Zirkadianer Rhythmus

Zirkadianer Rhythmus, die zyklische 24-Stunden-Periode der menschlichen biologischen Aktivität.

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Menschliches Nervensystem: Zirkadiane Rhythmen

Der Mensch hat sich unweigerlich an die geordneten Rhythmen des Universums angepasst. Diese biologischen Zyklen werden zirkadiane Rhythmen genannt, vom lateinischen…

Innerhalb des zirkadianen (24-Stunden-)Zyklus schläft der Mensch normalerweise etwa 8 Stunden und ist 16 Stunden wach. Während der wachen Stunden sind die geistigen und körperlichen Funktionen am aktivsten und das Wachstum der Gewebezellen nimmt zu. Während des Schlafs sind die willkürlichen Muskelaktivitäten fast vollständig verschwunden und Stoffwechsel, Atmung, Herzfrequenz, Körpertemperatur und Blutdruck nehmen ab. Die Aktivität des Verdauungssystems nimmt während der Ruhephase zu, die des Harnsystems dagegen ab. Vom Körper ausgeschüttete Hormone, wie das stimulierende Adrenalin, werden etwa zwei Stunden vor dem Aufwachen in maximaler Menge freigesetzt, damit der Körper auf Aktivität vorbereitet ist.

Der zirkadiane Zyklus wird von einer Hirnregion gesteuert, die als Hypothalamus bekannt ist und das Hauptzentrum für die Integration rhythmischer Informationen und die Festlegung von Schlafmustern ist. Ein Teil des Hypothalamus, der so genannte suprachiasmatische Nukleus (SCN), empfängt Signale über Licht und Dunkelheit von der Netzhaut des Auges. Bei Aktivierung durch Licht senden spezielle Fotorezeptorzellen in der Netzhaut über Neuronen des retinohypothalamischen Trakts Signale an den SCN. Die Signale werden an die Zirbeldrüse weitergeleitet, eine kleine kegelförmige Struktur, die am hinteren Ende (hinter dem Hypothalamus) des dritten Hirnventrikels sitzt und für die Produktion des Hormons Melatonin verantwortlich ist. Die zyklischen Schwankungen des Melatonins sind für die Aufrechterhaltung eines normalen zirkadianen Rhythmus unerlässlich. Wenn die Netzhaut Licht wahrnimmt, wird die Melatoninproduktion gehemmt und der Mensch wird wach. Die Wellenlänge (Farbe) und die Intensität des Lichts sind wichtige Faktoren, die das Ausmaß der Melatoninproduktion beeinflussen. Im Gegensatz dazu wird bei Dunkelheit die Melatoninproduktion erhöht, und der Körper beginnt, sich auf den Schlaf vorzubereiten. Schlafinduzierende Reaktionen wie das Absinken der Körpertemperatur und des Blutdrucks werden ausgelöst, wenn Melatonin an Rezeptoren im SCN bindet.

Das natürliche Zeitsignal für das zirkadiane Muster ist der Wechsel von Dunkelheit zu Licht. Wo die Tageslichtmuster nicht einheitlich sind, wie im Weltraum, werden reglementierte Zyklen eingerichtet, um den 24-Stunden-Tag zu simulieren. Versucht man, den zirkadianen Rhythmus zu durchbrechen, indem man den Schlaf über mehrere Tage hinweg ignoriert, kommt es zu psychischen Störungen. Der menschliche Körper kann lernen, in Zyklen zwischen 18 und 28 Stunden zu funktionieren, aber jede Abweichung, die darüber oder darunter liegt, führt in der Regel dazu, dass der Körper zu einem 24-Stunden-Zyklus zurückkehrt. Sogar in vollständig beleuchteten Gebieten wie der subpolaren Dämmerungszone hat der Körper regelmäßige Schlaf- und Wachzyklen, sobald die anfängliche Anpassung erfolgt ist.

Jede drastische Verschiebung des zirkadianen Zyklus erfordert eine gewisse Zeit der Umstellung. Jeder Mensch reagiert unterschiedlich auf diese Veränderungen. Reisen über mehrere Zeitzonen hinweg werden häufig von einer Störung des zirkadianen Rhythmus begleitet, die manchmal auch als „Jetlag“ bezeichnet wird. So entsteht beispielsweise bei einer Flugreise zwischen Tokio und New York City ein Zeitunterschied von 10 Stunden; es dauert in der Regel mehrere Tage, bis sich der Körper an den neuen Tag-Nacht-Rhythmus gewöhnt hat. Zu häufige Verschiebungen des zirkadianen Musters, wie z. B. mehrere Transatlantikflüge im Monat, können zu geistiger und körperlicher Ermüdung führen. Die Anpassung vor und nach dem Flug kann durch eine allmähliche Änderung der Schlafgewohnheiten erreicht werden, um die in der neuen Umgebung erforderlichen Schlafgewohnheiten zu simulieren. Die Raumfahrt ist noch extremer. In der Erdumlaufbahn werden die Astronauten zunächst mit den raschen Veränderungen des Tag-Nacht-Zyklus konfrontiert. Danach wird die Leere zu einer konstanten Schwärze ohne erkennbare Unterscheidung zwischen Tag und Nacht.

Der zirkadiane Zyklus kann die Wirksamkeit einiger Medikamente verändern. Beispielsweise scheint die zeitliche Abstimmung der Verabreichung von Hormonpräparaten mit ihrem natürlichen zirkadianen Produktionsmuster den Körper weniger zu belasten und wirksamere medizinische Ergebnisse zu erzielen.