Nobelpreis Medizin 2017: Preisträger stehen fest

Redaktion PraxisVITA
Zellen
Woher wissen unsere Zellen, ob Tag oder Nacht ist? Drei US-Forscher haben es herausgefunden und erhalten dafür den Nobelpreis für Medizin oder Physiologie 2017 © iStock

Drei US-Wissenschaftler wurden in Stockholm für ihre Forschungen zur "inneren Uhr" geehrt. PraxisVITA erklärt, wie unsere Bio-Rhythmen funktionieren und hat dazu den Chronobiologen Prof. Roenneberg interviewt

Das Leben auf der Erde ist an die Rotation des Planeten angepasst. Seit vielen Jahren weiß die Wissenschaft, dass lebende Organismen, darunter auch Menschen, eine biologische Uhr haben, die ihnen hilft, sich an den Rhythmus aus Tag und Nacht anzupassen. Doch wie funktioniert diese biologische Uhr eigentlich?

Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young haben auf zellulärer Ebene die Taktgeber unserer inneren Uhr identifiziert und so den Bauplan unseres chemisches "Uhrwerks" entschlüsselt. Das Nobelpreis-Komitee hat darum beschlossen, den drei US-Forschern den diesjährigen Nobelpreis für Medizin oder Physiologie 2017 zu verleihen.

 

Protein reguliert biologische Uhr

In Versuchen mit Fruchtfliegen machten die Wissenschsftler ein Gen ausfindig, das den biologischen Rhythmus von Lebewesen reguliert. Sie konnten zeigen, dass dieses Gen ein Protein verschlüsselt, das sich während der Nacht in der Zelle anreichert und im Laufe des Tages abgebaut wird.

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Die biologische Uhr passt unsere Körperfunktionen den verschiedenen Phasen des Tages an. Sie reguliert den Schlafrhythmus, Essgewohnheiten, Hormonlevel, Blutdruck und Körpertemperatur© nobelprize.org

Dieser Mechanismus ermöglicht es unserem Körper, jederzeit perfekt auf den Wechsel der Tageszeiten eingestellt zu sein. Die biologische Uhr reguliert so Funktionen wie Verhalten, Hormonlevel, Schlafrhythmus, Körpertemperatur und Stoffwechsel.

Auf Basis dieser und ähnblicher Forschungen konnten Wissenschaftler die inneren Rhythmen unseres Körpers sehr genau erforschen. Das sind einige ihrer Ergebnisse:

 

24 Stunden: der Rhythmus des Lebens

Dass die Tageszeiten sich stark auf verschiedene Vorgänge in unserem Körper auswirken, weiß die Medizin schon seit längerem. Der Einfluss unserer inneren Uhr bewirkt, dass unser Körper bestimmte Aufgaben zu verschiedenen Tageszeiten am besten meistert. Das können wir uns zunutze machen. Ein Überblick:

 

6 Uhr morgens bis 18 Uhr abends

6 bis 9 Uhr: Der Körper drosselt jetzt die Produktion des Schlafhormons Melatonin – und wacht dadurch nach und nach auf. Auch das Verdauungssystem kommt langsam in Schwung.

9 bis 12 Uhr: Die geistige Leistungsfähigkeit erreicht ihren Höhepunkt. Vor allem das Kurzzeitgedächtnis ist aktiv. Doch: Unsere Schmerzempfindlichkeit ist nun besonders hoch. Deshalb in dieser Zeit lieber nicht zum Zahnarzt.

12 bis 15 Uhr: Unser Magen ist bereit für Höchstleistungen. Beste Zeit für die Mittagspause. Unser Geist hingegen erreicht einen Tiefpunkt. Nach dem Essen wäre daher eine Ruhepause am besten.

15 bis 18 Uhr: Die Schmerzempfindlichkeit ist sehr gering – jetzt ist also die ideale Zeit für einen Termin beim Zahnarzt. Und weil unsere Reaktionsfähigkeit nun besonders hoch ist und auch Herzleistung und Muskelkraft ihre Höchstwerte erreichen, macht Sport jetzt doppelt Spaß.

 

18 Uhr abends bis 6 Uhr morgens

18 bis 21 Uhr: Die Entgiftungsarbeit der Leber erreicht ihr Maximum. Wer sie dabei unterstützen möchte, greift jetzt zu 2 EL Artischockensaft. Fettiges, schweres Essen hingegen besser links liegen lassen. Wie wäre es stattdessen mit einem sanften Muskeltraining? Der Körper baut nun leichter als sonst "Muckis" auf.

21 bis 24 Uhr: Einige Stoffwechselorgane sind jetzt bereits inaktiv, etwa der Darm. Auch die Immunabwehr geht in die Regenerationsphase. Der Körper schüttet nach und nach mehr Schlafhormon aus – wir werden müde.

24 bis 3 Uhr: Die Tiefschlafphase beginnt. Blutdruck und Puls sinken. Selbst Nachtmenschen sind nun weniger konzentriert. Nur das Immunsystem vollbringt jetzt Höchstleistungen.

3 bis 6 Uhr: Die Körpertemperatur sinkt auf ihren niedrigsten Wert. Ab etwa fünf Uhr steigt der Blutdruck dann wieder an. Der Körper geht langsam in den Wachmodus über.

 

Interview: „Viele leben mit einem sozialen Jetlag“

Unsere Biologie gehorcht dem Takt einer uralten inneren Uhr. Sie hat mehr Macht über unser Dasein, als die meisten Menschen vermuten. Denn jeder hat seinen eigenen Lebenstakt, weiß der Chronobiologe Professor Dr. Till Roenneberg. Wie also ticken wir? Das wollten wir genauer wissen.

Herr Prof. Roenneberg, wo im Körper sitzt denn diese innere Uhr?

Prof. Roenneberg: In jeder einzelnen Zelle. Ob Darm, Leber oder Hormondrüsen, alle Gewebe haben ihre eigene innere 24-Stunden-Uhr. Den Takt in diesem "Uhrenladen" geben jedoch zwei winzige Zellhäufchen im Vorderhirn, dem Suprachiasmatischen Nucleus, abgekürzt: SCN. Er benutzt die Lichtinformationen, die über den Sehnerv von den Augen kommen, um sich mit dem Tag-Nacht-Rhythmus zu synchronisieren und koordiniert quasi als Dirigent alle anderen Rhythmen im Körper.

Welchen Sinn hat diese innere Uhr?

Sie bringt uns in Einklang mit den großen Rhythmen der Natur, mit dem Wechsel von Tag und Nacht, Helligkeit und Dunkelheit. Sie kann diese Veränderungen quasi voraussagen. Sie sorgt zum Beispiel dafür, dass vor dem Aufwachen die Körpertemperatur steigt und der Blutdruck hochgeht: Wir werden automatisch auf den Tag vorbereitet. Diese äußerst hilfreiche Eigenschaft hat sich schon vor etwa 500 Millionen Jahren entwickelt – alle Organismen sind damit ausgestattet.

Warum muss die innere Uhr denn überhaupt gestellt werden?

Da die Tageslänge der inneren Uhr – für sich allein genommen – leicht von 24 Stunden abweicht, muss sie täglich auf die 24-Stunden-Drehung der Erde eingestellt werden. Das geschieht vor allem durch Licht beziehungsweise durch den Wechsel von Tag und Nacht.

Wie aber funktioniert das dann bei völlig blinden Menschen?

Wenn Menschen nicht nur ihre Sehfähigkeit, sondern jegliche Lichtwahrnehmung verloren haben, dann kann ihre innere Uhr nicht mehr synchronisiert werden. Sie läuft dann automatisch mit einem ungefähren 25-Stunden-Tag. Das bedeutet, dass die Innenzeit von Blinden der sozialen Uhr jeden Tag etwa eine Stunde hinterherhinkt. Nach zwölf Tagen sind diese Menschen daher Nachtarbeiter, und nach zwölf weiteren Tagen leben sie vorübergehend wieder im Einklang mit dem sozialen Rhythmus.

Ist die innere Uhr denn bei allen anderen Menschen gleich?

Alle gesunden Menschen haben gemeinsam, dass ihre innere Uhr unter normalen Bedingungen perfekt an den 24-Stunden-Tag angepasst werden kann. Allerdings gibt es individuelle Unterschiede, wie sich die innere Uhr eines Einzelnen in den regelmäßigen Licht-Dunkel-Wechsel der Außenwelt einbettet. Diese genetischen Unterschiede führen zu den bekannten Früh- und Spättypen, den sogenannten Chronotypen. Die meisten Menschen liegen aber im Durchschnittsbereich, extreme Früh- und Spättypen trifft man eher selten an.

Und welche Auswirkungen hat das auf den Alltag der verschiedenen Chronotypen?

Durch die individuellen Unterschiede kommen Menschen besser oder schlechter mit den sozialen Zeiten ihres Alltags, zum Beispiel dem Arbeitsbeginn, zurecht. Die extremen Frühtypen werden am Abend sehr früh müde und können am sozialen Leben nicht mehr teilnehmen. Die extremen Spättypen wiederum haben oft große Schwierigkeiten, morgens rechtzeitig wach zu werden. Diese Situation verdeutlicht das Auseinanderdriften von innerer und äußerer Uhr, ein Phänomen, das wir sozialen Jetlag nennen.

Welche Folgen hat so ein sozialer Jetlag auf Dauer?

Er führt zu Schlafmangel sowie zu falschen Schlaf- und Aktivitätszeiten. Das bedeutet für den Körper auf Dauer Stress, sodass er anfälliger für Krankheiten wird.

Kann man sich irgendwie selbst helfen?

In beschränktem Rahmen kann man Innen- und Außenzeit aneinander annähern. Licht am Morgen etwa stellt die innere Uhr vor, Licht am Abend stellt sie hingegen zurück. Ausgesprochene Spättypen sollten deshalb vormittags möglichst viel Licht tanken und in der zweiten Tageshälfte meiden, eventuell sogar eine Sonnenbrille tragen. Ausgesprochene Frühtypen sollten genau das Gegenteil tun. Auf diese Weise bleiben sie abends länger wach und fit.

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