11 Chronobiologie (S. 281-282)

Chronobiologie: Wissenschaft, die sich mit den zeitlichen Schwankungen von biologischen Funktionen beschäftigt, dabei spielen verschiedene Rhythmen eine Rolle:

- subdiane Rhythmik
- zirkadiane Rhythmik
- Tide-, Gezeiten- und Mondrhythmik Jahresrhythmik

Die Umwelt gibt diverse rhythmische Veränderungen vor, an die sich Organismen anpassen müssen. Viele biologische Prozesse, die in Lebewesen ablaufen, weisen daher in ihrer Aktivitätskurve regelmäßig abwechselnde Maxima (Akrophasen) und Minima (Bathyphasen) auf. Nimmt ein System in relativ konstanten Zeitinter vallen wiederkehrend bestimmte Zustandsformen an, spricht man von einem biologischen Rhythmus.

- Subdiane Rhythmik: Periodische Schwankungen im Stundenbereich (meist 3 bis 5 Stunden) sind für die Körpertemperatur, die Herzfrequenz und die Schilddrüsenaktivität beschrieben. ,
-  ,Zirkadiane Rhythmik: Die Abläufe im Organismus unterliegen der Steuerung durch eine „innere Uhr". Die molekularen Mechanismen sind am besten bei Drosophila melanogaster erforscht: Der Takt der „inneren Uhr" beruht auf dem periodischen Ein- und Ausschalten von bestimmten Genen (z.B. clock, cycle, per und tim). Einige dieser Gene kodieren für Proteine, die Komplexe bilden, in den Zellkern eindringen und schließlich im Sinne einer negativen Rückkopplung ihre Gene selbst abschalten.

Der enzymatische Abbau dieser Komplexe lässt den Zyklus erneut anlaufen. Die „innere Uhr" wird stets durch bestimmte Umweltfaktoren (v.a. die täglichen Lichtschwankungen) neu geeicht und damit Umweltschwankungen angeglichen. Es konnten Schrittmacherzentren lokalisiert werden, die sich im ZNS im Bereich des visuellen Systems befinden: Bei Wirbeltieren liegen sie über der Kreuzung der Sehnerven im Nucleus suprachiasmaticus (SCN) und/oder in der Epiphyse. Die Epiphyse (auch: Pinealorgan, Corpus pineale) synthetisiert das Hormon Melatonin. Sie ist bei Vögeln, Fischen, Reptilien und Amphibien im Übrigen noch lichtempfindlich.

Die „innere Uhr" der Epiphyse ist entwicklungsgeschichtlich älter als die des SCN. Bei Säugetieren steuert jedoch der SCN die Melatoninproduktion ebenso wie die übrigen zirkadianen Rhythmen. Neuere Beobachtungen weisen darauf hin, dass das Pinealorgan und der SCN nicht die einzigen zirkadianen Schrittmacher bei Wirbeltieren sind. Solche Strukturen konnten auch in der Netzhaut nachgewiesen werden, wobei ihre genauen Mechanismen noch unbekannt sind (Piechulla u. Roenneberg 1999).

Ohne den Abgleich mit den Umweltschwankungen läuft die „innere Uhr" alleine weiter. Ihr Tag hat dann jedoch zwischen 23 und 27 Stunden. Dabei muss es mehr als nur eine „innere Uhr" geben, da sich beispielsweise der Schlaf-Wach- Rhythmus von dem der Körpertemperatur unterscheidet. Einige Substanzen können im Tagesverlauf sehr stark um den Tagesdurchschnittswert schwanken. Die Werte weisen dabei eine sehr geringe statistische Streuung auf.

Beispielhaft seien einige Größen/Strukturen angeführt, für die tageszeitliche Schwankungen beschrieben sind: Blutdruck Herz- und Atemfrequenz Kerngröße Körpertemperatur Lysosomen (Morphologie und Aktivität) Ruhe- und Aktivitätsphasen Schmerzempfindlichkeit (am größten von 24 Uhr bis in den frühen Morgen) Serumkortisol Die tageszeitlichen Schwankungen in der Bioverfügbarkeit applizierter Arzneimit tel sowie die unterschiedliche Ansprechbarkeit der Zielgewebe sollten in der Therapie beachtet werden (Chronopharmakologie). Auch bei der Messung klinischer Parameter muss an entsprechende Schwankungen gedacht werden.