Lerntext Zellen und Chronobiologie

Roland Heynkes, 26.8.2013

Dieser kleine Hypertext soll einige für Normalbürger relevante Erkenntnisse der Chronobiologie zusammenfassen.

Jede Zelle hat eine innere Uhr, welche die zeitliche Abfolge vieler Stoffwechsel-Prozesse steuert. Sie scheint zu den ältesten "Erfindungen" des Lebens zu gehören und für Lebewesen elementar wichtig zu sein. Mehrzellige Lebewesen brauchen zusätzlich einen Mechanismus zur Koordinierung der inneren Uhren all ihrer Zellen. Bei uns scheint ein Netzwerk von Nervenzellen im Gehirn diese Aufgabe zu erfüllen. Sie empfangen Signale von speziellen Lichtsinneszellen in den Augen, die besonders empfindlich auf blaues Licht reagieren. Mit Hilfe dieser besonderen Lichtsinneszellen passen wir täglich neu morgens und abends unsere inneren Uhren an den Stand der Sonne an, sofern das möglich ist. (Im Polarsommer und im Polarwinter funktioniert das nicht.) Weil es im Sommer viel länger hell ist als im Winter, sind wir von Natur aus im Winter früher und länger müde. Die täglich durch die Augen korrigierte zentrale innere Uhr im Gehirn übermittelt die Korrekturen durch Hormone an die inneren Uhren aller normalen Zellen.

Menschliche Gesellschaften verabreden aber auch soziale Zeitgeber (z.B.: die innerhalb einer Zeitzone gleichlaufenden Uhren), deren Abweichung vom Zeitgeber Sonne im menschlichen Organismus gesundheitliche Probleme verursachen kann. Je weiter westlich in einer Zeitzone ein Mensch lebt, umso später wird er von der Sonne geweckt und umso stärker leidet er als Spätaufsteher unter der Diskrepanz zwischen den Zeitgebern Sonne und Wecker. So entsteht besonders im Westen Deutschlands täglich neu ein sozialer Jetlag.

Außer einem unnatürlichen LebensRhythmus steht aber auch Schlafmangel im Verdacht, krank zu machen. Im Durchschnitt schlafen wir heute etwa eine halbe Stunde weniger als noch vor zwanzig Jahren. Werden wir morgens vom Wecker geweckt, dann sind wir noch nicht ausgeschlafen und Leben gegen unsere innere Uhr. Schlaf ist aber keine verloren Zeit, sondern unverzichtbar für Gesundheit und Lernen. Wer durch Verzicht auf Nachtschlaf und Mittagsschlaf Zeit zu sparen versucht, verliert Leistungsfähigkeit, Lebensqualität und sehr wahrscheinlich auch Lebenszeit. Nachtarbeiter haben nachweislich ein erhöhtes Risiko, an Krebs, Diabetes oder Depressionen. Manche Nachtarbeit muss sein, aber Schüler dürfen nicht durch Schulen gezwungen werden, ihre Gesundheit und ihr Leben zu riskieren.

Mit der Pubertät entwickeln sich fast alle jungen Menschen von Natur aus zu Spätaufstehern, die abends nicht einschlafen und morgens nicht leistungsfähig sein können. Wenn Schulen das nicht berücksichtigen und den Unterricht auch für die Jugendlichen schon um 8:00 beginnen lassen, dann verursachen sie durch ihre Mißachtung der menschlichen Natur bei den Jugendlichen eine stark reduzierte Leistungsfähigkeit und Lernfähigkeit und schaden sowohl ihrem Gedächtnis als auch dem Immunsystem. Es muss sogar mit der Möglichkeit gerechnet werden, dass chronischer Schlafmangel bei noch in der Entwicklung befindlichen Gehirnen zu Entwicklungsstörungen führt. Jedenfalls steigt das Risiko von Suchterkrankungen und Fettleibigkeit mit der Größe des sozialen Jetlag. Im Tierexperiment konnte gezeigt werden, dass Schlafmangel im Gehirn zu den Alzheimer-typischen Veränderungen führen kann. Sollte das auch beim Menschen so sein, dann käme der zu frühe Unterrichtsbeginn einer schweren Körperverletzung gleich.

Durch Berücksichtigung der individuellen inneren Uhren konnten schon Erfolge in der Therapie von Krebs und Rheuma erzielt werden. Chronobiologen konnten zeigen, dass gesunde Zellen im gemeinsamen TagesRhythmus aktive und Ruhephasen haben. In ihren Ruhephasen überstehen die Zellen viel besser eine Chemotherapie, welche die ständig aktiven Krebszellen tötet. Eine weitere Erkenntnis der Chronobiologie ist, dass bei Rheumakranken am sehr frühen Morgen entzündungsfördende Stoffe ausgeschüttet werden und dass die Therapie genau zu diesem Zeitpunkt die beste Wirkung erzielt. Inzwischen gibt es zu diesem Zweck ein Medikament, das seinen Wirkstoff erst nach 4 Stunden freisetzt.

Unsere inneren Uhren brauchen tagsüber viel Licht mit ausreichendem Blauanteil sowie Bewegung und nachts Dunkelheit oder nur gelbliches Licht. Indem man das und die individuellen Tag-Nacht-Rhythmen in einem Altersheim bei Alzheimer-Patienten berücksichtigte, konnten deren Schlafstörungen bzw. nächtlichen Verwirtheitszustände ohne Medikamente stark reduziert werden. Eher blaues Licht von Computermonitoren stört die innere Uhr und damt die Produktion des Schlafhormons Melatonin, wenn man es abends oder nachts sieht. Nachts hält einen das wach, aber am nächsten Tag ist man entsprechend müde.

Eine natürliche Schwäche unserer zentralen inneren Uhr besteht darin, dass unser Körper immer nur Insulin oder das Schlafhormon Melatonin produzieren kann. Wer nachts durch Licht mit hohem Blauanteil die Produktion des Schlafhormons stört, produziert zuviel Insulin und erhöht damit sein Diabetes-Risiko. Wer abends viel Zucker konsumiert, muss viel Insulin produzieren und kann dann nicht gleichzeitig ausreichend viel Melatonin herstellen. Das ist auf die Dauer ungesund, kann aber andererseits wie blaues Licht helfen, wenn man mal unbedingt eine Nacht durcharbeiten muss. Normalerweise sollte aber wenigstens ausreichend schlafen, wer sich nicht ausreichend bewegt und schlecht auf Süßigkeiten verzichten kann.

In einer Schule konnte Prof. Manfred Spitzer experimentell zeigen, dass eine Klassenbeleuchtung mit hohem Blauanteil zwar als eher unangenehm empfunden wurde, dass sich aber zumindest im Winter die Leistungen von Schülerinnen und Schülern deutlich verbessern lassen. In Tests machte die Klasse mit dem blauen Licht 30% weniger Fehler und erledigten außerdem ihre Aufgaben signifikant schneller als eine Vergleichsklasse mit normaler Beleuchtung, obwohl niemand durch die Klassenraumbeleuchtung nicht zum Frühaufsteher wurde.

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Roland Heynkes, CC BY-SA-3.0 DE