Das Herz schlägt rund drei Milliarden Mal im Laufe eines Lebens. Aber was passiert, wenn es aus dem Takt gerät? Der Physiker Stefan Luther erforscht, wie Herzrhythmusstörungen entstehen — und wie sich lebensrettende Defibrillatoren künftig verbessern lassen.
Unser Herz arbeitet ein Leben lang zuverlässig — ohne Pause und ohne Wartung. Möglich wird das durch ein fein abgestimmtes Netzwerk aus Herzmuskelzellen, die elektrische Signale weitergeben und dadurch die Bewegung des Herzmuskels koordinieren. Den Takt gibt dabei der sogenannte Sinusknoten vor. Er erzeugt elektrische Impulse, die sich wellenförmig über das Herz ausbreiten und dafür sorgen, dass sich die Herzkammern regelmäßig zusammenziehen und Blut durch den Körper pumpen.
Doch der Herzschlag wird nicht wie bei einer Maschine von einer zentralen Steuerung kontrolliert. Stattdessen entsteht der Rhythmus durch das Zusammenspiel vieler einzelner Zellen. Genau diese Fähigkeit zur Selbstorganisation interessiert den Physiker Prof. Dr. Stefan Luther. Am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation leitet er die Forschungsgruppe „Biomedizinische Physik“. Die Forschungsgruppe untersucht, wie aus vielen einzelnen Prozessen ein stabiler Herzrhythmus entsteht und warum dieses System manchmal aus dem Gleichgewicht gerät.
Herzrhythmusstörungen sind weit verbreitet und lassen sich oft gut behandeln. Kammerflimmern ist allerdings eine der häufigsten unmittelbaren Ursachen für den plötzlichen Herztod. Dabei breitet sich die elektrische Erregung im Herzen nicht mehr geordnet aus. Statt einer koordinierten Welle entstehen chaotische elektrische Wirbel, sogenannte Rotoren. Die Herzmuskelzellen zucken dann nur noch unkoordiniert — das Herz kann so kein Blut mehr in den Körper pumpen und das Gehirn nicht mehr ausreichend mit Sauerstoff versorgen.
Lange war unklar, welche genaueren Prozesse hinter diesem chaotischen Zustand stecken. Mit neuen bildgebenden Verfahren konnten Stefan Luther und sein Team die elektrischen Vorgänge im Herzmuskel während des Kammerflimmerns sichtbar machen und dadurch besser verstehen, wie diese lebensbedrohlichen Rhythmusstörungen entstehen.
Bei Kammerflimmern können Defibrillatoren Leben retten: Ein gezielter Elektroschock soll das elektrische Chaos im Herzen beenden und einen normalen Rhythmus wiederherstellen. Doch diese Behandlung hat auch Nachteile: Der Stromstoß ist für Betroffene schmerzhaft und kann bei implantierten Defibrillatoren (ICDs) zu belastenden Fehlauslösungen führen. Manche Patientinnen und Patienten entwickeln nach solchen Schockerlebnissen Angststörungen oder Traumata.
Wenn man die Dynamik des Herzrhythmus besser versteht, könnten elektrische Impulse in Zukunft präziser eingesetzt und in ihrer Stärke reduziert werden. In dieser Folge von „Ach, Mensch!“ spricht detektor.fm-Moderatorin Jessica Hughes mit Stefan Luther darüber, was die Biophysik zur Herzforschung beiträgt und wie Defibrillatoren der Zukunft aussehen könnten.