Optogenetische Quantifizierung der kardialen Erregbarkeit
Optogenetische Quantifizierung der kardialen Erregbarkeit und elektrischen Kopplung in intakten Herzen und ihre Konsequenzen für die Entstehung und Aufrechterhaltung von Herzrhythmusstörungen
Erhöhte kardiale Erregbarkeit und reduzierte elektische Kopplung zwischen Kardiomyozyten begünstigen die Entstehung von Herzrhythmusstörungen und können mittels des Eingangswiderstands (Rm), der Stimulationsschwelle (Ithr) und der kardialen Längskonstante (λ) quantifiziert werden. Bisher war ihre Messung im intakten Herzen jedoch nicht durchführbar, da die benötigte homogene Strominjektion nicht mit elektrischer Stimulation möglich ist. Dieses Problem konnten wir mit optogentischer Strominjektion in alle beleuchteten Kardiomyozyten von Mausherzen in verschiedenen Aktionspotentialphasen überwinden. Präzise getriggerte und lokal definierte Beleuchtung ermöglichte die Messung von Rm und λ, die beide in der Diastole am kleinsten waren. Pharmakologische und Depolarisations-induzierte Reduktion des einwärts gleichrichtenden K+-Kanals (IK1), Gap Junction Block und Induktion eines Myokardinfakts reduzierten Ithr, was die Wichtigkeit einer hohen IK1 Stromdichte sowie einer intakten elektrischen Kopplung für die Prävention kardialer Arrhythmien verdeutlichte. Die Kombination von optogentischer Stimulation und Computersimulationen konnte genutzt werden, um pro- und anti-arrhythmische Mechanismen basierend auf ihren Effekten auf Rm und Ithr zu klassifizieren und ermöglichte die Quantifizierung der IK1 Einwärtsrektifizierung im intakten Herzen. Dabei konnte eine reduzierte IK1 Einwärtsrektifizierung als anti-arrhythmisches Konzept identifiziert werden.
