Herz und Kreislauf im Klimastress

»In einigen Jahren werden Klima- und Umweltfaktoren klassische Risikofaktoren für Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie Bluthochdruck oder Fettstoffwechselstörungen in ihrer Bedeutung ablösen«, erklärt Professor Dr. Thomas Münzel von der Universitätsmedizin der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz im Gespräch mit der Pharmazeutischen Zeitung (PZ). Umweltmediziner gehen davon aus, dass zwei Drittel der chronischen, nicht übertragbaren Krankheiten auf die Summe aller Umwelteinflüsse zurückzuführen sind. Dazu zählen Luftverschmutzung ebenso wie Stress durch Lärm, Licht oder Hitze.

Die letzten Jahre haben es gezeigt: Hitzewellen werden häufiger und intensiver. Jährlich sterben weltweit etwa 5 Millionen Menschen an den Folgen von extremen Temperaturen. Insbesondere Menschen, die bereits an Herz-Kreislauf-Erkrankungen leiden, sind betroffen. Bei extremer Hitze oder Kälte sterben sie häufiger als bei gemäßigten Temperaturen. Dies stellte eine Forschergruppe der Harvard T.H. Chan School of Public Health in Boston fest (1). Die Wissenschaftler untersuchten kardiovaskuläre Ereignisse in weltweit erhobenen Daten zwischen 1979 und 2019. Das Ergebnis: Etwa jeder Hundertste kardiovaskuläre Todesfall wird offenbar durch extreme Temperaturen verursacht, bei Herzinsuffizienz sogar noch mehr, wie Dr. Haitham Khraishah von der University of Maryland School of Medicine in einer Mitteilung der American Heart Association betonte.

Hitzebedingte Todesfälle passieren am häufigsten bei Patienten mit respiratorischen oder kardiovaskulären Erkrankungen, während zerebrovaskuläre Komplikationen seltener auftreten. Krankenhauseinweisungen und Notfalleinsätze bei Hitze erfolgen meist aufgrund von Lungen- und Nierenerkrankungen, Diabetes mellitus, Exsikkose und Hitzschlag (2, 3).

Auch Kälte kann die Anzahl kardiovaskulär bedingter Todesfälle erhöhen. Eine Studie der Universität Oslo unter der Leitung von Professor Stefan Agewall ergab, dass kalte Temperaturen ein höheres Risiko für Herz-Kreislauf-Komplikationen darstellen (4). Insbesondere Patienten mit verengten Herzkranzgefäßen sind gefährdet. Ein Temperaturabfall um 10 °C von 5 °C auf –5 °C korrelierte mit einem durchschnittlich 20 Prozent höheren Risiko, an einer kardiovaskulären Herzerkrankung zu sterben.

Insgesamt sterben sogar rund zehnmal so viele Menschen an Kälteeinbrüchen wie an Hitzeperioden. Eine kürzlich publizierte Studie zeigte, dass innerhalb von Europa vor allem Menschen in den östlichen Ländern durch außergewöhnliche Kälte gefährdet sind (5).

Extreme Temperaturen belasten das Herz-Kreislauf-System auf vielfältige Weise. Sie begünstigen nicht nur die Bildung von bodennahem Ozon, sondern auch Flächenbrände und Sandstürme. Durch diese Extremereignisse wird mehr Feinstaub freigesetzt, was das kardiovaskuläre Risiko weiter erhöht.

Basierend auf bisherigen Daten ist zu erwarten, dass die mittleren Temperaturen vor allem in den Monaten Juli und August die Werte früherer Jahre überschreiten werden. Dies führt zu Hitzewellen mit zunehmender Intensität und längerer Dauer.

Laut dem Deutschen Wetterdienst (DWD) wird ein »heißer Tag« definiert als ein Tag, an dem die Höchsttemperatur über 30 °C liegt. In einer »Tropennacht« hingegen beträgt die niedrigste Temperatur 20 °C (6). Als »extreme Hitze« wird das Wetter bezeichnet, wenn hohe Temperaturen, wolkenloser Sonnenhimmel, schwacher Wind und zum Teil feuchte Luft (Schwüle) herrschen. Umgangssprachlich spricht man von einer »Hitzewelle«, wenn mehrere aufeinanderfolgende Tage und Nächte sehr heiß sind. Der DWD spricht von extremer Hitzeeinwirkung bei Temperaturen ab 38 °C.

Bei Hitze kann das körpereigene Kühlsystem überlastet werden, was einen Flüssigkeits- und Elektrolytmangel nach sich zieht. Insbesondere empfindliche Menschen reagieren mit Kopfschmerzen, Erschöpfung und Benommenheit.

Ältere und alte Menschen sind besonders gefährdet. Ihre Haut wird schlechter durchblutet, die Schweißdrüsen arbeiten langsamer, die Wärmeabgabe ist beeinträchtigt. Auch die Erweiterung und die Verengung der Blutgefäße erfolgen langsamer, sodass das Blutvolumen nur verzögert umverteilt wird.

Viele Medikamente können bei hohen Temperaturen stärker oder schwächer wirken und unerwünschte Effekte hervorrufen. Hitze erweitert die Blutgefäße und kann den Blutdruck senken. Bei hohen Temperaturen sollte möglicherweise die Dosierung von Blutdrucksenkern angepasst werden. Wenn der systolische Blutdruckwert immer wieder oder dauerhaft unter 110 mmHg sinkt, sollte selbst bei kurzen Hitzeperioden gemeinsam mit dem behandelnden Arzt erwogen werden, die Dosis zu reduzieren.

Die Deutsche Allianz Klimawandel & Gesundheit (KLUG; www.klimawandel-gesundheit.de) hat eine Liste der Medikamente zusammengestellt, die besonders beachtet werden sollten. Die wichtigsten Wirkstoffe und mögliche Auswirkungen bei großer Hitze zeigt die Tabelle. Diese Übersicht basiert auf der Heidelberger-Hitze-Tabelle, die von der Abteilung Klinische Pharmakologie und Pharmakoepidemiologie des Universitätsklinikums Heidelberg erstellt wurde. Weitere detaillierte Informationen zu Wirkstoffen, die möglicherweise bei Hitze anders wirken, enthält ein Flyer, der unter https://dosing.de/Hitze/heatindex.php heruntergeladen werden kann.

Für das Apothekenteam ist es ebenfalls wichtig, hitzeempfindliche Arzneimittel wie Biologika, Impfstoffe und Insuline im Blick zu behalten und den Patienten die richtige Lagerung und Handhabung zu erklären (Kasten).

Auch die Luftverschmutzung zählt zu den Killern. Die Weltgesundheitsorganisation WHO schätzt, dass weltweit jährlich 8,8 Millionen vorzeitige Todesfälle durch Luftverschmutzung verursacht werden, wobei kardiovaskuläre Ereignisse wie eine Erkrankung der Herzkranzgefäße oder ein Herzinfarkt, die Hauptursache darstellen. Wie das Expertenteam um den Atmosphärenforscher und Direktor am Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie, Jos Lelieveld, und Kardiologe Münzel von der Universitätsmedizin Mainz im European Heart Journal berichtet, verursacht vor allem mit Feinstaub belastete Atemluft pro Jahr weltweit 8,8 Millionen Sterbefälle (9).

Münzel betont, dass dies sogar mehr Todesfälle seien als die 8 Millionen durch Rauchen verursachten. Die Luftverschmutzung führt zu einer Senkung der globalen Lebenserwartung um durchschnittlich 2,9 Jahre, verglichen mit einer Minderung um 2,2 Jahre durch Rauchen und um 0,3 Jahre durch Gewalt und Kriege, wobei die letztere Zahl derzeit deutlich ansteigt.

Schadstoffbelastete Luft enthält verschiedene Gase und feste Partikel wie Stickoxide, Schwefeldioxid, Ozon und Feinstaub. Diese können Entzündungen, oxidativen Stress und Schäden an den Blutgefäßen verursachen. Schon eine kurze Exposition gegenüber diesen Schadstoffen erhöht das Risiko für Herzinfarkt, Schlaganfall und Herzinsuffizienz. Besonders gefährlich ist Feinstaub mit einer Partikelgröße unter 2,5 Mikrometern (PM 2,5), da er tief in die Lunge und den Blutkreislauf eindringen kann und dort Entzündungen und oxidativen Stress verursacht (10, 11).

»Wir wissen heute, dass Ultrafeinstaub unter 0,1 µm direkt über das Riechorgan das Gehirn erreicht und dort subakute Entzündungen auslöst. Größere Partikel kommen über die Lunge in den Blutstrom und lösen dort oxidativen Stress aus«, erläutert Münzel. Feinstaub bestehe aus einem Kohlenstoffkern, von dessen Größe in erster Linie die Durchdringungsfähigkeit abhänge. Die Toxizität der Partikel wiederum werde durch die Oberflächenbeladung bestimmt. Das sind in erster Linie Übergangsmetalle, reaktive Aldehyde, Nitrit, Nitrat, Endotoxine oder Viren, wie in den letzten Jahren das Coronavirus.

»Darüber hinaus kennen wir die stark giftigen Wirkungen von Schwermetallen, halogenierten Kohlenwasserstoffen und neuerdings auch Mikro- und Nanoplastik auf das kardiovaskuläre System, auch wenn uns noch viel Detailwissen fehlt. Gerade bei den Herz-Kreislauf-Wirkungen von Mikro- und Nanoplastik steht die Umweltforschung noch am Anfang«, führt der Klimakardiologe weiter aus.

Über welche pathophysiologischen Mechanismen eine verschmutzte Luft zum Entstehen einer koronaren Herzkrankheit (KHK) beiträgt, ist noch nicht vollständig verstanden, aber Entzündungen und oxidativer Stress spielen eine Schlüsselrolle. »Entzündungen und oxidativer Stress schaden den Endothelzellen, die die Blutgefäße auskleiden – ein Prozess, der langfristig zur Entwicklung von Arteriosklerose führen kann«, berichtet Münzel. Der Experte sieht vor allem die Feinstaubentwicklung aufgrund von Überdüngung kritisch, die in Deutschland für einen großen Teil der vorzeitigen Feinstaubtodesfälle verantwortlich sei.

Bilder aus dem All zeigen es: An vielen Orten der Erde ist der Himmel auch nachts hell erleuchtet. Das kann den Schlaf beeinträchtigen und das Risiko für einen Herzinfarkt oder Schlaganfall in die Höhe schnellen lassen. Darauf deuten aktuelle Daten aus Hongkong hin.

Für ein gesundes Herz-Kreislauf-System ist ein ungestörter zirkadianer Rhythmus Voraussetzung, erläutern Dr. Shengzhi Sun und Kollegen von der Boston University School of Public Health (12). Ist es während der Nacht zu hell, wird zu wenig Melatonin gebildet, und der Körper kommt nicht ausreichend zur Ruhe.

Eine prospektive Kohortenstudie mit fast 60.000 Senioren in Hongkong, die über elf Jahre beobachtet wurden, untersuchte, ob nächtliche Lichtverschmutzung auch eine KHK begünstigt (13). Anhand von Satellitendaten wurde die nächtliche Helligkeit der Wohnorte der Teilnehmer erfasst und mit der Häufigkeit von Krankenhauseinweisungen und Sterbefällen aufgrund von Herz-Kreislauf-Erkrankungen korreliert. Tatsächlich hatten Senioren, die in Regionen mit hoher nächtlicher Helligkeit lebten, ein um 23 Prozent höheres Risiko für Krankenhauseinweisungen und ein um 29 Prozent höheres Sterberisiko aufgrund von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, verglichen mit Personen aus dunkleren Wohngebieten.

Ob die Lichtverschmutzung die Ursache für die kardiovaskulären Ereignisse ist, kann aus den Daten noch nicht abgeleitet werden. Weitere Studien, die die individuelle nächtliche Lichtexposition und die Schlafqualität der Probanden berücksichtigen, sind erforderlich, um den vermuteten Zusammenhang weiter zu untersuchen.

Lärm durch Luft-, Straßen- und Schienenverkehr korreliert direkt mit einer erhöhten Zahl von Erkrankungen und Todesfällen. Eine Metaanalyse im Auftrag der Weltgesundheitsorganisation (WHO) ergab, dass Verkehrslärm ab 50 Dezibel das Risiko für eine KHK deutlich erhöht (14). Nimmt der Lärm jeweils um weitere 10 Dezibel zu, steigt auch das Erkrankungsrisiko um 8 Prozent. Insbesondere Verkehrslärm in der Nacht führt zu Schlafstörungen, erhöht den Spiegel von Stresshormonen und löst oxidative Prozesse aus. Diese Faktoren können eine vaskuläre Dysfunktion und Bluthochdruck fördern, was wiederum das kardiovaskuläre Risiko in die Höhe treibt.

»Wir wissen schon länger, dass Fluglärm Bluthochdruck, Herzinfarkte und auch Schlaganfälle auslösen kann, kannten aber die zugrunde liegenden pathophysiologischen Mechanismen nicht.« Die Studie habe gezeigt, dass bereits eine Nacht mit Fluglärm eine Endotheldysfunktion, erhöhte Stresshormonspiegel und eine verminderte Schlafqualität auslösen könne. Diese Effekte seien bei Patienten mit bereits etablierter KHK noch ausgeprägter als bei gesunden Probanden, erklärt der Experte.

Die pathophysiologischen Mechanismen, durch die Lärm kardiovaskuläre Erkrankungen verursacht, sind noch nicht vollständig geklärt. In Experimenten an Nagern konnte gezeigt werden, dass die zirkadiane Uhr aus dem Takt gerät und der oxidative Stress im Gehirn und in den Blutgefäßen zunimmt (16). Entzündungsprozesse aktivieren direkt das sympathische Nervensystem und lassen die Blutspiegel von Katecholaminen, Cortison und AngiotensinII in die Höhe schnellen, sodass die Endothelfunktion beeinträchtigt wird. Arbeiten die Endothelzellen nicht mehr reibungslos, setzen sie weniger Stickstoffmonoxid (NO) frei. Die Blutgefäße dehnen sich nicht mehr genügend aus, Gewebe und Organe werden schlechter durchblutet. Diese Prozesse bereiten kardiovaskulären Erkrankungen den Boden.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen können auch indirekt durch Lärm verursacht werden, da schon niedrige Geräuschbelastungen den Schlaf und das Wohlbefinden stören, was zu emotionalen und kognitiven Reaktionen sowie Ärger führt. Dies wiederum kann eine Stressreaktion auslösen, die Entzündungen begünstigt und eine Versteifung der Blutgefäße fördert.

Auch Schichtarbeit wurde mit einer Dysfunktion des Endothels in Verbindung gebracht. Dies weist darauf hin, dass Schlafmangel und -unterbrechungen wesentlich zur durch Lärm verursachten endothelialen Dysfunktion beitragen.

Dem enormen Einfluss der sich ändernden Umwelt auf die Gesundheit von Herz und Kreislauf werde noch viel zu wenig Beachtung beigemessen, moniert Münzel. »Wir müssen wegkommen von den klassischen Risikofaktoren wie Bluthochdruck, Rauchen oder Diabetes und die Gesamtheit aller nicht-genetischen endogenen und exogenen Umwelteinflüsse erfassen«, lautet das Fazit des Klimakardiologen. Umweltstressoren wie Luftverschmutzung, Lärm, ungesunde Städteplanung und Klimawandel erhöhen das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen ebenso wie die traditionellen Risikofaktoren Rauchen, ungesunde Ernährung und Bewegungsmangel.

Ein kürzlich in Nature Review Cardiology veröffentlichter Artikel eines internationalen Forschungsteams beleuchtet die Auswirkungen von Umweltstressoren auf das Herz-Kreislauf-System anhand des Konzepts des Exposoms (Grafik) (17, 18). Dieses Konzept beschreibt die lebenslange Exposition gegenüber verschiedenen Umweltrisiken und deren negative Auswirkungen auf den Körper und die Gesundheit. Das Forschungsfeld des Exposoms verknüpft schädliche Umwelteinflüsse mit pathophysiologischen Veränderungen im Körper sowie mit chronischen Erkrankungen und Todesfällen.

2020 startete das European Human Exposom-Network (www.humanexposome.eu), das den Einfluss verschiedener Umweltfaktoren auf die Gesundheit der Europäer erforscht. So werden beispielsweise mehr als 22 Millionen Arbeitnehmer begleitet und es wird untersucht, welchen Einflüssen sie am Arbeitsplatz ausgesetzt sind, wobei der Schwerpunkt auf chemischen Toxinen, Lärm und psychosozialen Belastungen liegt.

Nach Einschätzung von Experten werden in 10 bis 15 Jahren die durch den Klimawandel bedingten Risiken für das Herz-Kreislauf-System den Anteil von Bluthochdruck oder erhöhten Lipidspiegeln an der Risikoerhöhung übertreffen.