Einführung
Das Zusammenspiel von Herz und Gehirn ist ein komplexes und faszinierendes Forschungsfeld, das in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen hat. Traditionell wurden diese beiden Organe als separate Einheiten betrachtet, doch moderne wissenschaftliche Erkenntnisse belegen eine enge und wechselseitige Beziehung, die weit über die reine Blutversorgung des Gehirns durch das Herz hinausgeht. Das Heart & Brain Center Göttingen (HBCG) der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) widmet sich der Erforschung dieser organübergreifenden Zusammenhänge und hat sich zum Ziel gesetzt, innovative Behandlungsmethoden für häufige Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems und des Nervensystems zu entwickeln.
Das Heart & Brain Center Göttingen (HBCG): Eine einzigartige Forschungsplattform
Das HBCG der UMG stellt eine einzigartige Plattform dar, die die Forschungsschwerpunkte Kardiologie und Neurowissenschaften unter einem Dach vereint. Durch die räumliche Nähe und die enge Zusammenarbeit von Expertinnen aus verschiedenen Disziplinen wird ein umfassendes Verständnis der komplexen Interaktionen zwischen Herz und Gehirn ermöglicht. Das HBCG verfolgt einen translationalen Forschungsansatz, der darauf abzielt, Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung schnell in die klinische Anwendung zu überführen, um Patientinnen bestmöglich zu behandeln.
Die Bedeutung des gemeinsamen Blicks auf Herz und Gehirn
Der gemeinsame Blick auf Herz und Gehirn verspricht einen hohen Erkenntnisgewinn, da beide Systeme grundlegende molekulare und funktionelle Gemeinsamkeiten aufweisen und miteinander kommunizieren. Trotz dieser Gemeinsamkeiten sind die Mechanismen, die diesen Wechselwirkungen zugrunde liegen, noch weitgehend unerforscht. Studien haben beispielsweise gezeigt, dass Vorhofflimmern des Herzens häufig zu Blutgerinnseln und dadurch zu Schlaganfällen und kognitiven Beeinträchtigungen führen kann, während Schlaganfallpatient*innen eher zu einem Herzinfarkt neigen. Die Gründe für diese Zusammenhänge sind jedoch bislang weitgehend unverstanden.
Forschungsschwerpunkte und Infrastruktur des HBCG
Insgesamt sind elf Forschungsgruppen und fünf Infrastrukturgruppen im HBCG tätig. Die Infrastrukturgruppen unterstützen die anderen Wissenschaftler*innen mit ihrer Expertise zu hochmodernen Geräten. Alle Projekte zielen darauf ab, mehr über organübergreifende Ursachen und Mechanismen von häufigen Krankheiten des Herz-Kreislauf-Systems und des Nervensystems in Erfahrung zu bringen.
Translationale Forschung am HBCG
Ein wichtigstes Ziel der Forschungsprojekte ist der translationale Ansatz: Ergebnisse aus der Grundlagenforschung sollen möglichst schnell in die klinische Erprobung gebracht werden und der Behandlung von Patient*innen zur Verfügung stehen.
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Feierliche Eröffnung des HBCG
Am 22. August 2024 wurde das neue Heart & Brain Center Göttingen (HBCG) der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) feierlich eröffnet. Bund und Land Niedersachsen investierten rund 38 Millionen Euro in den Neubau.
Die neuronale Verbindung: Das "Herzgehirn"
Dr. J. Andrew Armour führte bereits 1991 den Begriff des "Herzgehirns" ein. Dieses "Herzgehirn" besitzt, wie auch das eigentliche Gehirn, ein komplexes Netzwerk von Neuronen, Neurotransmittern, Proteinen und Helferzellen. Das Herz verfügt über etwa 40.000 Nervenzellen und eine biologische Sensorik für diverse Rezeptoren. Es misst permanent den Druck in den Herzhöhlen und im Blut, bestimmt das chemische Milieu des Blutes (z.B. Sauerstoffgehalt und pH-Wert) und hat Rezeptoren für zahlreiche Hormone, Neurotransmitter und andere im Blut gelöste Botenstoffe. Diese Informationen werden in elektrische Signale umgewandelt und über das autonome Nervensystem an das Gehirn gesendet.
Die intrinsischen Herzganglien
Die intrinsischen Herzganglien sind über das Herz verteilt. Afferente Neuronen senden Informationen zu anderen Neuronen. Diese sensorischen afferenten Neuronen erkennen lokale mechanische oder biochemische Veränderungen im Gewebe des Herzens.
Die Kommunikation zwischen Herz und Gehirn
Herz und Gehirn kommunizieren über verschiedene Wege miteinander:
- Das autonome Nervensystem: Dieses System steuert unbewusste Körperfunktionen wie Herzschlag, Atmung und Verdauung. Es besteht aus zwei Hauptkomponenten: dem Sympathikus, der den Körper auf Aktivität und Stress vorbereitet, und dem Parasympathikus, der für Entspannung und Erholung zuständig ist.
- Botenstoffe: Das Herz produziert und setzt verschiedene Hormone und Neurotransmitter frei, die das Gehirn beeinflussen können. Dazu gehören beispielsweise das natriuretische Peptid vom Typ B (BNP), das bei Herzinsuffizienz freigesetzt wird, und verschiedene Katecholamine wie Adrenalin und Noradrenalin, die bei Stress ausgeschüttet werden.
- Herzschlag-evoziertes Potential (HEP): Der Herzschlag erzeugt im Gehirn ein elektrisches Potential, das als HEP bezeichnet wird. Dieses Potential ist in verschiedenen Hirnregionen messbar und spiegelt die Aktivität des Herzens wider. Studien haben gezeigt, dass die Höhe des HEP mit der Konzentration auf den eigenen Körper und die Innenwelt zusammenhängt.
Der Einfluss des Herzschlags auf die Wahrnehmung
Studien haben gezeigt, dass der Herzschlag die Wahrnehmung von Berührungsreizen und sogar die Neigung zu Vorurteilen beeinflussen kann. So nehmen Probanden einen äußeren elektrischen Reiz am Finger schwächer wahr, wenn das Herz sich zusammenzieht und Blut in den Körper pumpt (systolische Phase). Dies könnte daran liegen, dass in diesem Moment Rezeptoren in den großen Blutgefäßen eine Information über den Blutdruck ans Gehirn übermitteln, die das Gehirn stark beansprucht.
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Herzratenvariabilität (HRV) als Indikator für die Herz-Hirn-Connection
Die Herzratenvariabilität (HRV) beschreibt die Variationen in den zeitlichen Abständen zwischen einzelnen Herzschlägen. Eine hohe HRV gilt als Zeichen einer vitalen Herz-Hirn-Connection und letztlich von Gesundheit. Eine starre Herzfunktion ist dagegen lebensbedrohlich und kann zum plötzlichen Tod führen. Die HRV kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, darunter Stress, Emotionen und körperliche Aktivität.
Emotionen und das Herz: Psychokardiologie
Die Psychokardiologie ist ein relativ junges Forschungsfeld, das sich mit den Auswirkungen von psychischen Faktoren auf das Herz-Kreislauf-System beschäftigt. Studien haben gezeigt, dass Stress, Angst, Depressionen und andere negative Emotionen das Risiko für Herzerkrankungen erhöhen können. Umgekehrt können positive Emotionen wie Freude, Liebe und Dankbarkeit das Herz schützen und die Gesundheit fördern.
Das Takotsubo-Syndrom: Stressbedingte Herzmuskelschwäche
Das Takotsubo-Syndrom, auch bekannt als "Broken-Heart-Syndrom", ist eineForm der Herzmuskelschwäche, die durch emotionalen oder körperlichen Stress ausgelöst werden kann. Betroffene erleben Symptome ähnlich einem Herzinfarkt, obwohl die Herzkranzgefäße nicht verstopft sind. Die linke Herzkammer pumpt weniger effizient als gewöhnlich, und die Herzspitze ist ballonartig erweitert. Studien haben gezeigt, dass bei Patienten mit Takotsubo-Syndrom die Verarbeitung emotionaler Eindrücke in verschiedenen Gehirnarealen weniger ausgeprägt ist.
Neue Erkenntnisse aus der Herzforschung
Die Forschung am "Human Heart Cell Atlas" hat neue Einblicke in die komplexe Zusammensetzung des Herzens ermöglicht. So wurden im Herzen Gliazellen gefunden, die bisher ausschließlich im Gehirn verortet wurden. Diese Zellen umhüllen die Schrittmacherzellen und ihre Leitungsbahnen und setzen dabei den Neurotransmitter Glutamat frei. Im Epikard wurden Immunzellen entdeckt, die das Herz vor eindringenden Erregern und Zellen aus der benachbarten Lunge schützen.
Das "drug2cell"-Modul
Mit dem auf dem Boden des Herzatlas neu entwickelten "drug2cell"-Modul können künftig Medikamente auf ihre mögliche Wirkung auf das Herz untersucht werden. Das Tool nutzt die in der ChEMBL-Datenbank gespeicherten Einzelzellprofile sowie Wechselwirkungen zwischen Medikamenten und Zielmolekülen und gibt Aufschluss darüber, wie verschiedene Medikamente das Reizleitungssystem und die Herzfrequenz beeinflussen.
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Klinische Implikationen und Therapieansätze
Die Erkenntnisse aus der Forschung über die Verbindung zwischen Herz und Gehirn haben wichtige klinische Implikationen und eröffnen neue Therapieansätze für verschiedene Erkrankungen.
- Prävention von Herz-Kreislauf-Erkrankungen: Ein gesunder Lebensstil mit regelmäßiger körperlicher Aktivität, einer ausgewogenen Ernährung und Stressmanagement kann das Herz schützen und das Risiko für Herzerkrankungen reduzieren.
- Behandlung von Herzinsuffizienz: Die Identifizierung von Frühwarnzeichen für Herzinsuffizienz, wie z.B. die Freisetzung von BNP durch Kardiomyozyten, ermöglicht eine frühzeitige Diagnose und Behandlung.
- Therapie von Angststörungen: Die Erkenntnis, dass das Herz das Bewusstsein beeinflussen kann, eröffnet neue Therapieansätze für Angststörungen, die auf die Modulation der Herzaktivität abzielen.
- Rehabilitation nach Herzinfarkt und Schlaganfall: Eine umfassende Rehabilitation, die sowohl körperliche als auch psychische Aspekte berücksichtigt, ist entscheidend für die Genesung von Patienten nach Herzinfarkt und Schlaganfall.
Die Zukunft der Herz-Hirn-Forschung
Die Herz-Hirn-Forschung steht noch am Anfang, aber die bisherigen Erkenntnisse sind vielversprechend. Zukünftige Forschungsarbeiten werden sich darauf konzentrieren, die komplexen Mechanismen der Kommunikation zwischen Herz und Gehirn besser zu verstehen und innovative Therapieansätze für verschiedene Erkrankungen zu entwickeln. Dazu gehören unter anderem:
- Weitere Studien zur Rolle des autonomen Nervensystems: Wie genau beeinflusst das autonome Nervensystem die Interaktion zwischen Herz und Gehirn?
- Identifizierung neuer Biomarker: Welche Biomarker können frühzeitig auf Störungen der Herz-Hirn-Kommunikation hinweisen?
- Entwicklung neuer bildgebender Verfahren: Können neue bildgebende Verfahren die Aktivität von Herz und Gehirn gleichzeitig und in Echtzeit darstellen?
- Klinische Studien zu neuen Therapieansätzen: Welche Therapieansätze, die auf die Modulation der Herzaktivität abzielen, sind wirksam bei der Behandlung von Angststörungen und anderen Erkrankungen?