HIT stärkt das Herz

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Hochintensives Intervalltraining stärkt das Herz noch mehr als moderates Training. – und Forscher der Norwegischen Universität für Wissenschaft und Technologie können erklären, warum.

In Forschungen mit Ratten, die an Herzinsuffizienz litten, konnten die Forscher zeigen, dass Training die Herzfunktion verbessert und dabei die Intensität wichtig ist. Geringere Intensivität hilft zwar auch, doch Intervalltraining ist unschlagbar.

Die Forscher fanden heraus, dass Bewegung wichtige Eigenschaften verbessert und zwar sowohl in der Art und Weise, wie Herzmuskelzellen mit Kalzium umgehen, als auch in der Leitung elektrischer Signale im Herzen. Diese Verbesserungen ermöglichen es dem Herzen, kräftiger zu schlagen, und sie können lebensbedrohlichen Herzrhythmusstörungen entgegenwirken.

Jedes Mal, wenn das Herz schlägt, sendet der Sinusknoten – der herzinterne Schrittmacher – elektrische Impulse an das restliche Herz aus. Diese elektrischen Impulse werden Aktionspotentiale genannt. Die Herzmuskelzellen sind von einer Membran umschlossen und im Ruhezustand ist die elektrische Spannung an der Innenseite der Zellmembran negativ, verglichen mit der Spannung an der Außenseite. Die Differenz zwischen der Spannung an der Außenseite und der Innenseite der Zellmembran wird als Ruhemembranpotential bezeichnet.

Wenn die Aktionspotentiale die Herzmuskelzellen erreichen, müssen sie das Ruhemembranpotential der einzelnen Zellen überwinden, um die Zellwand zu depolarisieren. Wenn dies geschieht, kann Kalzium durch Kanäle in der Zellmembran in die Zelle einströmen, und es leitet die eigentliche Kontraktion der Herzmuskelzellen ein. Wenn dieser Prozess abgeschlossen ist, wird das Kalzium aus der Zelle heraus oder zurück zu seinem Speicherort innerhalb jeder Herzmuskelzelle transportiert. Von dort aus ist das Kalzium bereit, beim nächsten vorbeirauschenden Aktionspotential zu einer neuen Kontraktion beizutragen.

Wenn das elektrische Leitungs- oder Kalziummanagementsystem des Herzens versagt, besteht das Risiko, dass sich weniger Herzmuskelzellen zusammenziehen, die Kontraktion in jeder Zelle schwach ist und die elektrischen Signale chaotisch werden, so dass die Herzkammern zu flattern beginnen. Das passiert, wenn jemand eine Herzinsuffizienz hat. Die Aktionspotenziale dauern zu lange, das Ruhepotenzial der Zellen ist zu hoch, und die Transportfunktion der Kalziumkanäle in der Zellwand ist gestört. Das Kalzium entweicht dann ständig aus seinen Speicherplätzen in jeder Herzmuskelzelle.

Die Ergebnisse der Forscher im Experiement mit Ratten zeigen nun, dass intensives Training diese Fehlfunktionen ganz oder teilweise rückgängig machen kann.

Normalerweise lässt der Sinusknoten das menschliche Herz im Ruhezustand zwischen 50 und 80 Schlägen pro Minute schlagen. Das reicht aus, um alle Organsysteme und Zellen im Körper mit so viel sauerstoffreichem Blut zu versorgen, wie sie für ihre Funktion benötigen. Wenn man aufstehen, um spazieren zu gehen, beginnt das Herz automatisch etwas schneller zu schlagen und stärker zu pumpen, damit die Blutversorgung an das erhöhte Aktivitätsniveau angepasst wird. Je höher die Intensität der Aktivität ist, desto härter muss das Herz arbeiten.

Bewegung stärkt das Herz, so dass es mit jedem Schlag mehr Blut in den Rest des Körpers pumpen kann. Der Sinusknoten kann es also etwas leichter nehmen, und gut trainierte Menschen haben eine niedrigere Ruheherzfrequenz als Menschen, die kein regelmäßiges Ausdauertraining absolviert haben.

Am anderen Ende des Kontinuums befinden sich Menschen mit Herzinsuffizienz. Hier ist die Pumpleistung des Herzens so schwach, dass die Organe nicht mehr ausreichend mit Blut versorgt werden, um eine gute Funktion zu gewährleisten. Menschen mit Herzinsuffizienz haben eine niedrige Toleranz für Bewegung und kommen oft schon bei geringer Anstrengung außer Atem. Die Steigerung der Pumpleistung des Herzens ist also absolut entscheidend für die Lebensqualität und Gesundheit von Menschen mit Herzinsuffizienz.

Dazu kommt, dass ein gestörter Umgang mit Kalzium in einer Herzmuskelzelle nicht nur dazu führt, dass sich die Zelle bei jedem Aktionspotenzial mit verminderter Kraft zusammenzieht, sondern auch dazu, dass sich das Kalzium in dem mit Flüssigkeit gefüllten Bereich der Zelle – dem Zytosol – ansammelt, wo jede Kontraktion beginnt.

Die Kalziumspeicher in den Zellen sollen nur dann Kalzium freisetzen, wenn sich das Herz auf den Schlag vorbereitet. Bei einer Herzinsuffizienz kommt es jedoch zu einem ständigen Auslaufen von Kalzium aus diesen Speichern. Nach jeder Kontraktion muss das Kalzium über spezielle Pumpen effizient zurück in die Kalziumspeicher – oder aus der Herzmuskelzelle – transportiert werden. Bei Patienten mit Herzinsuffizienz arbeiten diese Pumpen schlecht.

Wenn sich viel Kalzium im Zytosol ansammelt, können die Herzmuskelzellen neue Kontraktionen auslösen, obwohl sie eigentlich in Ruhe sein sollten. Es entsteht ein elektrischer Gradient, der das Herz veranlasst, elektrische Signale zu senden, wenn es nicht sollte. Dies kann zu einem Flimmern in den Herzkammern führen. Dieses Kammerflimmern ist tödlich und eine häufige Ursache für einen Herzstillstand.

Die Forscher fanden nun heraus, dass das Intervalltraining bei den Ratten einerseits die Pumpleistung  stark verbesserte und andererseits die Mechanismen des Kalziummanagements.

Bei den Experiementen mit den Ratten pumpte das Herz der untersuchten gesunden Ratten mit jeder Kontraktion 75 Prozent des Blutes. Bei den Ratten mit Herzinsuffizienz war dieses Maß der Pumpleistung auf 20 Prozent reduziert. Nach sechs bis acht Wochen mit fast täglichem Intervalltraining auf einem Laufband stieg die Auswurffraktion auf 35 Prozent an. Es wurden auch eine Reihe von Mechanismen verbessert, die es ermöglichen, dass Kalzium aus den Zellen herausgepumpt und effizienter in den Zellen gespeichert wird. Auch das Auslaufen aus den Kalziumspeichern im Inneren der Zellen hörte bei den intervalltrainierten Ratten auf. Das Intervalltraining bestand aus vierminütigen Intervallen bei etwa 90 Prozent ihrer Maximalkapazität. Das Intervalltraining verbesserte dabei auch die Kondition der Ratten deutlich. Nach der Trainingsperiode war ihr Fitnesslevel sogar besser als das der untrainierten Ratten, die keinen Herzinfarkt erlitten hatten.

Es gelang den Forschern dann auch nur bei einem von neun Tieren, die das Intervalltraining absolviert hatten, ein Herzflimmern auszulösen. Bei allen Ratten mit Herzinsuffizienz, die nicht trainiert hatten, war es kein Problem, Kammerflimmern zu induzieren.

Zusammengenommen machen die Verbesserungen jeden Herzschlag kräftiger und verringern den Schweregrad der Herzinsuffizienz. Auch das Risiko des gefährlichen Kammerflimmerns wurde reduziert.

Dazu wurde untersucht, ob das Training die genetische Aktivität im Inneren der Rattenzellen verändert hatte – und die Antwort ist „ja“. Nicht nur änderten sich 18 von 55 Mikro-RNA-Varienten bei Ratten mit Herzinsuffizienz wieder in Richtung gesunder Werte, es wurden auch neue Mikro-RNAs entdeckt, die bei Herzinsuffizienz eine wichtige Rolle spielen können.

Die Studie umfasste auch Ratten die ruhig trainierten – deren Verbesserungen waren aber nur halb so stark wie in der Intervallgruppe.

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