Hintergrundinfo zur preisgekrönten Forschungsarbeit: Zur Erhaltung der Pumpfunktion des Herzens ist eine ständige Energiegewinnung in den Mitochondrien notwendig, die die „Kraftwerke der Körperzellen“ darstellen. Unter Verbrauch des eingeatmeten Sauerstoffs werden dort Nahrungsstoffe wie Zucker oder Fettsäuren in verwertbare Energieträger umgewandelt. Diese kann das Herz zur Erhaltung der Pumpfunktion nutzen. Der Anteil an Zucker und Fettsäuren, der von Herzmuskelzellen zur Energiegewinnung genutzt wird, ist unter normalen Bedingungen gut balanciert.

Patienten, die an Fettleibigkeit oder Diabetes mellitus leiden, weisen in aller Regel deutlich erhöhte Blutfettwerte auf, wodurch die Speicherkapazität für Fette im Fettgewebe überschritten wird. Daher kommt es zu einer vermehrten Aufnahme und Speicherung von Blutfetten auch in anderen Organen des Körpers, zu deren primärer Funktion die Speicherung von Fett nicht gehört. Auch Herzmuskelzellen nehmen bei erhöhten Blutfettwerten vermehrt Fettsäuren auf, was zu einer Schädigung des Herzmuskels führt.

Die zugrunde liegenden Mechanismen, über welche eine vermehrte Fettsäureaufnahme oder -speicherung im Herzmuskel zur Gewebsschädigung führt, sind bislang unvollständig verstanden. Es wurde daher der Einfluss einer erhöhten Fettsäureaufnahme aus dem Blut in die Herzmuskelzellen anhand eines genetisch manipulierten Tiermodells untersucht. Hierbei stellte sich heraus, dass die Mitochondrien innerhalb der Herzmuskelzellen in großen Haufen angeordnet waren, jedoch war ihre Größe auf nur 25 Prozent der üblichen Mitochondriengröße vermindert. Die hierdurch bedingten strukturellen Veränderungen innerhalb der Herzmuskelzellen führten dazu, dass trotz vermehrter Fettsäureaufnahme die Fettsäuren in den Herzmuskelzellen nun nur noch unzureichend zu den Mitochondrien gelangen konnten, und dadurch die Energiegewinnung aus Fettsäuren deutlich eingeschränkt war. Die Folge war die Entwicklung einer Störung der Pumpfunktion des Herzens.

Großes Fettsäure-Angebot führt zu kleineren Mitochondrien

Die Größe und Form von Mitochondrien wird durch ständige Teilung und Wiederverschmelzung von Mitochondrien bestimmt. Mittels Fluoreszenzmarkierter Mitochondrien konnte in Zellkulturversuchen nachgewiesen werden, dass ein vermehrtes Angebot von Fettsäuren zu einer Störung dieser Teilungs- und Verschmelzungsprozesse der Mitochondrien führt, was letztlich zur Ausbildung der größenverminderten Mitochondrien führt. Entscheidend hierbei sind sogenannte Ceramide, die bei vermehrter Zufuhr von Fettsäuren vermehrt als Stoffwechselprodukte entstehen, und die direkt an der Ausbildung dieser Mitochondrienstörung beteiligt sind.

Im Versuch konnte Dr. Heiko Bugger somit nachweisen, dass eine vermehrte Aufnahme von Fettsäuren in die Herzmuskelzellen zu einer Beeinträchtigung der Pumpfunktion führen kann, und dass hierbei eine Störung der mitochondrialen Teilungs- und Verschmelzungsprozesse eine Rolle spielt. Die Studie legt somit nahe, dass sich eine medikamentöse Beeinflussung der Blutfettwerte bei Patienten mit ausgeprägter Fettleibigkeit oder Diabetes mellitus als günstig für die Erhaltung der Herzfunktion auswirken könnte.