Sobald morgens Licht in unsere Augen fällt, passiert weit mehr, als dass wir einfach "sehen". Das Licht gelangt durch Hornhaut, Pupille und Linse bis auf die Netzhaut (Retina) im hinteren Teil des Auges. Dort befinden sich verschiedene Arten von Sinneszellen. Zum einen die

  • Stäbchen, die vor allem bei Dunkelheit sehen.
  • Zapfen, die Farben und scharfe Bilder erkennen Zum anderen
  • Spezielle Ganglienzellen, die gar nicht für das Sehen zuständig sind.


Diese besonderen Nervenzellen heißen intrinsisch photosensitive retinale Ganglienzellen (ipRGCs). Sie enthalten den lichtempfindlichen Farbstoff Melanopsin. Diese Zellen reagieren besonders empfindlich auf blaues Licht mit einer Wellenlänge von etwa 460 bis 490 Nanometern. Das ist genau der Bereich, der im natürlichen Tageslicht besonders stark vertreten ist.

Selbst blinde Menschen können – sofern diese speziellen Ganglienzellen erhalten sind – häufig noch zwischen Hell und Dunkel unterscheiden und so einen stabilen Tag-Nacht-Rhythmus aufrechterhalten.

Von den Ganglienzellen verlaufen Nervenfasern über den sogenannten retinohypothalamischen Trakt direkt zum suprachiasmatischen Nukleus (SCN).

Dieser winzige Bereich liegt im Hypothalamus und besteht aus etwa 20.000 Nervenzellen. Trotz seiner geringen Größe gilt er als die „Master Clock“ des Körpers – also als zentrale innere Uhr. Der SCN erhält über das Umgebungslicht permanent Informationen darüber, ob die Sonne gerade aufgeht, am Himmel steht oder bereits untergeht. Dadurch kann er die innere Uhr täglich neu synchronisieren.

Die Bedeutung der inneren Uhr wurde durch die Verleihung des Nobelpreises für Physiologie oder Medizin 2017 eindrucksvoll unterstrichen. Ausgezeichnet wurden Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young für ihre Entdeckung der molekularen Mechanismen, die den circadianen Rhythmus kontrollieren. Zwar war bereits seit Langem bekannt, dass nahezu alle Lebewesen über eine innere Uhr verfügen und viele biologische Prozesse einem etwa 24-stündigen Rhythmus folgen. Unklar war jedoch, welche molekularen Mechanismen diesen Rhythmus erzeugen und wie er in den Körperzellen aufrechterhalten wird.

Mit ihrer Forschung konnten die drei Wissenschaftler diese grundlegenden Prozesse entschlüsseln und damit das Verständnis der biologischen Uhr entscheidend voranbringen. Sie konnten zeigen, wie sogenannte Uhrgene und die von ihnen gebildeten Proteine einen sich selbst erhaltenden 24-Stunden-Rhythmus, den bereits erwähnten circadianen Rhythmus, erzeugen. Diese molekulare Uhr läuft in nahezu jeder Körperzelle. Direkt durch Licht synchronisiert wird jedoch vor allem der SCN, der anschließend die Uhren der übrigen Organe über hormonelle, neuronale und metabolische Signale aufeinander abstimmt.

Erst das Zusammenspiel dieser genetischen Uhr mit den Lichtinformationen aus den Augen ermöglicht einen stabilen Schlaf-Wach-Rhythmus und die zeitliche Abstimmung zahlreicher Körperfunktionen.

Kommen wir noch mal zurück zum SCN: Sobald dieser erkennt, dass Tageslicht vorhanden ist, sendet er Signale an zahlreiche Bereiche des Körpers. Unter anderem beeinflusst er auf diese Weise:

  • die Ausschüttung verschiedener Hormone,
  • die Körpertemperatur,
  • den Blutdruck,
  • den Stoffwechsel,
  • das Hungergefühl,
  • die Aufmerksamkeit,
  • das Immunsystem,
  • und viele weitere biologische Prozesse.


Nicht jede Lichtquelle hat den gleichen Einfluss auf unsere innere Uhr.

An einem sonnigen Sommertag erreicht das Tageslicht 50.000 bis über 100.000 Lux. Selbst an einem bewölkten Tag werden draußen oft noch 10.000 bis 20.000 Lux gemessen. Zum Vergleich: In meinem Büro sind es bei eingeschalteter Beleuchtung nur gerade mal 300 bis 500 Lux. Für unsere innere Uhr macht das einen enormen Unterschied.

Bereits 20 bis 30 Minuten Aufenthalt im natürlichen Morgenlicht können daher helfen, den biologischen Tag einzuleiten und die innere Uhr zuverlässig zu synchronisieren. Dadurch werden Schlaf, Leistungsfähigkeit und zahlreiche Stoffwechselprozesse langfristig stabilisiert.

In der nächsten News gehe ich darauf ein, wie sich falsche bzw. künstliche Lichtsignale auf das Hormon- und Nervensystem auswirken.




Quellen:

Mahoney, H. L. & Schmidt, T. M. The cognitive impact of light: illuminating ipRGC circuit mechanisms. Nature Reviews Neuroscience, 2024: 25, 159–175. https://doi.org/10.1038/s41583-023-00788-5

Hall JC, Rosbash M, Young MW. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017 – Circadian rhythms. Nobel Prize Outreach AB.