Rock Around the Clock von Bill Haley & His Comets wurde in den 60er-Jahren zum Welthit. Etwa zur selben Zeit prägte die Wissenschaft den Begriff zirkadianer Rhythmus. Zufall? Mit ziemlicher Sicherheit – doch eine Gemeinsamkeit gibt es: Es geht um Uhren.
Während Menschen schon vor Jahrtausenden mit Schattenstäben die Zeit bestimmten, reicht die Geschichte biologischer Zeitgeber noch viel weiter zurück. Auch unser Körper folgt einer solchen inneren Uhr, dem zirkadianen Rhythmus: Ein komplexes Zusammenspiel von Genen, Proteinen und Hormonen hilft dabei, zahlreiche biologische Prozesse in einem Rhythmus von ungefähr 24 Stunden zeitlich aufeinander abzustimmen. Wie diese innere Uhr funktioniert, wodurch sie beeinflusst wird und was passiert, wenn sie aus dem Takt gerät, erfahrt ihr in diesem Artikel.
Was bedeutet zirkadian?
Das Adjektiv „zirkadian“ leitet sich aus dem Lateinischen ab: circa bedeutet „ungefähr“, dies steht für „Tag“. Ein zirkadianer Rhythmus beschreibt demnach einen biologischen Rhythmus mit einer Periodendauer von ungefähr 24 Stunden. Im Laufe eines Tages verändern sich verschiedene Bedingungen unserer Umwelt – allen voran Licht und Dunkelheit, aber auch Temperatur und die Verfügbarkeit von Nahrung. Für Lebewesen kann es von Vorteil sein, ihre biologischen Prozesse zeitlich auf diese regelmäßig wiederkehrenden Veränderungen abzustimmen.
Dabei besitzen wir nicht nur eine einzige innere Uhr. Praktisch jede Zelle unseres Körpers verfügt über eigene molekulare Zeitgeber, die aufeinander abgestimmt werden müssen. Eine zentrale Rolle bei dieser Synchronisation spielt die übergeordnete innere Uhr im Gehirn. Sie hilft dabei, zahlreichen biologischen Prozessen einen zeitlichen Rahmen zu geben – schließlich müssen nicht alle Vorgänge im Körper zur selben Zeit auf dem Programm stehen. Ähnlich wie eine große Sendeanstalt nicht auf allen Kanälen gleichzeitig ihre Blockbuster ausstrahlt.
Neben dem zirkadianen Rhythmus gibt es weitere biologische Rhythmen, die anderen zeitlichen Mustern folgen. Infradiane Rhythmen haben eine Periodendauer von mehr als 24 Stunden. Ultradiane Rhythmen wiederholen sich dagegen mehrmals innerhalb eines Tages. Dazu zählen beispielsweise verschiedene Schlafphasen sowie bestimmte rhythmische Prozesse wie Atmung und Herzschlag.
Jetlag: Wenn der zirkadiane Rhythmus aus dem Takt kommt
Was manche Menschen als beruhigend empfinden, treibt andere in den Wahnsinn: das periodische „Ticktack“ einer analogen Uhr. Bei unserem biologischen Zeitmesser ist das zum Glück kein Thema – wir hören unsere innere Uhr nicht ticken. Von den komplexen Regulationsvorgängen im Hintergrund bekommen wir meist wenig mit. Bis unsere innere Uhr plötzlich nicht mehr mit der äußeren Zeit übereinstimmt.
Genau das kann bei Langstreckenflügen über mehrere Zeitzonen passieren. Unsere innere Uhr ist zunächst noch auf den gewohnten Tagesrhythmus eingestellt und muss sich erst an die neue Ortszeit anpassen. Diese vorübergehende Diskrepanz zwischen zirkadianem Rhythmus und neuer Zeitzone kennen wir als Jetlag. Typische Beschwerden können unter anderem Schlafstörungen, Müdigkeit, verminderte Leistungsfähigkeit oder allgemeines Unwohlsein sein. Auch die Flugrichtung spielt eine Rolle: Reisen in Richtung Osten werden häufig schlechter vertragen als Reisen nach Westen.
Um die Anpassung an die neue Zeitzone zu erleichtern, können einige allgemeine Maßnahmen hilfreich sein:
- möglichst dem Tagesrhythmus am Zielort folgen
- sich gezielt natürlichem Tageslicht aussetzen
- auf ausreichend Schlaf achten
Denn Licht gehört zu den wichtigsten äußeren Zeitgebern für unseren zirkadianen Rhythmus. Bis unsere innere Uhr wieder im richtigen Takt ist, braucht sie allerdings etwas Zeit.
Wusstest du?
Melatonin trägt zur Linderung der subjektiven Jetlag-Empfindung bei.
Die positive Wirkung stellt sich ein, wenn am ersten Reisetag kurz vor dem Schlafengehen sowie an den ersten Tagen nach der Ankunft am Zielort mindestens 0,5 mg Melatonin aufgenommen werden.
Die Melatonin Tabletten von MOLEQLAR sind teilbar für zwei Dosierungsstufen: 1 mg oder 0,5 mg Melatonin.
Die Aschoff-Regel: Wie Licht die innere Uhr beeinflusst
Was passiert mit der inneren Uhr, wenn ein wichtiger äußerer Zeitgeber wie das Licht fehlt oder sich dauerhaft verändert? Genau dieser Frage widmete sich der Verhaltensphysiologe Jürgen Aschoff in seinen Untersuchungen zum zirkadianen Rhythmus.
Dabei zeigte sich: Bei tagaktiven Tieren verkürzt sich unter künstlichem Dauerlicht die Periodendauer der inneren Uhr, während sie sich bei Dauerdunkelheit verlängert. Bei nachtaktiven Tieren verhält es sich umgekehrt. Diese Beziehung zwischen Lichtbedingungen und zirkadianem Rhythmus ist als Aschoff-Regel bekannt.
Licht aus, innere Uhr an?
Schlafmasken reduzieren den Lichteinfall auf die Augen und können so für eine dunklere Schlafumgebung sorgen. Da Licht ein wichtiger Zeitgeber für den zirkadianen Rhythmus ist, spielt die Lichtumgebung auch für unseren Schlaf-Wach-Rhythmus eine wichtige Rolle.
Welche Folgen kann ein gestörter zirkadianer Rhythmus haben?
Unser zirkadianer Rhythmus entsteht grundsätzlich durch körpereigene Prozesse, kann aber durch äußere Signale an den 24-Stunden-Tag angepasst werden. Solche Signale bezeichnet man als Zeitgeber, den Vorgang selbst als Synchronisation. Der wichtigste Zeitgeber für unsere innere Uhr ist Licht. Auch andere äußere Faktoren können zur zeitlichen Abstimmung beitragen.
Lichtreize werden über spezialisierte Zellen in der Netzhaut wahrgenommen und an den Nucleus suprachiasmaticus (SCN) im Hypothalamus weitergeleitet. Er gilt als zentrale Schaltstelle der inneren Uhr und koordiniert zahlreiche zeitabhängige Prozesse im Körper sowie weitere periphere Uhren. Auch Melatonin, das hauptsächlich in der Zirbeldrüse gebildet wird, spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation des Schlaf-Wach-Rhythmus.
Auf molekularer Ebene wird der zirkadiane Rhythmus durch mehrere Uhrengene und die von ihnen gebildeten Proteine gesteuert. Dabei entstehen komplexe Rückkopplungsschleifen aus Transkription und Translation: Genetische Information wird zunächst in RNA umgeschrieben und anschließend in Proteine übersetzt. Diese wiederum beeinflussen die Aktivität der beteiligten Gene – ein sich wiederholender Regulationsmechanismus, der ungefähr 24 Stunden umfasst. Klingt kompliziert? Ist es auch. Für das Verständnis unserer inneren Uhr reicht an dieser Stelle aber vor allem eines: Sie entsteht durch ein fein abgestimmtes Zusammenspiel molekularer Prozesse.
Warum ist der zirkadiane Rhythmus für uns so wichtig?
Unser zirkadianer Rhythmus ist nicht nur für unseren Alltag relevant, sondern seit 2017 sogar Nobelpreis-würdig. Damals erhielten Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für ihre Entdeckungen der molekularen Mechanismen, die den zirkadianen Rhythmus steuern. Ihre grundlegenden Erkenntnisse gewannen die Forscher anhand von Untersuchungen an Fruchtfliegen.
Doch was passiert, wenn unsere innere Uhr langfristig aus dem Takt gerät? Störungen des zirkadianen Rhythmus werden in der Forschung mit verschiedenen gesundheitlichen Veränderungen und Erkrankungen in Verbindung gebracht. Untersucht werden unter anderem Zusammenhänge mit Stoffwechselerkrankungen, Depressionen und anderen psychischen Erkrankungen sowie bestimmten Krebserkrankungen. Dabei ist wichtig: Ein beobachteter Zusammenhang bedeutet nicht automatisch, dass ein gestörter zirkadianer Rhythmus die jeweilige Erkrankung verursacht. Die zugrunde liegenden Mechanismen und Wechselwirkungen sind Gegenstand aktueller Forschung.
Unsere innere Uhr koordiniert zahlreiche biologische Prozesse und orientiert sich dabei unter anderem an äußeren Zeitgebern wie Licht. Gerät dieses fein abgestimmte System aus dem Takt, kann sich das beispielsweise beim Jetlag bemerkbar machen – langfristige Störungen des zirkadianen Rhythmus werden darüber hinaus intensiv auf ihre gesundheitliche Bedeutung untersucht.
Rock Around the Clock bleibt also besser Musik in unseren Ohren – während unser Körper seinem eigenen Takt folgt.
