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Biorythmus

Biologische Rhythmen bei Lebewesen wurden schon im 18. Jahr­hundert beobachtet. Im 20. Jahrhundert begann die wissenschaftliche Erfor­schung dieser Phänomene. Das wissenschaftliche Fachgebiet der biologischen Rhythmen ist die Chronobiologie.

Sie hat nichts mit dem populärwissenschaftlichen “Biorhythmus“ zu tun.

Biorhythmus:

Dr. Wilhelm Flies und Professor Swoboda beobachteten im 20. Jahr­hundert wellenförmig auftretende Schwankungen der körperlichen Leistungsfähigkeit und des emotionalen Befindens. Ausgehend vom Geburtsdatum eines Menschen beschrieben sie einen Zyklus von 23 Tagen für den körperlichen Zustand und 28 Tagen für das emotionale Befinden. In den zwanziger Jahren kam der intellektuelle Zyklus hinzu, entdeckt durch den österreichischen Ingenieur Alfred Teltscher. Dieser soll sich über 33 Tage erstrecken.

Wissenschaftlich konnte die biorhythmische Theorie nicht nach­gewiesen werden.

Geschichte der Chronobiologie:

Im 18. Jahrhundert beobachtete der Astronom Jean Jacques d’Ortous de Mairan tägliche Blattbewegungen der Mimose. Bei Experimenten konnte er zeigen, dass die Blätter auch im Dauerdunkel tagesrhythmisch weiter schwingen.

Seit diesen ersten Beobachtungen von de Mairan haben sich viele Philosophen und Naturforscher, etwa Linné, Lichtenberg, Hufeland oder Darwin mit dem Phänomen der inneren Tagesuhr beschäftigt. Sie erkannten, dass Tagesrhythmen nicht allein passive Antworten auf Licht und Dunkel, sondern eine harmonische Anpassung zwischen einer inneren Rhythmik des Organismus und den physikalischen Rhythmen des astronomischen Tages sind.

Im 20. Jahrhundert untersuchten die deutschen Pflanzenphysiologen, Wilhelm Pfeffer und Erwin Bünning, die “innere Uhr“ mit naturwissen­schaftlichen Methoden. Zu den wichtigsten Pionieren der neu entstandenen Forschungsrichtung Chronobiologie gehören nach 1945 der deutsche Physiologe Jürgen Aschoff und der amerikanische Ökologe Colin Pittendrigh. Sie erforschten die grundlegenden Regeln und Gesetze über die innere Tagesuhr. In den 80iger Jahren wurde die biologische Uhr, vor allem in den USA, mit molekularen Methoden untersucht. Einzelne Gene wurden isoliert, die für das Zustandekommen des endogenen (von innen kommenden) Rhythmus verantwortlich sind.

Chronobiologische Fragestellungen:

Im Mittelpunkt der chronobiologischen Forschung stehen drei Fragenkomplexe:

  1. Welche Arten von biologischen Rhythmen gibt es und wie beeinflussen sie die unterschiedlichen biologischen Abläufe?
  2. Kommt der Rhythmus von innen? Wenn ja, wo ist der den Rhythmus auslösende Oszillator (Schrittmacher) lokalisiert und wie funktioniert dieser?
  3. Welches sind exogene (äußere), rhythmische, Faktoren, die so genannten Zeitgeber, und wie wirken sie auf die biologische Uhr?

Arten biologischer Rhythmen:

Die meisten biologischen Rhythmen stehen mit Licht in Zusammenhang. Die wichtigsten voraussagbaren Zeitstrukturen auf der Erde sind der Gezeitenzyklus (12,5 Std.), der Tag-Nacht-Zyklus (24 Std.), der Mond­zyklus (28,5 Tage) und der Jahreszyklus (365,25 Tage).

Je nach Periodenlänge werden unterschieden:

Infradiane Rhythmen (infra = unter, dies = Tag) -  Rhythmen, die länger als 24 Stunden sind.

Ultradiane Rhythmen (ultra = über, dies = Tag) Rhythmen, die mehr­mals täglich vorkommen, in der Regel ein exaktes Vielfaches eines Tages z.B. Fresszyklen bei Feldmäusen, der 90-minütige Schlafzyklus des erwachsenen Menschen oder die pulsartige Freisetzung von Hormonen der Hirnanhangdrüse. Sie werden unterschieden von den:

Sitz der “biologischen Uhr“ im Menschen:

Alle “Chronometer“ im Körper laufen synchron, da es eine Art Zeit­zentrale gibt: Es ist eine reiskorngroße Struktur im Gehirn und befindet sich etwa auf der Höhe der Nasenwurzel hinter den Augen über der x-förmigen Kreuzung der beiden Sehnerven, der suprachiasmatische Nucleus oder Nucleus supra-opticus. Vom diesem Kern führen Nervenstränge zur Zirbeldrüse, wo unter anderem das Schlafhormon Melatonin gebildet wird. Entsprechend dirigiert der suprachiasmatische Nucleus den Schlafrhythmus und in der Folge die vielfältigen Bio­rhythmen des Körpers.

Nach neuesten Erkenntnissen ist der Nucleus suprachiasmaticus nicht der einzige circadiane Schrittmacher bei Wirbeltieren. Auch in der Netzhaut wurden solche Schrittmacher nachgewiesen. Die genauen Oszillator-Mechanismen sind allerdings noch für keinen dieser neuronalen Schrittmacher bekannt.

Chronobiologischer Tagesablauf des Menschen:

In der Literatur insbesondere der populärwissenschaftlichen Literatur über die Chronobiologie finden sich Angaben über die mehr oder minder starke Aktivität von Organen abhängig von der Tageszeit. Viele dieser Angaben sind widersprüchlich und wissenschaftlich nicht belegt. Die folgende Aufstellung über den Tag verteilter circadian geprägter physiologischer Effekte des Menschen ist dagegen gegründet auf wissenschaftlichen Studien:

Uhrzeit

Organaktivität
02:00 Trägheit
03:00 Geburten
04:00 Sterberate
06:00 Urinvolumen
09:00 Testosteronproduktion
11:00 Säuregrad des Urins
12:00 Bluteiweiße
13:00 Wohlbefinden, Temperatur
14:00 Herzschlag, Narkose
16:00 Körpergewicht
18:00 Blutdruck
19:00 Zahnschmerzen
22:00 Leukozyten
24:00 chirurgische Sterblichkeit

Übersicht nach M.MOSER und M.LEHOFER

Bedeutung der biologischen Rhythmen für den Menschen:

Der Lebensstil in wirtschaftlich hoch entwickelten Gesellschaften weicht zunehmend ab von den Rhythmen der “biologischen Uhren“ (z.B.: Schichtarbeit). Die meisten Menschen verbringen – besonders im Winter – immer mehr Zeit in Innenräumen, wo die Lichteinstrahlung selten höher als 500 Lux liegt. Zum Vergleich beträgt die Lichtintensität eines bedeckten Himmels im Freien 8.000 Lux und eines Sonnentages 100.000 Lux. Häufige Reisen über mehrere Zeitzonen (das heißt in Ost-West- oder West-Ost-Richtung) wirken zusätzlich belastend auf das circadiane System (Jet lag).

Die Anzahl der alten Menschen war noch nie so hoch wie heute, und diese Tendenz wird sich auch in Zukunft fortsetzen. Auch hierfür ist die Chronobiologie wichtig, da die Regulation des Stoffwechsels durch die innere Uhr im hohen Alter drastisch abnimmt.

Die fehlende Synchronisation zwischen innerer Uhr und äußeren Takt­gebern kann schwerwiegende physiologische Folgen haben wie z.B. Schlaf- und Essstörungen, Energielosigkeit bis hin zu schweren Depressionen. Diese Phänomene kommen besonders häufig in nörd­lichen Ländern vor, wo im Winter die Lichtausbeute pro Tag sogar gegen Null gehen kann.

Die Nichtbeachtung chronobiologischer Zusammenhänge kann langfristig zu zahlreichen chronischen Krankheitsbildern führen, die auch erhebliche volkswirtschaftliche Bedeutung haben. Die Ergebnisse bzw. die Schluss­folgerungen der chronobiologischen Forschung könnten diese Folgen minimieren.

Chronotypen:

Die Eigenschaften der individuellen circadianen Rhythmen sind zum Teil genetisch festgelegt. In der Bevölkerung gibt es eine Verteilung verschiedener “Chronotypen“. Eine übliche grobe Unterteilung ist die in “Eulen und Lerchen“.

Manche Menschen sind so genannte “Eulen“ ‑ sie gehen gerne spät zu Bett und haben Schwierigkeiten, früh aufzustehen. Andere sind “Lerchen“, die schon frühmorgens fit und aktiv sind, dafür aber früher am Abend zu Bett gehen.

Die Ausprägung dieser Chronotypen beginnt bereits in der Kindheit ‑ nur während der Pubertät sind die meisten Jugendlichen tendenzielle Eulen – im Kindes- und Erwachsenenalter dominiert ihr vererbter Chronotyp!

Berücksichtigt man diese Chronotypen und ihre Entwicklung in der Jugend, wird verständlich, dass die Mehrzahl der Schulkinder in der Pubertät Schwierigkeiten hat morgens “auf Touren zu kommen“. Eine Folge dieses erzwungenen täglichen “Kaltstarts'“(viele Jugendliche frühstücken nicht) können körperliche Beschwerden sein, und viele weisen eine verminderte Konzentrationsfähigkeit auf. Studien haben gezeigt, dass sich Gesundheitszustand und Leistungen aller Jugendlichen erheblich verbessern, wenn der Schulbeginn - vor allem im Winter - um nur eine Stunde verschoben wird.

Viele medizinische Diagnosen berücksichtigen weder die Tageszeit der erhobenen Befunde noch den Chronotypus des jeweiligen Patienten. Hier könnten die Erkenntnisse der Chronobiologie zu wesentlich genaueren Diagnosen führen. Das circadiane System wird mit zunehmendem Alter schwächer und weniger präzise. Dies kann zu Schlaf- und Aktivitäts­problemen führen. Da sich das Lebensalter immer mehr erhöht, betreffen diese Probleme eine immer größere Anzahl von Menschen.

Chronopharmakologie:

Der Wissenschaftszweig der so genannten Chronopharmakologie versucht, die optimalen Einnahmezeiten verschiedener Medikamente zu ermitteln. Die Tageszeit, zu der ein Präparat eingenommen wird, kann die Wirkung beeinflussen, weil die Reaktionen auf Arzneistoffe – wie fast alle Vorgänge im menschlichen Körper – rhythmischen Schwankungen unterliegen.

So ist die Ausschüttung von Kortison, einem Hormon der Nebennieren­rinde, früh morgens am stärksten. Wenn Patienten, die kortisonhaltige Mittel nehmen müssen, diese kurz nach dem Aufwachen anwenden, kommen sie teilweise mit weniger Wirkstoff aus oder verspüren seltener Nebenwirkungen.

Auch der Abbau der Wirkstoffe schwankt mit der Tageszeit. Einige Stoffe werden zu verschiedenen Zeiten unterschiedlich schnell abgebaut oder ausgeschieden, so dass ihr Einfluss länger anhält oder schneller nachlässt. Zu den Medikamenten, für die eine zeitgebundene Einnahme als sinnvoll gilt, zählen unter anderem Schmerzmittel sowie Arzneimittel gegen Krebs (Zytostatika).

Literatur:

Akademie Gesundes Leben - Gotische Strasse 15 - 61440 Oberursel/Taunus,
Tel. 06172 / 3009-822 - Fax 06172 / 3009-819 - Impressum