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Die Zeit, das Licht und der Rhythmus in jeder Körperzelle

Von Ulrike Hendan

Die Chronobiologie erforscht die innere zeitliche Organisation aller Lebewesen und kommt dabei zu erstaunlichen Erkenntnissen: Nachteulen unter uns fliegen täglich zwei Stunden nach Osten, Frühaufsteher bekommen am Wochenende zu wenig Schlaf. Vor allem Ärzte und Arbeitgeber sollten die Bedeutung der inneren Uhr weitaus ernster nehmen, fordern Chronobiologen.

„10 Uhr morgens: Früher würde ich meine Studenten nicht antreten lassen.“
(Dr. Martha Merrow, Department of Behavioural Biology, Rijks-Universiteit Groningen)

Samstag für Samstag betritt Biologiestudentin Martha Merrow ganz allein den leeren Frühstücksaal ihres Studentenwohnheims. Kein anderer Student hat sich am vorlesungsfreien Wochenende schon um acht Uhr aus dem Bett gekämpft. Bei Martha Merrow kann von einem Kampf aber nicht die Rede sein, denn ihr fällt frühes Aufstehen leicht. Beim einsamen Frühstück am amerikanischen Middlebury College begreift die Studentin: Sie ist eine Lerche. So nennt die Fachwelt überzeugte Frühaufsteher. Das Gegenstück sind die Nachteulen, die spät zu Bett gehen und gerne ausschlafen. Heute erforscht die mittlerweile promovierte Martha Merrow als wissenschaftliche Mitarbeiterin an der niederländischen Rijks-Universität in Groningen, was hinter den unterschiedlichen Tagesrhythmen steckt. Obwohl sie selbst früh aufsteht, beginnt Martha Merrow ihre Vorlesungen frühestens um 10 Uhr. Zur Freude ihrer Studenten, die als junge Leute noch zum größten Teil Langschläfer sind. Auf die innere Uhr der Dozentin selbst nimmt der wissenschaftliche Fortschritt hingegen keine Rücksicht: Oft befindet sich Merrow, die der genetischen Herkunft der inneren Uhr auf der Spur ist, spät abends noch im Labor oder am Laptop - wenn andere Lerchen schon längst im Bett liegen, wie es ihrem inneren Tagesrythmus entspricht. Der zeitaufwändige Beruf zwingt Martha Merrow, gegen ihre innere (endogene) Uhr zu leben.

„Jede Zelle ist ihre eigene Uhr.“
(Prof. Dr. Till Roenneberg, Zentrum für Chronobiologie, Institut für medizinische Psychologie, Ludwig-Maximilians-Universität München)

Jede Körperzelle kann ihren eigenen Rhythmus aufrechterhalten. Dafür sind Regelkreise im Zellinneren zuständig, mit denen sich Martha Merrow beschäftigt. Die Uhren-Gene, verantwortlich für das rhythmische Ticken in jeder Körperzelle, tragen Namen wie „period“ (per) und „timeless“ (tim). Mit Hilfe dieser Gene werden im Zellinneren Eiweiße zusammengebastelt, die sich gegenseitig regulieren und dafür sorgen, dass unser Körper etwa im 24-Stunden-Rhythmus arbeitet. Diese innere Uhr läuft immer, unabhängig davon, was um uns herum passiert. Gesteuert wird sie von einem zentralen Schrittmacher im Gehirn, der die zeitliche Koordination aller Körpervorgänge übernimmt. Dieser Schrittmacher lässt beispielsweise das (Schlaf-)Hormon Melatonin durch die Zirbeldrüse (Epiphyse) ausschütten. Melatonin ist ein Botenstoff, der den Körperzellen bei entsprechender Konzentration das Signal für Dunkelheit gibt.

Simulierte Dämmerung: Wenn Nachteulen früh schlafen gehen wollen, müssen sie ihre innere Uhr austricksen. Zeichnung: Heike Becker

Für Nachteulen ist es um 8 Uhr erst 6 Uhr

Das spätere Aufstehen kommt den Nachteulen unter Martha Merrows Biologiestudenten entgegen. Würden die Kurse schon um 8 Uhr beginnen, wären Langschläfer für konzentriertes Arbeiten schlecht gerüstet, da ihre innere Uhr der äußeren Zeit hinterherhinkt: Um 8 Uhr mogens haben sie das Gefühl, dass es erst 6 Uhr ist. Die Studenten sind deswegen müde und unkonzentriert. Zahllose Nachteulen mit frühen Jobs fliegen, bildlich gesprochen, werktags von Berlin, Düsseldorf oder München nach Moskau. Sie reisen innerlich nach Russland, weil ihnen die innere Uhr eine Zeitverschiebung von zwei Stunden zurück vorgaukelt. „Es ist schlimmer, ein später Chronotyp zu sein“, sagt Dr. Martha Merrow. Als Lerche hat sie unter der Woche einen Vorteil gegenüber den Langschläfern. Immerhin geht ihre Uhr etwas vor.
Deutschlands erster Professor für Chronobiologie, Dr. Till Roenneberg von der Ludwigs-Maximilian-Universität in München, nennt, die Zeitverschiebung der Nachteulen „sozialen Jetlag“. Unter ihm leidet etwa jeder zweite Mitteleuropäer. Die beiden Chronotypen (Early und Late) verteilen sich gleichmäßig auf die gesamte Bevölkerung. Die eine Hälfte wacht früh auf, die andere spät. Außerdem brauchen die Menschen unabhängig von ihrem Chronotypen unterschiedlich viel Schlaf, was sie sich aber genauso wenig aussuchen können. Zu diesen Ergebnissen ist Roenneberg gekommen. Er hat im Munich Chronotype Questionnaire bisher rund 40.000 Mitteleuropäer zu ihren Schlafgewohnheiten befragt. Bei der Hälfte der Befragten stellte sich heraus, dass sie an einer Verschiebung zwischen innerer und äußerer Zeit leiden, die mindestens zwei Stunden beträgt. Leiden unter der Woche vor allem Nachteulen am Schlafmangel, macht der soziale Jetlag Frühaufstehern am Wochenende zu schaffen. So manche Lerche passt sich nämlich dem sozialen Leben in den späten Abendstunden an.

Einem möglichen Zusammenhang zwischen sozialem Jetlag und Nikotingenuss ist Roennebergs Forscherteam auch auf die Spur gekommen, als es die Ergebnisse der ersten Studienreihe mit 500 Testpersonen ausgewertete. 60 Prozent der Befragten mit sozialem Jetlag über vier Stunden gaben an, Raucher zu sein. Von den Testpersonen, die unter der Woche genug Schlaf bekommen und keinen sozialen Jetlag hatten, griffen nur zehn Prozent regelmäßig zur Zigarette. Je stärker der soziale Jetlag, desto mehr Stimulanzien wie Alkohol oder Nikotin nahmen die Befragten. Für die Ursachen dieser Erscheinung haben die Forscher noch keine zufriedenstellende Erklärung.

„Lerchen sollten morgens eine Sonnenbrille tragen, Nachteulen abends. So stellen sie ihre inneren Uhren vor beziehungsweise zurück und wirken ihrem Chronotypen entgegen.“
(Prof. Dr. Till Roenneberg)

Obwohl der Chronotyp genetisch festgelegt ist, kann der inneren Uhr auf die Sprünge geholfen werden. Wer sich als Eule morgens nur mühsam aus dem Bett kämpft, sollte sich mehr Licht gönnen. Das helle Tageslicht mit einer Intensität zwischen 10.000 Lux bei bedecktem Himmel und 100.000 Lux an klaren Tagen wirkt als Zeitgeber für die innere Uhr. Für das Einstellen der inneren Uhr auf den äußeren Tag gibt es täglich bestimmte Zeitfenster, die von Chronotyp zu Chronotyp variieren. In Büros, Klassenzimmern und Hörsälen bleibt die Lichtintensität weit unter der 1000-Lux-Grenze, ab der Licht als Zeitgeber zu wirken beginnt. Indem Nachteulen ihre innere Uhr im Dunkeln lassen, verschlimmern sie das Problem des sozialen Jetlags.
Folgen für die Gesundheit ergeben sich vor allem aus dem Schlafmangel: Kopfschmerzen, Konzentrationsprobleme, verzögerte Reaktionsgeschwindigkeiten und sogar Depressionen. Kann der Zeitgeber Tageslicht gar nicht auf den menschlichen Organismus einwirken, schwingt die biologische Uhr, die tageszeitlich strukturierte Rhythmen im Körper programmiert, im eigenen Rhythmus weiter. Das weist auf die genetische Herkunft hin. Die Länge eines inneren Tages beträgt nur ungefähr 24 Stunden. Bei frühen Typen ist der innere Tag etwas kürzer, weil die innere Uhr schneller läuft als die äußere. Nachteulen erleben dagegen einen längeren inneren Tag, da ihre endogenen Uhren langsamer ticken. Deshalb sollte eine Lerche morgens die Sonnenbrille aufsetzen, am Nachmittag aber im Tageslicht spazieren gehen. Bei einer Nachteule wäre es im Idealfall genau andersherum: morgens Sonnenschein, abends Sonnenbrille.

Genau abgepasst: Körperfunktionen richten sich nach dem inneren Rhythmus. Warum also nicht auch die Behandlung von Krankheiten? Zeichnung: Heike Becker

Schule um 9 Uhr, Freizeit in den Abendstunden

Martha Merrow hat noch andere Ideen zur Abhilfe bei sozialem Jetlag, der Nachteulen unter der Woche quält. Schule, Beruf und Universität sollten später beginnen, die Eulen müssten ihre Freizeitaktivitäten dafür in die Abendstunden verlegen. Dann wären auch keine Sonnenbrillen nötig, um die inneren Uhren der Nachteulen am Abend über die wirkliche Tageszeit hinwegzutäuschen. Der jeweilige Chronotyp wirkt sich auf die Gesundheit aus. So kann die Genesung eines Patienten davon beeinflusst werden, wann er seine Medizin nimmt. Was beispielsweise für die Chemotherapie gilt, betrifft auch Medikamente wie Herz-Kreislauf-Mittel, Antibiotika, Antidepressiva und Asthmamittel. Wenn Medikamente zur optimalen physiologischen Tageszeit verabreicht würden, komme der Patient mit geringeren Mengen aus, und das bei gleicher Wirkung, ist Merrow überzeugt. Sie fordert  daher die pharmakologische und chronobiologische Forschung auf: „Wir müssen verstehen, wann Medikamente am besten eingenommen werden sollten.”
Genau wie ihre Kollegen aus München hegt die gebürtige US-Amerikanerin aber noch einen ganz anderen Wunsch: Frühe Jobs für frühe Chronotypen und späte Jobs für späte Chronotypen, sodass kaum noch jemand unter starkem sozialen Jetlag leidet. Dieser Traum bleibt wohl eine „Utopie“, wie Dr. Martha Merrow selbst sagt. Bis der Traum wahr wird, kann sie nicht mehr tun, als ihre Studenten vor frühen Vorlesungen zu bewahren und nachmittags spazieren zu gehen, um ihre eigene innere Uhr zurückzustellen.

Lerche oder Nachteule?

Auf den  Internetseiten des Instituts für Medizinische Psychologie der Ludwig-Maximilans-Universität München lässt sich der eigene Chronotyp mit Hilfe des Fragebogens (Munich Chronotype Questionnaire) in deutscher, englischer, spanischer und niederländischer Sprache bestimmen.


Dieser Beitrag entstand im Zuge des EuroScience Open Forum (ESOF) 2006.


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Spannende Fragen
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Wie erfährt die innere Uhr, ob es draußen hell oder dunkel ist?

Die innere Uhr misst unbewusst die allgemeine Lichtintensität, um sich auf die äußere Tageszeit einzustellen. Dabei hilft der Zeitgeber Licht. Er wirkt durch einen nichtvisuellen Lichtsinn im Auge, der erst vor kurzem entdeckt wurde und mit bewusstem Sehen nichts zu tun hat. Zwei reiskorngroße Gehirnzentren erhalten die Lichtinformation direkt aus den Augen und sind dafür zuständig, dass die Informationen über die Lichtintensität verarbeitet und weitergeleitet werden. Die beiden Zentren bilden den suprachiasmatischen Nucleus (SCN), den zentralen Schrittmacher der endogenen Uhr.

Warum müssen Menschen in einen Bunker, um die innere Uhr zu erforschen?

Die ersten Studien mit Menschen in zeitlicher Isolation hat der Biologe Jürgen Aschoff am mittlerweile geschlossenen  Max-Planck-Institut für Verhaltensphysiologie in Andechs bei München durchgeführt. Den zeitlosen Zustand hat er Anfang der 1960er Jahre hergestellt, indem er Testpersonen in einem abgedunkelten Bunker unterhalb des Andechser Klosters untergebrachte. Damit war die innere Uhr jedes einzelnen Probanden von sämtlichen Informationen über die Tageszeit abgeschnitten und lief je nach Typ eben schneller oder langsamer weiter. So zeigte Jürgen Aschoff, dass die innere Uhr - auf sich selbst gestellt - einen annähernd 24 Stunden dauernden Rhythmus erzeugt.

Warum soll die Schule später beginnen?

Schulen sollen aus Rücksicht auf übermüdete und unkonzentrierte Kinder später beginnen: Die Diskussion um diese Aufforderung ist nicht neu. Wissenschaftler wie der Chronobiologe Till Roenneberg und der Schlafforscher Jürgen Zulley, Leiter des Schlafmedizinischen Zentrums der Klinik und Poliklinik für Psychatrie in Regensburg, warnen seit Jahren vor dem Schlafmangel der Schulkinder. Während der Pubertät entwickeln sich die meisten Kinder zu Eulen, die nachts lange aufbleiben und morgens um sechs Uhr noch lange nicht ausgeschlafen sind. Die Folgen des frühen Schulstarts: Brennende Augen, Schläfrigkeit, verlängerte Reaktionszeiten, möglicherweise sogar Fettleibigkeit. Mehr dazu auf den Internetseiten der  Frankfurter Allgemeinen Zeitung.



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Foto: Chris Berkeley

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