Chronobiology

Abstract

Chronobiology is a thriving research field that spans all biomedical disciplines, ranging from molecular biology and metabolism to psychology and internal medicine. Circadian rhythms are generated at the molecular level in practically all cells of the body. This ensemble of clocks forms the “circadian system” that coordinates every aspect of our biology on a daily basis—from the cells, tissues and organs up to the concerted regulation of metabolism or higher functions like sleep-wake behaviour, immune responses or cognition. With the help of a “master clock” in the brain, the mammalian circadian system actively synchronises (entrains) to light and darkness via the eyes. Industrialisation and urbanisation have drastically changed the way we expose ourselves to light and darkness, and consequently how our clocks entrain. These changes have led to the modern syndrome of social jetlag, a misalignment between circadian and social time. In most of us, the circadian clock is so delayed that we have to interrupt our natural sleep with an alarm clock to be awake for work/school schedules. Shiftworkers suffer from the most extreme form of social jetlag. A growing body of studies show that this misalignment is associated with health deficits, including various metabolic, cardiovascular and psychiatric syndromes and even increased cancer risks.

Zusammenfassung

Die Chronobiologie ist ein wachsender Forschungsbereich, der sämtliche biomedizinischen Fachgebiete umfasst, von Molekularbiologie und Molekularstoffwechsel bis hin zur Psychologie und inneren Medizin. Zirkadiane Rhythmen werden auf der molekularen Ebene in praktisch allen Zellen des Körpers erzeugt. Dieses Orchester von Uhren bildet das „zirkadiane System“, das alle Aspekte menschlicher biologischer Vorgänge täglich koordiniert – von den Zellen, Geweben und Organen bis hin zur abgestimmten Regulation des Stoffwechsels oder höherer Funktionen wie Schlaf-Wach-Verhalten, Immunreaktionen oder Kognition. Mithilfe einer „übergeordneten Uhr“ im Gehirn leistet das zirkadiane System der Säugetiere über die Augen eine aktive Synchronisierung (Anpassung) hinsichtlich Helligkeit und Dunkelheit. Industrialisierung und Urbanisierung haben zur drastischen Änderung der Art und Weise geführt, in der Menschen sich Licht und Dunkelheit gegenüber aussetzen und somit auch die menschlichen Uhren gehen. Diese Veränderungen haben zu dem modernen Syndrom des sozialen Jetlags geführt, einer Fehlausrichtung zwischen zirkadianer und sozialer Zeit. Bei den meisten Menschen ist die zirkadiane Uhr so verzögert, dass sie den natürlichen Schlaf mit einem Wecker unterbrechen müssen, um für den Arbeits‑/Schulbeginn wach zu sein. Schichtarbeiter leiden an der äußersten Form des sozialen Jetlags. Eine zunehmende Zahl von Studien zeigt, dass diese Fehlausrichtung mit gesundheitlichen Mängeln einhergeht, darunter verschiedene metabolische, kardiovaskuläre und psychische Syndrome und sogar erhöhte Krebsrisiken.