Einleitung
Gesund leben und gesund altern, dabei geistig und körperlich fit bleiben. – Danach sehnt sich wohl jeder von uns. Ein Wunsch, der mit der Chronobiologie, dieser jungen Wissenschaft, die das Zusammenspiel von Zeit, Rhythmizität und Gesundheit untersucht, Wirklichkeit werden könnte.
Leistungssportler, die ihr Training mit ihrem persönlichen Leistungshoch abstimmen, Chefs, die wissen wollen, wie ihre Mitarbeiter ticken, oder Kosmetikunternehmen mit ihren Pflegeprodukten, die sich dem Tagesrhythmus der Haut anpassen: Die Chronobiologie ist auf dem Vormarsch, viele unserer Lebensbereiche zu verändern, vermutlich sogar zu revolutionieren. Noch immer kennen Wissenschaftler nicht alle ihre Geheimnisse und Mechanismen. Aber es wird daran gearbeitet, und das sehr intensiv und in vielen Bereichen.
Schon jetzt ist gewiss: Leben wir nach unseren inneren Uhren und berücksichtigen wir die vielen Rhythmen in unserem Organismus, dann hat dies einen großen Effekt: auf unsere mentale und körperliche Gesundheit, aber auch auf den Verlauf vieler Krankheiten.
Mit der Verleihung des Nobelpreises für Medizin 2017, den Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young für ihre Erforschung der molekularen Grundlagen der inneren Uhren erhielten, bekommt die Chronobiologie nun den Stellenwert, den sie seit langer Zeit verdient.
Denn schon heute nutzen viele medizinische Bereiche die Gesetzmäßigkeiten der Chronobiologie, um Patienten effizienter und mit weniger Nebenwirkungen zu behandeln, etwa in der Krebstherapie. Dabei kommt es nicht nur darauf an, was man in welcher Dosierung gegen bestimmte Erkrankungen gibt, sondern es scheint vermutlich viel wichtiger zu sein, wann die Verabreichung stattfindet. Kurz gesagt: Alles ist eine Frage der Zeit.
Chronobiologie – eine neue Wissenschaft mit hohem Potenzial
Zeit ist in unserer schnelllebigen Gegenwart ein Thema, das uns alle betrifft. Stets haben wir zu wenig davon, uns läuft die sprichwörtliche Zeit davon, während wir doch am Puls der Zeit leben. Vermutlich haben auch Sie es schon erlebt: Die Zeit hat uns fest im Griff.
Das betrifft aber nicht nur unser Zeitalter, denn schon für unsere Urahnen, bis zurück zu den Anfängen der Menschheitsgeschichte, war das Thema stets aktuell und hat Philosophen und Wissenschaftler gleichermaßen fasziniert. Waren es früher meist praktische, lebenserhaltende Überlegungen, auf denen dieses große Interesse beruhte, dient die Zeit heute dazu, unseren Alltag zu organisieren, eingeteilt in Stunden- und Zeitpläne.
Längst ist es für uns selbstverständlich, dass wir mit einem Blick auf die Uhr wissen, wie spät es ist. Doch das war nicht immer so. Schon die Maya haben mit ihren sehr komplexen Kalendern versucht, der Zeit Herr zu werden. – Übrigens sehr erfolgreich, denn ihre Berechnungen erweisen sich noch heute als richtig. Bis im frühen 20. Jahrhundert die erste Armbanduhr erfunden wurde, versuchte man die Zeit mit Sonnen- und Wasseruhren, Räderuhren, Pendeluhren, Taschen- und Tischuhren zu messen – meist sehr ungenau.
Folgt man der griechischen Mythologie, hat alles mit Chronos, dem Gott der Zeit, begonnen. Chronos, der Sohn von Himmelsgott Uranus, tötete zuerst seinen Vater, um die alleinige Macht über das Himmelsreich zu erlangen. Dann verschlang er alle seine Kinder, damit ihn nicht ein ähnliches Los wie seinen Vater ereile. Nur ein Sohn überlebte, Zeus, was aber eher einem glücklichen Zufall denn der Gnade des Vaters zu verdanken war.
Sie fragen sich, was das alles mit dem menschlichen Körper und unserem Thema, der Chronobiologie, zu tun hat? Nun, es war Chronos, der Gott der Zeit, der gemeinsam mit „bíos“, dem Leben, und „lógos“, dem Wort, der Chronobiologie ihren Namen gegeben hat.
Die inneren Uhren
Stellen Sie sich vor, die Uhren würden weltweit ausfallen. – Was für ein Chaos! Der Verkehr, das Wirtschaftsleben, alles käme zum Stillstand. Sie würden überall zu spät erscheinen: zu einer Verabredung, einem Meeting und zur Arbeit. Kommt das öfter vor, könnte das möglicherweise Konsequenzen für Sie haben, etwa, weil Sie Ihren Job verlieren.
Ganz ähnlich verhält es sich mit den Uhren in unserem Körper. Denn auch unser Organismus hat seine eigene Zeitmessung. Dafür sorgen eine Hauptuhr und viele Nebenuhren, die voneinander abhängig sind. Tickt eine Uhr nicht richtig, hat das Konsequenzen für die anderen und damit Folgen für unsere Körperfunktionen.
Die Chronobiologie beschäftigt sich genau damit, indem sie untersucht, wie die biologischen Rhythmen in unserem Körper funktionieren und wie diese durch innere (endogene) und äußere (exogene) Vorgänge beeinflusst werden. Schlafen, Essen, Fortpflanzung, unsere geistige und körperliche Leistungsfähigkeit, Emotionen – alle biologischen Systeme in unserem Organismus haben ihre eigenen Rhythmen, verlässlich wie ein Schweizer Uhrwerk, wenn sie denn nicht immer wieder durch Einflüsse gestört würden.
Historischer Hintergrund
Die Erkenntnis, dass manche Körperfunktionen, aber auch Krankheiten nach einem regelmäßigen Zyklus funktionieren, ist jahrtausendealt: Schon Hippokrates (460 bis 370 v. Chr.) beobachtete, dass Fieber einem 24-Stunden-Zyklus folgt. Auch Galenus von Pergamon (130 bis 200 n. Chr.) stellte fest, dass manche Krankheitssymptome, wie sie etwa beim Fieber der Malaria beobachtet werden, periodisch auftreten. Noch aber hatten die Gelehrten nicht entdeckt, dass diese regelmäßigen Rhythmen nicht nur durch äußere Umweltfaktoren, sondern auch durch innere Körperprozesse beeinflusst werden.
Das änderte sich erst zu Beginn des 18. Jahrhunderts und den Untersuchungen des französischen Astronomen Jean Jacques d’Ortous de Mairan (1678–1771). Er beobachtete die täglichen Blattbewegungen der Mimose und entdeckte, dass sich die Blätter der Pflanze während des Tages zur Sonne öffneten, in der Dämmerung wieder schlossen. Was er zudem entdeckte: Entzog man den Pflanzen das Tageslicht, so öffneten und schlossen sich die Blüten dennoch rhythmisch für einige Tage weiter. (Siehe Abb. 1) – Ein wichtiger Meilenstein in der Geschichte der Chronobiologie, mit dem de Mairan zeigen konnte, dass Pflanzen ihren eigenen biologischen Rhythmus haben.
Abb. 1: Erste Beobachtungen der rhythmischen Aktivität von Pflanzen nach de Mairan, 1729
In der Folge beschäftigten sich viele Wissenschaftler, darunter Georg Christoph Lichtenberg, Carl von Linné oder Charles Darwin, mit der Rhythmizität und berichteten über ähnliche Phänomene.
1796 beschrieb der deutsche Arzt Johann Christian Reil (1759–1813), der als Kurarzt auch Johann Wolfgang von Goethe und Wilhelm Grimm behandelte, die Vorteile einer Chronotherapie (siehe Abb. 2), wenn er meinte, man sollte unsere täglich variierenden Körperfunktionen in Harmonie mit verabreichten Medikamenten bringen. (Reil 1796)
Abb. 2: Archiv für die Physiologie, Reil 1796
Ein Jahr später stellte Christoph Wilhelm Hufeland (1762–1836), Naturforscher und Arzt, fest, dass unsere physischen Vorgänge durch einen 24-Stunden-Zyklus getaktet werden. (Hufeland 1797)
Julien-Joseph Virey (1775–1846), französischer Arzt, Pharmazeut und Naturforscher, widmete sich in seiner Dissertation aus dem Jahr 1814, Éphémérides de la vie humaine (siehe Abb. 3), den biologischen Rhythmen und wie diese durch äußere Faktoren, wie zum Beispiel den Tag-Nacht-Wechsel, beeinflusst werden. Er beobachtete auch, dass die Wirkung von Medikamenten variiert – je nachdem, wann sie eingenommen werden. (Virey 1814) Virey beschrieb damit schon vor mehr als 200 Jahren, was heute die Grundzüge der Chronobiologie ausmacht. Für manche Wissenschaftler gilt die Arbeit von Virey als „Geburtsstunde der Chronobiologie“ (Reinberg et al. 2001), auch wenn es noch bis in die 1960er-Jahre dauern sollte, die Erforschung der Chronobiologie als wissenschaftliches Feld zu etablieren.
Abb. 3: Éphémérides de la vie humaine, Virey 1814
Eine wichtige Rolle dabei spielte Franz Halberg (1919– 2013), der als Entdecker des circadianen Rhythmus gilt, eines Rhythmus, der einem Tag, also 24 Stunden, entspricht. (Halberg 1963) Für viele ist Halberg der Begründer der Chronobiologie, hat er sich doch seit den 1950er-Jahren mit den Gesetzmäßigkeiten dieser Wissenschaft intensiv auseinandergesetzt und schon beschrieben, welchen Einfluss eine Desynchronisation unserer circadianen Rhythmik auf unsere Gesundheit hat.
Ein weiterer Pionier der jungen Chronobiologie ist Jürgen Aschoff (1913–1998), der beim Menschen untersuchte, was de Mairan Jahrhunderte vor ihm für Pflanzen beschrieben hatte. In einer 1963 gestarteten Versuchsreihe...
