Chronobiologie

 

Die Chronobiologie ist die Lehre von den zeitlichen Rhythmen in Organismen. Die meisten biologischen Prozesse wie Atmung, Hormonsekretion und Müdigkeit/Wachheit unterliegen einem Rhythmus. Dieser wird in jeder Zelle des Organismus organisiert und wird auch von äußeren Taktgebern wie Licht und Nahrungsaufnahme beeinflusst.  Ein Leben im Einklang mit den biologischen Rhythmen ist förderlich für die Gesundheit und ein bedeutender Präventionsfaktor.

Geschichte der Chronobiologie

Bereits im 18. Jahrhundert beobachtete der Astronom Jean Jacques d'Ortous de Mairan tagesrhythmische Blattbewegungen der Mimose selbst bei voller Dunkelheit. Auch der berühmte Botaniker Carl von Linne' und Charles Darwin dokumentierten rhythmische Phänomene bei Pflanzen und Tieren. Im 20. Jahrhundert wurden diese Phänomene auch beim Menschen wissenschaftlich systematisch erforscht. Im Jahre 2017 erhielten die Wissenschaftler Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young den Nobelpreis für Medizin für die Erforschung der inneren Uhr des Menschen und deren Synchronisierung durch das Licht.

 

Chronobiologische Rhythmen

 

In der Chronobiologie werden folgende Rhythmen unterschieden:

 

Für den Menschen ist der cirkadiane Rhythmus besonders wichtig. Er reguliert unter anderem den Blutdruck, die Hormonfreisetzung, die Körpertemperatur und den Schlaf-Wach-Rhythmus. Für diese Regulierung sind bestimmte Gene zuständig. Veränderungen (Mutationen) solcher Gene können die rhythmische Synthese von Hormonen wie Insulin oder Kortison empfindlich stören. Die Folgen können Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes Typ II sein, Depressionen oder neurologische Störungen und insgesamt eine erhebliche Verminderung der geistigen und körperlichen Leistungsfähigkeit.

 

 

Chronobiologische Regulation

 

Die chronobiologischen Rhythmen werden sowohl vom Gehirn als auch von Organen, ja sogar von einzelnen Zellen gesteuert. Ein zentraler Taktgeber im Gehirn ist der suprachiasmatische Nucleus (SCN). Er erhält Informationen über die Helligkeit der Umgebung und leitet sie an untergeordnete zirkadiane Uhren im Gehirn und an viele Organe wie Bauchspeicheldrüse, Leber oder Fettgewebe weiter. Anschaulich ist in diesem Zusammenhang der Vergleich mit einem Orchester, das von einem Dirigenten „synchronisiert“ wird. Der Dirigent steht in diesem Beispiel für den SCN, die anderen „inneren Uhren“ für die Musiker.

 

Licht ist der mit Abstand wichtigste äußere Taktgeber der biologischen Rhythmik. Fehlt das Tageslicht, entwickelt sich beim Menschen eine Rhythmik von ca. 24,7 Stunden.

 

Lange Zeit wurde angenommen, dass die wichtigste Aufgabe der Zentraluhr sei, alle Uhren im Körper möglichst schnell an einen verschobenen Tag-Nacht-Zyklus anzupassen.

 

Nach neueren Forschungsergebnissen ist das Gegenteil der Fall. Der SCN scützt den Menschen sogar gegen sich verändernde äußere Taktgeber zum Beispiel bei Langstreckenflügen. Die Folge ist das bekannte Phänomen des Jetlags.

 

Neben dem SCN scheint auch das System der Stresshormonsekretion, vor allem die Ausschüttung von Cortisol, eine wichtige Rolle als Taktgeber zu spielen. Diese unterliegt einer Tagesrhythmik. Die Cortisolsekretion steigt ab den frühen Morgenstunden an, hat einen Hochpunkt am späten Vormittag und fällt anschließend wieder ab. Bei gestressten Menschen ist diese Rhythmik meist gestört, was man am Cortisolgehalt des Speichels gut messen kann.

 

Neben dem Licht als Haupttaktgeber für die innere Uhr sind weitere äußere Taktgeber von Bedeutung:

 

Chronobiologische Hoch- und Tiefzeiten und "Organuhr"

 

 Für verschiedene physiologische Abläufe konnte die chronobiologische Forschung Hoch- und Tiefzeiten feststellen. Die Übersicht zeigt einiger solcher Minima und Maxima:

 

 

Tages-/NachtzeitKörperfunktion
                    Mitternacht
02:00 UhrTiefschlaf
04:30 Uhrniedrigste Körpertemperatur
06:45 Uhrhöchster Blutdruckanstieg
07:30 UhrMelatoninsekretion stoppt
08:30 UhrDarmbewegung steigt
09:00 UhrHöchste Testosteronsekretion
10:00 UhrHöchste Konzentrationsfähigkeit
                     Mittagszeit
14:30 UhrBeste Koordinationsfähigkeit
15:30 UhrSchnellste Reaktionszeit
17:00 UhrGrößte Muskelkraft und Ausdauerleistungsfähigkeit
18:30 UhrHöchster Blutdruck
19:00 UhrHöchste Körpertemperatur
21:00 UhrHöchste Melatoninsekretion
22:30 UhrSchwächste Darmtätigkeit

Die chronobiologischen Hoch- und Tiefpunkte der Tabelle können je nach Chronotyp um rund 1 – 2 Stunden variieren.

Sie sind naturwissenschaftlich gut belegt und nicht zu verwechseln mit der so genannten Organuhr, die in der Traditionellen Chinesischen Medizin gebräuchlich ist. Demnach unterliegen die einzelnen Organe einem Aktivitätsminimum und –maximum im Wechsel von 12 Stunden.

 

OrganMaximumMinimum
Leber01 - 03:00 Uhr13 - 15:00 Uhr
Lunge03 - 05:00 Uhr15 - 17:00 Uhr
Dickdarm05 - 07:00 Uhr17 - 19:00 Uhr
Magen07 - 09:00 Uhr19 - 21:00 Uhr
Milz/Pankreas09 - 11:00 Uhr21 - 23:00 Uhr

Herz

11 - 13:00 Uhr23 - 01:00 Uhr
Dünndarm13 - 15:00 Uhr01 - 03:00 Uhr
Harnblase15 - 17:00 Uhr03 - 05:00 Uhr
Niere17 - 19:00 Uhr05 - 07:00 Uhr
Perikard19 - 21:00 Uhr07 - 09:00 Uhr
Dreifach Erwärmer21 - 23.00 Uhr09 - 11:00 Uhr
Gallenblase23 - 01:00 Uhr11 - 13:00 Uhr

In der Periode der „Maximalzeit“ ist die energetische Versorgung des jeweiligen Organs besonders hoch, in der „Minimalzeit“ besonders niedrig. Die Organuhr spielt eine bedeutende Rolle in der Diagnosestellung im Kontext der TCM. Beschwerden zu den jeweiligen Uhrzeiten werden mit den zu dieser Zeit besonders aktiven bzw. wenig aktiven Organen und Organsystemen in Verbindung gebracht.

Ein Beispiel sind Asthmaanfälle in den frühen Morgenstunden (Maximalzeit der Lunge) oder Gallebeschwerden um Mitternacht (Maximalzeit der Gallenblase). Die um diese Zeit vermehrt auftretenden Asthmaanfälle können im Kontext der westlichen Medizin auch mit einem niedrigen Cortisolspiegel in Zusammenhang gebracht werden.

Der Dreifach Erwärmer beschreibt eine spezielle Organfunktion, die in der TCM so benannt ist. Der Begriff ist in der westlichen Medizin nicht gebräuchlich.

 

Chronotypen und "Sozialer Jetlag"

 

Beim Menschen werden verschiedene „Chronotypen“ unterschieden. Die extremen Pole bilden zum einen die „Lerchen“, zum anderen die „Eulen“. Ähnlich wie bei der Körpergröße, die zwischen sehr großen und sehr kleinen Menschen variiert, unterliegt auch die Verteilung der Chronotypen einer großen Bandbreite. Lerchen sind sehr früh mit Anbruch des Tages hellwach und leistungsfähig, sind am Abend früh müde und gehen eher früh schlafen. Eulen dagegen brauchen morgens eine ganze Weile, bis sie aktiv werden, sind am Abend noch sehr leistungsfähig.Die meisten Menschen liegen mit ihrem Chronotyp zwischen Lerchen und Eulen. Der Chronotyp kann wissenschaftlich bestimmt werden mit Fragebögen. Die bekanntesten sind:

Der Chronotyp ist zudem abhängig von Alter und Geschlecht. Kleinkinder neigen eher zu einem Frühtyp, sind also eher Lerchen. Bei Jugendlichen und in der Adoleszenz verschiebt sich der Chronotyp nahezu immer zum Spättyp, also zur Eule. Es ist wissenschaftlich eindeutig erwiesen, dass ein zu früher Schulbeginn insbesondere für Jugendliche kontraproduktiv ist. Daher setzen sich Chronobiologen für einen späteren Schulbeginn ein. Eine weitere Forderung von Chronobiologen ist eine Abstimmung der Arbeitszeiten auf den Chronotyp. In der heutigen Arbeitswelt haben Lerchen aufgrund des häufig frühen Arbeitsbeginns eher Vorteile gegenüber den Eulen.

Der Begriff des „Sozialen Jetlags“ wird in der chronobiologischen Forschung verwendet, wenn eine Diskrepanz zwischen Chronotyp und äußeren Bedingungen vorliegt. Insbesondere die frühen Arbeits- und Schulanfangszeiten belasten den späten Chronotyp, der dann in der Woche kontinuierlich gegen seinen Biorhythmus angehen muss. Das Ausschlafen am Wochenende führt dann dazu, dass vor allem am Wochenanfang der Rhythmus wieder stark verschoben ist. Auf Dauer begünstigt dieser Jetlag diverse metabolische (z.B. Diabetes und Fettstoffwechselstörungen) und psychische (z.B. Depressionen) Störungen.

Chronotyp und Essverhalten

 

Zusammenhänge zwischen dem individuellen Chronotyp und dem Ernährungsverhalten wurden wissenschaftlich bisher nur in wenigen Studien untersucht.

Die Ergebnisse dieser Studien lassen darauf schließen, dass bei späten Chronotypen die Nahrungsaufnahme eher zu einer späteren Tageszeit erfolgt, die Aufnahme Coffein haltiger Getränke höher ist und bei der Lebensmittelauswahl eher ungesunde Lebensmittel vom Typ „Fast Food“ und süße Snacks vorherrschen. Insbesondere das Auslassen des Frühstücks bzw. die Aufnahme lediglich einer kleinen Frühmahlzeit kann sich negativ auf Konzentrationsfähigkeit und Arbeitsleistung auswirken. Die Verschiebung der Hauptmahlzeiten in den Abend begünstigt wiederum eine Überlastung des Verdauungstrakts und die Entstehung von Übergewicht. Allerdings ist die Frage, inwieweit die vermehrte abendliche Energiezufuhr Übergewicht fördert, beim Menschen noch nicht geklärt.

Im Tierversuch gibt es starke Hinweise darauf, dass Tiere, die in ihrer natürlichen Schlafperiode gefüttert werden, deutlich mehr Gewicht ansetzen, als wenn sie in ihrer artgerechten Aktivitätsphase fressen.

 

 

Chronobiologische Prävention und Therapie

 

 

Es liegen zahlreiche Belege dafür vor, dass die Fä­higkeit, den inneren metabolischen Rhyth­mus auf die äußeren Gegebenheiten abzu­stimmen, von großer Bedeutung für die biologische Fitness ist. Auch der persönliche Chronotyp sollte in Schul- und Arbeitswelt stärker beachtet werden, um einem „Sozialen Jetlag“ vorzubeugen. Bei überwiegender Innenraumarbeit sollten regelmäßige „Lichtduschen“ möglich sein. Vor allem in der Mittagszeit sollten sich Berufstätige mindestens eine halbe Stunde der Sonne aussetzen. Eine sehr effektive Maßnahme sind Vollspektrumlampen, die das gesamte Spektrum des Tageslichtes bieten.

Abends sollte vor allem Blaulicht vermieden werden, da es die Ausschüttung des Schlaf fördernden Hormons Melatonin hemmt. Blaulicht wird von Bildschirmen, Fernsehern und Handies ausgestrahlt. Solche Geräte sollten auf keinen Fall im Schlafzimmer aufbewahrt werden. Zur Abschwächung der Wirkung gibt es diese Geräte mittlerweile mit Blaulichtfilter.

Ein großes Feld der Chronobiologie ist die Chronopharmakologie. Es ist wissenschaftlich erwiesen, dass der Zeitpunkt der Einnahme von Medikamenten einen großen Einfluss auf ihre Wirksamkeit und ihre Nebenwirkungsrate hat. Für bestimmte Medikamentengruppen werden solche Empfehlungen bereits gegeben. Zum Beispiel sollten:

Dies sind nur einige Beispiele, die bereits häufig kommuniziert werden. Insgesamt werden diese Zusammenhänge jedoch noch viel zu wenig beachtet. Daher sollten Patienten/innen ihre Ärzte und Pharmazeutinnen hierzu stärker befragen.So können z.B. Zytostatika in der Chemotherapie bei Krebserkrankungen deutlich niedriger dosiert werden, wenn bestimmte Einnahmezeiten beachtet werden.

 

Literatur: 

 

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