Das Geheimnis eines wunderbaren Hormons
unter Mitarbeit von Dr. Andrea Eder
Vorwort
Einleitung
I. Grundlagen aus der Melatonin-Forschung
Chronobiologie
Melatonin und seine Wirkungsweise
Melatonin und die wichtigsten Anwendungsbereiche
Störfaktoren für eine gesunde Melatoninproduktion
II. Melatonin im Praxisalltag
Melatonin, der Tausendsassa
Melatonin bei verschiedenen Krankheitsbildern
Schlaf
Neuropsychiatrische Störungen
Kopfschmerzen
Chronische Schmerzen
Augen
Herz-Kreislauf-Erkrankungen
Verdauungsapparat
Diabetes
Fruchtbarkeit und Schwangerschaft
Krebs
Resümee und Ausblick
Quellenverzeichnis
Bildnachweis
Über die Autoren
Im vorliegenden Buch beschreibt Dr. Jan-Dirk Fauteck die wichtigsten Grundlagen sowie die Notwendigkeit regelmäßiger biologischer Tagesrhythmen und erläutert prägnant die pathologischen Konsequenzen circadianer Rhythmusstörungen, von denen es leider sehr viele gibt. Einer der fundamentalsten und bekanntesten Rhythmen ist der von Melatonin, dem sogenannten „Dunkelhormon“. Eine Störung des Melatoninzyklus, aus welchem Grund auch immer, beeinträchtigt den Schlaf-Wach-Zyklus, der dann zu einer Vielzahl anderer neuronaler, metabolischer und psychologischer Probleme führt. Es ist ohne Zweifel, dass die Folgen des Verlustes von Melatonin und seines Rhythmus, der normalerweise nachts am höchsten ist, die sich daraus ableitende Schlafproblematik weit übersteigen. Ausreichendes Melatonin während der Nacht wirkt sich nicht nur positiv auf die Gehirnmorphologie und die neuronale Funktion, sondern auch auf viele andere physiologische Prozesse, die für unsere Gesundheit wichtig sind, aus.
In unserer modernen Gesellschaft gibt es leider keine klare Unterscheidung mehr zwischen Tag und Nacht, bedingt durch den weitverbreiteten Missbrauch von Licht in der Nacht, d.h. wir leben mit einer permanenten Lichtverschmutzung. Nächtliches Licht aber beeinträchtigt die Fähigkeit der Zirbeldrüse, Melatonin zu produzieren und abzugeben. Infolgedessen existiert entweder kein oder ein stark veränderter Melatoninrhythmus bei den Personen, die künstlichem Licht während der normalen Dunkelzeit ausgesetzt sind. Dies betrifft die meisten Menschen, die in Städten leben, und vor allem jene, die nachts arbeiten müssen. Diese Unterdrückung des natürlichen Melatoninrhythmus und nachfolgend aller anderen biologischen Zyklen stellt eine ernste Störung der biologischen Uhr vieler Organe dar, was zur Entstehung zahlreicher Erkrankungen beiträgt. Chronische Störungen dieser biologischen Rhythmen und allen voran des Melatoninzyklus werden seit kurzem mit einer Vielzahl von neurodegenerativen Erkrankungen, Stoffwechselstörungen wie Diabetes und sogar einem erhöhten Krebsrisiko verknüpft. Der Verlust von Neuronen beispielsweise ist oft eine Folge von übermäßigem oxidativen Stress, der durch Antioxidantien verhindert werden kann. Melatonin ist aber ein ungewöhnlich wirksames Antioxidans, sodass eine Reduktion der nächtlichen Melatoninmenge durch Licht in der Nacht mehrere negative gesundheitliche Folgen haben wird, da es zur Anhäufung von oxidativ-geschädigten Molekülen kommt.
Zusätzlich zum Verlust des Melatonins, das aus der Belichtung während der normalen Dunkelperiode resultiert, hat auch der allgemeine Alterungsprozess einen starken negativen Effekt auf die Funktion unserer biologischen Uhren und der Melatoninproduktion. Der Rückgang der Melatoninproduktion beginnt irgendwann im Erwachsenenalter und ist bei älteren Menschen oft komplett ausgeprägt. Dieser Abfall von Melatonin mit dem Altern scheint mit vielen altersbedingten Veränderungen in Zusammenhang zu stehen, seien es zum Beispiel Hautverschlechterung, grauer Star, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs, Neurodegeneration etc. – alles Erkrankungen, die mit höherem Alter vermehrt auftreten.
Von außen zugeführtes Melatonin wird häufig verwendet, um Schlafprobleme zu korrigieren; der Nutzen in diesen Bereichen beruht auf der Fähigkeit von Melatonin, die circadiane Uhr zu regulieren und somit den Schlaf-Wach-Rhythmus zu optimieren. Wegen seiner Eigenschaft als starkes Antioxidationsmittel kann Melatonin aber auch weitere medizinische Vorteile haben, da es den Körper gegen die Auswirkungen des Alterns und somit gegen viele altersbedingte Krankheiten schützt.
Dr. Fauteck prüft umfassend und autoritativ die umfangreiche wissenschaftliche Literatur, die die potenziellen Vorteile der Verwendung von Melatonin im Praxisalltag verdeutlicht. Melatonin ist ein ungiftiges Molekül, das seit vielen Jahren von Menschen sehr häufig verwendet wird. Nur sehr wenige unerwünschte Ereignisse wurden dabei berichtet, sodass man sagen kann, dass die Nebenwirkungen im Wesentlichen gleich null sind.
Das Buch von Dr. Fauteck beschreibt deutlich, wie Melatonin produziert und abgesondert wird, wie das vorherrschende künstlich auferlegte Licht während des Dunkelzyklus seinen Rhythmus stören kann und wie sich dies in andere potenzielle Pathologien umsetzt. Der Autor hat eine ausgezeichnete Arbeit geleistet, um die gestörten circadianen Rhythmen und die damit verbundene Melatoninproduktion in einen kausalen Zusammenhang mit Krankheitsprozessen zu bringen, dabei aber eine für alle Leser verständliche Form gewahrt. Somit ist dieses Buch ein wertvoller und wesentlicher Beitrag zum Verständnis der komplexen Verbindung von Licht und Dunkelheit, biologischer Uhr, Melatonin und menschlicher Gesundheit. Dieses Buch wird für alle, die es lesen, sehr lehrreich sein, denn die darin enthaltenen Informationen sind von hohem wissenschaftlichen Wert und nicht zu unterschätzendem praktischen Nutzen.
Russel J. Reiter, Ph.D., Dr. h.c. mult.
Professor für Zellbiologie an der University of Texas (San Antonio); forscht seit über 50 Jahren zum Thema Melatonin und ist mit mehr als 1.000 Originalarbeiten über dessen Wirkungsweise und Anwendung der meistzitierte Autor, wenn es um Melatonin geht.
Unser Leben wird von Rhythmen bestimmt, ebenso wie unser Körper: Wir stehen morgens auf, wir essen mehrmals am Tag, verrichten diverse Tätigkeiten, in der Nacht schlafen wir. Verantwortlich für diese Rhythmussteuerung ist ein Hormon, das erst Mitte der 1950er-Jahre entdeckt wurde: Melatonin. Seitdem macht es in seiner „Karriere“ als Untersuchungsobjekt Quantensprünge und wird immer wieder mit neuen vielversprechenden Synonymen bedacht: Melatonin gilt als das „Schweizer Messer“ (Reiter et al. 2014a) unter den Hormonen, als multifunktionales Talent, das mit seiner vielseitigen Wirkung auf unsere Gesundheit längst zum Star-Hormon avanciert ist. Doch hält es auch, was es verspricht?
Die Wissenschaft ist sich einig: Melatonin als das Multitasking-Hormon (Reiter et al. 2014a) hat schon jetzt alle Erwartungen bei weitem übertroffen! Und es ist noch mehr zu erwarten, denn die Forschung steckt, verglichen mit den jahrzehntelangen intensiven Untersuchungen anderer Körperfunktionen, noch in den Kinderschuhen.
Neben seinem schlafunterstützenden Effekt schützt Melatonin als potentes Antioxidans unseren Körper vor freien Radikalen und sichert Lebensqualität und geistige Fitness auch im hohen Alter. Es stärkt unser Immunsystem, senkt den Blutdruck und Cholesterinspiegel und kann damit helfen, Herzerkrankungen vorzubeugen. Aktuelle Studien beweisen zudem seine hervorragende Wirksamkeit u.a. in der Behandlung von Krebs, Diabetes, Migräne, chronischen Schmerzen, Augenerkrankungen oder Unfruchtbarkeit. Melatonin ist damit ein wahrer Tausendsassa für unsere Gesundheit.
Stellen Sie sich Ihre Organe als Orchester vor, das nur durch perfektes Zusammenspiel unter der Leitung eines begnadeten Dirigenten reibungslos funktioniert. Am Dirigentenpult: Melatonin, unser körpereigener Taktgeber, der für den Rhythmus sorgt und in der Nacht an alle wichtigen Körperfunktionen und Organe das Signal zur Regeneration gibt. Stimmt unser Rhythmus nicht mehr, kommt unser Körper aus dem Gleichgewicht. Ein Thema, mit dem sich die Chronobiologie seit erst rund zwei Jahrzehnten intensiv beschäftigt. Dank dieser jungen Wissenschaft haben wir erkannt, wie wichtig die Feinabstimmung der Rhythmizität für unsere Gesundheit und im Kampf gegen viele Krankheiten ist. Schon jetzt liefert uns die Chronobiologie maßgebliche physiologische und pathologische Erkenntnisse für eine individuelle Medizin. Und noch viel mehr ist in der Zukunft von dieser Wissenschaft zu erwarten.
Melatonin wird vor allem in der Zirbeldrüse produziert, die als Epiphyse oder Glandula pinealis seit Jahrtausenden erforscht wird. Schriftlich wurde die Pinealis erstmals bei Galenus von Pergamon (130 bis 200 n. Chr.), einem griechischen Arzt und Astronomen, erwähnt, der als Erster ihre Form, Struktur und Funktion beschrieben hat. Galenus wie auch andere griechische Philosophen sahen den Sitz der Seele bereits im Gehirn, d.h. speziell in der Pinealis, und nicht wie bis dahin üblich im Herzen. (Vgl. z.B. Kunz 2006, Arendt 1995, Yu et al. 1993)
Auch der französische Philosoph und Mathematiker René Descartes beschäftigte sich, auf der Suche nach dem Sitz des Denkens, mit der Zirbeldrüse. Er war fasziniert von der Pinealis und schrieb ihr, gewissermaßen als „drittes Auge“, die Kontrolle der Körperbewegungen zu. Denn er war überzeugt, dies geschehe über die Retina, die Netzhaut des Auges. Und: Descartes war der festen Meinung, der Sitz der Bewegung liege in der Pinealdrüse.
Abb. 1: Historische Abbildung nach Descartes
Im 17. Jahrhundert kam diese Theorie dann wieder ins Wanken: Wissenschaftler dieser Zeit betrachteten die Pinealis lediglich als verkümmerte Drüse ohne jegliche Funktion. In den folgenden Jahrhunderten weckte die pinienförmige Zirbeldrüse – daher auch ihr lateinischer Name Glandula pinealis – das Forschungsinteresse nur selten und lediglich halbherzige Untersuchungen wurden angestellt. Dennoch wurde immer wieder der Versuch unternommen, ihr Mysterium zu lüften, doch behielt sie bis zur Mitte des vorigen Jahrhunderts viele ihrer Geheimnisse.
Bewegung in die moderne Melatonin-Forschung kam 1958 durch den Dermatologen Aaron Lerner. Mit Tests an Amphibien wollte er jenes Hormon, das für den bleichenden Faktor ihrer Haut verantwortlich ist, untersuchen. Dafür interessierte er sich besonders für die Zirbeldrüse, die bisher auf kein großes wissenschaftliches Interesse im dermatologischen Bereich gestoßen war. Nach vier langen Forschungsjahren glückte Lerner der Durchbruch und er konnte das Hormon benennen, das für die Hautbleichung verantwortlich ist: „N-acetyl-5-methoxy-tryptamin“, das er kurz als „Melatonin“ bezeichnete, eine Wortschöpfung aus dem Pigmentstoff „Melanin“ (Mela-) und dem Glückshormon „Seratonin“ (-tonin), aus dem Melatonin – vereinfacht ausgedrückt – produziert wird.
Lerner war es auch, der durch einen Selbstversuch erstmals die schlafunterstützende Wirkung von Melatonin entdeckte: Er nahm 100 mg Melatonin ein und bemerkte, dass er, außer großer Müdigkeit, keine Nebenwirkungen verspürte. Ein weiterer Durchbruch gelang 1963, als Richard Wurtmann herausfand, dass Melatonin nur in der Dunkelheit in den Kreislauf gelangt bzw. produziert wird.
Die negative Wirkung von Licht auf die Melatoninproduktion konnte Alfred Lewy 1981 erstmals beweisen – eine wichtige Erkenntnis auch für die Chronobiologie. Somit konnte nämlich gezeigt werden, dass der Taktgeber Hell-Dunkel in unserem Körper in ein Signal übersetzt wird, das in weiterer Folge unseren Rhythmus bestimmt. Gerade diesem Unterschied von Tag- und Nacht-Rhythmus – zum Beispiel beim Jetlag – und seinen Auswirkungen auf unseren Körper und unsere Gesundheit haben sich bis heute viele Forscher verschrieben. (Vgl. dazu Johnston & Skene 2015)
Ab den 1980er-Jahren intensivierte sich das Interesse an Melatonin und seiner Erforschung – und hält bis heute an (Varoni et al. 2016) –, um seinen vielfältigen Wirkungen auf unsere Gesundheit auf den Grund zu gehen. Noch vieles bleibt zur Wirkungsweise zu erforschen, bisherige Studien lassen aber ein noch breiteres Spektrum seiner positiven Effekte auf unseren Organismus erwarten als bisher angenommen.
Seinen „Hype“ erlebte Melatonin in den 1990er-Jahren, vor allem in den USA: Als Wundermittel propagiert, stürzten sich die Amerikaner geradezu auf die bald frei verkäuflichen Präparate, noch gefördert durch das 1995 erschienene Buch „The Melatonin Miracle“. (Pierpaoli & Regelson 1995) Erste Studien und Tests erteilten allen wundersamen Versprechungen dieser Publikation eine Absage: Skepsis über die nicht eindeutige und erhoffte Wirkung von Melatonin war die Folge. (Reiter & Robinson 1995)
In den folgenden Jahrzehnten entwickelte sich das Interesse an Melatonin sprunghaft: Laut PubMed, einer englischsprachigen Datenbank mit wissenschaftlichen Artikeln zur gesamten Biomedizin, wurden im Jahre 1995 465 Arbeiten zu Melatonin veröffentlicht. 2016 waren es 1.092 Arbeiten, die in hochwissenschaftlichen Zeitschriften publiziert wurden. Sie sehen: Das Forschungsinteresse an Melatonin ist enorm, insgesamt werden auf PubMed derzeit (Stand: Jänner 2017) sage und schreibe 21.893 Beiträge gelistet, die sich mit der Wirkung von Melatonin beschäftigen.
Die Chronobiologie, die Wissenschaft der inneren Rhythmen, leitet sich ab aus den griechischen Wörtern „chrónos“ (Zeit), „bíos“ (Leben) und „lógos“ (Rede, Wort). Sie beschreibt damit unsere biologischen Rhythmen, die beeinflusst sind von inneren (endogenen) und äußeren (exogenen) Taktgebern, die sich wiederum gegenseitig beeinflussen. Herzschlag, Atmung, Schlaf – all das wird von unseren inneren Rhythmen gesteuert.
Der wichtigste exogene Taktgeber ist die Sonne. Vor Urzeiten, als unsere Vorfahren noch nicht einmal das Feuer für sich entdeckt hatten, passte sich der Mensch diesem natürlichen Zeitgeber an. Ab Sonnenaufgang arbeitete man, die Nacht diente dem Schlaf und der Regeneration.
Hormone, Organe, unser ganzer Körper folgt einer bestimmten Rhythmik, die wiederum den Tageszeiten unterworfen ist. Haben Sie schon einmal Schuhe am frühen Vormittag gekauft? Wie ist es Ihnen ergangen, als Sie Ihren neuen Kauf am Abend zum Ausgehen anprobiert haben? Haben sie noch genauso gut gepasst wie zu Beginn des Tages? – Vermutlich nicht, was mit Ihren geschwollenen Füßen zusammenhängt, und dies wiederum mit der Rhythmik Ihres Körpers.
Oder ein anderes Beispiel: Wann kuscheln Sie am liebsten mit Ihrem Partner? Am Vormittag? Oder zu Mittag? Vermutlich eher am Abend und das ist völlig normal. Denn die Wissenschaft weiß längst, dass die Sexualhormone des Menschen keineswegs vor dem Schlafengehen auf ihrem Höchststand sind, sondern vielmehr morgens, wenn die Geschlechtsorgane gut durchblutet und weich sind. Das sogenannte „Kuschelhormon“ hingegen hat seinen Höhepunkt zum Abend hin.
Abb. 2: Der Rhythmus des Lebens
Sie sehen schon: Alle Vorgänge in unserem Körper werden von einem Rhythmus bestimmt, der mitunter sogar messbar ist, wie das Schuh-Beispiel zeigt. Auch unsere Körpergröße variiert, ähnlich wie die Füße, im Laufe eines Tages zwischen ein und zwei Zentimetern. Für die medizinische Diagnostik ist es ebenfalls wichtig, die Gesetze der Chronobiologie zu beachten: Eine Blutanalyse am Abend durchgeführt, zeigt im Ergebnis mehr Blutkörperchen als am Morgen.
Unbewusst wenden Sie die Gesetzmäßigkeiten der Chronobiologie vermutlich schon jetzt an: Wenn Sie eine Frau sind, tragen Sie morgens vielleicht eine leichtere Hautcreme mit UV-Schutz auf als am Abend. Wenn Sie eine Diät machen, nehmen Sie am Abend wohl kaum eine Kalorienbombe zu sich. Viele Menschen verzichten ab einer bestimmten Uhrzeit auf Kaffee, weil sie dann nur schwer einschlafen können. Die Chronobiologie bestimmt damit viele unserer täglichen Handlungen, ohne dass wir diese bewusst wahrnehmen. (Siehe Abb. 2, S. 19)
Die Chronobiologie hat sich erst spät, Mitte der 1980er-Jahre, als eigenständige und anerkannte wissenschaftliche Disziplin etabliert. Erst ab diesem Zeitpunkt wurden die tageszeitlichen rhythmischen Schwankungen unseres Körpers, zum Beispiel die Herzfrequenz, der Blutdruck oder die Körpertemperatur, nicht mehr als pathologische, also krankhafte Erscheinungen betrachtet, sondern als physiologische, natürliche Prozesse.
Was drei Jahrzehnte zuvor noch belächelt wurde, wird heute intensiv erforscht – mit beeindruckenden und erstaunlichen Ergebnissen zum Zusammenspiel von Körper, Geist und Zeit. Untersuchungen haben gezeigt, dass zum Beispiel Herzfrequenz, Blutdruck oder Körpertemperatur rhythmisch während des Tages schwanken: So ist Ihre Körpertemperatur in der Früh höher als am Abend. – Ein ganz natürlicher Vorgang, denn Ihr Organismus passt sich seiner Umgebung an.
Wenn diese Anpassungsleistung fehlt oder Ihre Biorhythmen Störungen ausgesetzt sind, kommt es zum Stress für den Organismus – mit oft ernsten Konsequenzen für die Gesundheit. Denken Sie an Menschen, die täglich Schichtarbeit leisten, mit völlig unterschiedlichen Tag-Nacht-Rhythmen. Studien haben ergeben, dass sie wesentlich öfter an Diabetes, Bluthochdruck und Krebs leiden. Ihre inneren Rhythmen sind völlig aus dem Gleichgewicht, sie arbeiten eigentlich gegen ihren Rhythmus, was zusätzlich zu Verdauungsproblemen, Nervosität, Schlafstörungen, Herzkrankheit, reduzierten Gedächtnisleistungen und minderer Konzentration führen kann. All diese Rhythmusstörungen haben eins gemeinsam: eine gestörte, oftmals erniedrigte Melatoninproduktion.
Die gedrosselte Melatoninproduktion stört auch Prozesse der Zellteilung und Zellreparatur, wodurch das Risiko einer Tumorbildung erhöht wird. Ältere (z.B. Reiter & Robinson 1995) und neuere Studien (z.B. Vetter et al. 2016, Bhatti et al. 2016, Qian & Scheer 2016) kommen stets zum selben Schluss: Jede Störung unseres natürlichen Rhythmus bzw. eine veränderte Melatoninfreisetzung zieht schwere Folgen für unsere Gesundheit nach sich.
Licht und Dunkel – diese Impulse bestimmen unsere Wachzeiten und unseren Schlaf, kurz: unseren Tag-Nacht-Rhythmus. Melatonin, das Hormon der Dunkelheit, gibt die Information „Nachtbetrieb“ an unser Gehirn und alle anderen Organe in unserem Körper weiter: Die Körpertemperatur sinkt, unsere Organe beginnen mit ihrer Regeneration.
Melatonin wird hauptsächlich in der Zirbeldrüse (= Pinealorgan), dem sogenannten „dritten Auge“, gebildet. Es wird deshalb so bezeichnet, weil jeder Lichtimpuls von der Netzhaut des Auges, der Retina, an die innere Uhr, den SCN – Nucleus suprachiasmaticus – weitergeleitet wird, der eine Schaltzentrale unseres Gehirns ist. Der SCN wiederum ist über einen komplexen Weg mit der Zirbeldrüse verbunden, wo das Melatonin vor allem in der Nacht, also bei kompletter Dunkelheit, gebildet wird.
Abb. 3: Schematische Darstellung der komplexen Verknüpfung verschiedener Zeitgeber (modifiziert nach Hardeland 2013)
Weitere Orte im Körper, wo das Melatonin während des Tages produziert wird, sind der Verdauungstrakt oder die Blutplättchen, die Retina, der Hoden und die Eierstöcke, das Rückenmark, die Lymphozyten, die Haut usw. – Dieses, auch bei Tageslicht produzierte, Melatonin hat vor allem lokale Effekte, zum Beispiel in seiner Wirkung als Antioxidans. Inwiefern und ob überhaupt das hier produzierte Melatonin die nächtliche Melatoninproduktion in der Zirbeldrüse beeinflusst und somit auch als übergeordneter Zeitgeber funktioniert, ist noch Gegenstand von Untersuchungen. (Siehe Abb. 3)
Melatonin wird, wie erwähnt, vor allem bei Dunkelheit, also in der Nacht, im Pinealorgan produziert und freigesetzt. Licht hingegen unterdrückt diese Produktion. Die Information „Dunkelheit“ wird durch das Melatonin an fast alle Zellen und Organe weitergegeben. Das Hormon wirkt dadurch wie ein innerer Signal- und Zeitgeber auf die Zellen und Organe ein, denn jede Zelle folgt einer bestimmten Rhythmik. (Siehe Abb. 4, S. 24)
Während des Tages wird sehr wenig Melatonin ausgeschüttet, erst am Abend beginnt die intensive Produktion. Gegen 23:00 Uhr schnellt der Pegel des „Schlafhormons“ auf das Achtfache des Tagespensums. Das ist das Signal für den Befehl „Nachtbetrieb“ an die Organe, und das Gehirn speichert jetzt zum Beispiel die wichtigen Informationen vom Tag ins Langzeitgedächtnis.
Abb. 4: Schematische Darstellung des normalen Melatoninrhythmus eines Erwachsenen
Diese Ruhezeiten sind für die Organe und unseren Organismus lebenserhaltend und gesundheitsfördernd. Das zeigt sich auch daran, dass die Wissenschaft heute mehr als 100 Leiden unterscheidet, die als schlafbezogen gelten! (Siehe Abb. 5)
Ist unser Schlaf gestört, kann das viele Ursachen haben. Wir leben in einer Zeit, in der wir permanent Licht ausgesetzt sind: der Fernseher und das Handy mit ihrem blauen Licht, der Wecker neben unserem Bett – all diese Geräte sind Rhythmuszerstörer, die unseren Melatoninhaushalt durcheinanderbringen. (Vgl. z.B. Chang et al. 2015)
Studien haben gezeigt, dass hingegen rotes Licht die nächtliche Melatoninproduktion wesentlich weniger negativ beeinflusst und sogar Menschen mit einer Störung des Schlaf-Wach-Rhythmus (Delayed Sleep Phase Disorder, DSPD) helfen kann, zu einem gesunden Schlaf zu kommen. (Esaki et al. 2016)
Abb. 5: Komplexe neuronale Verknüpfung des Auges mit dem Pinealorgan. Sobald Licht auf die Netzhaut fällt, wird die Produktion von Melatonin im Pinealorgan blockiert.
Auf unserer äußeren Netzhaut sorgen Sinneszellen dafür, dass wir den Unterschied von Hell und Dunkel wahrnehmen. Diese Information wird über die sogenannten Photorezeptoren über die Nervenzellen an das Gehirn weitergegeben und von dort an das Pinealorgan und anschließend weiter an alle Organe in unserem Körper.
Was sind Photorezeptoren?
Photorezeptoren sind Zellen, die vermehrt das Pigment Melanopsin enthalten und die besonders auf Licht reagieren, d.h. neben den Stäbchen und Zäpfchen im menschlichen Auge für das Empfangen von Licht von Bedeutung sind.
Auch blinde Menschen, sofern ihre Netzhaut nicht völlig zerstört ist, nehmen den Unterschied von Dunkelheit und Helligkeit wahr, geht es dabei doch nur um ein Empfinden des Lichts, was oftmals nicht bewusst wahrgenommen wird. Dennoch: Sehbehinderte Menschen haben meist empfindlichere Photorezeptoren, die sehr sensibel auf jede noch so kleine Lichtveränderung reagieren. Darin liegt auch ein Grund, warum sie dreimal so häufig von der jahreszeitlichen Depression (SAD) betroffen sind, eine Erkrankung, die u.a. auf eine gestörte Melatoninproduktion zurückzuführen ist. (Madsen et al. 2016a)
Was ist aber nun eigentlich ein biologischer Rhythmus? Die Frage kann nicht eindeutig beantwortet werden, denn die Chronobiologie kennt viele Rhythmen von unterschiedlicher Länge. Manche erzeugt unser Körper selbst, andere werden von äußeren Umwelteinflüssen bestimmt. Fest steht: Jeder regelmäßige biologische Prozess kreiert automatisch seinen eigenen biologischen Rhythmus. Fast alle Rhythmen stehen wiederum in einem gegenseitigen Wechselspiel, sodass sie sich untereinander beeinflussen und regulieren. Der Tag-Nacht-Rhythmus sowie der daraus resultierende Melatoninrhythmus spielen hierbei eine Hauptrolle, indem sie viele der körpereigenen Rhythmen untereinander synchronisieren.
Die wichtigsten Rhythmen lassen sich hinsichtlich ihrer jeweiligen Periodendauer beschreiben, also jener Zeit, die sie benötigen, um einen Zyklus zu durchlaufen, bzw. danach, wodurch sie beeinflusst werden:
Darunter versteht man einen biologischen Rhythmus mit einer periodischen Dauer von ca. 24 Stunden. Die Körpertemperatur, die Produktion vieler Hormone, die Schmerzempfindlichkeit und die Leistungsfähigkeit, die motorische Aktivität und viele wichtige andere Prozesse werden von den circadianen Rhythmen gesteuert.
Der wichtigste circadiane Rhythmus für den Menschen ist der Schlaf-Wach-Rhythmus. Licht ist der stärkste äußere Zeitgeber des circadianen Systems. Denn es beeinflusst den zeitlichen Ablauf vieler physiologischer Prozesse. So auch die tägliche Variation der Melatoninproduktion. Übrigens: Melatonin ist nicht nur im Blut feststellbar, sondern in nahezu jeder Körperflüssigkeit, und es ist das Hormon mit den größten Konzentrationsschwankungen innerhalb von 24 Stunden.
Bei einem Rhythmus von weniger als 24 Stunden spricht man von einem ultradianen Rhythmus, bei mehr als 24 Stunden von einem infradianen Rhythmus. Ihr Hungergefühl meldet sich in regelmäßigen Abständen? – Dafür verantwortlich ist der ultradiane Rhythmus. Darmentleerung und Sexualität werden hingegen vom infradianen Rhythmus gesteuert. Auch die Natur kennt ihre Rhythmen: So folgen zum Beispiel die Gezeiten, Ebbe und Flut, dem ultradianen Rhythmus.
In einer Studie konnte ein Zusammenhang hergestellt werden zwischen ultradianen Rhythmen und mentaler Gesundheit (Blum et al. 2014): Unser Hungergefühl folgt einem ultradianen Rhythmus von ca. vier Stunden, was in erster Linie von Dopamin, einem Neurotransmitter, reguliert zu werden scheint. Da Dopamin auch für die geistige Gesundheit eine zentrale Rolle spielt, hat ein Ungleichgewicht im Dopaminhaushalt Konsequenzen für unsere geistige Gesundheit. Störungen des Dopaminspiegels sind bei verschiedenen Geisteskrankheiten, von Schizophrenie bis hin zu bipolaren Störungen, entdeckt worden. Neuere Untersuchungen belegen, dass auch Störungen von circadianen Rhythmen, z.B. bei der Freisetzung von Melatonin, diese ultradianen Rhythmen negativ beeinflussen (Tosini et al. 2008) und somit sowohl Ess- als auch Gedächtnisstörungen hervorrufen können.
Etwa ein Jahr umfasst der circannuale Rhythmus. Die Jahreszeiten mit ihren Auswirkungen auf unser Gemüt oder unser Immunsystem sind Beispiele dafür, wie sich dieser zeitliche Rhythmus auf unsere Befindlichkeit auswirkt. Sie haben in den Wintermonaten ein größeres Schlafbedürfnis oder größeren Appetit auf Nudeln, Kartoffeln & Co.? – Dann bedanken Sie sich bei Ihrem circannualen Rhythmus, der bis zu 25 Prozent aller Menschen beeinflusst. Speziell bei dieser Personengruppe scheint die verlängerte Melatoninausschüttung während der Wintermonate andere Rhythmen vermehrt zu beeinflussen.
Darüber hinaus kennt man auch noch andere Rhythmen, wie den septannualen Rhythmus, dem zum Beispiel alle sieben Jahre die Algenplagen folgen. Sollten Sie Ihren nächsten Urlaub planen, vergewissern Sie sich also besser, wann Ihr Urlaubsziel zum letzten Mal von Algen überschwemmt wurde. Ein typischer circalunarer Rhythmus wiederum ist der Menstruationszyklus der Frau, der sich ca. alle 28 Tage wiederholt.
All jene Rhythmen, die unser Körper selbst erzeugt, bezeichnen wir als endogene Rhythmen, darunter fallen beispielsweise die Herz- oder Atemfrequenz oder die rhythmische Hormonfreisetzung. Der endogene Rhythmus bleibt weitgehend gleich, auch wenn sich unsere Umgebungsbedingungen ändern. Anders funktionieren hingegen exogene Rhythmen, die von Umwelteinflüssen gesteuert werden und von außen auf uns einwirken, wie z.B. der Tag-Nacht-Wechsel oder unsere Nahrungsaufnahme.
Endogene und exogene Rhythmen beeinflussen sich meist gegenseitig. Kühle Temperaturen in der Früh sorgen zum Beispiel dafür, dass wir morgens aufwachen, egal wie erholsam der Schlaf war. Es gibt aber auch Rhythmen, die weitgehend unabhängig voneinander ablaufen, wie zum Beispiel die Nierenfunktion, die relativ autark ist, oder auch die Insulinausschüttung. Unabhängig von der Nahrungsaufnahme schüttet die Bauchspeicheldrüse tagsüber dreimal Insulin vermehrt aus: morgens, mittags und am Abend. Aber: Alle Rhythmen lassen sich synchronisieren – durch den wichtigsten Impulsgeber in unserem Körper: Melatonin.
Jeder Mensch hat verschiedene innere Uhren, die sich gegenseitig beeinflussen. Und auch die Hormone in unserem Körper folgen einer Rhythmik, sie sind zeitlich getaktet, darunter zum Beispiel die Sexualhormone zur Fortpflanzung, Stresshormone, etwa zur Krankheitsunterdrückung, oder Steuerungshormone, die unser Essverhalten regeln.
Unser Körper ist nach einer „Hauptuhr“ und vielen „Nebenuhren“ getaktet: Die Hauptuhr, der SCN – Nucleus suprachiasmaticus –, sitzt im Gehirn. Stellen Sie sich dazu eine Atomuhr vor, nach der sich alle digitalen Uhren richten. Diese Funktion übernimmt in unserem Körper der SCN. Diese Uhr wiederum wird maßgeblich durch den Wechsel von Helligkeit und Dunkelheit, also Tag und Nacht, täglich aufs Neue auf den 24-Stunden-Rhythmus eingestellt. (Siehe Abb. 6)
Abb. 6: Melatoninrezeptoren auf der menschlichen inneren Uhr (SCN). Mikroskopische Darstellung (A) der Hypothalamus-Region mit dem Sitz der inneren Uhr = SCN (Pfeile) sowie Nachweis der Melatoninrezeptoren im SCN (B; Pfeile)
Der SCN gibt den circadianen Rhythmus vor, übermittelt diesen über das Nervensystem und die Hormone an die übrigen Organe. Die hier sitzenden Nebenuhren richten sich somit nach der Hauptuhr aus. Wird dieses komplexe Zusammenspiel der Uhren dauerhaft gestört – man spricht dann von Chronodisruption –, kann dies zu zahlreichen Krankheiten führen.
Neben dem Melatonin spielt das Hormon Cortisol in unserem circadianen Rhythmus eine Schlüsselrolle. Zwischen 4:00 und 5:00 Uhr in der Früh steigt es kontinuierlich an – es wird übrigens in der Nebenniere gebildet – und erreicht seinen Höchststand gegen 8:30 Uhr. Im Laufe des Tages sinken die Cortisolwerte, bis sie gegen Mitternacht auf ihrem tiefsten Level ankommen, um dann vier bis fünf Stunden später wieder ihren Kreislauf aufzunehmen.
Unsere zentrale „Hauptuhr“, der SCN, und die peripheren „Nebenuhren“ scheinen wesentlich auch von Cortisol gesteuert und synchronisiert zu werden, und sie steuern damit auch unseren Tag-Wach-Rhythmus. Denn während Melatonin dafür sorgt, dass wir in der Nacht schlafen, bringt uns Cortisol in der Früh auf Trab und sorgt für unsere Aktivität während des Tages, bis es am Abend quasi das Zepter an das Hormon der Dunkelheit übergibt. Interessant ist dabei die Tatsache, dass eine Verschiebung der Melatoninrhythmik fast immer auch eine Verschiebung der Cortisolfreisetzung hervorruft.