Physiologische Grundlagen: Kontraktilität und Pumpfunktion
Die grundlegende und wichtigste Funktion der Arbeitskardiomyozyten ist die Kontraktilität, die in der medizinischen Literatur als Inotropie bezeichnet wird. Eben dank der koordinierten Kontraktion dieser Zellen ist das Herz in der Lage, seine Hauptaufgabe zu erfüllen — als kontinuierliche Pumpe zu arbeiten.
Die Pumpfunktion des Herzens ist für die Aufrechterhaltung der Lebensprozesse des gesamten Organismus von entscheidender Bedeutung. Sie gewährleistet die reibungslose Lieferung eines streng notwendigen Blutvolumens an alle peripheren Gewebe und Organe.
Der Angriffspunkt von Kardiotonika sind ausschließlich die Arbeitskardiomyozyten. Es ist wichtig zu verstehen, dass ihr primäres Ziel nicht die glatten Muskelzellen der Gefäße, nicht die Endothelzellen und auch nicht die Elemente des Reizleitungsystems des Herzens sind, sondern eben der kontraktile Apparat des Myokards.
Pathologie: Wann Kardiotonika benötigt werden
Wenn die Pumpfunktion des Herzens aus irgendwelchen Gründen abnimmt, entwickelt sich ein pathologischer Zustand, der als Herzinsuffizienz (HI) bekannt ist. Bei dieser Pathologie verliert das Herz die Fähigkeit, ein Blutvolumen zu pumpen, das ausreicht, um den Bedarf der peripheren Gewebe zu decken.
Klinisch wird die Herzinsuffizienz in zwei Hauptformen unterteilt:
- Akute Herzinsuffizienz.
- Chronische Herzinsuffizienz.
Genau zur pharmakologischen Korrektur dieses Zustands und zur Stimulation des geschwächten Myokards werden Kardiotonika eingesetzt. Ihr therapeutisches Hauptziel ist es, das Herz dazu zu bringen, stärker zu kontrahieren und die Manifestationen der Insuffizienz zu überwinden.
Pharmakologische Wirkungen und Terminologie
In der Pharmakologie wird die Wirkung von Medikamenten, die die Kraft der Myokardkontraktionen erhöhen, strikt als positiv inotroper Effekt definiert.
Zum genauen Verständnis des Themas muss dieser Effekt von anderen Arten der Einwirkung auf das Herz unterschieden werden. Kardiotonika erhöhen in erster Linie genau die Kontraktilität, was sie von Medikamenten unterscheidet, die überwiegend die Erregbarkeit des Myokards, die Herzfrequenz (positiv chronotroper Effekt) oder die Leitungsgeschwindigkeit der Impulse (positiv dromotroper Effekt) beeinflussen. Ihre Wirkung ist zudem direkt entgegengesetzt zum negativen inotropen Effekt, bei dem die Kontraktionskraft abnimmt.
Klassifikation nach Wirkmechanismus
Alle Kardiotonika werden in zwei große Gruppen unterteilt, je nachdem, auf welche Weise sie den Kardiomyozyten zu einer stärkeren Kontraktion veranlassen.
- Mittel, die die Konzentration von zytoplasmatischem Calcium ($Ca^{2+}$) erhöhen.
Damit sich die Muskelfaser zusammenzieht, muss sich in der Zelle Calcium ansammeln. Medikamente dieser Untergruppe erhöhen auf verschiedene Weise die Anzahl freier $Ca^{2+}$-Ionen im Zytoplasma. Dazu gehören:
- Herzglykoside.
- $\beta_1$-Adrenorezeptor-Agonisten (Achtung: genau $\beta_1$-Rezeptoren sind für die Stimulation des Herzens verantwortlich, im Gegensatz zu $\alpha_1$- oder $\beta_2$-Adrenorezeptor-Agonisten, während $\beta$-Adrenorezeptor-Antagonisten diese Funktion im Gegensatz dazu hemmen).
- Phosphodiesterase-III-Hemmer.
- Mittel, die die Calcium-Sensitivität erhöhen (Calcium-Sensitizer).
Ihre Einzigartigkeit liegt darin, dass sie die absolute Konzentration von $Ca^{2+}$-Ionen in der Zelle nicht erhöhen. Stattdessen erhöhen sie die Affinität des kontraktilen Proteins Troponin zum bereits vorhandenen Calcium. Ein klares Beispiel für einen solchen Mechanismus ist das Medikament Levosimendan.
Klassifikation nach chemischer Struktur
Neben dem Wirkmechanismus ist es in der traditionellen Pharmakologie üblich, Kardiotonika anhand ihrer chemischen Struktur zu unterteilen. Diese Klassifikation ist äußerst einfach und umfasst zwei Klassen:
- Herzglykoside. Dies sind Medikamente, deren Molekül eine charakteristische Glykosidstruktur aufweist.
- Nicht-glykosidische Kardiotonika. Dies ist eine umfangreiche Sammelgruppe, die absolut alle anderen Medikamente mit positivem inotropem Effekt umfasst, die keine Glykosidstruktur besitzen (einschließlich der oben genannten Adrenorezeptor-Agonisten, Phosphodiesterase-Hemmer und Calcium-Sensitizer).
Kurz gefasst: Antworten auf Fragen zum Thema
Welche Hauptarzneimittel gehören zur Gruppe der Herzglykoside?
Zur Gruppe der Herzglykoside gehören Medikamente, die nach ihrer Herkunft in Glykoside des Fingerhuts (Digitalis), des Strophanthus combe und des Maiglöckchens unterteilt werden. Zu den Fingerhutglykosiden gehören Digoxin, Acetyldigoxin B, Lanatosid C und Digitoxin. Von den Strophanthus-combe-Glykosiden wird Ouabain (Strophanthin G) genannt. Zu den Maiglöckchenglykosiden gehören Corglycon und Convallatoxin. In der modernen medizinischen Praxis werden Digoxin, Acetyldigoxin B, Lanatosid C und Ouabain verwendet; Digitoxin und Maiglöckchenpräparate sind nicht in der Liste der aktuellen Medikamente enthalten.
Welche Medikamente gehören zur Untergruppe der Phosphodiesterase-III-Hemmer?
Zur Untergruppe der Phosphodiesterase-III-Hemmer gehört Milrinon. Es wird zur Kurzzeittherapie der akuten, gegenüber anderen Medikamenten resistenten Herzinsuffizienz eingesetzt. Ibopamin wird unter den in der Entwicklung befindlichen Mitteln zur Einnahme erwähnt, die als Ersatz für Herzglykoside gedacht waren.
Welche konkreten Mittel gehören zur Gruppe der Beta1-Adrenorezeptor-Agonisten mit kardiotonischer Wirkung?
Zur Gruppe der $\beta_1$-Adrenorezeptor-Agonisten mit kardiotonischer Wirkung gehören $\beta_1$-Adrenorezeptor-Agonisten und Dopamin-Rezeptor-Agonisten. Konkrete Medikamente dieser Gruppe sind Dobutamin, welches direkt die $\beta_1$-Adrenorezeptoren des Myokards stimuliert, und Dopamin, das ein Dopamin-Rezeptor-Agonist und biochemischer Vorläufer von Noradrenalin ist und eine kardiotonische Wirkung durch eine ähnliche Rezeptorstimulation ausübt.
Wie lautet der genaue biochemische Wirkungsmechanismus von Herzglykosiden auf Kardiomyozyten?
Der biochemische Wirkungsmechanismus von Herzglykosiden besteht in der Hemmung des Enzyms $K^+$-$Na^+$-ATPase in der Kardiomyozytenmembran. Dies stört die Ausscheidung von Natriumionen und erhöht dessen intrazelluläre Konzentration, was die Arbeit des $Na^+$-$Ca^{2+}$-Exchangers verändert. Infolgedessen verlangsamt sich die Calciumelimination aus der Zelle und es kommt zu einer verstärkten Anreicherung im Cytosol mit anschließender Speicherung im sarkoplasmatischen Retikulum, was die Verstärkung der Myokardkontraktion gewährleistet.
Worin besteht der Wirkungsmechanismus von Phosphodiesterase-III-Hemmern?
Der Wirkungsmechanismus von Phosphodiesterase-III-Hemmern besteht in der Hemmung der Phosphodiesterase III. Normalerweise baut dieses Enzym cAMP zu inaktivem 5'-AMP ab. Dessen Hemmung führt zur Anhäufung von cAMP in der Zelle, zur Aufrechterhaltung der Proteinkinase-Aktivität, zur Öffnung von Calciumkanälen und zu einem verstärkten Einstrom von Calciumionen in die Kardiomyozyten, was die Verstärkung der Kontraktion gewährleistet. In den Gefäßen bewirkt die Phosphodiesterase-Hemmung eine direkte Vasodilatation, eine Senkung des totalen peripheren Gefäßwiderstands und der Nachlast.
Welche Hauptnebenwirkungen sind typisch für Herzglykoside?
Für Herzglykoside sind kardiale und nicht-kardiale Nebenwirkungen typisch, die bei Intoxikation oder Überdosierung auftreten. Kardiale Manifestationen umfassen Rhythmus- und Leitungsstörungen wie ventrikuläre Extrasystolen und einen atrioventrikulären Block. Nicht-kardiale Wirkungen umfassen dyspeptische Beschwerden in Form von Übelkeit, Erbrechen und Durchfall, Sehstörungen mit spezifischer Xanthopsie sowie neurologische und psychische Störungen einschließlich Kopfschmerzen, Schlafstörungen und Halluzinationen.
Worin unterscheidet sich der chronotrope Effekt vom inotropen und dromotropen?
| Wirkung | Einfluss auf die Herztätigkeit |
|---|---|
| Inotrop | Veränderung der Myokardkontraktilität (Verstärkung der Kontraktionen bei positivem Effekt) |
| Chronotrop | Veränderung der Herzfrequenz (Verlangsamung des Rhythmus bei negativem Effekt) |
| Dromotrop | Veränderung der Erregungsleitungsgeschwindigkeit im Reizleitungssystem des Herzens |
Somit ist die Inotropie für die Kontraktionskraft verantwortlich, die Chronotropie für die Rhythmusfrequenz und die Dromotropie für die Leitfähigkeit.
Welche absoluten und relativen Kontraindikationen gibt es für die Verschreibung von Herzglykosiden?
In den bereitgestellten Materialien wird darauf hingewiesen, dass Herzglykoside bei einem atrioventrikulären Block kontraindiziert sind. Andere absolute oder relative Kontraindikationen für deren Verabreichung werden in den Texten der Methodiken nicht detailliert aufgeführt.
Welche pharmakokinetischen Besonderheiten weist Levosimendan auf?
Zu den pharmakokinetischen Besonderheiten von Levosimendan gehört eine sehr hohe Plasmaproteinbindung von 97–98%. Der Wirkstoff unterliegt im Organismus einer fast vollständigen Biotransformation unter Bildung eines aktiven Metaboliten, dessen Anteil 5% ausmacht. Die Halbwertszeit der Substanz selbst beträgt etwa 1 Stunde, was einen raschen Wirkeintritt gewährleistet.
Um sich die zwei Wirkungsmechanismen von Kardiotonika leicht zu merken, stellen Sie sich vor, dass Kalziumionen ($Ca^{2+}$) die Arbeiter und das Protein Troponin der Polier sind. Die erste Gruppe von Medikamenten (Glykoside, $\beta_1$-Adrenomimetika, PDE-III-Hemmer) „heauert einfach mehr Arbeiter an“, indem sie die Kalziumkonzentration im Zytoplasma erhöht. Die zweite Gruppe (Sensitizer, z. B. Levosimendan) geht raffinierter vor: Sie erhöht nicht die Zahl der Arbeiter, sondern „gibt dem Polier ein Megaphon“, wodurch die Empfindlichkeit des Troponins gegenüber dem bereits vorhandenen Kalzium gesteigert wird.
Fragen aus Vorlesungen und Prüfungen
Was ist Inotropie und wie hängt sie mit Kardiotonika zusammen?
Inotropie ist eine Grundfunktion der Kardiomyozyten, die die Kontraktilität des Herzens gewährleistet. Kardiotonika besitzen einen positiven inotropen Effekt, d. h. sie stimulieren und verstärken diese kontraktile Aktivität gezielt.
Auf welche Zellen genau wirken diese Medikamente?
Der Wirkungsort von Kardiotonika sind direkt die Arbeitskardiomyozyten. Sie üben keine primäre stimulierende Wirkung auf glatte Muskelzellen oder Endothelzellen sowie auf Elemente des Reizleitungsystems des Herzens aus.
Worin liegt der prinzipielle Unterschied zwischen Levosimendan und Herzglykosiden?
Herzglykoside verstärken die Kontraktion durch Erhöhung der zytoplasmatischen Kalziumkonzentration. Levosimendan hingegen gehört zu den Sensitizern: Es verändert nicht die Konzentration der $Ca^{2+}$-Ionen, erhöht jedoch die Affinität des kontraktilen Proteins Troponin zu diesen.
Welche Rezeptoren stimulieren Adrenomimetika zur Erzielung des kardiotonen Effekts?
Der positive inotrope Effekt wird durch die Stimulierung von $\beta_1$-Adrenorezeptoren erreicht. Arzneimittel, die auf $\alpha_1$- oder $\beta_2$-Rezeptoren wirken, sowie $\beta$-Blocker werden für diesen Zweck nicht eingesetzt.
Was es zum Thema noch zu wiederholen gibt
- Ausführlicher Mechanismus der Wirkung von Herzglykosiden auf zellulärer Ebene.
- Pharmakodynamik von $\beta_1$-Adrenomimetika und Phosphodiesterase-III-Hemmern.
- Besonderheiten der Anwendung von Kardiotonika bei akuter und chronischer Herzinsuffizienz.
- Klinische Bedeutung von Kalziumsensitizern (am Beispiel von Levosimendan).
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