Wie die moderne Gesellschaft unseren zirkadianen Rhythmus beeinflusst

Der Tag-Nacht-Zyklus ist eines der bestimmendsten Lebensmuster, wie wir es kennen. Wir leben in einer zyklischen Umgebung und zirkadiane Rhythmen sind ein wesentliches Element in der Biologie lebender Organismen.

Viele physiologische Prozesse sind mit dem Tag-Nacht-Zyklus synchronisiert und werden durch zeitliche Umgebungsbedingungen wie Sonnenlicht moduliert. Unsere biologische Uhr muss die zyklischen Lichtschwankungen erfassen, um unsere physiologischen Funktionen entsprechend zu steuern.Zu diesem Zweck werden Lichtveränderungen von spezialisierten Zellen in der Netzhaut wahrgenommen, die als Ganglienzellen der Netzhaut bezeichnet werden. Diese retinalen Photorezeptoren empfangen Licht und senden Informationen an das Gehirn, insbesondere an eine Struktur im Hypothalamus, die als suprachiasmatischer Kern (SCN) bezeichnet wird. SCN-Neuronen übertragen dann zeitliche Informationen an andere Gewebe und erzeugen in vielen unserer Körperprozesse synchronisierte zirkadiane Rhythmen.

Die Evolution hat uns dazu gebracht, uns an unsere zyklische Umgebung anzupassen, und diese externen Zyklen sind für die Aufrechterhaltung eines gesunden Zustands wesentlich geworden. Aber moderne Gesellschaften haben diese Zyklen verdorben. Beispielsweise hat die weit verbreitete Verwendung von künstlichem Licht den natürlichen täglichen Hell-Dunkel-Zyklus auf eine Weise stark gestört, die alles andere als harmlos ist. Kontinuierliche Belichtung wird als Risikofaktor für Gebrechlichkeit angesehen. Eine Reihe von Studien stützen die Annahme, dass diese Störung unseres Tagesrhythmus erhebliche Auswirkungen auf die Gesundheit haben kann.

Dies ist ein großes Problem, da Schätzungen zufolge etwa 75% der Weltbevölkerung nachts Licht ausgesetzt sein können. Auch Schichtarbeit ist weit verbreitet (etwa 20% der Arbeitnehmer in Europa und 29% in den USA), und epidemiologische Studien haben gezeigt, dass Schichtarbeiter häufiger an Brustkrebs, metabolischem Syndrom, Fettleibigkeit, Knochendysfunktionen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Schlaganfall und Schlafstörungen.

Obwohl diese Studien auf eine Korrelation zwischen künstlicher Lichtexposition und Gesundheitsproblemen hinweisen, ist ein Kausalzusammenhang in Humanstudien schwer zu bestimmen. Tierversuche haben uns geholfen, die tatsächlichen Auswirkungen von Störungen des zirkadianen Rhythmus zu verstehen und eine Reihe von Mechanismen aufzudecken, durch die sie die Gesundheit beeinflussen können. In den meisten Studien wurden jedoch relativ kurze Zeiträume mit Unterbrechungen der Lichtexposition verwendet, in denen die Muster der Lichtexposition in einigen menschlichen Kontexten wie Schichtarbeit oder auf Intensivstationen und in Pflegeheimen weitgehend nicht reproduziert werden können.

In einer kürzlich durchgeführten Studie wurde versucht, diese Lücke zu schließen, indem der Zusammenhang zwischen einer langfristigen Störung des zirkadianen Rhythmus und einer Krankheit untersucht wurde. In dieser Arbeit wurden Mäuse 24 Wochen lang kontinuierlichem Licht ausgesetzt und verschiedene Gesundheitsparameter gemessen: Die Rhythmizität in der Zentraluhr (SCN), die Skelettmuskelfunktion, die Knochenmikrostruktur und die Funktion des Immunsystems wurden zu verschiedenen Zeitpunkten während und nach der Untersuchung bewertet die 24 Wochen Dauerlicht.

Die Ergebnisse zeigten, dass ein gestörter zirkadianer Rhythmus schädliche Auswirkungen auf mehrere biologische Prozesse hat. Neuronale Aufzeichnungen zeigten, dass die langfristige Exposition gegenüber kontinuierlichem Licht eine deutliche Verringerung der Rhythmizität des zirkadianen Schrittmachers im Gehirn, des SCN, verursachte. Kontinuierliches Licht reduzierte auch die Muskelfunktion, verursachte Knochenveränderungen und induzierte einen vorübergehenden proinflammatorischen Zustand.

Tatsächlich stimmten viele dieser Veränderungen mit einem Zustand beschleunigten Alterns überein, nämlich dem Rückgang der Muskelkraft, der körperlichen Ausdauer und der motorischen Koordination, der häufig bei älteren Erwachsenen beobachtet wird.

Relevante Veränderungen der Knochenstruktur wurden ebenfalls beobachtet. Knochen werden von zwei Arten von Knochengewebe gebildet: trabekulärem (oder schwammigem) Knochen und kortikalem (oder kompaktem) Knochen. Mit zunehmendem Alter wird schwammiger Knochen weniger dicht, während kompakter Knochen dazu neigt, sich zu verdicken. Die kontinuierliche Belichtung von Mäusen führte zu einem fortschreitenden Verlust von Trabekelknochen, ähnlich dem bei frühzeitiger altersbedingter Osteoporose beobachteten, und zu einer erhöhten Dicke des kortikalen Knochens, was mit einem beschleunigten Alterungseffekt vereinbar ist. Bis zu 21% der älteren Erwachsenen leiden an Osteoporose, und einige dieser Veränderungen wurden tatsächlich bei Schichtarbeitern berichtet: Studien haben gezeigt, dass Schichtarbeiterinnen ein erhöhtes Risiko für Knochenbrüche und eine verringerte Knochenmineraldichte haben.

Kontinuierliche Belichtung führt auch zu einem erhöhten proinflammatorischen Zustand. Bei einem Immunstimulus zeigten Mäuse, die kontinuierlichem Licht ausgesetzt waren, eine erhöhte Produktion entzündungsfördernder Moleküle und eine verringerte Sekretion entzündungshemmender Verbindungen, obwohl dieser Effekt vorübergehend war. Dieser verstärkte entzündungsfördernde Zustand wird auch während des Alterns beobachtet. Darüber hinaus haben Studien am Menschen gezeigt, dass Schichtarbeiter ein erhöhtes Risiko für Krebs und metabolisches Syndrom haben, das mit einer Funktionsstörung des Immunsystems verbunden ist, von der auch bekannt ist, dass sie altersbedingte Pathologien verschlimmern.

Die Verringerung der Rhythmizität im SCN von Mäusen, die kontinuierlich Licht ausgesetzt sind, entspricht auch Rhythmusänderungen, die bei älteren Personen auftreten. Tatsächlich deuten neuere Untersuchungen darauf hin, dass Beeinträchtigungen der circadianen Uhr innerhalb des SCN ein bestimmender Faktor für das Altern sein können, wobei es wahrscheinlich ist, dass ein gealtertes circadianes System tatsächlich zum altersbedingten Rückgang der Gesundheit beiträgt.

Diese Studie bestätigte die Annahme, dass eine langfristige Exposition gegenüber kontinuierlichem Licht erhebliche Auswirkungen auf die Gesundheit haben kann. Interessanterweise normalisierten sich die meisten gemessenen Gesundheitsparameter nach Wiederherstellung eines regulären Hell-Dunkel-Zyklus schnell wieder. Es wird jedoch deutlich, dass die Exposition gegenüber künstlichem Licht keineswegs harmlos ist. Indem wir durch ständige Lichteinwirkung mit unseren Tagesrhythmen herumspielen, können wir unseren Alterungsprozess beschleunigen und unsere Gesundheit und Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten aktiv schwächen.

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Dieser Gastartikel erschien ursprünglich im preisgekrönten Blog für Gesundheit und Wissenschaft und in der Community zum Thema Gehirn, BrainBlogger: Künstliches Licht und zirkadianer Rhythmus - vermasseln wir es?