Zirkadiane Rhythmen sind innere biologische Rhythmen des Organismus mit einer Dauer von etwa 24 Stunden. Sie bereiten den Körper vor und passen alle physiologischen Prozesse an die täglichen Veränderungen in der Umwelt an.
Zirkadiane Rhythmen sind in praktisch allen lebenden Organismen auf dem Planeten vorhanden, einschließlich Bakterien. Beim Menschen ist der zirkadiane Hauptrhythmus ein Zyklus aus Schlaf und Wachzustand.
Beobachte Zellen
Auf molekularer Ebene wirkt die circadiane Uhr im Körper und löst die Prozesse der inneren Schwingungen aus, die physiologische Prozesse entsprechend dem externen 24-Stunden-Zyklus regulieren.
Es gibt verschiedene Arten von Uhrengenen, die für die Produktion von Proteinen verantwortlich sind. Ihre Wechselwirkung erzeugt eine Rückkopplungsschleife, die 24-Stunden-Oszillationen der stündlichen Proteine verursacht. Dann geben diese Proteine den Zellen ein Signal darüber, zu welcher Tageszeit und was zu tun ist. Dies zwingt die biologische Uhr zu gehen.
Daher sind zirkadiane Rhythmen nicht das Ergebnis der gemeinsamen Arbeit vieler verschiedener Zellen, wie ursprünglich beabsichtigt, sondern die Eigenschaft jeder einzelnen Zelle.
Das von der circadianen Uhr war nützlich, sie müssen mit den Signalen der umgebenden Welt synchronisiert werden. Das offensichtlichste Beispiel für die Diskrepanz zwischen der biologischen Uhr und der Außenwelt ist der Jetlag.
Wenn wir in eine andere Zeitzone fallen, müssen wir unsere biologische Uhr an die Ortszeit anpassen. Photorezeptoren (photosensitive Neuronen der Netzhaut) fangen Veränderungen im Wechselzyklus von Licht und Dunkelheit ein und senden Signale an die zirkadiane Uhr, um die biologische Uhr des Körpers in Übereinstimmung mit externen Stimuli anzupassen. Die Anpassung des täglichen Rhythmus stellt die korrekte Funktion aller zellulären Prozesse sicher.
In komplexen vielzelligen Organismen gibt es oft große Uhren, die die Arbeit aller Zellen-Uhren koordinieren. Bei Säugetieren ist die Hauptuhr der suprachiasmatische Kern (SCN) im Gehirn. Von den Zellen der Retina erhält das SCN Informationen über das Licht, stimmt die Neuronen darin ab und sendet bereits Signale, die die Arbeit aller anderen Prozesse im Körper koordinieren.
Haupteigenschaften der zirkadianen Rhythmen
1. Zirkadiane Rhythmen bestehen unter konstanten Bedingungen von Licht oder Dunkelheit in Abwesenheit anderer äußerer Reize. Dies wurde als Ergebnis eines Experiments entdeckt, das 1729 vom französischen Wissenschaftler Jean-Jacques de Meran durchgeführt wurde. Er stellte die Pflanze an einen dunklen Ort und bemerkte, dass sich die Blätter auch bei ständiger Dunkelheit im gleichen Rhythmus öffnen und schließen.
Dies war der erste Beweis dafür, dass zirkadiane Rhythmen internen Ursprungs sind. Sie können schwanken und je nach Art etwas länger oder kürzer als 24 Stunden sein.
2. Zirkadiane Rhythmen hängen nicht von der Außentemperatur ab. Sie verlangsamen nicht und beschleunigen nicht in hohem Maße, selbst wenn sich die Temperatur dramatisch ändert. Ohne diese Eigenschaft wäre die zirkadiane Uhr nicht in der Lage, die Zeit zu bestimmen.
3. Zirkadiane Rhythmen können externen 24-Stunden-Tagen zugewiesen werden. Das Hauptsignal ist Licht, obwohl andere Signale auch eine Wirkung haben.
Die Bedeutung zirkadianer Rhythmen
Die Anwesenheit einer biologischen Uhr ermöglicht es dem Körper vorhersehbare Veränderungen in der Umwelt und voreingestelltem Verhalten vorauszusehen, unter Berücksichtigung dieser Bedingungen. Zum Beispiel, in dem Wissen, dass die Morgendämmerung in drei Stunden kommen wird, beginnt der Körper, die Geschwindigkeit des Stoffwechsels, Temperatur zu erhöhen, die Durchblutung zu erhöhen. All dies bereitet uns auf aktive Aktivitäten während des Tages vor.
Am Abend, wenn wir uns auf das Bett vorbereiten, beginnen sich die physiologischen Prozesse im Körper zu verlangsamen. Während des Schlafes arbeitet das Gehirn aktiv. Es fängt Erinnerungen ein, verarbeitet Informationen, löst Probleme, sendet Signale über die Wiederherstellung von geschädigtem Gewebe und reguliert Energiereserven. Einige Teile des Gehirns sind im Schlaf aktiver als im Wachzustand.
Circadian Rhythmen und Schlaf
Der Zyklus des Schlafes ist der offensichtlichste tägliche Rhythmus von Mensch und Tier, aber er hängt nicht nur von den zirkadianen Rhythmen ab.
Schlaf ist ein extrem komplexer Zustand, der durch die Interaktion verschiedener Hirnareale, Hormone und des Neurotransmittersystems entsteht. Aufgrund seiner Komplexität ist der Schlafzyklus sehr leicht zu stören.
Neuere Studien haben gezeigt, dass die Störung von Schlaf und zirkadianen Rhythmen sowohl für neurodegenerative als auch für neuropsychiatrische Erkrankungen charakteristisch ist, in denen Neuromediatoren falsch arbeiten. Zum Beispiel ist diese Störung typisch für mehr als 80% der Patienten mit Depression und Schizophrenie.
Aber die Unannehmlichkeit, die aus dem Gefühl der Schläfrigkeit während des Tages entsteht, ist Kleinigkeiten. Die Störung des Schlafs und der zirkadianen Rhythmen ist auch mit einem ganzen Komplex von Pathologien verbunden, einschließlich Depression, Schlaflosigkeit, beeinträchtigter Aufmerksamkeit und Gedächtnis, verminderter Motivation, Stoffwechselstörungen, Fettleibigkeit und Problemen mit dem Immunsystem.
Wie stelle ich die biologische Uhr ein?
Wissenschaftler haben lange darüber nachgedacht, wie das Auge Licht erkennt, um den Tagesrhythmus anzupassen. In letzter Zeit wurden spezielle lichtempfindliche Zellen in der Netzhaut gefunden – lichtempfindliche Ganglienzellen der Netzhaut. Diese Zellen unterscheiden sich von Stäbchen und Zapfen, die Wissenschaftler seit langem kennen.
Visuelle Irritationen, die von lichtempfindlichen Ganglienzellen wahrgenommen werden, kommen vom Auge zum Gehirn durch den Sehnerv. Aber in 1-2% solcher Ganglienzellen gibt es ein visuelles Pigment, das für die blaue Farbe empfindlich ist. Auf diese Weise fixieren photosensitive Ganglienzellen den Morgen- und den Zwielicht und helfen, die biologische Uhr des Körpers einzustellen.
Wegen der modernen Lebensweise bekommen wir oft nicht genug Licht und verbringen die meiste Zeit drinnen. Dies könnte der Grund sein, dass unsere Uhr nicht richtig eingestellt ist.
Studien haben bestätigt, dass durch die gleichzeitige Einnahme von Nahrung und Sport am Morgen das richtige Schlafregime erarbeitet werden kann.
