Forschungsschwerpunkte

  • Erzeugung und Phänotyp-Analyse transgener Tiere
  • Functional Genomics und Proteomics
  • Kardiovaskuläre Wirkungen von Stickstoffmonoxid
  • MR- und sonographische Bildgebung zur nicht-invasiven Analyse der Herzmorphologie und der kontraktilen Funktion
  • Myokardialer Stoffwechsel (u. a. Myoglobin, Energiestoffwechsel, Hibernation, Präkonditionierung, Ischämie und Reperfusion)
  • Regulation der myokardialen Durchblutung und Oxygenierung

Aufgabe der Physiologie

ist es, die Funktionsweise von Lebewesen zu beschreiben und zu versuchen, sie in ihrer gesamten Komplexität zu verstehen. Aktuell führen die Physiologen der Universitätskliniken Untersuchungen auf molekularer Ebene zur Gen- und Proteinexpression durch und erstellen Analysen einzelner Zellen oder Organe bis hin zur Betrachtung ganzer Organismen. Dabei werden Funktionsprinzipien oft zunächst im zellulären Modell oder in Tierexperimenten untersucht, um danach die Übertragbarkeit der Befunde auf den Menschen zu überprüfen.

Ein Forschungsschwerpunkt des Instituts für Herz- und Kreislaufphysiologie ist das Zusammenspiel von Durchblutung und Stoffwechsel des Herzens. Normalerweise gewährleistet dieses Zusammenspiel eine ausreichende Versorgung mit Sauerstoff; beim Herzinfarkt ist es beispielsweise jedoch gestört. Hieran sind zahlreiche Faktoren beteiligt, unter anderem lokale Hormone wie Adenosin und Stickstoffmonoxid (NO), aber auch die neurohumorale Kontrolle. Diese Faktoren werden in zahlreichen Projekten mit Hilfe biochemischer und molekularbiologischer Methoden und kernresonanzspektroskopischer Techniken (MRT) analysiert.

Besonderes Gewicht hat in diesem Zusammenhang die Entwicklung transgener Tiermodelle bekommen. Hier ist es den Physiologen bereits möglich, einzelne Proteine gezielt auszuschalten oder vermehrt zu bilden.

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Forschung und Lehre

Forschungsschwerpunkt des Instituts für Herz- und Kreislaufphysiologie sind die Stoffwechselfunktionen im Herzbereich. Das Institut hat beispielsweise umfassend den Adenosin-Stoffwechsel, der an der Regulation der myokardialen Durchblutung beteiligt ist, beschrieben. Weiterhin wurde seine Beziehung zum kardialen Adenin-Nukleotidstoffwechsel mittels NMR-spektroskopischer Methoden erforscht. Seit der Entdeckung der Bedeutung von Stickstoffmonoxid für die Vasodilation wird in einer Reihe von Projekten der Einfluss dieses Mediators auf die Herzfunktion sowie die Entstehung von Arteriosklerose und Thrombose untersucht.

Ein weiteres Forschungsfeld des Institutes ist die Abstimmung von Energie-Angebot und -Bedarf bei isolierten Kardiomyozyten und dem Herzen sowie die Protektion des ischämischen Myokards. Aktuell sind darüber hinaus die räumliche Verteilung der myokardialen Durchblutung, des Stoffwechsels und der Genexpression, die zum Teil überraschende Muster aufweisen, wichtige Forschungsfelder.

In den letzten Jahren bilden die Erzeugung und Phänotyp-Analyse transgener Mausmutanten einen Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten. An solchen Tieren konnten die vielfältigen Rollen der Bildung von Stickstoffmonoxid (NO) und seine Bedeutung bei Herzunterfunktion genauer spezifiziert werden. Mäuse, die zu wenig Myoglobin bilden, zeigen beispielhaft den Umbau des molekularen Netzwerkes und der morphologischen Struktur als Antwort auf den Ausfall eines wichtigen Gen-Produktes. Aktuelle Arbeiten des Institutes belegen die Bedeutung von Myoglobin nicht nur für den Sauerstofftransport, sondern auch für die Metabolisierung von NO und freien Radikalen.

Die integrative Analyse des kardiovaskulären Phänotyps transgener Mäuse erfordert zahlreiche sich ergänzende Ansätze, die in den vergangenen Jahren auf einem international wettbewerbsfähigen Niveau etabliert wurden. So werden in Düsseldorf unter anderem die kardiale Morphologie und Funktion mittels hoch auflösender Magnetresonanzbildgebung (MRT bzw. MRI) sowie der Echokardiographie an Mäusen analysiert.

Die telemetrische Überwachung des arteriellen Blutdrucks transgener Mäuse ist ebenso möglich. Die für diese umfassende Phänotypanalyse erforderlichen Geräte konnten den Herz-Kreislaufphysiologen durch Fördermittel zur Verfügung gestellt werden.

Das Institut für Herz- und Kreislaufphysiologie ist zudem federführend am Sonderforschungsbereich 612 „Molekulare Analyse kardiovaskulärer Funktionen und Funktionsstörungen“ beteiligt.

Die Physiologie ist einer der drei klassischen Eckpfeiler der vorklinischen Ausbildung in der Humanmedizin. Die Ausbildung der Studierenden erfolgt in aufeinander abgestimmten Vorlesungen, Praktika und Seminaren, in denen neben Herz und Kreislauf auch Atmung, Blut, Nierenphysiologie, Säure-Basen-Haushalt und Ernährung unterrichtet werden. Spezielle Angebote richten sich an Studierende der Pharmazie.

Das Institut ist an der Entwicklung eines Multimedia-Lernsystems zur koronaren Herzkrankheit beteiligt. Hier stellen die Wissenschaftler mit Hilfe von Animationen, Video- und Audiosequenzen sowie mathematischen Modell-Simulationen die gesamte Physiologie- und Pathophysiologie des Herzens in einem anschaulichen Rahmen dar.

Um den Zugang der Studierenden zu elektronischen Medien und wissenschaftlichen Datenbanken zu verbessern, treibt das Institut die notebookgestützte Lehre voran.

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Prof. Dr. rer. nat. Axel Gödecke
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  • Zuletzt aktualisiert am 17.09.2015
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