{"id":119,"date":"2020-05-11T10:04:44","date_gmt":"2020-05-11T10:04:44","guid":{"rendered":"https:\/\/ludwig.in-chemnitz.de\/chrono\/?page_id=119"},"modified":"2020-05-22T19:17:07","modified_gmt":"2020-05-22T19:17:07","slug":"hintergrund","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/ludwig.in-chemnitz.de\/chrono\/hintergrund\/","title":{"rendered":"Hintergrund"},"content":{"rendered":"\n

Chronobiologie<\/h2>\n\n\n\n

Das Wort \u201aChronobiologie\u2018 kommt aus dem Altgriechischen und setzt sich zusammen aus \u201achr\u00f3nos\u2018 – die Zeit, \u201abios\u2018 – das Leben und \u201alogos\u2018 – die Lehre. Es ist sozusagen die Lehre \u00fcber die Zeit des Lebens. Dabei werden oft Begriffe wie \u201aBiologische Uhr\u2018 oder \u201aInnere Uhr\u2018 genannt, welche keine tats\u00e4chlichen Uhren beschreiben, sondern Mechanismen in Lebewesen, die ihnen eine zeitliche Struktur geben.<\/p>\n\n\n\n

Jean-Jacques de Mairan (1678-1771) war der erste heute bekannte Chronobiologe. [Klarsfeld, 2013] Er untersuchte verschiedene Pflanzen, unter anderem auch Mimosen und Sonnenwenden. Dabei entdeckte er, dass diese sich auch in absoluter Dunkelheit weiterhin \u00f6ffnen und schlie\u00dfen, so als ob sie die Sonne \u201asp\u00fcren\u2018 k\u00f6nnten. Leider war das auch zun\u00e4chst die einzige Schlussfolgerung aus diesem und \u00e4hnlichen Experimenten. Man vermutete eine Art Strahlung, welche bis dahin unentdeckt war. Trotzdem \u00fcberlegt de Mairan, ob es es mit Hilfe von \u00d6fen nicht vielleicht m\u00f6glich w\u00e4re, Tag und Nacht so zu simulieren, dass sich das Verhalten der Pflanze um 12 Stunden verschiebt.<\/p>\n\n\n\n

Johann Gottfried Zinn (1727\u20131759) konstruierte einen Mechanismus, mit dem er die Blattbewegungen mit verschiedenen kleinen Hebel auf eine Papierrolle \u00fcbertragen konnte. Die Bl\u00e4tter bewegten sich auch bei Ausbleiben des Sonnenlichts periodisch weiter. [Steinmetz\/Forster] Allerdings dauerte eine Periode ohne Tageslicht nicht nur genau 24 Stunden, sondern etwas l\u00e4nger.<\/p>\n\n\n\n

Einen weiteren Meilenstein legte Wilhelm Friedrich Philipp Pfeffer (1845-1920) in der Chronobiologie. [Schwarz, 2001] So f\u00fchrte er das von de Mairan bereits vorgeschlagene Experiment und viele Folgeuntersuchungen durch. Mit Kerzenlicht verschob er den Tagesrhythmus der Pflanzen um 12 Stunden und zeigte so, dass \u201esogar bei den schon in Gang gesetzten Schlafbewegungen eine Verschiebung des Rhythmus um 12 Stunden ziemlich schnell gelingt, wenn man den bisherigen Beleuchtungsturnus um 12 Stunden verschiebt\u201c (Biologisches Zentralblatt Band 28 (1908), S. 410, [Goebel\/Hertwig, 1908]) Damit war klar, dass der Grund f\u00fcr die Blattbewegungen auch in v\u00f6lliger Dunkelheit keine bisher unbekannte Strahlung sein kann.<\/p>\n\n\n\n

Im 19. Jahrhundert begannen parallel Untersuchungen an Tieren und Menschen. Virey untersuchte Blutdruck und K\u00f6rpertemperatur und pr\u00e4gte erstmals den Begriff \u201aInnere Uhr\u2018. [Schwarz, 2001] Dass dieser Wissenschaftszweig wichtig ist und dringend weiter erforscht werden musste, zeigte die industrielle Revolution und die damit eingef\u00fchrte Schichtarbeit. Erstmals zeigten sich negative gesundheitliche Folgen, die durch Nichteinhaltung des nat\u00fcrlichen Schlafrhythmus verursacht wurden. Allerdings lie\u00dfen sich diese damals noch kaum mit der Chronobiologie in Verbindung bringen.<\/p>\n\n\n\n

Anfang des 20. Jahrhunderts begann dann die eigentliche Erforschung der bis dahin beobachteten Tatsachen. In der ersten H\u00e4lfte wurden viele Grundlagen untersucht. Es ist schwer, in dieser Zeit einzelne Namen oder Ergebnisse hervorzuheben. Wichtig f\u00fcr Erkenntnisse rund um den Menschen, war ein Experiment unter der Leitung von J\u00fcrgen Aschoff (1913-1998) und R\u00fctger Wever (1923-2010). Sie lie\u00dfen tief unten in einem Berg einen Schlafbunker bauen. Ab 1961 wurde dort mit Freiwilligen das menschliche Verhalten untersucht, wenn man abgeschieden von jeglicher Zeit lebt. Weder Uhr noch Sonne und weder Radio noch Fernseher gaben den Menschen ein Gef\u00fchl von Zeit. Einzig und allein der menschliche K\u00f6rper steuerte Wach- und Schlafzeiten. Das Ergebnis war, obwohl bereits vermutet, verbl\u00fcffend. Der Mensch lebte weiter, wie bisher. Fast zumindest. Circa 16 Stunden im wachen Zustand wurden gefolgt von 8 bis 9 Stunden Schlaf. So hat die innere Uhr eine Periodenl\u00e4nge von ungef\u00e4hr 25 Stunden. Dieses Experiment wurde auf der ganzen Welt von unterschiedlichsten Wissenschaftlern wiederholt und alle kamen zu dem selben Ergebnis. [Spork, 2011] Dass die innere Uhr im Menschen existiert, war nun klar.<\/p>\n\n\n\n

John Woodland Hastings (1927-2014) war einer der ersten, der die innere Uhr auf zellul\u00e4rer und molekularer Ebene erforschte. Einer seiner Studenten war Till Roenneberg (*1953). Er hatte bereits mit 17 Jahren mit J\u00fcrgen Aschoff zusammen gearbeitet. Heute ist er einer der f\u00fchrenden Chronobiologen. Zu Ehren seines Freundes und Kollegen initiierte er den Aschoff\u2018s Rule Preis, welcher seit 1991 an f\u00fchrende Chronobiologen vergeben wird. Selber entwarf Roenneberg den Munich Chronotype Questionnaire, einen Fragebogen zur Bestimmung der inneren Uhr. Dieser ist auch die Grundlage f\u00fcr diese Arbeit. Erstmals wurden Menschen nicht nur im Labor oder einzeln untersucht. Es wurde eine riesige Datenbank mit den Chronotypen von mehr als 250\u2018000 Menschen weltweit erstellt. Daraus konnten einige grundlegende Schl\u00fcsse gezogen werden, die von gro\u00dfer Bedeutung sind.<\/p>\n\n\n\n

Jeffrey C. Hall (*1945), Michael Rosbash (*1944) und Michael W. Young (*1949) stehen stellvertretend f\u00fcr die Chronobiologie. Denn mit Ihnen gewann 2017 der ganze Wissenschaftszweig zum ersten Mal den Nobelpreis f\u00fcr Physiologie und Medizin. Er wurde verliehen f\u00fcr die Entdeckung der molekularen Mechanismen zur Steuerung circadianer Rhythmen. [nobelprize.org, 2017]<\/p>\n\n\n\n

Das zeigt, dass die Chronobiologie so langsam endlich die Aufmerksamkeit bekommt, die sie verdient hat.<\/p>\n\n\n\n

Biologische Uhren<\/h3>\n\n\n\n

Im vorherigen Kapitel wurden vor allem die Forschung rund um den 24-Stunden Rhythmus in Lebewesen beschrieben. Einige Forscher stellten sich aber auch Fragen wie \u201eWoher wissen Zugv\u00f6gel, wann sie los fliegen?\u201c oder \u201eWann fallen bestimmte Tiere in den Winterschlaf?\u201c. Au\u00dferdem wurden auch k\u00fcrzere Zeitr\u00e4ume interessant. \u201eWarum leben Neugeborene eher in einem 6 Stunden Rhythmus als in einem 24 Stunden Turnus?\u201c So entdeckte man, dass es mehrere innere Uhren gibt.<\/p>\n\n\n\n

In der Chronobiologie entscheidet man im wesentlichen zwischen drei verschiedenen biologischen Uhren. Zum einen der Circadiane Rhythmus. Eine Periode dauert circa 24 bis 25 Stunden. Die Rhythmen, die wesentlich l\u00e4nger dauern nennt man infradian. Dazu geh\u00f6ren circannuale Rhythmen mit einer Periodendauer von ungef\u00e4hr einem Jahr oder der circalunare Rhythmus, welcher den Mondphasen entspricht. Ist die Periodendauer dagegen k\u00fcrzer, spricht man von ultradianen Rhythmen. Diese k\u00f6nnen zum Beispiel den Gezeiten entsprechen, also eine Periodendauer von ungef\u00e4hr 12,5 Stunden haben, oder Aktivit\u00e4tsphasen steuern.<\/p>\n\n\n\n

Welcher dieser Rhythmus besonders bedeutend f\u00fcr das Lebewesen ist, h\u00e4ngt vom Lebensraum und der Lebensweise ab. F\u00fcr W\u00fcstenbewohner sind Regenzeiten eher relevant, also wird man da wahrscheinlicher gut ausgepr\u00e4gte infradiane Rhythmen finden. Krabben, welche an K\u00fcsten beheimatet sind, werden sich mit Hilfe ultradianer Rhythmen, eher nach den Gezeiten richten.<\/p>\n\n\n\n

Auf dieser Seite werde ich mich im Folgenden aber ausschlie\u00dflich mit der Circadianen Rhythmik befassen, insbesondere der des Menschen.<\/p>\n\n\n\n

Circadiane Rhythmik<\/h3>\n\n\n\n

\u201eCircadian\u201c kommt aus dem Lateinischen und setzt sich aus den W\u00f6rtern \u201acirca\u2018 – ungef\u00e4hr und \u201adies\u2018 – der Tag zusammen. Zun\u00e4chst ist zu sagen, dass es nicht nur eine innere Uhr gibt, von der alles gesteuert wird. Viel mehr gibt es mehrere Systeme, welche mit einer Periodizit\u00e4t von ungef\u00e4hr 24 Stunden arbeiten. Dass diese Uhren synchron laufen liegt vor allem an sogenannten Zeitgebern. Zeitgeber sind \u00e4u\u00dfere Einfl\u00fcsse, wie Licht und andere Reize, worauf unser K\u00f6rper reagiert und sich anpasst. Entziehen wir uns den \u00e4u\u00dferen Zeitgebern, wie zum Beispiel in dem Bunkerexperiment, werden die verschiedenen Systeme sichtbar. Und es wird auch deutlich, wie exakt diese arbeiten. W\u00e4hrend die K\u00f6rpertemperatur kontinuierlich weiter schwankte (in der Nacht circa 36,5\u00b0C; am Tag circa 37,5\u00b0C) variierte der Schlaf-Wach-Rhythmus deutlicher. [Spork, 2011]<\/p>\n\n\n\n

Zeitgeber haben aber auch einen ganz anderen praktischen Effekt, neben der Synchronisation. Sie erm\u00f6glichen uns mit nur geringen Problemen, in andere Zeitzonen zu wechseln. Oft \u00e4rgert man sich nach der Ankunft im Urlaubsort \u00fcber die Folgen eines Jetlags. Doch wei\u00df man \u00fcber das Vorhandensein der inneren Uhren Bescheid, ist es ein Wunder, wie schnell wir in der Lage sind, uns anzupassen. Viel verbl\u00fcffender ist es noch, wenn man wei\u00df, wie die Uhren funktionieren.<\/p>\n\n\n\n

Wie bereits erw\u00e4hnt wurde der Nobelpreis f\u00fcr Medizin und Physiologie 2017 f\u00fcr die Erforschung der molekularen Funktionsweise der circadianen Rhythmik verliehen. Hall und Rosbash stellten fest, dass der PER-Spiegel in einem 24 Stunden Rhythmus oszilliert. PER ist ein Protein, welches durch das Gen \u201ePeriod\u201c im X-Chromosom codiert ist. Dieser Proteinspiegel ist sozusagen der Zeiger unserer inneren Uhr. Dass PER so oszilliert, liegt an einer R\u00fcckkopplung. Denn sobald das Protein vorhanden ist, hemmt es die Erzeugung der Period-mRNA. Diese wurde im Zytoplasma zur Produktion des PER genutzt. Wenn keine mRNA mehr entsteht, nimmt der Proteinspiegel wieder ab. Ist der Spiegel sehr gering, beginnt die mRNA-Transkription wieder. In Abbildung 1 ist dies vereinfacht dargestellt.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Abbildung 1: Synthese des Protein PERs im Laufe eines Tages (Quelle: https:\/\/www.nobelprize.org\/uploads\/2018\/06\/press-figure2a.jpg Aufgerufen am 5.1.2020, 20:00 Uhr)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Einziges Problem an diesem Vorgang ist, dass das PER-Protein nicht alleine in den Zellkern kommt, um die Produktion der mRNA zu hemmen. Young fand die L\u00f6sung. Das TIM-Protein, welches in einem anderen \u201eClock-Gen\u201c codiert ist, verbindet sich mit PER und kann so in den Zellkern eindringen.<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr die Regulation der Frequenz und der stetigen Anpassung an die \u00e4u\u00dferen Bedingungen sorgt ein weiteres \u201eClock-Gen\u201c. Dieses erzeugt DBT-Proteine, welches wiederum die Ansammlung von PER hemmt und so die innere Zeit verz\u00f6gert. [nobelprize.org (b), 2017]<\/p>\n\n\n\n

Die Bedeutung der inneren Uhr f\u00fcr den Menschen<\/h2>\n\n\n\n

Der Grund f\u00fcr die Existenz einer inneren Uhr sollte in den vorhergehenden Kapiteln deutlich geworden sein. Evolution\u00e4r haben sich Gejagte eher durchgesetzt, welche zu Zeiten aktiv waren, in denen J\u00e4ger geschlafen haben. Das gilt auch f\u00fcr den Menschen. Unser K\u00f6rper mit all unseren Sinnesorganen ist darauf ausgelegt, am Tag aktiv zu sein und in der Nacht zu schlafen. So k\u00f6nnen wir deutlich besser sehen als h\u00f6ren und riechen, wie es bei nachtaktiven Tieren der Fall ist. Um am Tag ein Optimum an Leistung zu bieten, richtete sich der K\u00f6rper nach der inneren Uhr aus. So konnte er die folgenden Tagesphasen bereits fr\u00fchzeitig vorbereiten, auch an bedeckten Tagen. Trotzdem gab es auch in der Gemeinschaft schon immer Ausnahmen. Ein geringer Anteil an Menschen konnte besser in der Nacht wach sein als am Tag. Diese wurden dann Wachen. So wurde im Laufe der Evolution immer das ausgew\u00e4hlt, was sinnvoll war. Bis in das 19. Jahrhundert stimmte das auch. Bis dahin hat unser Chronotyp mit der Sonne \u00fcbereingestimmt (Ortszeit). Mit dem Aufkommen von Eisenbahnen und Telegrammen wurden einheitliche Zeiten notwendig. 1884 wurden auf der Internationale Meridiankonferenz einheitliche Zeitzonen festgelegt. Diese Zeit wird im Folgenden soziale Zeit genannt. Aktuell wird die soziale Zeit zweimal im Jahr um eine Stunde verschoben. W\u00e4hrend wir uns \u00e4u\u00dferlich versuchen an die festgelegte soziale Zeit anzupassen, passt sich unsere innere nat\u00fcrliche Zeit nicht an. Evolution\u00e4re Zeitanpassungen erfordern viel l\u00e4ngere Zeitabschnitte. Einfach gesagt kommt die Evolution der menschlichen Entwicklung nicht mehr hinterher. Das wird an vielen Stellen mehr oder weniger deutlich sichtbar.<\/p>\n\n\n\n

Ein Ma\u00df daf\u00fcr, wie stark sich die Innenzeit von der sozialen Zeit unterscheidet ist der Social Jetlag. Ein Social Jetlag hat viele negative gesundheitliche Folgen. Am st\u00e4rksten zeigt sich das durch eine geringere Lebenserwartung. [Borisenkov, 2011] [Roenneberger, 2019, S. 193]<\/p>\n\n\n\n

Bereits 2006 zeigten Randler und Frech, dass die Abiturergebnisse abh\u00e4ngig vom Chronotyp sind. Der Chronotyp ist eine M\u00f6glichkeit die Innenzeit anzugeben und wird durch die nat\u00fcrliche Schlafmitte bestimmt. Fr\u00fchtypen zeigten bessere Schulergebnisse. [Randler\/Frech, 2006] Schon damals waren Sp\u00e4ttypen durch einen zeitigen Schulbeginn stark benachteiligt. Diese Ergebnisse wurden weltweit durch viele andere Studien best\u00e4tigt.<\/p>\n\n\n\n

Eine Studie von Juan F. D\u00edaz-Morales und Christina Escribano bezieht sich auf Sch\u00fcler im Alter von 12 bis 16 Jahren. Sie zeigte, dass die Gesamtschlafenszeit in einer Woche keinen Einfluss auf kognitive F\u00e4higkeiten hat. Nur die Schlafenszeit an Schultagen ist entscheidend. Au\u00dferdem ist deutlich geworden, dass je gr\u00f6\u00dfer der Social Jetlag ist, desto leistungsschw\u00e4cher sind die Sch\u00fclerinnen und Sch\u00fcler. Ein zu zeitiger Schulbeginn f\u00fchrt zu Verhaltensproblemen, h\u00f6heren Gesundheitsrisiken, schlechteren sozialen Beziehungen und schlechteren Schulnoten. [Diaz-Morales\/Escirbano, 2015]<\/p>\n\n\n\n

Die Studie von Andrew W. McHill zeigt, dass es durch Schlafmangel zu einer verlangsamten Reaktionszeit und erh\u00f6hten Fehlerrate kommt. Diese Auff\u00e4lligkeit wird st\u00e4rker, wenn die Pr\u00fcfung im biologischen Schlaffenster erfolgt. Die Probanden waren sich ihrer Leistungseinbr\u00fcche jedoch nicht bewusst. [McHill, 2018]<\/p>\n\n\n\n

\n
Weiter zu den Zielen<\/a><\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Chronobiologie Das Wort \u201aChronobiologie\u2018 kommt aus dem Altgriechischen und setzt sich zusammen aus \u201achr\u00f3nos\u2018 – die Zeit, \u201abios\u2018 – das Leben und \u201alogos\u2018 – die Lehre. Es ist sozusagen die Lehre \u00fcber die Zeit des Lebens. Dabei werden oft Begriffe wie \u201aBiologische Uhr\u2018 oder \u201aInnere Uhr\u2018 genannt, welche keine tats\u00e4chlichen Uhren beschreiben, sondern Mechanismen in…<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"parent":0,"menu_order":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","template":"","meta":{"footnotes":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ludwig.in-chemnitz.de\/chrono\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/119"}],"collection":[{"href":"https:\/\/ludwig.in-chemnitz.de\/chrono\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/ludwig.in-chemnitz.de\/chrono\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ludwig.in-chemnitz.de\/chrono\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ludwig.in-chemnitz.de\/chrono\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=119"}],"version-history":[{"count":8,"href":"https:\/\/ludwig.in-chemnitz.de\/chrono\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/119\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":296,"href":"https:\/\/ludwig.in-chemnitz.de\/chrono\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/119\/revisions\/296"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ludwig.in-chemnitz.de\/chrono\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=119"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}