Rhythmen des Menschen: das Herz

Ein Fakten-Sammelsurium

Ben Kerckx auf Pixabay Herzen

Der erste von zweieinhalb Milliarden

Gerade einmal 21 Tage alt und erst fünf Millimeter groß ist der Embryo, da beginnt sein winziges Herz zu schlagen. Genau das wird es unaufhörlich tun bis ein Leben endet. Das Herz ist das erste funktionstüchtige Organ im menschlichen Embryo. Aber noch lange nicht sieht es wie ein „echtes“ Herz aus, sondern ähnelt in diesem frühen Stadium eher einem Schlauch, in dem sich die Körperflüssigkeit hin und herbewegt. 

Warum die Zellen in diesem Schlauch auf einmal anfangen, sich rhythmisch zusammenzuziehen, völlig automatisch, weiß man noch nicht. Das erscheint mir unglaublich. Ein Geheimnis gleich am Anfang des Lebens, dass trotz jahrzehntelanger Forschung, trotz High-Tech-Medizin, Katheterablation, Betablockern, Herzschrittmachern und Defribrillatoren noch im Dunkeln liegt. Wer oder was gibt den Anstoß?

„Keiner weiß es bisher, keiner kann es sich erklären. Und dennoch geschieht immer das Gleiche: Kaum haben sich eine Eizelle und ein Spermium verbunden, beginnen schon nach wenigen Tagen einige Zellen zu pulsieren“, schreibt der Arzt Dietrich Grönemeyer auf Seite 35 in seinem Buch „Dein Herz“ (1). Bis heute wüssten wir nicht wirklich, wie der verborgene Taktgeber des Herzens gestartet, wie und wodurch er programmiert würde, so Grönemeyer. „Es scheint, als seien uns der Herzschlag und sein Rhythmus geschenkt, woher und von wem auch immer.“ 


Ultraschallgerät zum Abhören der Herztöne eines ungeborenen Kindes aus den 1970er Jahren
Ultraschallgerät zum Abhören der Herztöne eines ungeborenen Kindes aus den 1970er Jahren
„Keiner weiß es bisher, keiner kann es sich erklären. Und dennoch geschieht immer das Gleiche: Kaum haben sich eine Eizelle und ein Spermium verbunden, beginnen schon nach wenigen Tagen einige Zellen zu pulsieren.“ (Dietrich Grönemeyer)

Was man weiß, ist, dass eine Zelle bestimmte molekulare „Zutaten“ in sich tragen muss, um dieses spontane Pulsieren überhaupt hinzubekommen. Dazu gehören der Transkriptionsfaktor Tbx3, der „HCN4“- Kanal, auch „Schrittmacherkanal“ genannt, bestimmte spannungsgesteuerte Calcium-Kanäle und einige Membranproteine, die Connexine, die Poren bilden und einen direkte Austausch zwischen zwei benachbarten Zellen ermöglichen. 

Kommen all diese molekularen Bauteile zusammen, kann eine Zelle schwach pulsieren, die Herzmuskelzelle zieht sich automatisch zusammen. Zu Beginn des Lebens verfügen alle Zellen in dem Herzschlauch über eine spontane Schrittmacheraktivität. Einige von ihnen, die Zellen am hinteren Teil des Herzschlauches, pulsieren jedoch schneller, wodurch das Blut gerichtet vom venösen Pol (Einstrom) zum arteriellen Pol (Ausstrom) durch den Schlauch fließt.

Während der weiteren Entwicklung des Embryo verlieren die meisten Herzmuskelzellen die Fähigkeit sich spontan zusammenziehen. Sie bilden den aktiven Herzmuskel, der für eine Kontraktion eines äußeren Anstoßes bedarf. Hierfür sorgen all die Zellen, die sich die automatische Schrittmacheraktivität bewahrt haben. Diese Zellen halten sich meist an drei Orten im Herzen auf: im so genannten Sinusknoten, im AV-Knoten und im HIS-Bündel.

Pläne, etwa bei einem Herzinfarkt geschädigtes Muskelgewebe durch im Labor gezüchtete Herzzellen zu ersetzen, werden gerade durch diese klare Aufgabenteilung im ausgereiften Herz erschwert. In Untersuchungen an Schweinen zeigte sich, dass die neuen im Labor gewonnenen und zur „Reparatur“ des geschädigten Herzmuskels verabreichten Zellen, den Herzrhythmus stören, weil sie noch über eine automatische Schrittmacheraktivität verfügen und selbst versuchen, den Takt anzugeben (2).


Sinusknoten

An einem heißen Sommertag im Jahr 1906 war es soweit. Der Medizinstudent Martin Flack saß am Mikroskop und schaute sich Präparate des Herzens eines Maulwurfs an. Im rechten „Herzohr“ (einer Ausstülpung am Vorhof, gerade dort, wo die Vena Cava in die rechte Herzkammer mündet) entdeckte Flack eine „wundervolle Struktur“ wie er später seinem Doktorvater Arthur Keith berichtete. Dieser kehrte (wie überliefert ist) gerade mit seiner Frau von einer Radtour durch die sommerlichen Gärten Kents zurück und realisierte sofort, dass Flack etwas ganz besonderes gelungen war. Er hatte den Ort gefunden, an dem der Herzschlag seinen Ursprung hat (3).

Die Bezeichnung „Sinusknoten“ schreibt Dietrich Grönemeyer in seinem Buch, sei eigentlich irreführend. Den Sinusknoten könne man weder direkt sehen noch ertasten. Es handele sich dabei vielmehr um ein kirschkerngroßes Gebiet spezialisierter Zellen, die sich selbst elektrisch erregen können. Als Schrittmacherzellen geben sie elektrische Signale (60 bis 80 mal in der Minute) an die Herzmuskelzellen weiter, die sich als Folge zusammenziehen und wieder entspannen (Grönemeyer, S. 35).

Die Weitergabe des elektrischen Impulses erfolgt nun nicht direkt sondern über ein paar Zwischenstationen. Die erste ist der so genannte AV-Knoten (Atrioventrikularknoten, „Vorhof-Kammer-Knoten“), der die Erregung vom Vorhof über das HIS-Bündel (benannt nach dem Arzt Wilhelm His) in die Herzkammer und bis zur Herzspitze weiterleitet. AV-Knoten und HIS-Bündel dienen auch als Sicherungssystem. Sollte der Sinusknoten einmal nicht funktionieren, können der AV-Knoten oder das HIS-Bündel ebenfalls den Takt vorgeben, allerdings ist das Herz dann mit 40 bis 50 bzw. 30 bis 40 Schlägen pro Minute nur eingeschränkt leistungsfähig. 

Die Zellen des Sinusknoten, des AV-Knoten und des HIS-Bündel unterscheiden sich von den anderen Zellen im Herzen dadurch, dass sie ohne äußeren Anstoß, selbst, ein Aktionspotenzial auslösen können. Dieser Eigenrhythmus ist allerdings beeinflussbar. Wenn wir aufgeregt sind oder den Berg hoch radeln, schlägt unser Herz schneller, wenn wir entspannt einem Musikstück lauschen oder schlafen, verlangsamt sich der Herzschlag. Diese Anpassungen sind die Antwort des Sinusknoten auf aktivierende bzw. hemmende Einflüsse des Nerven- und Hormonsystems, etwa auf das „Stresshormon“ Adrenalin. 


Porträt des englischen Physiologen Martin William Flack
Der englische Physiologe Martin William Flack (1882 - 1931) entdeckte als Student den Sinusknoten.

Welcher Finger nun aber stößt ganz am Anfang den ersten Dominostein an, wer oder was gibt den Impuls für den ersten Herzschlag? Ist es die Lebensenergie Qi oder eine von Gott eingepflanzte Urkraft, wie Grönemeyer den chinesischen Taoismus oder den flämischen Arzt, Chemiker und Philosophen Johan Baptista van Helmont (1580 bis 1644) zu Rate zieht? Der moderne Wissenschaftler sieht das etwas nüchterner und spricht vom einstigen Widerstreit zweier Theorien, die aktuell zu einer vereint wurden. Das Membran-Uhr-Modell und das Calcium-Uhr-Modell wurden zur Hypothese der gekoppelten Uhr umgebaut.

Die Calcium-Uhr „läuft“, weil Calcium-Ionen (Ca2+) oszillierend, rhythmisch, vom Calcium-Speicher in den Sinusknotenzellen (dem so genannten sarkoplasmatischen Retikulum) freigesetzt werden. Diese Freisetzung erfolgt spontan, braucht keine Membrandepolarisation. Außerdem gibt es an der Außenmembran der Sinusknotenzellen spezialisierte Kanalproteine, die HCN. Diese werden durch eine Hyperpolarisation (Spannung wird noch negativer) an der Zellmembran aktiviert. Das ist alles ziemlich kompliziert. Das Resultat ist jedenfalls, die Schrittmacherzelle zieht sich zusammen.


Zahlen

Dieses erstaunliche Organ mit einer Länge von rund 15 Zentimetern, einer Breite von 9 Zentimetern und einem Gewicht von etwa drei Tafeln Schokolade (300 Gramm) vollbringt Höchstleistungen. Das Herz schlägt am Tag durchschnittlich 100.000 Mal, in einem Jahr etwa 3,6 Millionen in 70 Lebensjahren etwa 2,5 Milliarden mal. In jeder Minute pumpt das Herz etwa viereinhalb Liter Blut in den Kreislauf, bei großer Anstrengung können es schon einmal 20 bis 30 Liter in der Minute sein. Die Dauerleistung des Herzens über die vielen Jahre wird durch Ruhepausen möglich. Das Herz schlägt zwar etwa 100.000 mal am Tag, die reine „Arbeitszeit“ beträgt aber „nur“ acht Stunden am Tag.

Herzspürer

Wer nach einem Sprint zur Haltestelle endlich im Bus sitzt oder in der Nacht mit dem Gedanken „Einbrecher!“ erwacht, spürt sein klopfendes Herz mitunter sehr deutlich. Menschen mit einem ausgeprägten „Organempfinden“ können den eigenen Herzschlag aber selbst dann wahrnehmen, wenn äußerlich und innerlich alles entspannt ist. Laut der Psychologin Beate M. Herbert von der Universität Tübingen verfüge rund jeder Fünfte über eine besonders gute Sensibilität dem eigenen Herzschlag gegenüber (4).

Die Wissenschaft bezeichnet die Wahrnehmung dessen, was nicht außerhalb sondern IN unserem Körper stattfindet ganz allgemein mit dem Begriff „Interozeption“, das Gespür für den Herzschlag heißt „Kardiozeption“. Wir Menschen unterscheiden uns tatsächlich in der Fähigkeit, Signale aus dem eigenen Körperinneren bewusst wahrzunehmen. Mehr oder weniger stark ausgeprägt sind nicht nur die Wahrnehmungen von Meldungen der Sensoren aus der Haut, den Muskeln, Sehnen, Gelenken, die uns im Rahmen der Propriozeption spüren lassen, wo und wie im Raum sich unser Körper gerade befindet.

Gemälde des niederländischen Malers Adrian van Ostade (1610 - 1685): ein Arzt prüft seinen Herzschlag und betrachtet ein Fläschchen mit Eigenurin.
Gemälde des niederländischen Malers Adrian van Ostade (1610 - 1685): ein Arzt prüft seinen Herzschlag und betrachtet ein Fläschchen mit Eigenurin.

Beim Blick nach innen können Menschen mit einem stark ausgeprägten Organempfinden tatsächlich in Magen- und Darm oder eben auch ihr Herz hinein spüren, ohne dass der Bauch schmerzt, der Darm rumort oder das Herz bis zum Hals hinauf schlägt. Jeder von uns wird offenbar schon mit einer gewissen Veranlagung geboren, sich besonders stark oder eben auch weniger stark zu spüren. Die Empfindung für die eigenen inneren Organe könne jedoch gefördert oder eben auch vernachlässigt werden, sich zu spüren, sei in einem gewissen Rahmen durchaus erlernbar, schreibt Herbert in ihrer Doktorarbeit. Die Bereiche unseres Nervensystems, die an der Weiterleitung der Reize aus der Peripherie ihre Umwandlung und Bewusstwerdung beteiligt sind, können sich verändern, sind, wie unser Gehirn insgesamt, plastisch.

Laut Arthur Craig (Barrow Neurological Institute Phoenix) sei eine unterschiedliche Fähigkeit zur Interozeption direkt gekoppelt mit einer unterschiedlich ausgeprägten emotionalen Bewusstheit, schreibt Herbert. Bewusste Gefühle und emotionales Erleben sind danach gebunden an die Signale, die das „materielle Ich“ aus den Tiefen des unsichtbaren Körperinneren herauf sendet. Personen, die unter Angst- und Panikstörungen leiden, sind in der Regel mit einer besonders guten Organempfindung ausgestattet. Ob das zwei Phänomene sind, die sich völlig unabhängig voneinander ereignen, ist eher unwahrscheinlich. Wahrscheinlich beeinflussen sie sich. Aber ob das eine die Ursache von dem anderen oder das andere die Ursache von dem einen ist, vermag die Wissenschaft bisher noch nicht zu sagen. 

Der Herzton

Wer sein Ohr auf den Brustkorb eines anderen legt, hört es sofort: Bumbum, bumbum, bumbum. Die kurz hintereinander hörbaren Töne (Frequenz 15 bis 300 Hz) markieren Systole und Diastole im Herzzyklus. Der erste Ton klingt dumpf, dauert etwa 0,14 Sekunden und entsteht durch das Zusammenziehen der Muskulatur (ein Muskelanspannungston) beim Schluss der Segelklappen zwischen Vorhof und Herzkammer. Beim zweiten Herztons schließen sich die Aorten- und Pulmonalklappen, der Ton klingt heller, lauter, kürzer und dauert etwa 0,11 Sekunden. Er kommt zustande, weil die Blutsäule nach Schließen der Taschenklappen in den Gefäßen vibriert.

Ein Arzt kann die Herzgeräusche mit einem Stethoskop abhören. Mit der elektronischen Variante dieses Gerätes, das 1816 vom Franzosen René Laennec entwickelt wurde, kann der Schall verstärkt und Störgeräusche ausgeschaltet werden. Bisweilen gelingt es mit einem solchen Gerät, einen dritten (Blut strömt in Herzkammer ein) und sogar einen vierter Herzton zu hören, der entsteht, wenn sich die Vorhofmuskulatur zusammenzieht. Bei über der Hälfte aller Kinder und Jugendlichen hört der Arzt mit dem Stethoskop zusätzliche Herzgeräusche, die jedoch meistens durch die normale Funktion des Herzens verursacht werden und nur in seltenen Fällen Anlass zur Sorge geben müssen. Einen angeborenen Herzfehler hat nur rund eines von hundert Kindern. Bei Erwachsenen sind Herzgeräusche meist ein Hinweis auf veränderte Strömungsverhältnisse im Herzen, weil zum Beispiel Herzklappen defekt oder Gefäße verengt sind.


Ärzte und Studenten an der University Michigan testen ein elektronisches Stethoskop (etwa um 1925).
Ärzte und Studenten an der University Michigan testen ein elektronisches Stethoskop (etwa um 1925).

Aus dem Rhythmus

Mit zunehmendem Alter steigt das Risiko für Herzrhythmusstörungen. Von 100 Menschen über 80 Jahren, haben 30 oder 40 irgendeine Art Herzrhythmusstörung. Die Ursachen dafür, dass das Herz aus dem Takt gerät, sind vielfältig. Womöglich liegt eine Erkrankung der Herzklappen oder Herzkranzgefäße, eine Entzündung des Herzmuskels oder Bluthochdruck vor, oder die Schilddrüse arbeitet nicht normal, oder ein Diabetes, Alkohol oder Medikamente bringen das Herz durcheinander. Der Kardiologe kann harmlose von bedrohlichen Herzrhythmusstörungen unterscheiden. Manchmal reicht es schon aus, kalium- oder magnesiumhaltiger zu trinken oder zu essen, das Herz reagiert empfindlich auf einen unausgeglichenen Elektrolyt-Haushalt. Wichtig auch zu hinterfragen: können Stress oder Schlafmangel die Ursache für das Herzstolpern sein? Tritt keine Besserung ein, können mit feinen Sonden die Stellen im Herzen, von denen die Störungen immer wieder ausgehen, geortet und mit einem Hitze oder Kälteimpuls ausgeschaltet werden. Ob der Patient danach noch Medikamente einnehmen muss, hängt von der Art der Herzrhythmusstörung ab.


Herz mit Arterien und anderen Blutgefäßen, Aquarell aus dem 19. Jahrhundert
Herz mit Arterien und Blutgefäßen, Aquarell von 18..(?)

Das kranke Herz

(Zahlen für Deutschland für das Jahr 2017)

77.283 Männern und Frauen wurde ein Herzschrittmacher eingesetzt, über zwei Drittel davon waren über 70 Jahre alt. 25.824 Männer und Frauen bekamen einen implantierbaren Defibrillator, knapp die Hälfte von ihnen war über 70 Jahre alt. 261 Menschen erhielten das Herz eines anderen Menschen, die meisten von ihnen (96) waren in den 50ern, 10 waren zwischen ein und neun Jahren alt. 1121 Menschen bekamen ein „Herzunterstützungssystem“, ein Kunstherz, die meisten von ihnen waren in den 60ern (406), 11 Kinder zwischen ein und neun Jahren erhielten ebenfalls ein Kunstherz (5).

Angelika Däne lebte viele Jahre mit einem Defibrillator, bevor sie ein Herztransplantat bekam. In einer Rundfunksendung des WDR berichtet sie über das Leben mit ihrer schweren Herzerkrankung (6). Nach Herztod und Reanimation bekam sie einen Defibrillator eingesetzt, der bei einer starken Herzrhythmusstörung anspringt, um dem Herz wieder in seinen Takt zurück zu helfen. Der Stromstoß, der dabei vom Gerät ausgeht, fühle sich an wie der Tritt eines Pferdes, schildert Däne. Das geschah meist völlig unverhofft. Sobald ihr Herz anfing zu stolpern, sprang der Defi an, ob sie gerade kochte oder im Flugzeug saß. Das Gerät machte seine Arbeit, brachte sie psychisch aber auch an der Rand ihrer Möglichkeiten. „Wenn ich leben wollte, brauchte ich den Defi“, sagt Däne, die sich als Vorsitzende der HERZ IN TAKT Defi-Liga e. V. engagiert.

Röntgenbild mit implantiertem Herzschrittmacher
Angiogramm mit implantiertem Herzschrittmacher

Herzgedächtnis

Das Herz ist nicht nur eine Pumpe, die das Blut durch den Körper zirkulieren lässt, es hat noch andere Aufgaben. Es produziert beispielsweise auch die Hormone ANP (atriales natriuretisches Peptid) und BNP (natriuretisches Peptid Typ B) besonders dann, wenn die Druck- und Volumenbelastung des Herzens steigt. Die beiden Hormone erhöhen die Aktivität der Nieren, mehr Wasser wird ausgeschieden, wodurch Blutvolumen und Blutdruck sinken.

Aber hat das Herz auch ein eigenes „Gedächtnis“, ein eigenes kleines Gehirn? Der Neurokardiologe John Andrew Armour gebrauchte vor fast 30 Jahren zum ersten Mal den Begriff „Herzgehirn“ (7). Die 40.000 Nervenzellen und Bahnen im Herzen sind unter anderem dafür verantwortlich, dass ein transplantiertes Herz sofort zu schlagen beginnt, obwohl es noch gar nicht mit dem Nervensystem des Empfängers verbunden ist. Doch kann das Herz, weil es Nervenbahnen hat und Neurotransmitter produziert, direkt mit dem Gehirn kommunizieren und Erfahrungen abspeichern, ein Gedächtnis ausbilden? Wohl hoch umstritten sind in diesem Zusammenhang die Forschungsarbeiten des verstorbenen US-Amerikaners Paul Pearsall: Der Psychologe hatte nachgewiesen, dass nach einer Herztransplantation gewisse Vorlieben (Nahrung, sexuelle Gewohnheiten, Beruf, Musikgeschmack) vom Spender auf den Empfänger „übergegangen“ waren (8).

Quellen:

(1) Dietrich Grönemeyer "Dein Herz - eine andere Organgeschichte" S. Fischer Verlag, Frankfurt a. M. 2010

(2)https://www.sciencemediacenter.de/alle-angebote/research-in-context/details/news/gezuechtete-herzzellen-erzeugen-rhythmusstoerungen-im-kranken-schweineherz/

(3) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2000948/

(4) https://edoc.ub.uni-muenchen.de/5751/1/Herbert_Beate_Maria.pdf

(5) https://www.dgthg.de/upload/pdf/IQTIG_Qualitaetsreport-2017_2018_09_21.pdf

(6) https://defi-liga.de/index.php/aktuelles/338-leben-mit-krankem-herz-angelika-daene-im-wdr-radio

(7) https://physoc.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1113/expphysiol.2007.041178

(8) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10882878

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