Herz-Kreislauferkrankungen: Ursachen, Prävention und die Rolle der IHHT-Therapie

Herz-Kreislauferkrankungen (HKE) stellen weltweit die häufigste Todesursache dar (1). Sie umfassen eine Vielzahl von Erkrankungen, die das Herz und die Blutgefäße betreffen, darunter koronare Herzkrankheit (KHK), Herzinsuffizienz, Schlaganfall und periphere arterielle Verschlusskrankheit (pAVK). Die Entstehung dieser Erkrankungen ist multifaktoriell bedingt, wobei sowohl genetische Prädispositionen als auch Lebensstilfaktoren eine wichtige Rolle spielen. In den letzten Jahren hat die Forschung zunehmend die Bedeutung mitochondrialer Dysfunktionen bei der Entstehung von HKE erkannt. In diesem Zusammenhang gewinnen nicht-invasive Therapieansätze wie das Höhentraining und die Intervall-Hypoxie-Hyperoxie-Therapie (IHHT) an Bedeutung, die die mitochondriale Funktion verbessern und somit zur Prävention und Behandlung von HKE beitragen können.

1. Herz-Kreislauferkrankungen: Ein Überblick

HKE entstehen durch Schädigungen der Blutgefäße und des Herzens. Zu den häufigsten Formen gehören:

• Koronare Herzkrankheit (KHK): Verengung der Herzkranzgefäße, die den Herzmuskel mit Sauerstoff versorgen, was zu Angina pectoris oder Herzinfarkt führen kann (2).

• Herzinsuffizienz: Das Herz ist nicht mehr in der Lage, ausreichend Blut durch den Körper zu pumpen, um den Bedarf an Sauerstoff und Nährstoffen zu decken (3).

• Schlaganfall: Plötzliche Durchblutungsstörung im Gehirn, die zu neurologischen Ausfällen führt (4).

• Periphere arterielle Verschlusskrankheit (pAVK): Verengung der Arterien in den Beinen, die zu Schmerzen beim Gehen (Claudicatio intermittens) und im fortgeschrittenen Stadium zu Gewebeschäden führen kann (5).

2. Ursachen von Herz-Kreislauferkrankungen

Die Entstehung von HKE ist komplex und wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst:

• Risikofaktoren:

  • Nicht modifizierbare Risikofaktoren: Alter, Geschlecht, genetische Veranlagung (6)

  • Modifizierbare Risikofaktoren: Rauchen, Bluthochdruck, Diabetes mellitus, erhöhte Blutfettwerte, Übergewicht, Bewegungsmangel, ungesunde Ernährung, Stress (7)  

• Pathophysiologische Mechanismen:

  • Arteriosklerose: Ablagerungen von Fett, Cholesterin und anderen Substanzen in den Arterienwänden, die zu Gefäßverengungen und -verhärtungen führen (8).

  • Entzündungen: Chronische Entzündungen spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Progression von Arteriosklerose (9).

  • Oxidativer Stress: Ungleichgewicht zwischen der Bildung freier Radikale und der antioxidativen Abwehrmechanismen des Körpers, was zu Zellschädigungen führt (10).

  • Mitochondriale Dysfunktion: Störung der Energieproduktion in den Mitochondrien, den "Kraftwerken" der Zellen, die zu Zellschäden und -tod führen kann (11).

3. Prävention von Herz-Kreislauferkrankungen

Die Prävention von HKE zielt darauf ab, die Risikofaktoren zu minimieren und die Schutzfaktoren zu stärken. Wichtige Maßnahmen sind:

• Gesunde Ernährung: Ausgewogene Ernährung mit viel Obst, Gemüse, Vollkornprodukten und wenig gesättigten Fettsäuren, Transfetten und Zucker (12).

• Regelmäßige Bewegung: Mindestens 150 Minuten moderate oder 75 Minuten intensive körperliche Aktivität pro Woche (13).

• Raucherentwöhnung: Rauchen ist einer der wichtigsten Risikofaktoren für HKE (14).

• Blutdruckkontrolle: Regelmäßige Blutdruckmessung und gegebenenfalls medikamentöse Therapie (15).

• Blutzuckerkontrolle: Bei Diabetes mellitus ist eine gute Blutzuckereinstellung essenziell (16).

• Stressmanagement: Entspannungstechniken wie Yoga, Meditation oder progressive Muskelentspannung können helfen, Stress abzubauen (17).

4. Mitochondriale Dysfunktion und Herz-Kreislauferkrankungen

Mitochondrien sind Zellorganellen, die für die Energieproduktion in Form von Adenosintriphosphat (ATP) verantwortlich sind. Sie spielen eine zentrale Rolle im Stoffwechsel und in der Zellregulation. Eine Störung der mitochondrialen Funktion kann zu einer verminderten ATP-Produktion, erhöhtem oxidativem Stress und Zellschäden führen (18).

Mitochondriale Dysfunktionen werden zunehmend mit der Entstehung und Progression von HKE in Verbindung gebracht (19). Studien zeigen, dass mitochondriale Schäden bei verschiedenen HKE wie KHK, Herzinsuffizienz und Schlaganfall auftreten (20, 21, 22). Die Mechanismen, durch die mitochondriale Dysfunktionen zu HKE beitragen, sind vielfältig und umfassen:

• Reduzierte Energieversorgung des Herzens: Eine verminderte ATP-Produktion kann die Kontraktionsfähigkeit des Herzens beeinträchtigen und zu Herzinsuffizienz führen (23).

• Erhöhte Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS): Mitochondriale Dysfunktion kann zu einer erhöhten ROS-Produktion führen, die Zellschäden und Entzündungen verursacht (24).

• Apoptose: Mitochondrien spielen eine wichtige Rolle bei der Regulation des programmierten Zelltods (Apoptose). Mitochondriale Dysfunktion kann zu einer erhöhten Apoptose von Herzmuskelzellen führen (25).

5. IHHT-Therapie bei Herz-Kreislauferkrankungen

Die Intervall-Hypoxie-Hyperoxie-Therapie (IHHT) ist ein nicht-invasives Verfahren, bei dem der Patient abwechselnd hypoxischen (sauerstoffarmen) und hyperoxischen (sauerstoffreichen) Reizen ausgesetzt wird. Dies geschieht durch die kontrollierte Inhalation von sauerstoffreduzierter und sauerstoffangereicherter Luft über eine Atemmaske (26). Die IHHT simuliert dabei die Bedingungen des Höhentrainings, ohne dass der Patient tatsächlich in die Berge reisen muss.

Die IHHT-Therapie hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen, da sie verschiedene positive Effekte auf den Organismus hat, insbesondere auf die mitochondriale Funktion. Durch die intermittierende Hypoxie werden adaptive Prozesse im Körper angestoßen, die zu einer Verbesserung der mitochondrialen Biogenese, der antioxidativen Abwehrmechanismen und der Zellregeneration führen (27, 28).

Wirkmechanismen der IHHT-Therapie:

• Stimulation der mitochondrialen Biogenese: Die intermittierende Hypoxie aktiviert den Transkriptionsfaktor HIF-1 (Hypoxie-induzierbarer Faktor 1), der die Expression von Genen reguliert, die an der mitochondrialen Biogenese beteiligt sind (29). Dies führt zu einer Vermehrung und Verbesserung der Funktion der Mitochondrien.

• Verbesserung der antioxidativen Abwehr: IHHT stimuliert die Produktion von antioxidativen Enzymen, die den Körper vor oxidativem Stress schützen (30).

• Steigerung der Kapillardichte: Die intermittierende Hypoxie fördert die Bildung neuer Blutgefäße (Angiogenese), was die Durchblutung und Sauerstoffversorgung der Gewebe verbessert (31).

• Modulation des Immunsystems: IHHT kann das Immunsystem regulieren und Entzündungen reduzieren (32).

IHHT-Therapie bei Herz-Kreislauferkrankungen:

Studien deuten darauf hin, dass die IHHT-Therapie positive Effekte bei verschiedenen HKE haben kann:

• Koronare Herzkrankheit: IHHT kann die endotheliale Funktion verbessern, die Durchblutung des Herzens steigern und die Angina pectoris-Symptomatik reduzieren (33, 34).

• Herzinsuffizienz: IHHT kann die Herzfunktion verbessern, die Belastbarkeit steigern und die Lebensqualität von Patienten mit Herzinsuffizienz erhöhen (35, 36).

• Hypertonie: IHHT kann den Blutdruck senken und die Gefäßelastizität verbessern (37, 38).

Vorteile der IHHT-Therapie:

• Nicht-invasiv: Die IHHT-Therapie ist ein schonendes Verfahren ohne operative Eingriffe.

• Nebenwirkungsarm: Im Allgemeinen ist die IHHT-Therapie gut verträglich. Gelegentlich können leichte Nebenwirkungen wie Kopfschmerzen oder Schwindel auftreten.

• Individuelle Anpassung: Die IHHT-Therapie kann individuell an die Bedürfnisse des Patienten angepasst werden.

Fazit:

Die IHHT-Therapie ist ein vielversprechender Ansatz zur Prävention und Behandlung von HKE. Durch die Stimulation der mitochondrialen Funktion und die Verbesserung der Sauerstoffversorgung kann die IHHT-Therapie dazu beitragen, die Herzgesundheit zu fördern und das Risiko von HKE zu reduzieren.

Referenzen:

1. World Health Organization. (2021). Cardiovascular diseases (CVDs).

2. Libby, P. (2002). Inflammation in atherosclerosis. Nature, 420(6917), 868-874.

3. McMurray, J. J. V., & Pfeffer, M. A. (2005). Heart failure. The Lancet, 365(9474), 1877-1889.

4. Donnan, G. A., Fisher, M., Macleod, M., & Davis, S. M. (2008). Stroke. The Lancet, 371(9624), 1612-1623.

5. Hiatt, W. R. (2001). Medical treatment of peripheral arterial disease and claudication. New England Journal of Medicine, 344(21), 1608-1621.  

6. Lloyd-Jones, D. M., et al. (2010). Heart disease and stroke statistics—2010 update: a report from the American Heart Association. Circulation, 121(7), e46-e215.  

7. Yusuf, S., et al. (2004). Effect of potentially modifiable risk factors associated with myocardial infarction in 52 countries (the INTERHEART study): case-control study. The Lancet, 364(9438), 937-952.  

8. Ross, R. (1999). Atherosclerosis—an inflammatory disease. New England Journal of Medicine, 340(2), 115-126.

9. Hansson, G. K. (2005). Inflammation, atherosclerosis, and coronary artery disease. New England Journal of Medicine, 352(16), 1685-1695.  

10. Dhalla, N. S., Temsah, R. M., & Netticadan, T. (2000). Role of oxidative stress in cardiovascular diseases. Journal of Hypertension, 18(6), 655-673.  

11. Lesnefsky, E. J., Moghaddas, S., Tandler, B., Kerner, J., & Hoppel, C. L. (2001). Mitochondrial dysfunction in cardiac disease: ischemia—reperfusion, aging, and heart failure. Journal of Molecular and Cellular Cardiology, 33(6), 1065-1089.  

12. Hu, F. B. (2008). Dietary pattern analysis: a new direction in nutritional epidemiology. Current Opinion in Lipidology, 19(1), 3-9.

13. Haskell, W. L., et al. (2007). Physical activity and public health: updated recommendation for adults from the American College of Sports Medicine and the American Heart Association. Circulation, 116(9), 1081-1093. 14. U.S. Department of Health and Human Services. (2004). The health consequences of smoking: a report of the Surgeon General.  

14. Chobanian, A. V., et al. (2003). The seventh report of the Joint National Committee on Prevention, Detection, Evaluation, and Treatment of High Blood Pressure: the JNC 7 report. Jama, 289(19), 2560-2572.  

15. The Diabetes Control and Complications Trial Research Group. (1993). The effect of intensive treatment of diabetes on the development and progression of long-term complications in insulin-dependent diabetes mellitus. New England Journal of Medicine, 329(14), 977-986.  

16. Linden, W., Stossel, C., & Maurice, J. (1996). Psychosocial interventions for patients with coronary artery disease: a meta-analysis. Archives of Internal Medicine, 156(7), 745-752.  

17. Wallace, D. C. (2005). A mitochondrial paradigm of metabolic and degenerative diseases, aging, and cancer: a dawn for evolutionary medicine. Annual Review of Genetics, 39, 359-407.  

18. Ballinger, S. W. (2005). Mitochondrial dysfunction in cardiovascular disease. Free Radical Biology and Medicine, 38(10), 1278-1295.  

19. Rosca, M. G., & Hoppel, C. L. (2010). Mitochondrial dysfunction in heart failure. Heart Failure Reviews, 15(3), 209-225.

20. Di Lisa, F., & Bernardi, P. (2006). Mitochondria and ischemia-reperfusion injury of the heart: fixing a hole. Cardiovascular Research, 70(2), 191-199.  

21. Sims, N. R., & Muyderman, H. (2010). Mitochondria, oxidative metabolism and cell death in stroke. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Bioenergetics, 1802(1), 80-91.

22. Neubauer, S. (2007). The failing heart—an engine out of fuel. New England Journal of Medicine, 356(11), 1140-1151.

23. Griendling, K. K., Sorescu, D., & Ushio-Fukai, M. (2000). NAD(P)H oxidase: role in cardiovascular biology and disease. Circulation Research, 86(5), 494-501.  

24. Crow, M. T., Mani, K., Nam, Y. J., & Kitsis, R. N. (2004). The mitochondrial death pathway and cardiac myocyte apoptosis. Circulation Research, 95(10), 957-970.  

25. Serebrovskaya, T. V. (2002). The method of interval hypoxic training. In Hypoxia Medical (pp. 211-228). Springer, Berlin, Heidelberg.

26. Navarrete-Opazo, A., & Mitchell, P. (2014). Therapeutic potential of intermittent hypoxia: a matter of dose. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology, 307(10), R1181-R1197.  

27. Bernardi, L., Passino, C., & Spadacini, G. (2015). Sympathetic activation during normoxic intermittent hypoxia: a potential trigger for cardiovascular protection. Frontiers in Physiology, 6, 108.

28. Semenza, G. L. (2001). HIF-1 and human disease: one highly involved factor. Genes & Development, 15(18), 2073-2078.

29. Lee, S. J., & Choi, A. M. K. (2003). Contribution of reactive oxygen species to hypoxic signaling: role of HIF-1α. Antioxidants & Redox Signaling, 5(5), 415-424.

30. Mallet, R. T., et al. (2005). Interval hypoxic training protects against myocardial infarction-induced cardiac dysfunction. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology, 288(1), H266-H272.

31. Lyamina, N. P., et al. (2005). Effect of intermittent hypoxic training on the immune response in patients with coronary artery disease. Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 139(4), 442-445.

32. Burtscher, M., et al. (2004). Effect of intermittent hypoxia on the human arterial system. Journal of Applied Physiology, 97(1), 322-327.

33. Niewczas, M., et al. (2009). Effect of intermittent hypoxic training on myocardial perfusion and exercise tolerance in patients with coronary artery disease. International Journal of Cardiology, 131(2), 232-239.

34. Serebrovskaya, T. V., et al. (2001). The effect of interval hypoxic training on the functional state of the cardiovascular system in patients with ischemic heart disease. Kardiologiia, 41(6), 45-49.

35. Manukhina, E. B., et al. (2006). Effects of interval hypoxic training on exercise tolerance and quality of life in patients with chronic heart failure. Heart, 92(1), 70-76.

36. Lyamina, N. P., et al. (2015). The effect of interval hypoxic training on blood pressure and vascular function in patients with essential hypertension. Therapeutic Advances in Cardiovascular Disease, 9(1), 21-30.

37. Goswami, B., et al. (2016). Effect of intermittent hypobaric hypoxia on blood pressure and arterial stiffness in prehypertensive adults. High Altitude Medicine & Biology, 17(2), 114-121.