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Fragestellung: Eine traumatische Verletzung des Herzens ist mit einer erhöhten Sterblichkeit assoziiert. Bei Schädigung des Herzmuskels kommt es zu einem Anstieg des herzspezifischen Troponins im Serum. Nach Trauma kommt es im Plasma weiterhin zu einem Anstieg von Zytokinen, Anaphylatoxinen und „damage-associated molecluar patterns“ (DAMPs) wie TNF, dem Anaphylatoxin C5a und wie extrazellulären Histonen. Die Interaktion der o.g. Biomoleküle mit Herzmuskelzellen führt zu kontraktiler Dysfunktion in vitro und in vivo. Die der kardialen Dysfunktion zu Grunde liegenden molekulare Mechanismen sollen daher in vitro untersucht werden.

Methodik: Die in vitro Studien wurden unter Verwendung von humanen Herzmuskelzellen (Cellular Dynamics) oder Rattenherzmusekelzellen durchgeführt. Rattenherzen wurden zur Isolation der Herzmuskelzellen mit Hilfe einer Langendorff-Apparatur retrograd mit Enzym (Liberase, Roche) perfundiert. RNA aus Zelllysaten wurde mit dem ISOLATE II RNA Mini Kit (Meridian Bioscience) isoliert. Enzyme linked immunosorbent assay (ELISA) Analysen wurden durchgeführt um die Konzentration von Troponin I in Zellkulturüberständen zu bestimmen (Abcam). Die intrazelluläre Konzentration von Calcium wurde mit Fluo 3-AM und die reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) durch die Verwendnung von Cell ROX Deep Red (Invitrogen) bestimmt. Das mitochondriale Membranpotential wurde mit Hilfe des Mitochondrial Membrane Potential Assay Kit und die ATP Konzentration durch das Luminescent ATP Detection Assay Kit (beide Abcam) bestimmt. Die statistische Datenauswertung erfolgte unter Verwendung von ANOVA mit darauffolgendem Dunnett's Test.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Um die lokalen Auswirkungen einer erhöhten TNF- und Histon-Serumkonzentration auf Herzmuskelzellen nach Trauma zu ermitteln, wurden Rattenherzmuskelzellen mit extrazellulären Histonen und humane Herzmuskelzellen in vitro mit TNF inkubiert. In Anwesenheit von Histonen und TNF kam es zu einem Anstieg von reaktiven Sauerstoffspezies und Calciumkonzentration im Zytosol. Des Weiteren zeigte sich in den Rattenherzmuskelzellen in Anwesenheit von extrazellulären Histonen vermehrte Apoptose, ein vermindertes mitochondriales Membranpotntial sowie eine verminderte intrazelluläre ATP Konzentration. In humanen Herzmuskelzellen zeigte sich in Anwesenheit von TNF eine vermehrte Expression von NLRP3. Im Zellkulturüberstand war in Anwesenheit von extrazellulären Histonen und TNF die Troponinkonzentration, als Marker für eine myokardiale Zellschädigung, im Vergleich zur Kotrollgruppe erhöht.

Die beobachteten zellulären und subzellulären Veränderungen in humanen Herzmuskelzellen in Anwesenheit von TNF und extrazellulären Histonen in vitro tragen zum Verständnis der molekularen Mechanismen der kardialen Dysfunktion nach Trauma bei.