Chronobiologie

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Die innere Uhr des Menschen passt sich an den Tagesrhythmus an (Quelle: www.nobelprize.org).

Die Chronobiologie (von griech. χρόνος chrónosZeit“ und Biologie „Lehre von der belebten Natur“) untersucht die von biologischen Rhythmen bestimmte zeitliche Ordnung der Lebensprozesse in lebendigen Organismen. Sie studiert damit auf äußerem empirischem Weg jenen Zeitorganismus, den Rudolf Steiner aus seiner hellsichtigen Erfahrung als Ätherleib bezeichnet hat.

„Wird man einmal aufgeben - und die Menschheit wird es vor dem 4. Jahrtausend tun - das Suchen nach dem Grobsinnlichen als der Natur zugrunde liegend, dann wird man auf etwas ganz anderes kommen, dann wird man überall in der Natur Rhythmen finden, rhythmische Ordnungen. Diese rhythmischen Ordnungen sind vorhanden, nur macht sich die heutige materialistische Wissenschaft über diese rhythmischen Ordnungen in der Regel lustig. Wir haben diese rhythmische Ordnung bildhaft ausgedrückt in unseren sieben Säulen, in der ganzen Konfiguration unseres Baues hier. Aber diese rhythmische Ordnung ist in der ganzen Natur vorhanden. Rhythmisch wächst an der Pflanze ein Blatt nach dem andern; rhythmisch sind die Blumenblätter angeordnet, rhythmisch ist alles angeordnet. Rhythmisch tritt das Fieber ein bei einer Krankheit, flutet wieder ab; rhythmisch ist das ganze Leben. Das Durchdringen der Naturrhythmen, das wird wahre Naturwissenschaft sein.“ (Lit.:GA 184, S. 295)

Als moderne wissenschaftliche Disziplin wurde die Chronobiologie ab den frühen 1950er-Jahren von Jürgen Aschoff Erwin Bünning und Colin Pittendrigh begründet.

Innere Uhr

Biologische Rhythmen werden häufig von einer inneren Uhr bestimmt, einem rhythmisch schwingenden System innerhalb des Organismus. Als ihr Entdecker gilt Erwin Bünning. Die hohe Anerkennung, die die Chronobiologie mittlerweile gefunden hat, wird durch die Verleihung des Nobelpreises für Physiologie oder Medizin 2017 an die amerikanischen Chronobiologen Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Youngfür ihre Entdeckungen betreffend die molekularen Kontrollmechanismen des circadianen Rhythmus[1][2] nachdrücklich bestätigt.

Tatsächlich gibt es eine Vielzahl von aufeinander abgestimmten inneren Uhren, deren Periodizität von Millisekunden bis zu vielen Jahren reicht.

Zeitgeber

Zeitgeber sind rhythmische äußere Einflüsse, die den Rhythmus der innere Uhr eines Lebewesens mit den Rhythmen mit der Umwelt synchronisieren. Der wichtigste Zeitgeber ist das Licht, das sich im annähernd 24-stündige Tagesrhythmus periodisch verändert. Bedeutsam ist dabei oft auch die mit den Mondphasen wechselnde Nachthelligkeit. Der Begriff „Zeitgeber“ wurde in den frühen 1950er Jahren von Jürgen Aschoff (1913-1998) geprägt, der zusammen mit Erwin Bünning (1906-1990) und Colin Pittendrigh (1918-1996) die Chronobiologie begründete.

„Die synchronisierenden Faktoren werden Zeitgeber genannt. Zeitgeber für die tierische 24-Std-Periodik sind alle mit der Erddrehung gekoppelten periodischen Umweltprozesse kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Art, die für das Tier reizwirksam sind.“

Jürgen Aschoff: Zeitgeber der tierischen Tagesperiodik. In: Die Naturwissenschaften. Februar 1954, S. 55.[3]

Auf die Bedeutung des Tagesrhythmus für die Stoffwechsel-Tätigkeit und den Zusammenhang mit den kosmischen Verhältnissen hatte zuvor schon Rudolf Steiner hingewiesen.

„Wir wollen einen Blick werfen auf den Stoffwechsel. Dieser Stoffwechsel, er ist ja auch für den Menschen schon in einer gewissen Weise unregelmäßig geworden; aber es gibt auch natürliche Ursachen, aus denen heraus der Mensch noch an einem regelmäßigen Gang dieses Stoffwechsels festhält. Sie wissen ja, daß der Mensch in einer gewissen Weise gestört wird, wenn er in bezug auf den Stoffwechsel nicht zu seinem rhythmischen Rechte kommt. Der Mensch kann davon abweichen; aber er versucht immer wiederum zu einem gewissen Rhythmus im Stoffwechsel zurückzukommen, und Sie wissen ja auch, daß das im Wesentlichen zur Gesundheit des Menschen gehört. Dieser Rhythmus im Stoffwechsel, der ist ein Rhythmus, welcher tatsächlich den Tag und die Nacht umfaßt. Innerhalb von 24 Stunden vollzieht sich der Rhythmus im Stoffwechsel. Sie brauchen nur daran zu denken, daß Sie eben, wenn Sie gefrühstückt haben, nach 24 Stunden wiederum Appetit haben zum Frühstücken und so weiter. Alles das, was da mit dem Stoffwechsel zusammenhängt, das hängt auch mit dem Tageslauf zusammen. Nun vergleichen Sie, wie fest Ihre Körperperipherie liegt, und wie Ihr Stoffwechselleben ein Bewegtes ist. Sie können sagen: Es gehen keine Veränderungen vor sich in Ihrer Körperperipherie, während sich Ihr Stoffwechsel in 24 Stunden immer wiederholt. Da geht viel innerhalb Ihres Organismus vor, aber Ihre Peripherie bleibt unverändert. Suchen Sie sich nun das äußere Gegenbild für diese innere Beweglichkeit des Stoffwechsels im Verhältnis zu dem festbleibenden Äußeren der Gestalt: sehen Sie, da finden wir das Entsprechende in dem äußeren Sternenhimmel, dessen einzelne Sternbilder sich zunächst so wenig verschieben, wie sich die Einzelheiten Ihrer Körperoberfläche verschieben. Sie finden, daß der Widder, das Sternbild des Widders, immer ebenso eine bestimmte Entfernung hat von dem Sternbild des Stieres, wie Ihre beiden Augen voneinander eine bestimmte Entfernung haben und sich nicht verschieben. Aber scheinbar verschiebt sich dieser Sternenhimmel, scheinbar kreist er um die Erde herum. Nun, über diesen Schein ist ja heute die Menschheit sich klar: es ist wirklich ein Schein. Die Menschheit schreibt der Erde eine Drehung um ihre Achse zu.

Nun hat man verschiedene Beweise gesucht für diese Drehung der Erde um ihre Achse. Eigentlich erst seit den fünfziger Jahren des vorigen Jahrhunderts hat man ein Recht, wirklich von dieser Drehung zu sprechen, seitdem der sogenannte Foucaultschen Pendelversuch ja wirklich die Drehung der Erde um ihre Achse ergeben hat. Aber darauf will ich heute nicht eingehen. Diese Drehung ist gut begründet. Sie ist etwas, was sich in 24 Stunden wiederholt. Sie ist im Verhältnis zu dem festgestalteten, bleibenden Sternenhimmel dasjenige, was abbildet den täglichen Kreislauf des menschlichen Stoffwechsels im Verhältnis zu der festen äußeren Peripheriegestalt des Menschen. So daß Sie also, wenn Sie die Verhältnisse gut durchschauen, den striktesten Beweis für die Bewegung der Erde in den Vorgängen des menschlichen Stoffwechsels finden.“ (Lit.:GA 201, S. 89f)

Dass die Jahreszeiten, abhängig vom jeweiligen Ort, einen deutlichen Einfluss auf die Genexpression haben, zeigen neuere Untersuchungen, die an rund 16.000 Probanden weltweit durchgeführt wurden. Betroffen sind mehr als 4000 Gene, die vor allem das Immunsystem und den Fettstoffwechsel beeinflussen. So wird etwa in der Wintersaison die Immunabwehr deutlich gestärkt und damit die Erkältungsgefahr verringert. Ähnlich steigert sich die Immunabwehr in Gambia in Westafrika während der Regenzeit zwischen Juni und Oktober, wenn die Ansteckungsgefahr durch Malariaerreger besonders hoch ist. Ein Ausnahme bildet Island, wo die Jahresrhythmik durch die starken Tag-Nacht-Längenunterschiede im hohen Norden ganz in den Hintergrund tritt.[4]

Chronomedizin

In Form der Chronomedizin haben die Erkenntnisse der Chronobiologie zu konkreten Anwendungen in der Medizin geführt. Insbesondere wird dadurch auch die Wirksamkeit verschiedener Formen der Kunsttherapie bestätigt.

„Kunst und Medizin haben gemeinsame Wurzeln in den Urzeiten der Menschheit. Noch heute verwenden Schamanen Rhythmus und Melodie, um jenen speziellen Zustand einleiten zu können, der Heilung ermöglicht. Trotz dieser engen Verbindung zwischen Musik und Therapie gibt es wenig Wissen über das genaue »Wie« der heilenden Wirkung von Musik und Rhythmus. So konnte zwar eine beruhigende Wirkung von Mozarts Musik[5] festgestellt werden, Schmerzstillung und Verringerung von Stresshormonen durch Musik sind beschrieben,[6] und auch die Lernleistung von Schülern in mathematischen Fächern wurde durch das Ausüben klassischer Musik ebenso wie kognitive Fähigkeiten verbessert,[7] doch eine durchgängige Theorie der heilenden Wirkung von Musik ist, auch aufgrund fehlender Messungen, nicht vorhanden.

In der Medizin findet derzeit ein äußerst interessanter Paradigmenwechsel statt: Der Begriff der Homöostase, die Tendenz des Organismus, Körperparameter gleichzuhalten, wird aufgrund neuer Erkenntnisse in Frage gestellt und durch das Konzept der Homöodynamik ersetzt.[8] Panta rei – »alles fließt«, alles schwingt im Organismus. Dieses Konzept eines schwingenden Lebens ist viel besser kompatibel mit einer »musikalischen Medizin« im Sinne von Novalis: »Jede Krankheit ein musikalisches Problem – ihre Auflösung eine musikalische Auflösung«.[9] Dieses Schwingen des Lebens braucht nun nicht einmal metaphorisch verstanden zu werden, sondern lässt sich physikalisch und chronobiologisch nachweisen: Es gibt kaum einen Körperparameter, der nicht im Rhythmus von Tag und Nacht schwankt, und der nicht in das chronobiologische System des Organismus durch Phasen- oder Frequenzbeziehungen eingebunden ist.[10] [...]

Heute sind Zeitschriften wie »Nature« und »Science« voll mit Artikeln über Chronobiologie und Chronomedizin, und die Errungenschaften dieser innovativen Messungen schaffen es, in die Reihen der »spannendsten Erkenntnisse des Jahres« Eingang zu finden. Obwohl viele Forscher noch Schwierigkeiten damit haben, in all der Fülle der Einzelerkenntnisse das große Ganze zu sehen, wird es immer klarer, dass Koordination das Grundprinzip der Rhythmen des Körpers ist, und dass die vielen Teile zu einem Ganzen zusammenwirken, dessen Komplexität erst langsam verstanden wird.[11] Das Bild eines Zeitorganismus entsteht da, der wie die Muskeln und Sehnen einer Vesal´schen Anatomie zusammenwirkt und in dem agonistische und antagonistische Rhythmen in Kooperation und Wechselspiel den Ablauf des Lebens organisieren. Wo die Wissenschaft gerade dabei ist, eine »Anatomie der Zeit« zu entwickeln, da beginnt sich bereits eine »Histologie der Zeit« zu entfalten (Abb. 1). Während das obere Bild der räumlichen Anatomie 1543 von Andrea Vesalius publiziert wurde, ist die Darstellung der Zeitanatomie (unten) erst seit wenigen Jahren möglich. Im menschlichen Herzschlag spiegeln sich viele Körperrhythmen wider. Durch die Analyse der Herzfrequenzvariabilität eröffnen sich neue Einblicke in die zeitliche Natur des Menschen. Mikrorhythmus wirkt mit Makrorhythmus zusammen und es wird immer evidenter, dass unser Organismus im Bereich der Zeit genauso komplex gestaltet ist wie im Bereich des Raumes.[12]“ (Lit.: Moser et al., 2004 [2])

Literatur

  • Jürgen Aschoff, S. Daan, G.A. Groos (Hrsg.): Vertebrate Circadian Systems. Structure and Physiology, Springer Verlag, ISBN 3-540-11664-8 (englisch).
  • Frank Columbus, Kathryn Bailey: Frontiers in chronobiology research. Nova Science Publ., New York 2006, ISBN 1-59454-954-0.
  • Albert J. und Franziska Dietziker: Wechselspiel der Lebensrhythmen. Wie Körper, Geist und Seele zusammenspielen. Institut für Chronobiologie ISBN 978-3-033-02529-5.
  • Jan-Dirk Fauteck, Imre Kusztrich: Leben mit der inneren Uhr: Wie die Chronobiologie unsere Gesundheit, Wirtschaft und Gesellschaft beeinflusst. Econ 2006, ISBN 3-430-12670-3.
  •  Gunther Hildebrandt: Die rhythmische Funktionsordnung von Puls und Atmung. L., Marburg 1958, OCLC 720160901 (Marburg, Med. F., Hab.-Schr. v. 4. Juni 1959).
  •  Biologische Rhythmen und Arbeit: Bausteine zur Chronobiologie und Chronohygiene der Arbeitsgestaltung. Springer, Wien / New York 1976, ISBN 978-0-387-81372-1 (Nach Vorträgen, gehalten auf dem Kongress über Rhythmische Funktionen in Biologischen Systemen, Wien, 8. bis 12. September 1975).
  •  Gunther Hildebrandt, Walter Amelung: Therapeutische Physiologie, Grundlagen der Kurortbehandlung. In: Balneologie und medizinische Klimatologie. 1, Springer, Berlin [u. a.] 1985, ISBN 978-3-540-11449-9.
  •  Gunther Hildebrandt, Walter Amelung: Balneologie. In: Balneologie und medizinische Klimatologie. 2, Springer, Berlin [u. a.] 1985, ISBN 978-3-540-13989-8.
  •  Gunther Hildebrandt: Chronobiologische Grundlagen der Kurortbehandlung. In: Kompendium der Balneologie und Kurortmedizin. Steinkopff, 1989, ISBN 978-3-642-85381-4, S. 119–148.
  •  Gunther Hildebrandt, Ingrid Bandt-Reges: Chronobiologie in der Naturheilkunde. Grundlagen der Cirkaseptanperiodik. Haug Karl, Heidelberg 1992, ISBN 978-3-7760-1262-0.
  •  Gunther Hildebrandt, Maximilian Moser, Michael Lehofer: Chronobiologie und Chronomedizin: biologische Rhythmen; medizinische Konsequenzen. Hippokrates, Stuttgart 1998, ISBN 3-7773-1302-5.
  • Gunther Hildebrandt, Maximilian Moser, Michael Lehofer: Chronobiologie und Chronomedizin: Biologische Rhythmen-Medizinische Konsequenzen, 2. Aufl., Human Research, 2013, ISBN 978-3950361308
  • Maximilian Moser, Dietrich von Bonin, Matthias Frühwirth, Helmut Lackner: »Jede Krankheit ein musikalisches Problem« in: die Drei 8-9/2004, S. 25 - 34 pdf
  • John A. Todd et al.: Widespread seasonal gene expression reveals annual differences in human immunity and physiology, in: Nature Communications volume 6, Article number: 7000 (2015) doi:https://doi.org/10.1038/ncomms8000 pdf
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  • Till Roenneberg: Die Bedeutung der Chronobiologie für unser Leben. DuMont Buchverlag, 2010, ISBN 3-8321-9520-3.
  • Peter Spork: Das Uhrwerk der Natur. Chronobiologie – Leben mit der Zeit. Rowohlt Taschenbuch Verlag, Reinbek 2004, ISBN 3-499-61665-3.
  • Arthur T. Winfree: Biologische Uhren. Zeitstrukturen des Lebendigen. ISBN 3-922508-87-1.
  • Jürgen Zulley, Barbara Knab: Unsere Innere Uhr. Herder, Freiburg 2003, ISBN 3-451-05365-9.
  • Peter Spork: Wake up! Aufbruch in eine ausgeschlafene Gesellschaft. Carl Hanser Verlag, München 2014, ISBN 978-3-446-44051-7.
  • Maximilian Moser: Vom richtigen Umgang mit der Zeit: Die heilende Kraft der Chronobiologie, Allegria Verlag 2017, ISBN 978-3793423232; eBook ASIN B0711HK7VH
  • Spektrum Kompakt: Die Innere Uhr - Wie unser Körper tickt, Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH, Heidelberg 24.10.2014
  • Spektrum Kompakt: Chronobiologie - Unser innerer Rhythmus, Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH, Heidelberg 19.03.2018
  • Rudolf Steiner: Die Polarität von Dauer und Entwickelung im Menschenleben. Die kosmische Vorgeschichte der Menschheit., GA 184 (2002), ISBN 3-7274-1840-0 pdf pdf(2) html mobi epub archive.org rsarchive.org
  • Rudolf Steiner: Entsprechungen zwischen Mikrokosmos und Makrokosmos, GA 201 (1987), ISBN 3-7274-2012-X pdf pdf(2) html mobi epub archive.org rsarchive.org
Fachzeitschriften
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Weblinks

 Wiktionary: Chronobiologie – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Lehrstühle und Forschungsgruppen

Einzelnachweise

  1. „for their discoveries of molecular mechanisms controlling the circadian rhythm“, The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017, Pressemitteilung auf www.nobelprize.org, abgerufen am 3.10.2017. Zusammenfassend heißt es hier:
    „Life on Earth is adapted to the rotation of our planet. For many years we have known that living organisms, including humans, have an internal, biological clock that helps them anticipate and adapt to the regular rhythm of the day. But how does this clock actually work? Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash and Michael W. Young were able to peek inside our biological clock and elucidate its inner workings. Their discoveries explain how plants, animals and humans adapt their biological rhythm so that it is synchronized with the Earth's revolutions.
    Using fruit flies as a model organism, this year's Nobel laureates isolated a gene that controls the normal daily biological rhythm. They showed that this gene encodes a protein that accumulates in the cell during the night, and is then degraded during the day. Subsequently, they identified additional protein components of this machinery, exposing the mechanism governing the self-sustaining clockwork inside the cell. We now recognize that biological clocks function by the same principles in cells of other multicellular organisms, including humans.
    With exquisite precision, our inner clock adapts our physiology to the dramatically different phases of the day. The clock regulates critical functions such as behavior, hormone levels, sleep, body temperature and metabolism. Our wellbeing is affected when there is a temporary mismatch between our external environment and this internal biological clock, for example when we travel across several time zones and experience "jet lag". There are also indications that chronic misalignment between our lifestyle and the rhythm dictated by our inner timekeeper is associated with increased risk for various diseases.“
  2. Scientific Background Discoveries of Molecular Mechanisms Controlling the Circadian Rhythm auf www.nobelprize.org, abgerufen am 3.10.2017
  3. siehe Jürgen Aschoff: Zeitgeber der tierischen Tagesperiodik. In: Die Naturwissenschaften. 41. Jg, Heft 3, 1954, S. 49–56.
  4. vgl. John A. Todd et al.:

    „Seasonal variations are rarely considered a contributing component to human tissue function or health, although many diseases and physiological process display annual periodicities. Here we find more than 4,000 protein-coding mRNAs in white blood cells and adipose tissue to have seasonal expression profiles, with inverted patterns observed between Europe and Oceania. We also find the cellular composition of blood to vary by season, and these changes, which differ between the United Kingdom and The Gambia, could explain the gene expression periodicity. With regards to tissue function, the immune system has a profound pro-inflammatory transcriptomic profile during European winter, with increased levels of soluble IL-6 receptor and C-reactive protein, risk biomarkers for cardiovascular, psychiatric and autoimmune diseases that have peak incidences in winter.“

    „Saisonale Schwankungen werden selten als eine Komponente betrachtet, die zur Funktion oder Gesundheit des menschlichen Gewebes beiträgt, obwohl viele Krankheiten und physiologische Prozesse jährliche Periodizitäten aufweisen. Hier finden wir mehr als 4.000 proteincodierende mRNAs in weißen Blutkörperchen und Fettgewebe mit saisonalen Expressionsprofilen, wobei zwischen Europa und Ozeanien invertierte Muster beobachtet wurden. Wir finden auch, dass die zelluläre Zusammensetzung des Blutes je nach Jahreszeit variiert, und diese Veränderungen, die zwischen Großbritannien und Gambia unterschiedlich sind, könnten die Periodizität der Genexpression erklären. In Bezug auf die Gewebefunktion hat das Immunsystem ein tiefes proinflammatorisches transkriptomisches Profil während des europäischen Winters, mit einem erhöhten Gehalt an löslichem IL-6-Rezeptor und C-reaktivem Protein, Risikomarkern für Herz-Kreislauf-, Psychiatrie- und Autoimmunerkrankungen, die im Winter ein Maximum aufweisen.“

    John A. Todd et al.: Widespread seasonal gene expression reveals annual differences in human immunity and physiology (2015)[1]
  5. Newman et al., 1995. Rauscher and Shaw, 1998. Rauscher et al., 1995.
  6. Campbell, 1998.
  7. Bastian et al., 2000.
  8. Moser et al., 1999. Prigogine and Glansdorff, 1971; von Bertalanffy, 1953.
  9. Novalis, 1798/1799.
  10. Hildebrandt et al., 1998.
  11. Hildebrandt et al., 1998. Strogatz, 2004.
  12. Hildebrandt et al., 1998; Moser et al., 1995.