Seit Jahrzehnten wissen Wissenschaftler, dass der plötzliche Herztod - ein Defekt im elektrischen System des Herzens, der dazu führt, dass Menschen plötzlich tot umfallen - in den Morgenstunden häufiger auftritt. Die Analyse der Daten aus der ehrgeizigen Framingham-Herz-Studie führte bereits 1987 zur wissenschaftlichen Dokumentation des merkwürdigen Zusammenhangs. Doch ebenso lange konnten Wissenschaftler mit diesem Wissen nicht viel anfangen. Eine Fülle von Artikeln in den späten 1980er Jahren wies auf mögliche Erklärungen hin: die Annahme einer aufrechten Haltung zum Beispiel oder Probleme mit dem Prozess, der typischerweise Blutgerinnsel verhindert. Trotzdem ist es Wissenschaftlern nicht gelungen, einen grundlegenden Mechanismus zu finden, um den Zusammenhang zwischen der zirkadianen Uhr des Körpers und dem elektrischen Missgeschick zu erklären, das den plötzlichen Tod verursacht.
Jetzt ist ein internationales Forscherteam auf einen Vorsprung gestoßen. Mukesh Jain von der Case Western Reserve University in Cleveland und seine Kollegen haben kürzlich ein Protein identifiziert, dessen Spiegel mit der circadianen Uhr schwingen und bei Mäusen bewirken, dass die Ionenkanäle, die das elektrische System des Herzens steuern, ebenfalls mit der Uhr schwingen. Am 8. September berichtete Jain in Indianapolis auf einem Treffen der American Chemical Society (ACS), dass diese Schwingungen auch in menschlichen Herzzellen auftreten. Die Ergebnisse deuten auf eine Ära hin, in der Ärzte möglicherweise den plötzlichen Herztod verhindern können, der die häufigste natürliche Todesursache in den USA darstellt und in der jährlich mehr als 300.000 Menschen sterben.
Um die Vor- und Nachteile von Jains Entdeckung zu verstehen, muss man zuerst verstehen, wie das Herz funktioniert. Denken Sie: Automotor, sagt James Fang, Chefarzt für Herz-Kreislauf-Medizin an der Medizinischen Fakultät der Universität von Utah in Salt Lake City. Da ist das zirkulierende Blut, das der Treibstoff ist. Es sind die Muskeln, die diesen Kraftstoff pumpen. Und es gibt ein elektrisches System, bei dem die Ladungstrennung nicht durch eine Batterie, sondern durch Ionenpumpen und Ionenkanäle erfolgt. Ohne ein funktionierendes elektrisches System dehnen sich die Muskeln nicht aus und ziehen sich zusammen und das Blut fließt nicht. Bei einem Herzinfarkt wird der Kraftstofffluss zum Herzen blockiert. Beim plötzlichen Herztod kommt es jedoch zu einer elektrischen Störung, die das Herz daran hindert, Blut in Körper und Gehirn zu pumpen. Der Herzschlag wird unregelmäßig und zeigt häufig eine Art von Arrhythmie, die als Kammerflimmern bezeichnet wird. Herzinfarkt kann zu Arrhythmien führen, die zum plötzlichen Herztod führen können, in anderen Fällen gibt es jedoch keinen offensichtlichen Auslöser. Unabhängig davon, wie der Stecker des Herzens gezogen wird, tritt der Tod in der Regel innerhalb von Minuten auf.
Notdefibrillatoren an öffentlichen Orten retten Leben, indem sie eine schnelle Möglichkeit bieten, das Herz wieder zum Arbeiten zu bewegen. Neue Forschungen zum zirkadianen Rhythmus von Proteinen im menschlichen Herzen könnten eine bessere Lösung bieten. Foto von Olaf Gradin via flickr
Obwohl es Medikamente für das Herz gibt - denken Sie an Betablocker, ACE-Hemmer -, gibt es kein Medikament, das spezifisch gegen den Ausbruch von Arrhythmien wirkt. Die häufigste medizinische Reaktion ist genau das: eine Reaktion. Ärzte behandeln die elektrische Störung, nachdem sie mit einem Defibrillator aufgetreten ist, einer Technologie, deren Geschichte bis zum Ende des 19. Jahrhunderts zurückreicht. Im Jahr 1899 stellten zwei Physiologen fest, dass Elektroschocks nicht nur rhythmische Störungen im Herzen eines Hundes hervorrufen, sondern auch stoppen konnten. Ende der 1960er Jahre wurde Herzdefibrillation bei Menschen zuverlässig eingesetzt. 1985 erhielt ein Arzt der Johns Hopkins University die FDA-Zulassung für einen implantierbaren Defibrillator.
Defibrillation ist seitdem die primäre Lösung für lebensbedrohliche Arrhythmien. Diese Geräte sind "von der Größe eines Gepäcks auf die Größe einer Zigarettenschachtel geschrumpft", so Fang. Automatische externe Versionen sind populär geworden, damit umstehende Personen einem Opfer helfen können, ohne eine Krankenwagenfahrt zu verzögern. Aber "es ist ein bisschen grob", sagt Fang. „Defibrillatoren haben in den letzten zwei oder drei Jahrzehnten den Grundstein gelegt, aber es handelt sich nicht wirklich um eine Managementlösung“, fügt er hinzu. „Es verhindert das Problem nicht. Es ist, es geschehen zu lassen und dich dann zu schocken. “Es ist das Äquivalent, ein Auto zu starten, nachdem die Batterie leer ist.
Da die Wissenschaftler zunächst nicht wissen, was die Arrhythmie auslöst, sei es schwierig, vorherzusagen, wer einen Defibrillator benötigt. Nehmen wir zum Beispiel 100 Patienten, die alle ein schwaches Herz haben. „Wahrscheinlich werden nur 10 plötzlich sterben. Wir wissen nicht, wer diese 10 sind, deshalb geben wir allen 100 Menschen Defibrillatoren “, sagt Fang. „Es ist übertrieben, weil 90 es nicht einmal brauchen. Aber ich kann nicht sagen, welche 10 sterben werden. “
Hier kommt Jains Arbeit ins Spiel. Sein Team, das seit langem ein Protein namens KLF15 untersucht hat, hat zufällig herausgefunden, dass die Menge des Proteins in einer Maus Herzgewebezyklen - innerhalb von 24 Stunden von niedrig nach hoch und wieder zurück. Obwohl Jain nicht speziell die Elektrophysiologie studierte, war ihm der Zusammenhang zwischen der Uhr und dem plötzlichen Herztod bewusst und er fragte sich, ob sein Protein (das zuvor mit einigen Herzerkrankungen in Verbindung gebracht worden war) eine Rolle spielen könnte. Das Team von Jain stellte fest, dass der KLF15-Spiegel während der Übergänge von Nacht zu Tag hoch sein sollte. Stattdessen ist er bei Mäusen niedrig, die einen plötzlichen Herztod erleiden. KLF15 steuert den Spiegel eines anderen Proteins, das den Ionenfluss in das und aus dem Herzen der Maus beeinflusst, was bedeutet, dass die Ionenkanäle ebenfalls einem circadianen Rhythmus folgen. Als die Forscher das Vorhandensein von KLF15 beseitigten, "Der Ionenkanalausdruck ist gesunken und hat nicht oszilliert", sagt Jain. "Und diese Tiere waren anfälliger für Herzrhythmusstörungen und plötzlichen Tod." Die Studie wurde im vergangenen Jahr in Nature veröffentlicht.
Follow-up-Beobachtungen, die auf dem ACS-Meeting vorgestellt wurden, bestätigen, dass die Oszillation von KLF15 und den Ionenkanälen in menschlichen Herzzellen auftritt. Diese Erkenntnisse “fangen an, einen Fall aufzubauen, dass dies für die menschliche Biologie und für menschliche Krankheiten möglicherweise wichtig ist”, sagt Jain.
Jain glaubt, dass seine molekulare Arbeit und ähnliche Studien am Horizont zu Medikamenten führen könnten, die eine bessere Lösung als Defibrillation bieten. "Wir brauchen einen Neuanfang", sagt er. "Was wir tun, funktioniert nicht." Aber es ist noch ein langer Weg. Zukünftige Studien werden versuchen, Moleküle zu finden, die den KLF15-Spiegel steigern könnten, nach anderen uhrzeitabhängigen Molekülen im Herzen zu suchen und nach genetischen Varianten zu suchen, die mit einem plötzlichen Herztod verbunden sind.
