(Vertigo3d/Getty Images) Wissenschaftler haben einen neuen zellulären Mechanismus identifiziert, der dem Säugetierherz hilft, synchron zu bleiben Tagesrhythmus , und die Entdeckung könnte helfen herauszufinden, warum manche Menschen einem höheren Risiko für Herzprobleme ausgesetzt sind.
Zirkadiane Rhythmen sind Prozesse, die dabei helfen, zeitbasierte Systeme im Körper rund um die Uhr zu regulieren 24-Stunden-Zyklus Sie beeinflussen Schlaf und Wachzustand, die Funktionsweise unseres Stoffwechsels und auch unsere kognitiven Prozesse.
Es ist seit langem bekannt, dass das Herz dieser biologischen Uhr unterliegt, wobei Menschen morgens eine erhöhte und eine viel niedrigere Herzfrequenz aufweisen während wir nachts schlafen .
Wie das Herz diese Veränderungen im Laufe des Tages ermöglicht, ist jedoch immer noch ein Rätsel. Ein Teil der Erklärung sind Signale, die vom Nervensystem weitergeleitet werden, aber eine neue Entdeckung von Wissenschaftlern des MRC-Labors für Molekularbiologie an der Universität Cambridge erklärt in gewisser Weise, wie das Herz auch auf zellulärer Ebene selbstständig die Gänge wechselt.
In einem neues Papier Unter der Leitung der Erstautorin und zirkadianen Biologin Alessandra Stangherlin fanden Forscher ein Ionentransportsystem in den Herzzellen von Mäusen heraus, das es den Zellen ermöglicht, ihre Konzentration an Kalium- (K), Natrium-Na- und Chlorid-Ionen (Cl) zwischen Tag und Nacht deutlich zu ändern. als Reaktion auf sich verändernde Proteinspiegel.
Dieser Mechanismus ermöglicht es den Herzzellen, dies zu vermeiden „makromolekulares Crowding“ im Zytosol, dem wässrigen Teil von Zytoplasma – hilft dem Herzen, die Homöostase (oder das biologische Gleichgewicht) aufrechtzuerhalten, auch wenn sich seine Aktivität zwischen Tag und Nacht erheblich ändert.
„Dieser homöostatische Kontrollmechanismus schützt vor Schwankungen im Zellvolumen“, Stangherlin erklärt .
„Der Anstieg der intrazellulären Ionen erfolgt am Ende der Ruhephase (beim Menschen die Nacht) und ermöglicht es dem Herzen, seine Schlagfrequenz zu beschleunigen, um sich auf die erhöhte Herz-Kreislauf-Belastung durch tägliche Aktivitäten vorzubereiten.“
„In Herzzellen reicht die Änderung der Na-, K- und Cl-Gradienten über die Plasmamembran aus, um eine tageszeitliche Variation der Aktionspotentialauslösung zu bewirken, sowohl in vitro als auch in vivo, selbst wenn Signale vom Nervensystem blockiert sind.“ '
Der Befund, der an aus Mäuseherzen isolierten Herzzellen nachgewiesen wurde, legt nahe, dass zirkadiane Rhythmen auf einer bestimmten Ebene im Herzen existieren, auch isoliert vom Rest des Körpers, und zeigt, wie tief die biologische Uhr tatsächlich verwurzelt ist.
„Die Art und Weise, wie sich die Herzfunktion rund um die Uhr verändert, erweist sich als komplexer als bisher angenommen“, sagt leitender Forscher und Molekularbiologe John O'Neill.
„Es eröffnet die spannende Möglichkeit einer wirksameren Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, beispielsweise durch die Verabreichung von Medikamenten zur richtigen Tageszeit.“
Ein weiterer Ansatzpunkt für weitere Forschung könnte darin bestehen, zu untersuchen, wie sich diese Zelluhren auf die Gesundheit gefährdeter Menschen auswirken könnten, beispielsweise Schichtarbeiter, die nachts sehr aktiv sind, zu Zeiten, in denen ihr Körper sonst erwarten würde, dass sie schlafen.
„Wir gehen davon aus, dass unser Herz-Kreislauf-System möglicherweise weniger in der Lage ist, mit den täglichen Belastungen des Arbeitslebens umzugehen, wenn die zirkadianen Uhren im Herzen von denen im Gehirn asynchron werden, wie etwa bei Schichtarbeit.“ Sagt O'Neill .
„Dies macht das Herz wahrscheinlich anfälliger für Funktionsstörungen.“
Über die Ergebnisse wird berichtet Naturkommunikation .