Herzschwäche: Störung der inneren Uhr kann Risiko erhöhen

Chronotherapie: Herz-Gesundheit ist an zirkadianen Rhythmus gebunden

Der Stoffwechsel des Herzens ist laut einer aktuellen Studie eng an den natürlichen 24-Stunden-Zyklus eines Tages angepasst. Ein internationales Forschungsteam entschlüsselte nun erstmals den zugrundeliegenden Mechanismus, mit dem der zirkadiane Rhythmus, also die innere Uhr, mit der Gesundheit des Herzens verbunden ist. Störungen in diesem Ablauf können demnach das Risiko für Herzerkrankungen erhöhen, insbesondere für Herzschwäche (Herzinsuffizienz).

Forschende des Baylor College of Medicine in Texas (USA) haben gemeinsam mit kooperierenden Einrichtungen untersucht, welche Auswirkungen der zirkadiane Rhythmus und dessen Störung auf die Gesundheit des Herzens haben. Das Team fand heraus, dass ein Protein namens Rev-erbα/β eine Schlüsselkomponente der zirkadianen Uhr ist. Das Protein regelt den Rhythmus des Stoffwechsels. Eine Störung in diesem Prozess kann Herzkrankheiten begünstigen. Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich in dem renommierten Fachjournal „Circulation“ vorgestellt.

Herz nutzt Energiequellen in Abhängigkeit der Tageszeit

„Das Herz reagiert je nach Tageszeit unterschiedlich auf verschiedene Energiequellen“, erläutert Studienmitautorin Dr. Lilei Zhang von der Baylor University. In der Ruhephase, die bei Menschen in der Nacht und bei Mäusen am Tag stattfindet, nutze das Herz als Hauptenergiequelle Fettsäuren aus Fetten. In der aktiven Phase, die bei Menschen tagsüber und bei Mäusen nachts stattfindet, habe das Herz dagegen eine gewisse Resistenz gegenüber Kohlenhydraten aus der Nahrung.

Um herauszufinden, wie das Protein Rev-erbα/β seine Wirkungen in diesem Prozess vermittelt, analysierte das Team bei Mäusen und Menschen die Gen- und Proteinexpression sowie die beteiligten Metabolite und Lipide, sowohl im Wachzustand als auch im Schlaf. Sie fanden heraus, dass das Rev-erbα/β-Gen vor allem im Schlaf hochgefahren wird und die Aktivität des Gens stark mit dem Fett- und Zuckerstoffwechsel in Verbindung steht.

Ohne das Rev-erbα/β-Gen versagte das Herz

„Wir untersuchten, wie das Rev-erbα/β-Gen den Stoffwechsel des Herzens beeinflusst, indem wir es spezifisch in Mäuse-Kardiomyozyten (Herzmuskelzellen) ausschalteten“, erklärt Professor Dr. Zheng Sun aus dem Forschungsteam. Das Fehlen des Gens führte zu einer fortschreitenden Herzschädigung und letztendlich zu Herzversagen bei den Tieren.

Wie kam es dazu?

„Wir haben festgestellt, dass die Herzen ohne das Rev-erbα/β-Protein Stoffwechseldefekte aufweisen, die die Verwendung von Fettsäuren in der Ruhephase einschränken, und dass es in der aktiven Phase zu einer übermäßigen Verwendung von Zucker kommt“, fasst Professor Sun zusammen.

Potenzieller Mechanismus zur Entstehung von Herzschwäche

Die Arbeitsgruppe vermutete, dass Herzen, denen zu wenig Rev-erbα/β zur Verfügung steht, Fettsäuren in der Ruhephase nicht effizient verbrennen können, wodurch sie nicht genug Energie haben, um zu schlagen. „Dieser Energiemangel würde wahrscheinlich zu Veränderungen im Herzen führen, die zu einer fortschreitenden dilatativen Kardiomyopathie (Erweiterung der Herzkammer) führen“, folgert Professor Sun.

Um diese Hypothese zu testen, untersuchten die Forschenden, ob der Zustand aufgehoben werden kann, wenn die Fettsäure-Verwertung wiederhergestellt wird. „Wir wissen, dass die Fettsäure-Verwendung durch bestimmte Lipid-Stoffwechselwege gesteuert werden kann“, so Sun. Das Team versuchte daher, die Mäuse mit ausgeschalteten Rev-erbα/β-Gen vor Herzschäden zu bewahren, indem sie mehr Lipide (Fette) an die Tiere verfütterten.

Fett- und zuckerreiche Ernährung verhinderte Herzfehler

Die Forschungsgruppe teste zwei fettreiche Diäten an den Tieren. Eine Diät war fettreich, aber arm an Zucker, die andere fett- und zuckerreich – eine Form der Ernährung, die bei Menschen mit Fettleibigkeit und Insulinresistenz verbunden ist. Erstaunlicherweise zeigte sich, dass die fett- und zuckerreiche Ernährung die Herzfehler teilweise lindern konnte – die Diät, die allein auf Fett basierte, hingegen nicht.

„Diese Ergebnisse belegen, dass der Stoffwechseldefekt, der die Herzzellen daran hindert, Fettsäuren als Brennstoff zu verwenden, den Großteil der Herzfehlfunktion verursacht, die wir bei den Mäusen ohne Rev-erbα/β beobachtet haben“, resümiert Zhang. Eine Korrektur des Stoffwechseldefekts führte zu einer Verbesserung des Gesamtzustands.

„Fettleibigkeit und Insulinresistenz sind seit langem bekannte als klinische Risikofaktoren für Herzinsuffizienz“, betont Sun. Paradoxerweise scheint eine Ernährung, die diese Krankheiten begünstigt, eine gewisse Zeit vor Herzinsuffizienz zu schützen, wahrscheinlich durch die vermehrte Bereitstellung von Fettsäuren in der Ruhephase.

Chronotherapie könnte an Bedeutung gewinnen

In einem weiteren Schritt versuchte das Team, den Fettsäure- und Zuckerstoffwechsel pharmakologisch zu beeinflussen, um die Störung zu beheben. Dies gelang allerdings nur, wenn die Wirkstoffe zum richtigen Zeitpunkt eingenommen wurden, also im Einklang mit dem zirkadianen Rhythmus.

Wurden die Medikamente nicht im Einklang mit dem Stoffwechselweg verabreicht, führte die Behandlung nicht zu einer Verbesserung. Laut dem Forschungsteam unterstreichen die Ergebnisse die Bedeutung von Chronotherapien, also die Einnahme von Wirkstoffen in Abhängigkeit vom zirkadianen Rhythmus. Dieses Konzept könne auch bei vielen anderen Krankheiten und Medikamenten eine Rolle spielen.

Jedes zweite Medikament von der Einnahme-Zeit beeinflusst?

„Von den 100 am häufigsten verschriebenen Medikamenten in den USA hat mindestens die Hälfte ein Ziel, das mit dem zirkadianen Rhythmus verbunden ist“, verdeutlicht Zhang. Medikamente könnten wirksamer sein, wenn sie zum richtigen Zeitpunkt des Tages eingenommen werden. Leider werde dieser Faktor derzeit noch zu wenig berücksichtigt, so Zhang. (vb)