Was ist Chronobiologie?

Jeder Mensch tickt anders
Jeder Mensch tickt anders

Chronobiologie ist die Lehre von der zeitlichen Organisation biologischer Systeme und Prozesse in Bezug auf Physiologie und Verhalten. Oder vereinfacht ausgedrückt, die Wissenschaft von der inneren Uhr. Was aber ist die innere Uhr? Eine innere Uhr haben alle Organismen quer durch die biologischen Ordnungsstämme, vom einfachen Pilz bis zum Menschen. Sie reguliert die gesamte Physiologie, von der Gen-Expression bis zum Verhalten einschließlich unseres Schlaf/Wach-Rhythmus’. Charakteristisch ist, dass die innere Uhr eine endogene Periodik von nur ungefähr 24 Stunden hat. Deshalb wird sie auch circadiane Uhr (gr. circa = ungefähr, dies = Tag) genannt. Aufgrund dieser nur ungefähren 24-Stunden Periodik, muss sie regelmäßig mit dem tatsächlichen 24-Stunden-Außentag abgeglichen werden, da bei ungenügender Synchronisation negative Folgen für Schlaf und Gesundheit entstehen. Diese tägliche Korrektur der inneren Uhr ist ähnlich dem regelmäßigen Nachstellen alter Taschenuhren, die immer ein paar Minuten nachgehen.

Die Umweltsignale, welche die innere Uhr stellen können, nennt man Zeitgeber. Der wichtigste Zeitgeber für den Menschen ist Licht, rhythmisch bestimmt durch den natürlichen Sonnenaufgang und Sonnenuntergang. Aber auch Kunstlicht spielt hierbei eine große Rolle. Dies haben die bekannten Andechser Bunkerexperimenten der 1960ger Jahre unter der Leitung von Prof. Jürgen Aschoff deutlich gezeigt. Seit über 10 Jahren wissen wir, dass es spezialisierte Ganglienzellen der Retina sind welche die Tages/Licht-Information über die Sehnerven zum Nucleus suprachiasmaticus (SCN) im Gehirn leiten. Der SCN als zentrale Koordinationsstelle sendet Signale über Nerven- und Blutbahnen an alle Zellen des Organismus. Somit ist jede Zelle darüber informiert, welche Stunde gerade geschlagen hat und welche Funktion diese Zelle nun ausführen muss, damit der gesamte Organismus richtig funktioniert.

Bei jedem Menschen ‚tickt’ die innere Uhr allerdings individuell, weshalb jeder Mensch unterschiedlich mit seiner Umwelt synchronisiert ist. Deshalb gibt es unterschiedliche Chronotypen (gr. chronos = Zeit) wie frühe ‚Lerchen’ und späte ‚Eulen’. Vergleichbar der Körpergröße sind die Chronotypen in der Bevölkerung normal verteilt, mit den extremen Früh- und Spättypen an den beiden Enden. Die innere Uhr früher Chronotypen hat eine Periode kürzer als 24 Stunden. Sie werden früher müde und wachen morgens früh, meist ohne Wecker auf. Späte Chronotypen werden später müde und schlafen weiter in den Tag hinein, denn ihre innere Uhr hat eine Periode die länger als 24 Stunden ist. Letztere benötigen häufiger einen Wecker um pünktlich bei der Arbeit zu sein. Tatsächlich benutzen 80% der arbeitenden Bevölkerung an Arbeitstagen einen Wecker, wie Prof. Till Roenneberg an der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München herausgefunden hat. Prof. Roenneberg hat seit 2001 an der LMU München die erste Professur für Chronobiologie in Deutschland inne. Die Daten der Münchener Gruppe um Till Roenneberg zeigen, dass die meisten Menschen in unserer Gesellschaft nicht von allein aufwachen um pünktlich bei der Arbeit zu sein und somit unter einem chronischen Schlafmangel leiden. Aus kontrollierten Studien im Labor kennen wir die Konsequenzen von Schlafmangel für die Gesundheit und diese können im wahren Leben ernst und teuer sein. Dies betrifft besonders Menschen in Schichtarbeit, welches eine extreme aber auch weitverbreitete Form des ‚Lebens gegen die innere Uhr’ ist. Allerdings, wir wissen heute auch, dass allein die Umstellung auf Sommerzeit die innere Uhr durcheinander bringen kann. Ein drittes Beispiel ist die innere Uhr während der Adoleszenz, die für die oftmals viel zu frühen Schulanfangszeiten viel zu spät dran ist. Ein späterer Schulanfang ist deshalb sehr wichtig, weil das aktuelle Schulsystem vor allem bei Adoleszenten zu chronischem Schlafentzug führt und die Schulleistung signifikant negativ beeinflusst. Der Handlungsbedarf steht somit außer Frage.

Was genau aber kennzeichnet ein ‚Leben gegen die innere Uhr’? Hierzu ein Vergleich: Die innere Uhr funktioniert ähnlich wie eine Schaukel. Je nachdem an welchem Punkt der Schwingung ein Schubs erfolgt, schwingt die Schaukel entweder schneller, langsamer oder unbeeinflusst weiter. In gleicher Weise wird die innere Uhr durch Lichtimpulse beeinflusst, denn Licht stellt die externen Schubse dar. Je nach Phasenlage der inneren Uhr, also wann der SCN Licht „zu sehen“ bekommt, wird die innere Uhr entweder vorgestellt, nachgestellt oder nicht beeinflusst. Licht zur falschen inneren Zeit wie z.B. nachts kann den ganzen Organismus aus dem Takt bringen. Die Mechanismen der inneren Uhr sind in den letzten Jahren in vielen intelligenten Experimenten entschlüsselt worden, wie zum Beispiel von Prof. Achim Kramer und seinem Team an der Charité in Berlin.

Es zeigt sich somit deutlich, dass die Chronobiologie eine fundamentale Wissenschaft ist, mit klarem Bezug auf das menschliche Leben. Denn nahezu alles was mit diesem zu tun hat, tangiert das Thema der natürlichen Rhythmen: Medizinische Rehabilitation, Arbeit, Schichtarbeit, gesundheitliche Prophylaxe, gesunder Schlaf und vieles mehr. Eine Herausforderung für die Zukunft ist, die Erkenntnisse der Grundlagenforschung im wahren Leben zu testen und anzuwenden. Hierzu bedarf es Pioniergeist – wie einst zu Zeiten der Andechser Bunkerversuche – und Enthusiasmus auf Seiten aller Beteiligten. Denn die Chancen sich der Komplexität des Menschen als Individuum wissenschaftlich zu öffnen werden oft konfrontiert mit ökonomischen Kosten/Nutzen-Rechnungen, wodurch eine tatsächliche Abschätzung eines Gewinns sehr schnell im Kein erstickt wird. Und, selbst wenn ein Nutzen ausgemacht werden kann ist es zunächst schwer ihn wertmäßig zu beziffern. Dies allerdings wird als immer wichtiger in unserem westlichen Wirtschaftssystem. Diese Tatsache bedauert der Chronobiologe Dr. Thomas Kantermann, der zunächst an der LMU München tätig war und nach Stationen an der University of Surrey/England und der Charité Berlin nun seit 2012 am Departement for Chronobiologie an der Universität Groningen/Niederlande tätig ist. Dr. Kantermann ist zudem der wissenschaftliche Leiter des Projektes ChronoCity Bad Kissingen. Er wünscht sich eine breitere öffentliche Diskussion dessen, was mit jetzigen, aber auch zukünftigen Erkenntnissen aus diesem Gebiet vor allem in Bezug auf die Gesundheit des Menschen erreicht werden kann. Aber, die Aussichten sind gut. Durch die enge Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Wirtschaft entwickelt sich zunehmend eine Industrie, welche auf den Erkenntnissen der Chronobiologie aufbaut. Ein Beispiel ist das im Fraunhofer-Institut in Würzburg entwickelte „Wohlfühlglas „. Der Name täuscht über die potentiellen Einsatzgebiete hinweg, welches  sich vom privaten Sektor über Unternehmen und Verwaltungen bis hin zu Kliniken und therapeutischen Einrichtungen zieht. Bad Kissingens Kernkompetenz in der Gesundheit bietet deshalb beste Voraussetzungen um diese Bereiche in Verbindung mit der Wissenschaft zu einem Kernthema auszubauen. Dies wiederum wird universitären Spin-Offs, aber auch angrenzender Industrie außergewöhnliche Voraussetzungen bieten entsprechende Dienstleistungen und Produkte vor Ort zu entwickeln und weltweit zu vertreiben.

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