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Einige einfache (patho-)physiologische Betrachtungen

Herzfrequenz – je niedriger, desto besser?

von Prof. Dr. med. D Gerd Heusch

Das Herz stellt dem Organismus über den Kreislauf ein aus reichendes Blutvolumen pro Zeiteinheit zur Verfügung, das Sauerstoff und Nährstoffe in die peripheren Organe transportiert und Kohlendioxid und Abbauprodukte aus der Peripherie abtransportiert. Zur adäquaten Durchblutung aller Organe müssen Herz und Kreislauf auch im arteriellen Gefäßsystem einen ausreichenden Druck gewährleisten.

Auch wenn Herz und Gefäßsystem hochkomplexe zelluläre und molekulare Strukturen sind, ist eine vereinfachte physikalische Betrachtung des Herzens als Pumpe durchaus gerechtfertigt. Die Leistung des Herzens wird über das Produkt aus Schlagvolumen (dem Hubvolumen der Pumpe) und der Herzfrequenz (der Drehzahl) beschrieben; Herz-Zeitvolumen = Schlagvolumen x Herzfrequenz. Das Herz-Zeitvolumen steht seinerseits nach dem Ohm’schen Gesetz in einem direkten Verhältnis zum Druck; Herz-Zeitvolumen = Druck : Gefäßwiderstand. Über diese beiden vereinfachten physikalischen Betrachtungen wird klar, dass die Herzfrequenz eine zentrale Größe ist, die wesentlich die Leistung des Herz-Kreislaufsystems für den gesamten Organismus charakterisiert. Unmittelbar einleuchtend ist in der Folge, dass eine höhere Herzfrequenz eine höhere Herz-Kreislaufleistung bedingt. Diese Aussage gilt so lange, wie das Schlagvolumen nicht stärker abnimmt als die Herzfrequenz zunimmt. Das Schlagvolumen ist nicht nur von der Kontraktionskraft des Herzmuskels, sondern auch von der Füllung der Herzkammern abhängig. Die Füllung der Herzkammern erfolgt in der Diastole, dem Zeitintervall zwischen zwei Kontraktionen. Mit Zunahme der Herzfrequenz nimmt die Dauer der Diastole über proportional ab, sodass bei sehr hohen Herzfrequenzen das Schlagvolumen infolge der schlechteren Füllung des Herzens stark abnimmt und das Herzzeitvolumen tatsächlich sinkt. Diese Grenzfrequenz liegt beim Gesunden bei etwa 170/min, beim trainierten Sportler sogar noch höher. Aus diesen Überlegungen wird deutlich, dass beim Gesunden über einen weiten Bereich eine höhere Herzfrequenz eine bessere Herz-Kreislaufleistung kennzeichnet. In diesem Sinne ist die eher niedrige Herzfrequenz des trainierten Sportlers unter Ruhe bedingungen Grundlage für eine besondere Steigerungsfähigkeit der Herzfrequenz und der Herz-Kreislaufleistung unter Belastung. Die niedrige Herzfrequenz unter Ruhebedingungen ist Folge der hohen Aktivität des parasympathischen Nervensystems (des Vagus) und reflektiert einen guten Trainingszustand. Unter Ruhebedingungen sind das Schlagvolumen des Herzens und die Fähigkeit der Peripherie, Sauerstoff und Nährstoffe aus dem Blut zu ziehen, für die Versorgung des Organismus ausreichend. Unter Belastung wird die Aktivität des parasympathischen Nervensystems zurückgenommen und die des sympathischen Nervensystems gesteigert, in der Folge steigen Herzfrequenz und Herzkraft. Die Steigerung der Herzfrequenz selbst trägt sogar in geringem Umfang zur Steigerung der Herzkraft bei und kompensiert so die abnehmende Füllung der Herzkammern (positive Kraft- Frequenz-Beziehung). Wir halten fest: Beim Gesunden charakterisiert eine hohe Herzfrequenz eine hohe Herz-Kreislaufleistung, die niedrige Herzfrequenz unter Ruhebedingung ist Ausdruck einer großen Leistungsreserve.

Herzfrequenz und Herzfunktion bei koronarer Herzkrankheit und Herzinsuffizienz

Beim Herzkranken ist die Situation fundamental anders, ich beschränke mich hier auf die koronare Herzkrankheit und die Herzinsuffizienz. Wenn die Herzkranzgefäße durch atherosklerotische Veränderungen der Gefäßwand in ihrem Gefäßquerschnitt eingeengt und darüber hinaus in ihrer Regulationsfähigkeit eingeschränkt sind, kann eine Erhöhung der Herzfrequenz die Koronardurchblutung verringern. Die Koronardurchblutung kann nämlich ebenso wie die Füllung des Herzens nur in der Diastole zwischen zwei Kontraktionen stattfinden, weil der kontrahierende Herzmuskel seine eigenen Gefäße abklemmt. Mit zunehmender Herzfrequenz nimmt die für die Koronardurchblutung entscheidende Diastolendauer überproportional stark ab. Während am gesunden Herzen die aktive Weitstellung der Koronargefäße eine Zunahme der Durchblutung mit zunehmender Herzfrequenz trotz Verkürzung der Diastolendauer sicherstellt, kann die atherosklerotisch veränderte Gefäßwand nicht mehr aktiv gegenregulieren. Über diesen Mechanismus kann dann eine Erhöhung der Herzfrequenz zur Auslösung von Angina pectoris und Herzinfarkt wesentlich beitragen [1]. Eine Herzinsuffizienz ist grundsätzlich durch eine verringerte Kontraktionskraft des Herzmuskels gekennzeichnet. Durchblutungsstörungen, Entzündungen, Gifte und auch genetische Ursachenliegen einer Herzinsuffizienz ursächlich zu Grunde. In der Herzinsuffizienz besteht keine positive Kraft-Frequenz-Beziehung mehr. Deshalb nimmt bei akuter Steigerung der Herzfrequenz das Schlagvolumen rasch ab und das Herz-Zeitvolumen sinkt. Eine länger anhaltende Steigerung der Herzfrequenz, etwa bei Vorhofflimmern oder anderen Herzrhythmusstörungen, kann sogar ihrerseits die Grundprozesse der Herzkraftentwicklung weiter verschlechtern und so zur Ausprägung einer Herzinsuffizienz beitragen [2]. Zahlreiche Studien belegen, dass bei Patienten mit koronarer Herzkrankheit oder Herzinsuffizienz eine höhere Herzfrequenz unter Ruhebedingungen mit einer höheren Sterblichkeit einhergeht. Therapeutische Bemühungen zielen daher auf eine Reduktion der Herzfrequenz, dazu stehen BETA-Blocker, Calcium-Antagonisten und neuerdings auch eine selektive frequenzsenkende Substanz (Ivabradin) zur Verfügung. Abgesehen von zahlreichen anderen Nebenwirkungen haben BETA-Blocker und Calcium-Antagonisten den Nachteil, nicht nur die Herzfrequenz, sondern auch die Kontraktionskraft des Herzens zu vermindern. BETA-Blocker stören zusätzlich die Regulation der Koronardurchblutung. Durch selektive Senkung der Herzfrequenz können sowohl die Symptomatik der koronaren Herzkrankheit als auch Symptomatik und Prognose der Herzinsuffizienz verbessert werden. Therapeutisch sollen hier Herzfrequenzen von nur noch 50 – 55/min angestrebt werden. Bis zu dieser Untergrenze gilt in der Tat: (unter Ruhebedingungen) – je niedriger, desto besser.

Fazit

Eine niedrige Herzfrequenz beim Gesunden unter Ruhebedingungen ist Ausdruck eines guten Trainingszustandes und Voraussetzung für eine ausgeprägte Steigerung der Herzfrequenz unter Belastung. Beim Herzkranken geht Steigerung der Herzfrequenz nicht mit adäquater Steigerung der Herz-Kreislaufleistung einher. Hier ist eine niedrige Herzfrequenz von 50 – 55 Schlägen/min unter Ruhebedingungen therapeutisch anzustreben.

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Literatur:
1. Heusch G. Heart rate in the pathophysiology of coronary blood flow and myocardial ischaemia: benefit from selective bradycardic agents. Br J Pharmacol 2008;153:1589-1601
2. Heusch G. Heart Rate and Heart Failure. Circ J 2011;75:229-236