Lange Zeit wurde das Herz primär als eine mechanische Pumpe betrachtet, die den Körper mit Sauerstoff versorgt. Doch die moderne Forschung zeigt, dass das Herz weit mehr ist als nur eine Pumpe. Es verfügt über ein eigenes Nervensystem und kommuniziert aktiv mit dem Gehirn, beeinflusst unsere Wahrnehmung, unser Verhalten und sogar unsere Anfälligkeit für bestimmte Krankheiten.
Die bidirektionale Kommunikation zwischen Herz und Gehirn
Herz und Gehirn stehen in einer ständigen, bidirektionalen Kommunikation. Diese Kommunikation erfolgt über verschiedene Wege:
- Das autonome Nervensystem: Es besteht aus Sympathicus und Parasympathicus. Der Sympathicus aktiviert uns und sorgt für die notwendigen körperlichen Reaktionen auf Angriff und Flucht, während der Parasympathicus uns in die Ruhe bringt. Beide Nervensysteme werden überwiegend vom Hirnstamm gesteuert und wirken als Gegenspieler. Im Nebeneffekt ist der Herzschlag variabel und passt sich ständig der jeweiligen Situation an. Eine hohe Herzratenvariabilität gilt als Zeichen einer vitalen Herz-Hirn-Connection und letztlich von Gesundheit.
- Botenstoffe: Herz und Gehirn kommunizieren auch über Botenstoffe miteinander.
- Herzschlag-evoziertes Potential (HEP): Im Gehirn existiert ein Abbild des Herzens, der Herzschlag ist dort über das Herzschlag-evozierte Potential (HEP) repräsentiert.
Das autonome Nervensystem ist eine Standleitung zwischen Herz und Gehirn. Es wird als "autonom" bezeichnet, weil es sich nicht willentlich beeinflussen lässt. Der Sympathikus, der uns aktiviert, und der Parasympathicus, der uns beruhigt, halten sich beim gesunden Menschen ständig die Waage. Eine hohe Herzratenvariabilität (HRV), die die Anpassungsfähigkeit des Herzschlags an verschiedene Situationen widerspiegelt, ist ein Zeichen für eine gesunde Herz-Hirn-Verbindung. Eine starre Herzfunktion hingegen kann lebensbedrohlich sein.
Das Herzgehirn: Ein neuronales Netzwerk im Herzen
Forscher haben entdeckt, dass im Herzen ein eigenständiges neuronales System mit etwa 40.000 Nervenzellen existiert, das sogenannte "Herzgehirn". Dieses Nervensystem steht mit dem Gehirn in Verbindung. Zudem konnten im Gehirn neue Nervenzellen entdeckt werden, die einen Einfluss auf die Regulation von Herzrhythmus und Blutdruck haben.
Dr. J. Andrew Armour prägte 1991 den Begriff "Herzgehirn". Dieses verfügt über ein komplexes Netzwerk von Neuronen, Neurotransmittern, Proteinen und Helferzellen, ähnlich dem Gehirn. Afferente Neuronen erkennen lokale mechanische oder biochemische Veränderungen im Gewebe des Herzens und senden Informationen an andere Neuronen.
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Der Einfluss des Herzschlags auf Wahrnehmung und Verhalten
Der Herzschlag beeinflusst die Durchblutung des Gehirns und damit die Verarbeitung aller Wahrnehmungen. Menschen mit Herzschwäche leiden daher immer auch kognitiv. Sie können sich schlechter konzentrieren und ermüden rascher.
Die Forschung hat gezeigt, dass der Herzschlag unsere Wahrnehmung von Berührungsreizen und sogar unsere Neigung zu Vorurteilen beeinflussen kann. So spüren Probanden einen äußeren elektrischen Reiz am Finger schwächer, wenn sich das Herz 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 in Beschlag nimmt.
Ein Experiment von Psychologen um Ruben Azevedo zeigte, dass Probanden in der systolischen Phase signifikant häufiger ihrem Vorurteil folgten und einem schwarzen Mann eine Waffe zuwiesen.
Das Herzschlag-evozierte Potential (HEP)
Die Arbeitsgruppe um Neurologe Arno Villringer analysiert das Elektrokardiogramm und die Hirnströme gleichzeitig, um die feinstimmige Kommunikation zwischen Gehirn und Herz zu untersuchen. Dabei fällt auf, dass bestimmte Regionen des Gehirns synchron mit dem Herzen aktiviert werden. Diese Korrelation wird als Herzschlag-evoziertes Potential (HEP) bezeichnet.
Villringer vermutet, dass das Gehirn zwei unterschiedliche Modi hat: Bei einem hohen HEP konzentriert man sich auf den eigenen Körper, die Innenwelt, während man sich bei einem niedrigen HEP der Außenwelt zuwendet.
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Neuere Entdeckungen des "Human Heart Cell Atlas"
Ein Zellatlas des menschlichen Herzens, der von britischen und deutschen Forschern erstellt wurde, hat neue Einblicke in die Funktion des Erregungsleitungssystems gegeben. So wurden im Herzen Gliazellen gefunden, die bisher ausschließlich im Gehirn verortet wurden. Im Epikard wurden Immunzellen entdeckt, die das Herz vor eindringenden Erregern und Zellen aus der benachbarten Lunge schützen.
Die Forscher entnahmen Zellen aus acht Regionen des Organs, die für die Herzfunktion von typischer und zentraler Bedeutung sind, darunter der Sinusknoten und der Atrioventrikularknoten. Beim Reizleitungssystem machten die Forscher eine unerwartete Entdeckung: Die Herzschrittmacherzellen waren von Gliazellen umgeben. Die Analysen ergaben, dass diese Zellen im Herzen eine ähnliche Aufgabe haben wie im Gehirn. Die Gliazellen umgeben mit ihren Ausläufern die Schrittmacherzellen und ihre Leitungsbahnen und setzen dabei den Neurotransmitter Glutamat frei.
Die Forschenden entdeckten auch, dass die Kardiomyozyten in der Herzkammer Brain Natriuretic Peptide (BNP) produzieren. Es handelt sich dabei um denselben Marker, der eingesetzt wird, um eine Herzinsuffizienz zu diagnostizieren.
Herzgesundheit im Alterungsprozess
Die Studie "Ageing impairs the neuro-vascular interface in the heart" des Instituts für Kardiovaskuläre Regeneration und Cardio-Pulmonary Institute der Goethe-Universität weist nach, dass es in der linken Herzkammer auch an der Schnittstelle von Blutgefäßen und Nervensystem im Alter zu Veränderungen kommt: Die Nerven bilden sich zurück. Dem Herzen fällt es danach schwerer, auf entsprechende Anforderungen unter Belastungssituationen mit der Herzschlagfrequenz, dem Puls, zu reagieren.
Ausgelöst wird diese Reaktion dadurch, dass Blutgefäße im Herzen mit zunehmendem Alter u.a. den Botenstoff Semaphorin-3A in ihre Umgebung freisetzen, der das Wachstum und die Aussprossung von Nervenzellen im Herzmuskelgewebe hemmt. Die Folge der verringerten Nerven im Herzen selbst ist, dass die Herzmuskelzellen nicht mehr von Impulsen der Nervenzellen „informiert“ werden.
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Eine zentrale Rolle für den Rückgang der Nervenzellen im Herzen scheinen alternde, sogenannte ‚seneszente‘ Zellen des Gefäßsystems zu spielen. Verhindert man experimentell die Anzahl dieser ‚seneszenten‘ Zellen durch gezielte Medikamente (sogenannte Senolytica), wachsen die Nervenzellen wieder nach, und das Herz gewinnt die autonome Kontrolle über die Pulsregulation wieder zurück.
Regeneration des Herzens: Erkenntnisse aus der Zebrafisch-Forschung
Anders als beim Menschen können sich Zebrafisch-Herzen nach Schäden vollständig regenerieren. Dafür sorgt das Zusammenspiel zwischen Nerven- und Immunsystem.
Das Team um Dr. Suphansa Sawamiphak betrachtet das Geschehen von einer anderen Seite aus. „Wir wissen, dass bei der Vernarbung und der Regeneration Signale des autonomen Nervensystems ebenso wie das Immunsystem eine wichtige Rolle spielen“, sagt Sawamiphak. „Es liegt daher nahe, dass sich in der Kommunikation zwischen autonomem Nervensystem und Immunsystem entscheidet, ob der Herzmuskel vernarbt oder ob er sich erholen kann.“
Die Forschenden untersuchten Zebrafisch-Larven, deren Herzmuskelzellen eine fluoreszierende Substanz bilden und sich dadurch im Mikroskop leicht ausfindig machen lassen. Dann verursachten sie im Herzen der Fisch-Larven eine Verletzung, die einem Infarkt ähnelt und blockierten die Forschenden verschiedene Rezeptoren auf der Oberfläche der Makrophagen. Das Ergebnis: Adrenerge Signale aus dem autonomen Nervensystem entscheiden, ob sich Makrophagen vermehren und in Verletzungsstelle einwandern. Ist die Signalweitergabe unterbrochen, kommt es stattdessen zur Vernarbung.
Psychokardiologie: Die Verbindung von Herz und Seele
Die junge Disziplin der Psychokardiologie versucht zu ergründen, wie neurologische Erkrankungen und seelisches Leid dem Herzen zusetzen. So haben Menschen mit Depressionen ein doppelt so hohes Risiko für einen Herzinfarkt oder plötzlichen Herztod. Auch Stress kann eine Herzmuskelschwäche (Takotsubo-Syndrom) auslösen.
Die Forschung hat gezeigt, dass die Verarbeitung emotionaler Eindrücke bei Patienten mit Takotsubo-Syndrom in verschiedenen Gehirnarealen weniger ausgeprägt ist. Diese verminderte Konnektivität fiel besonders in der Amygdala, dem Hippocampus und dem Gyrus cinguli auf, die für die Kontrolle von Emotionen entscheidend sind.
Implikationen für Prävention und Therapie
Die Erkenntnisse über die enge Verbindung zwischen Herz und Gehirn haben wichtige Implikationen für die Prävention und Therapie von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und psychischen Erkrankungen. So sollten in der Behandlung von kardiovaskulären und psychischen Erkrankungen immer beide Aspekte berücksichtigt werden.
Ein gesunder Lebensstil mit ausreichend Bewegung, einer ausgewogenen Ernährung und Stressmanagement kann die Herz-Hirn-Verbindung stärken und das Risiko für verschiedene Erkrankungen reduzieren.
Die Messung der Herzratenvariabilität (HRV)
Das Zusammenspiel von Parasympathikus und Sympathikus kann über die Messung der Herzratenvariabilität (HRV) dargestellt werden. Genauer angeschaut werden die Abstände zwischen den einzelnen Herzschlägen. Die Abstände dazwischen sind, nicht wie früher angenommen, gleich, sondern unterschiedlich. Arbeiten Herz und Gehirn harmonisch zusammen, spricht man von Herzkohärenz. In einem entspannten Zustand ist die Gesamtenergie reduziert, Körper und Geist kommen zur Ruhe. In einem kohärenten Zustand bleibt die körperliche und geistige Leistungsfähigkeit erhalten.