19.3 Circadiane Rhythmen

Zeitreize aus der Umwelt (Hell-Dunkel-, Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen)

-> durch Kopplung an solche Zeitgeber werden Tiere entsprechend dem Tag-Nacht-Rhythmus reguliert und halten einen Aktivitätsrhythmus von genau 24h aufrecht

ein Tier würde zB. vollständig von der Tages- zur Nachtaktivtät wechseln

sie richten sich in einem Aktivitäts- und Ruherhythmus ein, der eine Periode von ca. 24h hat = freilaufend

• Mäuse: 23h

• Hamster: fast 24h

• Mensch: 24,5-25,5

• beim Auftrag, einen eigenen Zeitplan zu ertsellen, stellen sich die Probanden auf einen Zyklus von ca. 25h ein

• Aktivitätsrhythmus wird immer mehr freilaufend (30-36h)

  • ca. 20h wach

  • ca. 12h Schlaf

    -> scheint ihnen normal

• Körpertemperatur und andere physiologische Maße verändern sich, selbst wenn Personen mit künstlicher Beleuchtung auf einen 20-Stunden oder 28-Stunden-Tag hin reguliert werden

  -> normale Rhythmen werden desynchronisiert

• bei Höhlenexperimenten größere Unterschiede bei Erstellung eines eigenen Zeitplans

• normalerweise Tiefstwert der Körpertemperatur direkt vor dem Aufwachen erreicht - bei Desynchronisierung verschiebt sich das Temperaturminimum auf einen früheren Zeitpunkt in der Schlafphase

  -> Schlafqualität und Wohlbefinden benachteiligt

=> Körper hat mehr als nur eine biologische Uhr, da Schlaf-Wach- und Temperaturzyklen unabhängig voneinander und in eigenem Tempo ablaufen können

beim Reisen = Jetlag (Körper muss einem neuen Schlaf-Wach-Zyklus folgen)

helles Licht

Hell-Dunkel-Zyklus

Hormonkonzentrationen der Mutter

• periodische Verfügbarkeit von Nahrung oder Wasser

• soziale Kontakte

• Umwelttemperaturzyklen

• Lärm-Ruhe-Zyklen

Visuelle Eingangssignale (afferente Bahnen: regulieren die Uhr) -> Uhr (läuft auch ohne Eingangssignale weiter)-> Ausgangssignale (Efferente Signale: kontrollieren bestimmte Gehirn- und Körperfunktionen)

die suprachiasmatischen Kerne (SCN)

• Volumen < 0,3mm^3

• kleinste Neuronen im Gehirn

die circadianen Rhathmen können in vorhersehbarer Weise verschoben werden

• die circadiane Rhythmik von Schlafen und Wachen, körperlicher Aktivität, Essen und Trinken verschwindet

  -> bei Hamstern wiederherstellbar

• innere Rhythmen können sich nicht wieder einstellen

  
  

• kein Schlafverlust

• Hell-Dunkel-Rhythmus kann weiterhin koordiniert werden

  
  

von der Menge und dem Zeitmuster des vorhandenen Schlafs

= Mechanismus, der die Gehirnuhr immer wieder neu einstellt

• Axone aus Ganglienzellen in der Netzhaut gehen direkte Verbindung mit den Dendriten der SCN-Neuronen ein

• notwendig, damit Schlaf-Wach-Zyklus und Nact-Tag-Rhathmus übereinstimmen

  
  

• sie haben sehr große, nichtselektive rezeptive Felder und reagieren auf Helligkeit, nicht auf Orientierung oder Bewegungsrichtung von Lichtreizen

• Netzhautzellen sinnd weder Zapfen noch Stäbchen

  -> Orientierung am Licht

Melanopsin

• sehr langsam durch Licht aktiviert

• Axone senden direkt ein Signal an SCN, wo die circadiane Uhr eingestellt werden kann

zuerst nahe gelegene Abschnitte des Hypothalamus, sie reichen aber zum Teil ins Mittelhirn und in andere Teile des Zwischenhirns

-> da fast alle SCN-Neuronen GABA als NT verwenden, hemmen sie wsl. die Neuronen, die sie innervieren

-> sie sezernieren auch Adiuretin

Unterbechung der circadianen Rhythmen

• jede Zelle = winzige Uhr

• Isolationsexperiment: Neuronen wurden aus dem SCN entfernt und getrennt vom Gehirn und voneinander in Gewebekulturschale gezüchtet

  => Raten von APs, Glucoseverbrauch, Adiuretinsynthese und Proteinsynthese fluktuierten in 24h-Rhythmen wie im intakten Gehirn

  => SCN-Zellen können nicht mehr auf Hell-Dunkel-Zyklen hin reguliert werden

  => grundlegende Rhythmik intakt und ähnlich wie bei den Tieren, denen der Zeitgeber entzogen wurde

• behandelt man SCN-Zellen mit Tetrodoxin, wird das AP zwar blockiert, aber die Rhythmik der Funktionen wird nicht beeinflusst

• wird das Tetrodoxin entfernt, läuft der Rhythmus normal weiter

  -> vgl. Zeiger einer Uhr: entfernt man die Zeiger, läuft die Uhr trotzdem weiter

• period (per)

• cryptochrome

• clock

-> grundlegendes Schema ist immer eine Feedbackschleife

• sie werden transkripiert, um mRNA zu produzieren

• die daraus produzierten Proteine senden dann ein Feedback und interagieren mit dem Transkriptionsmechanismus, wodurch die Genexpression abnimmt

  => weniger Proteine produziert

  => Genexpression steigt weiter

  => neuer Zyklus

Dauer: 24h (circadianer Rhytmus)

die Uhren der SCN-Neuronen jeden Tag neu zu stellen, aber Neuronen kommunizieren auch direkt miteinander

• vegetatives NS

• Kerntemperatur

• Nebennierenrindenhormone, wie Cortisol

• neuronale Schaltkreise zur Koordination von Nahrungsaufnahme, Beweguung und Stoffwechsel

-> regulieren wiederum viele der circadianen Uhren im Körper (z.B. Einfluss der Körpertemperatur auf Uhren im peripheren Gewebe: sinkt jede Nacht 1Grad)

• ungewöhnliche Essenszeiten

• chronische Dosen Metamphetamin

• extreme Lebensbedingungen