Die Innere Uhr

Die innere Uhr nimmt in unserem Körper eine sehr wichtige Rolle ein. Sie steuert nahezu alle physiologischen Funktionen [KrMe13, S.4, 55, 68, 128]:

Aktivierung von Genen und Proteinen
kognitive und körperliche Leistungsfähigkeit
Wann Schlaf effektiv ist
Blutdruck und Pulsfrequenz
Hormonhaushalt, darunter Melatonin und Cortisol
Stoffwechsel
Verdauung
Urinproduktion
Zellteilung
Aktivität des Immunsystems
Körpertemperatur
Entgiftung des Körpers

Doch was ist überhaupt die innere Uhr?

In unserem Körper arbeitet jedes Organ, jedes Gewebe, jede Zelle 24 Stunden am Tag – allerdings nicht zu jeder Tageszeit auf gleiche Weise. Sie haben einen Rhythmus, einen eigenen Tagesablauf [KrMe13, S.10, 46, 55].

Dieser bleibt sogar bestehen, wenn man einzelne Zellen aus dem Körper entnimmt und in einer künstlichen Umgebung beobachtet. Ihr Arbeitszyklus ist jedoch nur annähernd 24 Stunden lang [KrMe13, S.48]. Daher spricht man von einem „circadianen Rhythmus“ (circa: annähernd, dian: lateinisch dies = Tag) [KrMe13, S.4].

Nun wäre es fatal, wenn jedes Gewebestück im Körper seine Arbeit nach seiner eigenen inneren Uhr verrichtet, ohne sich mit den anderen Körperteilen abzustimmen. Schließlich müssen alle biochemischen Prozesse wie Zahnräder koordiniert ineinandergreifen, damit unser Körper funktioniert.

Diese Aufgabe der Koordination der verschiedenen unzähligen Körperuhren obliegt dem SCN (Suprachiasmatischer Nucleus) im Hypothalamus unseres Gehirns [KrMe13, S.5]. Bestehend aus 10000 bis 15000 Neuronen [KrMe13, S.104] bildet er die Schaltzentrale unserer inneren (circadianen) Uhren. Über neuronale Signale, Hormonausschüttungen und Regulation der Körpertemperatur synchronisiert er, wie ein Dirigent im Orchester, alle anderen Körperuhren in der Peripherie (periphere Uhren) [KrMe13, S.5]. Folglich sind die peripheren Uhren im Vergleich zur zentralen Uhr leicht verzögert [KrMe13, S.132].

Der SCN sorgt auch dafür, dass unsere innere Uhr in einem 24h-Zyklus arbeitet, der genau in einen Erdentag passt. Er koppelt dafür seinen eigenen Rhythmus an den Tag-Nacht-Lichtwechsel an, der durch die Erdrotation zustande kommt [KrMe13, S.69]. Dafür nutzt er Lichtinformationen über die Netzhaut und die Sehnerven. Licht wird daher auch als Zeitgeber für die innere Uhr bezeichnet [KrMe13, S.13, Roen19].

Ticken eine oder mehrere innere Uhren oder auch die innere Uhr und externe Uhr (lokale Uhrzeit) verschoben zueinander, spricht man von circadianer Fehlausrichtung [Vett20]. Diese hat negative Auswirkungen auf die Gesundheit [KrMe13, S.35].

Das Auseinanderklaffen der inneren Uhr und der sozialen Zeit kommt durch Reisejetlag oder sozialem Jetlag zustande [WDMR06]. Während Reisejetlag ein vorübergehender Effekt ist und die innere Uhr sich nach einiger Zeit an die Lichtverhältnisse des Reiseorts anpasst, ist sozialer Jetlag in vielen Fällen chronisch. Es wird vermutet, dass die Fehlausrichtung der verschiedenen inneren Uhren die Ursache des Jetlag-bedingten des körperlichen Unwohlseins darstellt [RPZW19].

So wird die innere Uhr gestellt

Wie bereits erwähnt, wird die innere Uhr durch Lichtsignale gestellt, die von der Netzhaut über die Sehnerven auf den SCN übertragen werden [KrMe13, S.13].

Ohne den äußeren Zeitgeber Licht, also unter zeitlich sich nicht verändernden Lichtverhältnissen, würde die innere Uhr mit ihrer eigenen internen Zyklendauer ticken [Czei99, ESTC15]. Daher können sich vollkommen blinde Menschen nicht mehr mit dem 24- Stunden-Rhythmus des Tages synchronisieren [Alle19]. Der durchschnittliche interne Zyklus der menschlichen inneren Uhr dauert ca. 24,2h [Czei99, ESTC15].

Beim Stellen der inneren Uhr spielt selbst in unserer modernen Gesellschaft mit elektrischem Licht der sonnenbedingte Hell-Dunkel-Wechsel eine entscheidende Rolle. Dies erkennt man u. a. daran, dass die natürliche durchschnittliche Aufwachzeit (ohne äußeren Zwang) innerhalb einer Zeitzone von Ost nach West um fast genau vier Minuten pro Längengrad später wird. Dies entspricht dem Ost-West-Lauf der Sonne [RoKM07]. Auch gibt es saisonale Effekte. Im Winter sind die inneren Uhren der meisten Menschen für gewöhnlich später dran als im Sommer [HBWC18, HBWH14, HNST18, KJMR07].

Entgegen weitverbreiteter Meinung ist das Stellen der inneren Uhr durch soziale Zeiten nicht oder nur indirekt durch damit verbundenen veränderte Lichtverhältnisse möglich [RoDM03]. Auch ist die äußere Temperatur entgegen einiger Literatur kein Zeitgeber für die innere Uhr in Säugetieren [BuYT10]. Der SCN reguliert über die Körpertemperatur periphere Körperuhren, insbesondere die der roten Blutkörperchen [KrMe13, S.9f]. Hätte die äußere Temperatur Einfluss, würde es zu einem heillosen Chaos in der Signalkette kommen.

Der Synchronisationsprozess mit Licht ist ein komplexes Zusammenspiel vieler zellulärer Mechanismen. Er zeigt daher, so wie andere Körpereigenschaften auch, eine genetische Varianz. Die innere Uhr verschiedener Individuen synchronisieren sich unterschiedlich früh oder spät mit dem Hell-Dunkel-Wechsel, wodurch die verschiedenen Chronotypen zustande kommen [Roen19].