Ein neuer Blick auf die vergleichende Physiologie von Insekten- und Menschenherzen

Kürzlich durchgeführte elektrokardiographische (EKG) Untersuchungen von Insektenherzen haben das Vorhandensein von menschenähnlichen, unwillkürlichen und rein myogenen Herzen ergeben. Bestimmte Insekten, wie eine kleine, leichtgewichtige Schwebfliegenart (Episyrphus balteatus), haben ein sehr effizientes Herzsystem entwickelt, das aus einer kompakten Herzkammer und einer schmalen Aortaröhre besteht, die sich als Anpassung an anhaltende Schwebeflüge entwickelt hat. Die Anwendung thermokardiographischer und optokardiographischer EKG-Methoden zeigte, dass erwachsene Fliegen dieser Art die kompakte muskulöse Herzkammer (Herzkammer) zum intensiven Pumpen von Insekten-„Blut“ (Hämolymphe) in den Kopf und den Thorax nutzen, der rundum von indirekter Flugmuskulatur umgeben ist. Die Aufzeichnungen dieser Herzen ergaben extrem hohe, rekordverdächtige Raten des vorwärts gerichteten, anterograden Herzschlags (bis zu 10 Hz), verbunden mit einer extrem verstärkten synchronen (nicht peristaltischen) Ausbreitung der systolischen Myokardkontraktionen (32,2 mm/s bei Raumtemperatur). Die relativ langsamen, rückwärtsgerichteten oder retrograden Herzkontraktionen traten nur sporadisch in Form von einzelnen oder verzwillingten Impulsen auf, die gelegentlich die Ruhephasen ersetzten. Die kompakte Herzkammer enthielt bidirektionale seitliche Öffnungen, deren Öffnung und Schließung die intrakardialen anterograden „Blut“-Ströme zwischen der abdominalen Hämocoelischen Höhle und der Aortenarterie umleiteten. Die viszeralen Organe dieser Flugmaschine (Kropf, Mitteldarm) wiesen myogene, extrakardiale peristaltische Pulsationen auf, die dem Herzschlag ähnelten, einschließlich der periodisch umgekehrten Vor- und Rückwärtsrichtung der peristaltischen Wellen. Der schlauchförmige Kropf kontrahierte mit einer Periodizität von 1 Hz, sowohl vorwärts als auch rückwärts, wobei sich die peristaltischen Wellen mit 4,4 mm/s ausbreiteten. Der mit Luft aufgeblasene und blind endende Mitteldarm kontrahierte mit 0,2 Hz, wobei sich die peristaltischen Kontraktionswellen mit 0,9 mm/s ausbreiteten. Das neurogene System der extrakardialen hämocoelischen Pulsationen, das bei anderen Insektenarten für die Regulierung der Kreislauf- und Atmungsfunktionen zuständig ist, wurde hier durch eine ökonomischere, myogene Pulsation der viszeralen Organe als leichtgewichtige evolutionäre Anpassung an den verlängerten Schwebeflug ersetzt. Auffällige strukturelle, funktionelle und sogar genetische Ähnlichkeiten zwischen den Herzen von Episyrphus, Drosophila und dem menschlichen Herzen wurden praktisch für kostengünstige Tests neuer kardioaktiver oder kardioinhibitorischer Medikamente am Insektenherz genutzt.