Z. Herz-, Thorax-, GeiSl3chir. 1I: I-6 (1997) © Steinkopff Verlag 1997 Suppl. 1 E. Erdmann Zelibioiogische kardiale Verfinderungen bei transplantationspflichtiger Herzinsuffizienz Prof. Dr. E, Erdmann (l~) KIinik III fiir Innere Medizin der Universit~itzu K61n Joseph-Stelzmann-Str. 9 50924 K61n Molecular and cellular alterations in severe heart failure (NYHA IV) Zusammenfassung Bei schwerer chronischer Herzinsuffizienz (NYHA IV) sind an der menschlichen Herzmuskelzelle wesentliche Anderungen der Si- gnaltransduktion, der Kalzium-Hom6ostase und der Kraft-Frequenz-Bezie- hung nachgewiesen worden. Die Zahl der 13-Adrenozeptoren ist auf etwa 30% reduziert, die Menge des Gi um 30-50% erh6ht und die mRNA ffir 131- Adrenozeptoren um 50% vermindert. Elektrophysiologische biochemische und molekularbiologische Untersuchungen haben gezeigt, dab an der isolier- ten menschlichen Herzmuskelzelle bei terminaler Herzinsuffizienz nach Herzexplantation im Vergleich zum gesunden Herzen diastolisch eine er- h6hte zytoplasmatische Kalzium-Konzentration gemessen wird. Die systolische Kalzium-Konzentration erscheint erniedrigt und die darauf fol- gende diastolische Abnahme des Kalziums verz6gert. Als Ursache daftir konnte eine reduzierte Aktivit/it der sarkoplasmatischen Kalzium-ATPase nachgewiesen werden. Dieser gest6rte Wiederaufnahmeprozel3 des Kalziums wird dutch eine erh6hte Herzfrequenz noch verstfirkt, da die Diastolendauer verkfirzt ist. Dadurch wird die Relaxation verlangsamt, was sich als diastoli- sche Herzinsuffizienz nachweisen 15_13t. Die funktionelle Konsequenz dieser Befunde ist die am insuffizienten Myokard auftretende Umkehr des positi- ven Bowditch-Effektes in eine negative Kraft-Frequenz-Beziehung. Summary In severe heart failure, signal transduction is greatly altered. 13- adrenoceptors are downregulated, the amount of Gi is increased, and in- tracellular cAMP is low. mRNA levels for [3-adrenoceptors are decreased, mRNA for 13-adrenoceptor kinase is increased. These alterations result in a decreased contractile response after stimulation of the cardiac cell with noradrenaline. Intracellular calcium homeostasis is also greatly altered in severe heart failure. The reason for this seems to be a decreased calcium uptake mechanism of the sarcoplasmic reticulum. Recently, a negative force frequency behavior of human myocardium has been detected in hearts from patients with severe heart failure. In the myocardium of these patients, SR- Ca2+-ATPase activity was decreased. The same defect has been measured repeatedly in human isolated cardiac myocytes. A disturbed calcium release from the sarcoplasmic reticulum may also contribute to this finding of the inverse force-frequency relationship (negative Bowditch effect) in the failing myocardium.