Die Chronobiologie (chrónos: Zeit) untersucht die Zusammenhänge von zeitlichen Rhythmen, wie dem Tag/Nacht-Wechsel, auf physiologische Prozesse, also auf den menschlichen Stoffwechsel oder die Hormonproduktion aber auch bei Pflanzen die Blattbewegungen im Tagesverlauf und bei Tieren Phänomene wie Winterschlaf, Brunftzeit oder Vogelzug.
Die Chronobiologie versucht die innere Uhr von Organismen und äußere Einflüsse auf die Steuermechanismen, die sogenannten biologischen Taktgeber, zu entschlüsseln. Solche Taktgeber sind u.a. Licht und Temperatur. Der Tag-Nacht-Zyklus, der durch die Erddrehung entsteht, ist ein Grundrhythmus, der tief in allen Organismen verankert ist. Heute geht man davon aus, dass fast alle Lebewesen eine innere Uhr besitzen.
Basiszyklen der Chronobiologie
Circadiane Rhythmen: Das lateinische Wort circadian setzt sich aus circa (ungefähr) und dies (Tag) zusammen. Mit den circadianen Rhythmen werden Rhythmen bezeichnet, die innerhalb von 24 Stunden (also im Verlauf eines ganzen Tages) ablaufen. Dazu zählt z.B. der Schlaf-Wach-Rhythmus aber auch der Blutdruck und die Körpertemperatur unterliegen einem tageszeitlichen Verlauf.
Ultradiane Rhythmen: Zu den ultradianen Rhythmen zählen alle Prozesse, die kürzer als 24 Stunden sind; sie wiederholen sich im Tagesverlauf. Diese Rhythmen sorgen für eine Regulation der körperlichen, emotionalen und geistigen Funktionen. Dazu zählen u.a. der Zyklus der Nahrungsaufnahme, die Blutzirkulation und die Hormonproduktion. Auch die Leistungskurve und der etwas zweistündige Wechsel von Anspannung und Entspannung gehören in diese Kategorie.
Infradiane Rhythmen: Als infradiane Rhythmen bezeichnet man alle Zyklen, die länger als 24 Stunden dauern. Die Wiederholungen finden alle paar Tage, Wochen Monate oder sogar nur einmal pro Jahr statt. Infradiane Rhythmen lassen sich weiter in circannuale (Jahreszeitliche, saisonale Rhythmen), semilunare (Gezeitenrhytmus) und circalunare (Mondzyklus) Rhythmen unterteilen.
Funktionsweise der inneren Uhr
Für die physiologischen Prozesse beim Menschen ist der circadiane Rhythmus wichtig, weshalb dieser auch am besten erforscht ist. Der 24-Stunden-Rhythmus orientiert sich am Licht. Er sorgt dafür, dass zur richtigen Tageszeit das passende Hormon ausgeschüttet wird. So setzt am späten Nachmittag die Melatoninproduktion ein, die für den Schlaf notwendig ist. Die physiologischen Rhythmen hängen jedoch nicht allein von der An- oder Abwesenheit des Lichts ab – ansonsten hätte jeder verlängerte Abend gravierende Auswirkungen auf uns und unseren Stoffwechsel.
US-Biologen fanden heraus, dass Sonnenblumen ihre Blüten im Tagesverlauf dem Sonnenstand folgend von Ost nach West drehen. Die Fähigkeit, Wachstum und Bewegung nach der Sonne auszurichten, wird Heliotropismus genannt. Die Drehbewegung beruht auf zwei Steuermechanismen: Photorezeptoren und der inneren Uhr. Die innere Uhr regelt, wann im Tagesverlauf bestimmte Gene rund um den Pflanzenstängel an- und abgeschaltet werden. So wachsen erst die Zellen auf der einen, dann auf der anderen Seite des Stängels stärker, wodurch sich dessen Neigung und damit die Ausrichtung der Blüte verändert. Diese Bewegung machen die Blüten auch, wenn sie in kompletter Dunkelheit stehen; sie drehen sich auch entgegengesetzt zum Verlauf der Sonne, wenn man sie nachts um 180 Grad dreht.
Auswirkungen der inneren Uhr
Grundsätzlich lassen sich zwei Typen von Menschen unterscheiden: Frühaufsteher und Nachtaktive. D.h. ihre inneren Uhren ticken anders; der Biorhythmus unterscheidet sich.
Die innere Uhr kann sich äußeren Umständen zwar anpassen, doch diese Anpassungsphase dauert oft einige Tage. Das zeigt sich beispielsweise beim Jetlag. Auch Menschen, die Schichtarbeit ausüben, leiden unter gesundheitlichen Problemen.
Chronotherapie
Beim Menschen gibt es eine Hauptuhr und mehrere Nebenuhren. Die Hauptuhr befindet sich im Gehirn. Diese Hauptuhr tickt völlig autonom mit einem 24-Stunden-Rhythmus. Einige Organe verfügen zusätzlich über eine eigne Uhr. Dies hat u.a. auch Auswirkungen auf die Wirkung von Medikamenten. Die Chronotherapie untersucht zu welcher Tageszeit die Einnahme von Medikamenten am wirkungsvollsten bzw. mit weniger Nebenwirkungen verbunden ist. Die Chronotherapie kann z.B. bei der Krebstherapie die Nebenwirkungen der Chemotherapie mindern. Auch in anderen Bereichen der Medizin hilft das Wissen um die innere Uhr. So z.B. bei Winterdepression, die sich mit Licht therapieren lässt oder der Erforschung von Alterungsprozessen. So ist erwiesen, dass die innere Uhr von jungen und alten Menschen unterschiedlich tickt. Hier steht die aktuelle Forschung jedoch noch am Anfang und es wird noch viel Grundlagenforschung notwendig sein, um weiteren Zusammenhänge aufzuklären.
Quellen:
- Chronobiologie: https://www.chronobiology.com/de
- DocCheck: Chronobiologie
- Welt.de: Forscher erklären, wie die innere Uhr funktioniert, 3.3.2010
- Deutschlandfunk: Wie Sonnenblumen den Sonnenstand vorhersehen, 5.8.2016
- Spiegel Online: Die Leiden der Schichtarbeiter, 27.3.2011
- WDR – Quarks & CO.: Chronotherapie – Wie Nebenwirkungen vom Biorhythmus abhängen, 15.11.2016