Das menschliche Herz arbeitet ununterbrochen. Tag für Tag pumpt es Blut durch den Körper und passt sich dabei den unterschiedlichsten Belastungen an. Zwei aktuelle Forschungsarbeiten zeigen, wie komplex diese Anpassungsfähigkeit ist.

Eine Studie mit mehr als 11.000 Menschen deutet darauf hin, dass stärkere Lichtexposition während der Nacht mit Veränderungen der Struktur und Funktion des Herzens verbunden ist. Eine zweite Forschungsarbeit kommt gleichzeitig zu einem bemerkenswerten Ergebnis: Nach einem Herzinfarkt kann das erwachsene menschliche Herz offenbar tatsächlich neue Herzmuskelzellen bilden. Die beiden Forschungsergebnisse beschäftigen sich mit völlig unterschiedlichen Fragestellungen. Gemeinsam zeigen sie jedoch, dass das Herz kein statisches Organ ist. Es kann sich verändern, auf Belastungen reagieren und offenbar zumindest in begrenztem Umfang beschädigtes Muskelgewebe ersetzen.

Wenn die Nacht nicht mehr dunkel ist

Künstliches Licht gehört für viele Menschen längst zum Alltag. Straßenlaternen erhellen Wohngebiete, Licht dringt durch Fenster, elektronische Geräte bleiben über Nacht eingeschaltet und Smartphones oder Fernseher werden häufig noch kurz vor dem Einschlafen genutzt, während das Licht oft eingeschaltet ist. Welche langfristigen Folgen diese künstlich verlängerte Helligkeit für den Körper hat, wird zunehmend untersucht.

Eine Untersuchung aus der UK Biobank mit 11.071 Teilnehmerinnen und Teilnehmern hat nun einen Zusammenhang zwischen stärkerer nächtlicher Lichtexposition und Veränderungen am Herzen festgestellt. Die Studie wurde von Professor Lu Qi von der Tulane University in New Orleans geleitet und im European Heart Journal veröffentlicht.

Die Forscher wollten dabei eine Frage genauer untersuchen, die sich aus früheren Beobachtungsstudien ergeben hatte: Wenn Menschen nachts mehr künstlichem Licht ausgesetzt sind und gleichzeitig häufiger Herz-Kreislauf-Erkrankungen beobachtet werden – lassen sich dann auch konkrete Veränderungen am Herzen erkennen?

Sieben Tage lang wurde das Licht gemessen

Um die Lichtexposition möglichst objektiv zu erfassen, trugen die Teilnehmer sieben Tage lang einen Sensor am Handgelenk. Das Gerät registrierte die Lichtintensität, der die Menschen ausgesetzt waren. Etwa drei Jahre später wurden die Teilnehmer mit einer Herz-MRT untersucht. Diese Bildgebung erlaubt es, die Struktur des Herzens sehr detailliert darzustellen und verschiedene Aspekte seiner Funktion zu beurteilen.

Die Wissenschaftler verglichen anschließend Personen mit höherer nächtlicher Lichtexposition mit Teilnehmern, die während der Nacht nur sehr wenig Licht ausgesetzt waren. Dabei zeigten sich Unterschiede an mehreren Bereichen des Herzens.

Veränderungen an der linken Herzkammer

Besonders auffällig war der linke Ventrikel. Diese Herzkammer übernimmt eine zentrale Aufgabe: Sie pumpt das sauerstoffreiche Blut in den Körperkreislauf. Bei Menschen mit höherer nächtlicher Lichtexposition war die Wand des linken Ventrikels stärker ausgeprägt. Gleichzeitig fanden die Forscher Hinweise auf Unterschiede bei der Fähigkeit des Herzmuskels, sich während eines Herzschlags zusammenzuziehen. Auch am rechten Ventrikel und am linken Vorhof wurden Veränderungen beobachtet.

Die Wissenschaftler ordnen diese Befunde einem sogenannten kardialen Remodeling zu. Damit wird eine strukturelle und funktionelle Anpassung des Herzens bezeichnet, die unter anderem als Reaktion auf länger andauernde Belastungen oder Schädigungen auftreten kann. Allerdings ist ein wichtiger Punkt zu beachten: Die Untersuchung zeigt einen statistischen Zusammenhang. Sie beweist nicht, dass das Licht in der Nacht die beobachteten Veränderungen verursacht hat.

Andere Faktoren könnten ebenfalls eine Rolle spielen. Dazu gehören beispielsweise Schlafgewohnheiten, Arbeitszeiten, Lebensstil oder weitere gesundheitliche Unterschiede zwischen Menschen mit hoher und niedriger nächtlicher Lichtexposition.

Sollte das Schlafzimmer möglichst dunkel sein?

Die Autoren der begleitenden Veröffentlichung im European Heart Journal sehen die Ergebnisse als Anlass, die nächtliche Umgebung stärker in den Blick zu nehmen. Für die individuelle Schlafumgebung bedeutet das vor allem, unnötige Lichtquellen zu reduzieren. Verdunkelungsvorhänge können Licht von außen abschirmen. Helle Lampen oder elektronische Kontrollleuchten im Schlafzimmer lassen sich gegebenenfalls ausschalten oder abdecken.

Auch die zunehmende Lichtverschmutzung in Städten ist Gegenstand der Diskussion. Straßenbeleuchtung, beleuchtete Gebäude und andere künstliche Lichtquellen verändern die natürliche Dunkelheit der Nacht. Ob eine konsequente Reduzierung nächtlicher Lichtexposition tatsächlich Herz-Kreislauf-Erkrankungen verhindern kann, muss allerdings noch durch weitere Forschung geklärt werden. Und damit kommt eine andere Seite der Herzforschung ins Spiel: Was geschieht eigentlich, wenn das Herz bereits schwer geschädigt wurde?

Nach einem Herzinfarkt stirbt der Herzmuskel ab

Ein Herzinfarkt entsteht, wenn ein Teil des Herzmuskels nicht mehr ausreichend mit Blut und Sauerstoff versorgt wird. Bleibt die Durchblutung zu lange unterbrochen, sterben Herzmuskelzellen ab. Die Folgen können dauerhaft sein. Abgestorbenes Herzmuskelgewebe wird zu einem großen Teil durch Narbengewebe ersetzt. Dadurch kann die Pumpfunktion des Herzens beeinträchtigt werden.

Lange Zeit galt deshalb die Vorstellung, dass das erwachsene menschliche Herz nur eine äußerst begrenzte Fähigkeit besitzt, neue Herzmuskelzellen zu bilden. Eine Forschungsgruppe der University of Sydney, des Baird Institute und des Royal Prince Alfred Hospital in Sydney liefert nun Hinweise darauf, dass diese Vorstellung zumindest teilweise überdacht werden muss.

Das erwachsene Herz kann neue Muskelzellen bilden

Die in Circulation Research veröffentlichte Studie untersuchte, ob sich nach einem Herzinfarkt im menschlichen Herzmuskel Hinweise auf eine Neubildung von Herzmuskelzellen finden lassen.Die Forscher um den Erstautor Dr. Robert Hume konnten dabei zeigen, dass im menschlichen Herzen nach einem Herzinfarkt Prozesse stattfinden, die mit der Bildung neuer Herzmuskelzellen vereinbar sind.

Das bedeutet allerdings nicht, dass ein Herzinfarkt einfach von selbst wieder vollständig geheilt wird. Die natürliche Regeneration reicht nach dem derzeitigen Stand der Forschung nicht aus, um die Menge an Herzmuskelgewebe zu ersetzen, die bei einem schweren Infarkt verloren gehen kann. Genau darin liegt aber die mögliche Bedeutung der Entdeckung.

Das Herz repariert sich – aber nur begrenzt

Die Forscher gehen davon aus, dass das Herz nach einer Schädigung zumindest teilweise versucht, verlorenes Muskelgewebe zu ersetzen. Frühere Untersuchungen hatten bereits bei Mäusen eine verstärkte Zellteilung von Herzmuskelzellen nach einem Herzinfarkt beobachtet. Die neue Forschungsarbeit liefert nun Hinweise darauf, dass ein entsprechender Prozess auch beim Menschen existiert.

Für die Medizin ist dabei weniger entscheidend, dass das Herz eine gewisse Regenerationsfähigkeit besitzt. Viel interessanter ist die Frage, warum diese Fähigkeit nicht ausreicht und ob sie sich eines Tages gezielt verstärken lässt. Genau hier setzt die regenerative Herzforschung an.

Ein ungewöhnliches Forschungsmodell: Herzgewebe von lebenden Patienten

Eine Besonderheit der australischen Untersuchung ist die Art und Weise, wie die Wissenschaftler menschliches Herzgewebe untersuchen konnten. Patienten, die sich im Royal Prince Alfred Hospital einer Bypass-Operation unterzogen und der Forschung zugestimmt hatten, stellten während des Eingriffs kleine Gewebeproben zur Verfügung. Die Forscher konnten dabei sowohl erkrankte als auch weniger stark betroffene Bereiche des Herzens untersuchen.

Solche Proben sind für die Forschung besonders interessant, weil sie direkt aus dem lebenden menschlichen Herzen stammen. Dadurch können Wissenschaftler Prozesse untersuchen, die sich in einem menschlichen Herz tatsächlich abspielen – und nicht ausschließlich auf Tiermodelle oder künstlich erzeugte Zellkulturen angewiesen sind.

Welche Signale bringen Herzmuskelzellen zum Wachstum?

Ein wesentlicher nächster Schritt besteht nun darin, die Mechanismen hinter der beobachteten Regeneration genauer zu verstehen. Die Forscher identifizierten in den untersuchten Gewebeproben unter anderem Proteine, die bereits aus Untersuchungen zur Herzregeneration bei Mäusen bekannt sind. Solche Moleküle könnten Hinweise darauf liefern, welche biologischen Signale die Bildung neuer Herzmuskelzellen fördern.

Das langfristige Ziel wäre, diese natürlichen Prozesse gezielt zu unterstützen. Statt einen geschädigten Herzmuskel lediglich mit Medikamenten zu entlasten oder die Folgen der Erkrankung zu behandeln, könnte die regenerative Medizin eines Tages versuchen, das Herz selbst bei der Reparatur des verlorenen Gewebes zu unterstützen. Davon ist die Medizin allerdings noch entfernt.

Herzinsuffizienz bleibt eine große Herausforderung

Die Bedeutung dieser Forschung wird verständlicher, wenn man betrachtet, was nach einem überstandenen Herzinfarkt passieren kann. Ein Infarkt muss nicht mit dem akuten Ereignis enden. Die entstandene Schädigung kann langfristig dazu führen, dass das Herz weniger effektiv arbeitet. Bei manchen Patienten entwickelt sich im weiteren Verlauf eine Herzinsuffizienz.

Bei einer Herzinsuffizienz kann das Herz den Körper nicht mehr ausreichend mit Blut versorgen. Die Erkrankung kann die Lebensqualität erheblich beeinträchtigen und langfristig schwerwiegende Folgen haben. Eine Herztransplantation kann bei bestimmten schweren Formen eine Behandlungsoption sein. Sie kommt jedoch nur für einen kleinen Teil der Betroffenen infrage – unter anderem weil geeignete Spenderorgane nur begrenzt verfügbar sind. Deshalb suchen Wissenschaftler nach Möglichkeiten, geschädigte Herzen besser zu stabilisieren oder verlorenes Herzmuskelgewebe wiederherzustellen.

Zwei Forschungsrichtungen – eine zentrale Frage

Auf den ersten Blick haben die beiden Studien wenig miteinander zu tun. Die eine beschäftigt sich mit künstlichem Licht während der Nacht. Die andere untersucht die Fähigkeit des Herzens, nach einem Herzinfarkt neue Muskelzellen zu bilden. Doch beide Forschungsrichtungen beschäftigen sich letztlich mit der Anpassungsfähigkeit des Herzmuskels. Bei der Untersuchung zur Lichtexposition geht es um die Frage, ob bestimmte Umweltbedingungen mit langfristigen Veränderungen am Herzen verbunden sind.

Bei der Regenerationsforschung geht es dagegen um die Frage, wie das Herz auf eine massive Schädigung reagiert – und ob seine natürlichen Reparaturmechanismen verstärkt werden können. In beiden Fällen ist das Herz also nicht einfach ein unveränderliches Organ. Seine Struktur und Funktion können sich im Laufe der Zeit verändern.

Von der Prävention zur Regeneration

Die Forschung verfolgt dabei zwei unterschiedliche Ansätze. Auf der einen Seite steht die Prävention: Wenn sich bestimmte Umwelt- oder Lebensstilfaktoren tatsächlich als Risikofaktoren bestätigen, könnten Maßnahmen helfen, Belastungen des Herz-Kreislauf-Systems zu reduzieren.

Auf der anderen Seite steht die Regeneration: Ist bereits Herzmuskel zerstört worden, suchen Wissenschaftler nach Wegen, die natürlichen Reparaturmechanismen des Körpers besser zu verstehen und möglicherweise therapeutisch zu nutzen.

Gerade die australische Studie könnte hierfür ein interessantes Forschungsmodell liefern. Wenn Wissenschaftler nachvollziehen können, welche Signale menschliche Herzmuskelzellen nach einem Infarkt zur Teilung und Neubildung anregen, könnte daraus langfristig ein Ansatz für neue Therapien entstehen. Ob solche Therapien tatsächlich entwickelt werden können, ist derzeit offen.

Was lässt sich heute daraus ableiten?

Aus den beiden Studien ergeben sich vor allem Forschungsfragen – keine fertigen Therapieempfehlungen. Bei der nächtlichen Lichtexposition muss noch geklärt werden, ob und in welchem Umfang das Licht selbst für die beobachteten Herzveränderungen verantwortlich ist. Bei der Regenerationsforschung wiederum steht die entscheidende Herausforderung darin, die natürliche Neubildung von Herzmuskelzellen so zu beeinflussen, dass daraus ein medizinisch relevanter Effekt entsteht.

Für den Alltag lässt sich dennoch ein einfacher Grundsatz ableiten: Ein möglichst dunkler Schlafraum vermeidet unnötige nächtliche Lichtexposition. Das ist nach den bisherigen Erkenntnissen eine vernünftige Maßnahme für eine möglichst natürliche Schlafumgebung – ohne daraus bereits einen bewiesenen Schutz vor Herzkrankheiten abzuleiten. Und bei Herzinfarkt oder bestehenden Herzproblemen gilt weiterhin: Forschung über mögliche regenerative Fähigkeiten des Herzens ersetzt keine medizinische Behandlung.

Die vielleicht spannendste Erkenntnis der aktuellen Forschung lautet deshalb nicht, dass das Herz entweder besonders verletzlich oder besonders regenerationsfähig ist. Vielmehr zeigt sich, dass beides gleichzeitig möglich ist: Das Herz kann sich an Belastungen anpassen, kann durch Krankheiten dauerhaft verändert werden – und besitzt dennoch offenbar mehr Fähigkeit zur Reparatur, als man lange angenommen hat. Die entscheidende Frage für die kommenden Jahre wird sein, ob es Forschern gelingt, diese natürlichen Reparaturmechanismen des menschlichen Herzens gezielt zu verstehen und sicher zu nutzen.