01 - Einführung

• Zelle mit Zellmembran

• Transmembranspannung = Potential_innen - Potental_außen

• Ladungsaustausch über Ionenkanäle

• Ruhepotential Herzmuskelzelle: -85 mV

Erregung der Zelle

• Na+ Kanäle öffnen -> Na+ strömt nach intrazellulär (Konzetrationsgradient)

  -> Ladungsverschiebung: Transmembranspannnung steigt

• Ca2+ Kanäle öffnen (spannungsgesteuert) -> Ca2+ strömt intrazellulär

• Ca2+ dockt an Rezeptoren der intrazellulären Kalziumspeicher -> mehr Ca2+ intrazellulär verfügbar -> mechanische Kontraktion der Myofilamente

• K+ Kanäle öffnen (spannungsgesteuert) -> K+ nach extrazellulär (Konzentrationsgradient)

  -> Transmembranspannung sinkt

• Repolarisation bis RP -> spannungsgesteuerte Kanäle schließen wieder

• Ionen an Ursprungsort:

  Kalziumpumpe (intrazellulär), Natrium-Kalzium-Austauscher, Natrium-Kalium-Pumpe

Arbeitsmyokard:

• Depolarisation

• Plateauphase

• Repolarisation

• Sinusknoten (initiiert Erregung)

• AV-Knoten

• His-Bündel

• Tawaraschenkel

• Purkinjefasern

• dann Arbeitmyokard -> Kontraktion

• Kopplung der Zellen durch Gap-junctions -> synchronisierte Erregungsausbreitung

• nur eine Ausbreitungsrichtung

• nicht direkt wieder erregbar

• Vorhöfe und Hauptkammern sind elektrisch von einander isoliert -> Reizweiterleitung nur über eine Stelle: AV-Knoten -> verzögerte Reizweiterleitung

• direkte elektrische Verbindung zwischen 2 Zellen

• zur schnellen Erregungsweiterleitung

• hohe Komplexität des kardiovaskulären Systems -> Pathomechanismen erkennen

• Klassische experimentelle Ansätze: oft nur ausgewählte Größen betrachtbar und nicht unendlich oft messbar -> durch Modell unterstützen

  
  

• experimentelle Ergebnisse extrapolieren und auf übergeordnete Integrationsebenen übertragen

• relativen Beitrag unterschiedlicher Einflussgrößen zu quantifizieren

• maschinelle Lernverfahren entwickeln

• Therapie personalisieren (‚precision medicine‘) -> Digital Twin

• Torsade de Pointes Arrhythmien

• QT-Verlängerung durch Blockade von Kaliumkanälen

• Folge: Zellen des Arbeitsmyokards entwickeln Selbsterregung -> Reentry Tachykardie

• Initiative: sehr sensitive aber unspezifische Tests -> potentiell wirksame pharmakologische Wirkstoffe kommen nicht auf den Markt

• Alternative: Experiment + Computermodelle -> Auswirkung auf AP simulieren

• Therapieerfolg simulieren

• Standardtherapue bei VHF

• Erfolgreicht bei 50-70% der Patienten

• Machine Learning Classifier mit simulierten Daten trainiert

• Performance auf gemessene Patienten EKGs: 83% Spezifität

• AV-Block -> Entkopplung