), aber es spielen auch andere Faktoren eine Rolle. Insbesondere verursacht die Hypothermie eine verringerte Empfindlichkeit des Herzmyofilaments gegenüber Kalzium (Han et al., 2010), und die Aktivität der durch Aktin aktivierten Myosin-ATPase des Herzens nimmt ab (de Tombe et al., 1990).