Zirkadianer Rhythmus

Der zirkadiane Rhythmus ist die innere Uhr Ihres Körpers: ein selbst erzeugter Takt von ungefähr 24 Stunden, der Schlaf und Wachsein, Hormone, Körpertemperatur, Verdauung und die Energiegewinnung Ihrer Zellen zeitlich ordnet. Gestellt wird er vor allem vom Licht – und für uns bei Mitochondriak® beginnt er dort, wo Ihre Energie entsteht: in den Mitochondrien.

„Zirkadian“ kommt vom lateinischen circa dies, ungefähr ein Tag. Das „ungefähr“ ist wörtlich gemeint: Unter streng kontrollierten Bedingungen läuft die innere Uhr des Menschen im Mittel 24,18 Stunden, zeigten Charles Czeisler und Kollegen (Harvard Medical School) 1999. [Quelle] Ohne tägliches Nachstellen würde sie sich jeden Tag um rund 11 Minuten verspäten.

Viele Ratgeber machen aus der inneren Uhr ein reines Schlafthema. Für Jaroslav Lachký, Gründer von Mitochondriak®, ist der zirkadiane Rhythmus „die Basis“: Er entscheide sogar darüber, wie die Nahrung verarbeitet werde, wie die Mitochondrien die Elektronen daraus nutzten und ob man Lust habe, sich zu bewegen. [Quelle] Die Forschung stützt das: Bei Mäusen erzeugt die Uhr selbst Tageszyklen von NAD⁺, ATP-Bildung und mitochondrialer Atmung. [Quelle]

Was ist der zirkadiane Rhythmus – und warum steht er für uns an erster Stelle?

Der zirkadiane Rhythmus ist ein Zeitprogramm, das Ihr Körper selbst erzeugt und täglich mit der Sonne abgleicht: Er sagt jedem Organ, was wann zu tun ist. Schon im 18. Jahrhundert sah der Astronom Jean-Jacques d’Ortous de Mairan, dass eine Mimose ihre Blätter auch in völliger Dunkelheit im Tagesrhythmus öffnet und schließt. [Quelle] Jaroslav Lachký: „Die Evolution hat unser Gehirn so geschaffen, dass es das Chaos um uns herum sehr präzise ordnen und daraus eine Ordnung schaffen kann, die wir biologischen Rhythmus oder zirkadianen Rhythmus nennen. Ich nenne es zirkadiane Biologie.“ [Quelle]

Warum dieser Rhythmus bei uns zuerst kommt? Lachkýs Antwort: weil Ihre Mitochondrien es ständig tun. „Jede Zelle auf unserem Planeten, die überleben und sich vermehren können soll, muss sich an die lokalen Bedingungen ihrer Umwelt anpassen können.“ [Quelle] Die verlässlichste dieser Bedingungen ist der Wechsel von Tag und Nacht. Forschende um Akhilesh Reddy (Cambridge) fanden 2012 Tagesrhythmen im Redoxzustand der Peroxiredoxine in allen drei Domänen des Lebens. Die Autoren sehen darin eine enge gemeinsame Entwicklung von Zeitmessung und Redox-Haushalt seit dem Großen Sauerstoffereignis vor etwa 2,5 Milliarden Jahren. [Quelle]

Wie funktioniert die innere Uhr in Ihren Zellen?

Im Kern steckt eine Rückkopplungsschleife: Uhr-Gene bauen Proteine auf, die ihre eigene Herstellung bremsen, bis sie wieder abgebaut sind. Eine Runde dauert rund 24 Stunden. 1971 fanden Ronald Konopka und Seymour Benzer Taufliegen, deren Uhr ohne Rhythmus, mit 19 oder mit 28 Stunden lief, jeweils durch eine Mutation im selben Gen. [Quelle] Das Gen heißt period; dass sein Protein sich nachts in der Zelle anreichert und tagsüber abgebaut wird, zeigten Jeffrey Hall, Michael Rosbash und Michael Young, Nobelpreisträger 2017. [Quelle] Bei Säugetieren schalten CLOCK und BMAL1 die Gene PER und CRY an, deren Proteine nachts ihre eigene Herstellung hemmen. [Quelle]

Jaroslav Lachký vergleicht die Schleife mit dem Eisbereiter im Kühlschrank: Das PER-Gen ist die Eismaschine, das PER-Protein das Eis. Ist die Schale voll, drückt ihr Gewicht einen Schalter und die Maschine stoppt; ist das Eis verbraucht, springt sie wieder an. Wer nachts für eine Margarita die halbvolle Schale leert, hat morgens zu wenig Eis – genauso bringt Licht zur falschen Zeit die Schleife aus dem Takt. [Quelle] Wie grundlegend das Prinzip ist, zeigen Cyanobakterien: Forschende der Universität Nagoya bauten deren Uhr 2005 im Reagenzglas aus drei Proteinen und ATP nach, und sie schwang ohne Ablesen von Genen im Tagesrhythmus. [Quelle] Sie läuft mit dem Treibstoff, den in Ihren Zellen die Mitochondrien herstellen.

Wer dirigiert die vielen Uhren in Ihrem Körper?

Der Dirigent sitzt im suprachiasmatischen Nukleus (SCN) des Hypothalamus, direkt über der Kreuzung der Sehnerven. Doch fast jedes Organ spielt mit eigener Uhr. Das SCN zählt auf jeder Seite nur etwa 10.000 Nervenzellen, bestimmt aber die Tageszyklen von Verhalten und Körperfunktionen und läuft isoliert in der Kulturschale unbegrenzt weiter (Michael Hastings, MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge). [Quelle]

Die Musiker sitzen überall: Bei Taufliegen zeigten abgetrennte Köpfe, Brust- und Hinterleibsgewebe im Labor weiter einen Tagesrhythmus, den Licht neu stellen konnte. [Quelle] Beim Pavian folgten bis zu 81,7 % der proteincodierenden Gene einem Tagesrhythmus, je nach Gewebe verschieden (Ludovic Mure, Satchin Panda, Salk Institute, 2018). [Quelle] Lachký vergleicht die Organuhren mit einem freien Journalisten, der seine Themen selbst sucht, aber regelmäßig beim Chef anruft. [Quelle] Der Chef ist das SCN, und wer den Chef informiert, ist das Licht.

Wie stellt Licht Ihre innere Uhr?

Über eigene Lichtsensoren in der Netzhaut: Ganglienzellen mit dem Photopigment Melanopsin melden dem SCN die Helligkeit. Sie sehen kein Bild, sie messen die Zeit. Woher Ihr Körper weiß, wie spät es ist? Lachkýs kurze Antwort: Licht. [Quelle] David Berson (Brown University) zeigte 2002, dass die Netzhautzellen, die zum SCN führen, selbst lichtempfindlich sind [Quelle]; in genau diesen Zellen steckt Melanopsin (Samer Hattar, King-Wai Yau, 2002). [Quelle] Am stärksten reagiert das System auf Blau: Bei George Brainard (Thomas Jefferson University) unterdrückte Licht zwischen 446 und 477 nm das Melatonin am stärksten (72 Erwachsene, 627 nächtliche Tests). [Quelle]

Lachký nennt neben dem Licht einen zweiten Taktgeber: „Der Hypothalamus wird jedoch vorrangig über die Lichtreize gesteuert, die unsere Augen einfangen, und ebenso über das Magnetfeld in unserer Umgebung.“ [Quelle] Dass eine innere Uhr Magnetfelder spürt, zeigten Taishi Yoshii (Universität Regensburg) und Kollegen 2009 an Taufliegen: Ein statisches Magnetfeld verstärkte die lichtbedingte Verlangsamung ihrer Uhr, am stärksten bei 300 µT, nur unter blauem, nicht unter rotem Licht und nur mit intaktem Lichtrezeptor Cryptochrom – passend zum Radikalpaar-Mechanismus der Quantenbiologie. [Quelle]

Warum wirkt Licht morgens anders als abends?

Weil dasselbe Licht die Uhr je nach Tageszeit in entgegengesetzte Richtungen verstellt: Morgenlicht zieht sie vor, Licht am späten Abend schiebt sie nach hinten. Den Wendepunkt fanden Sat Bir Khalsa, Charles Czeisler und Kollegen beim nächtlichen Tiefpunkt der Körpertemperatur: Licht davor verzögerte die Uhr, Licht danach stellte sie vor. [Quelle] Morgens treibt Licht zudem das Cortisol an: Bei Frank Scheer und Ruud Buijs (Niederländisches Institut für Hirnforschung) stieg das Cortisol mit 800 Lux nach dem Aufwachen um rund 35 % stärker an als im Dunkeln, am späten Abend blieb es unverändert. [Quelle]

Abends dagegen verlängert Licht den Tag: Schon helleres Wohnlicht in den vier Stunden vor dem Schlafen verschob bei Helen Burgess und Thomas Molina den Melatoninbeginn aller Teilnehmenden nach hinten. [Quelle] Rot spricht die Melatonin-Uhr kaum an: Bei Mariana Figueiro und Mark Rea (Rensselaer Polytechnic Institute) senkte nur blaues Licht das nächtliche Melatonin, rotes nicht; das Cortisol veränderten beide Farben. [Quelle]

Was hat Ihre innere Uhr mit Ihren Mitochondrien zu tun?

Sehr viel: Die Uhr bestimmt, wann Ihre Mitochondrien Elektronen aus der Nahrung verarbeiten und ATP bilden, und der Redoxzustand der Zelle wirkt auf die Uhr zurück. Die Schlüsselrolle spielt NAD⁺, der Träger, der die Elektronen zur Atmungskette bringt: Sein Spiegel folgt in Zellen einem 24-Stunden-Rhythmus, den die Uhr antreibt (Yasukazu Nakahata, Paolo Sassone-Corsi, University of California, Irvine, 2009). [Quelle] Clara Bien Peek, Joseph Bass und Kollegen (Northwestern University) zeigten an Mäusen, dass die Uhr so Tageszyklen von ATP-Bildung und mitochondrialer Atmung erzeugt, abgestimmt auf Fasten und Essen. [Quelle] Umgekehrt verstärkten NADH und NADPH im Reagenzglas die Bindung der Uhr-Proteine CLOCK und BMAL1 an die DNA, ihre oxidierten Formen hemmten sie (Jared Rutter, Steven McKnight, 2001). [Quelle]

Beim Menschen ist das messbar: In Muskelproben von zwölf jungen Männern war die mitochondriale Atmung um 13 Uhr am niedrigsten und um 23 Uhr am höchsten (Patrick Schrauwen und Kollegen, Universität Maastricht, 2016). [Quelle] In menschlichen Hautzellen und bei Mäusen steuert die Uhr über das Teilungsprotein DRP1 auch den Tagesrhythmus der ATP-Bildung (Anne Eckert und Kollegen, Universität Basel, 2018). [Quelle] Ein Tagesrhythmus läuft sogar ohne Gene: In roten Blutkörperchen, die weder Zellkern noch DNA besitzen, fanden John O’Neill und Akhilesh Reddy (Cambridge) tagelange 24-Stunden-Zyklen im Redoxzustand der Peroxiredoxine. [Quelle] Genau das meinen wir mit „Mitochondrien zuerst“: Zeitmessung ist in Ihren Zellen auch eine Frage von Elektronen und Redox. Mehr im Beitrag Mitochondrien stärken.

Was stellt Ihre Uhren außer dem Licht?

Mahlzeiten stellen vor allem die Uhren der Organe; Koffein und Bewegung verschieben sogar den Melatoninrhythmus der Hauptuhr. Bei Mäusen verschob Futter zur ungewohnten Zeit die Organuhren um bis zu 12 Stunden, während das SCN im Takt blieb (Ueli Schibler und Kollegen, Universität Genf, 2000). [Quelle] Beim Menschen verschoben um 5 Stunden spätere Mahlzeiten den Blutzuckerrhythmus um 5,7 Stunden, Melatonin und Cortisol aber nicht (Jonathan Johnston und Kollegen, University of Surrey, 2017). [Quelle]

Die Koffeinmenge eines doppelten Espressos drei Stunden vor dem Schlafen verschob den Melatoninrhythmus um rund 40 Minuten. [Quelle] Eine Stunde Laufband zwischen 19 und 22 Uhr verzögerte die Uhr, um 7 Uhr und zwischen 13 und 16 Uhr stellte sie sie vor. [Quelle] Nur einer stellt Ihre innere Uhr nicht: der Wecker. Nach einer Befragung von 55.000 Menschen und einer Studie mit 50 Personen stellt sich die innere Uhr nicht auf die Sommerzeit um, späte Chronotypen am wenigsten (Till Roenneberg und Kollegen, LMU München, 2007). [Quelle]

Was zeigen Studien zum zirkadianen Rhythmus?

Das Bild ist klar: Morgenlicht stellt die Uhr vor, Abendlicht schiebt sie nach hinten, Mahlzeiten stellen die Organuhren, und Ihre Mitochondrien arbeiten nach der Tageszeit.

Die Studien arbeiteten mit eigenen Lichtquellen und Parametern; sie beschreiben die Forschung, nicht die Anwendung unserer Geräte.

So setzen Mitochondriaks das um

Mitochondriaks geben ihrer Uhr jeden Tag eindeutige Signale: helles Licht am Morgen, Tageslicht und Bewegung am Tag, Essen im Hellen, Rot am Abend, Dunkelheit in der Nacht. Eine Expertengruppe um Timothy Brown (University of Manchester) empfiehlt am Auge tagsüber mindestens 250 Lux melanopische EDI, ab drei Stunden vor dem Schlafen höchstens 10 Lux und im Schlafzimmer höchstens 1 Lux. [Quelle]

• Morgens raus: In den ersten 30 Minuten nach dem Aufwachen 10 bis 20 Minuten ins Tageslicht, auch bei Wolken; wo es sicher ist, barfuß (Grounding). Morgens ohne Sonnenbrille, damit das frühe Licht Ihre Augen erreicht.
• Feste Aufstehzeit: jeden Tag zur gleichen Zeit, auch am Wochenende. Sie ist der Anker Ihrer Uhr.
• Tagsüber hell: nah am Fenster arbeiten, Pausen draußen; braucht es drinnen Zusatzlicht, lieber eine Glühlampe als kaltweiße LED (Glühlampe vs. LED).
• Essen bei Tageslicht: saisonal, innerhalb von etwa 10 Stunden, die letzte Mahlzeit, solange es hell ist, und mindestens 4 bis 5 Stunden vor dem Schlafen, wie Jaroslav Lachký in seinem zirkadianen Protokoll rät.
• Bewegung am Tag: draußen, intensives Training eher am Nachmittag als spätabends; Kaffee morgens, nicht abends.
• Abends rot: Nach Sonnenuntergang rote Lampen (E27, E14, GU10) statt weißer LEDs, sparsam und indirekt; vor Bildschirmen eine Brille mit roten Gläsern (Blaulichtfilter-Brillen am Abend). Der Nachtmodus ist nur eine Teillösung.
• Nachts dunkel und kühl: Schlafzimmer verdunkeln, Standby-LEDs abdecken, kühl schlafen; für nächtliche Wege genügt ein schwaches rotes Nachtlicht.

Mehr Tipps im Artikel Besser schlafen: 7 praktische Tipps. Mitochondriak®-Produkte sind keine Medizinprodukte (Hinweis zum Charakter unserer Produkte).

Verwandte Begriffe

• Melatonin – das Signal der biologischen Nacht.
• Melanopsin – Lichtsensor der Netzhaut für die innere Uhr.
• Blaues Licht – der Bereich, der der Uhr am stärksten „Tag“ meldet.
• ALAN (Artificial Light at Night) – künstliches Licht, das die Nacht verkürzt.
• Mitochondrien – Kraftwerke der Zelle mit eigenem Tagesrhythmus.
• ATP (Adenosintriphosphat) – Energiewährung, deren Bildung die Uhr taktet.
• Atmungskette – wo Elektronen aus der Nahrung Energie liefern.
• Redox – Elektronenfluss, der mit der Uhr verzahnt ist.
• Grounding (Erdung) – barfuß in Kontakt mit der Erde.

Häufige Fragen zum zirkadianen Rhythmus

Was ist der zirkadiane Rhythmus einfach erklärt?

Der zirkadiane Rhythmus ist Ihre innere Uhr: ein körpereigener Takt von etwa 24 Stunden, den das Licht jeden Tag nachstellt. Er legt fest, wann Sie wach sind, wann Hormone steigen und fallen und wann Ihr Körper auf Nacht umschaltet. Weil die Uhr etwas länger als 24 Stunden läuft, braucht sie täglich Morgenlicht und Dunkelheit.

Wo sitzt die innere Uhr?

Die Hauptuhr sitzt im suprachiasmatischen Nukleus (SCN) im Hypothalamus, direkt über der Kreuzung der Sehnerven. Mit etwa 10.000 Nervenzellen auf jeder Seite ist sie winzig und stimmt doch die Uhren in Leber, Muskeln und fast allen anderen Organen aufeinander ab. Diese laufen auch selbstständig, hören aber auf das SCN wie Musiker auf ihren Dirigenten.

Welches Licht stellt die innere Uhr am stärksten?

Am stärksten wirkt blaues Licht zwischen etwa 446 und 477 nm, das die Melanopsin-Zellen der Netzhaut anspricht. Ebenso entscheidend sind Helligkeit, Dauer und Uhrzeit: Helles Licht am Morgen stellt die Uhr vor, am späten Abend schiebt es sie nach hinten.

Wie bringe ich meinen Rhythmus wieder in den Takt?

Mit festen Zeiten und klaren Signalen: jeden Tag zur gleichen Zeit aufstehen, in den ersten 30 Minuten ins Tageslicht, abends das Licht zurücknehmen. Wie deutlich natürliches Licht wirkt, zeigte eine Woche Zelten: Danach lagen die Marker der inneren Uhr rund 2 Stunden früher. Essen Sie bei Tageslicht und trinken Sie Kaffee nur morgens.

Stört rotes Licht am Abend die innere Uhr?

Rotes Licht spricht die Melatonin-Uhr kaum an: In einer Laborstudie senkte nur blaues Licht das nächtliche Melatonin, rotes nicht. Rot ist aber keine Dunkelheit: Das Cortisol veränderten beide Farben. Deshalb nutzen Mitochondriaks rotes Licht nach Sonnenuntergang sparsam und indirekt und schlafen in echter Dunkelheit.

Was hat der zirkadiane Rhythmus mit den Mitochondrien zu tun?

Die Uhr steuert, wann Ihre Mitochondrien Elektronen verarbeiten und ATP bilden. Der Elektronenträger NAD⁺ folgt einem 24-Stunden-Rhythmus, und auch beim Menschen schwankt die mitochondriale Atmung im Tageslauf. Umgekehrt wirkt der Redoxzustand der Zelle auf die Uhr zurück. Mitochondrien zuerst, und ihren Takt gibt das Licht.

Ist der zirkadiane Rhythmus dasselbe wie Schlaf?

Nein: Die innere Uhr bestimmt, wann Schlaf biologisch passt; wie dringend Sie schlafen müssen, bestimmt der Schlafdruck, der mit jeder wachen Stunde steigt. Deshalb kann man nach einer kurzen Nacht müde sein und sich zu bestimmten Tageszeiten trotzdem wacher fühlen. Mehr dazu im Beitrag Schlafphasen und zirkadianer Rhythmus.

Was Sie sich merken sollten

• Der zirkadiane Rhythmus ist ein körpereigener Takt von etwa 24 Stunden, den das SCN dirigiert und das Licht jeden Tag nachstellt.
• Fast jedes Organ hat eine eigene Uhr; neben dem Licht stellen auch Mahlzeiten, Bewegung und Koffein den Takt.
• Die Uhr taktet Ihre Mitochondrien: NAD⁺, ATP-Bildung und Atmung folgen dem Tag.
• Morgens Tageslicht, tagsüber Bewegung, Essen im Hellen, abends Rot, nachts Dunkelheit: So pflegen Mitochondriaks ihren Tag-Nacht-Rhythmus.

LICHT formt LEBEN – wie Sie Ihre innere Uhr Schritt für Schritt stellen, lesen Sie im Beitrag Zirkadianer Rhythmus: So funktioniert unsere innere Uhr.