Chronophasentyp und Aktivitäts-Ruhe-Rhythmus: Erkenntnisse chronobiologischer und chronomedizinischer Untersuchungen am Menschen

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Überblick
Definitionen und Begriffsbestimmungen
Chronobiologie und ihre Bedeutung für die Medizin

3. Methoden der Chronobiologie
3.1 Moderne Methoden
3.2 Anwendung und Bedeutung der Aktographie in der Chronobiologie und Chronomedizin

4. Tabellarischer Überblick über bereits vorliegende Studien (von Mai 2002 bis Mai 2005)

5. Diskussion der Studienergebnisse

6. Quellennachweis

7. Anhang: Tabelle über Studien mit Erwachsenen

Tabelle über Studien mit Kindern und Jugendlichen

Auflistung der Quellenangaben der Studien

Erläuterung der verwendeten Abkürzungen

1. Einleitung

In der vorliegenden Arbeit soll ein Überblick über die Chronobiologie gegeben werden. Die Arbeit ist in zwei Teile gegliedert. Im ersten Teil wird mit der Erläuterung von einigen der wichtigsten Fachbegriffe der Chronobiologie begonnen. Im Anschluss daran wird die Bedeutung der Chronobiologie in der Medizin näher betrachtet. Hierbei werden sechs Hauptanwendungsgebiete kurz diskutiert. Im folgenden Kapitel werden moderne Methoden der Chronobiologie vorgestellt und miteinander verglichen. Der Schwerpunkt wurde dabei auf die Aktigraphie gelegt. Als weitere sind die Polysomnographie, Tagebücher, Fragebögen, Beobachtungen und Isolationsversuche beschrieben. Zum Schluss des ersten Teils wird kurz auf die Anwendung und Bedeutung der Aktographie in der Chronobiologie und Chronomedizin eingegangen. Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit den neuesten Veröffentlichungen zum Thema Aktigraphie. Dazu ist eine Auflistung von Artikel in Tabellenform im Anhang zu finden, welche getrennt für Studien mit Erwachsenen und Kindern erfolgt. Eine Diskussion über die Studienergebnisse bildet den Abschluss dieser Arbeit.

Es wird darauf hingewiesen, dass trotz der Verwendung der männlichen Form (z. B. der Patient) immer beide Geschlechter angesprochen sind.

2. Ü berblick

2.1 Definitionen und Begriffsbestimmungen

Die Chronobiologie hat im Laufe der Zeit ihre eigene Nomenklatur entwickelt. Im folgenden Abschnitt sollen deshalb einige für diese Arbeit relevante Begriffe geklärt werden. Die Chronobiologie ist die Wissenschaft, die sich mit der biologischer Zeitstruktur von Lebewesen beschäftigt. Der Begriff Chronobiologie ist abgeleitet von „chronos“ (Zeit), „bios“ (Leben) und „logos“ (Wissenschaft). Touitou & Haus (1994) beschreiben Chronobiologie als: „The science of investigating and objectively quantifying phenomena and mechanisms of the biologic time structure, including the rhythmic manifestations of life. “ (Touitou & Haus 1994: 710).

Unter der biologischen Zeitstruktur eines Lebewesens ist die Summe aller nichtzufälligen, zeitabhängigen, biologischen Veränderungen zu verstehen. Diese umfassen Wachstum, Entwicklung und Alterung sowie ein Spektrum von Rhythmen mit verschiedenen Frequenzen (Touitou & Haus 1994: 709). Unter einem Rhythmus ist im Allgemeinen die Wiederkehr gleicher Zustände oder Ereignisse nach etwa gleichen Zeiten zu verstehen. Die Chronobiologie beschäftigt sich mit biologischen Rhythmen. Diese „lassen sich in ein Spektrum einordnen, dessen Periodenskala von Bruchteilen einer Sekunde bis zu einem Jahr reicht. Zum hochfrequenten Abschnitt des Spektrums gehören die Impulsfolgen des Nervensystems sowie periodische Abläufe in Kreislauf und Atmung. Diese Rhythmen sind in ihrer Frequenz variabel und stehen nicht in einem unmittelbaren Zusammenhang mit periodischen Vorgängen in der Umwelt. Im Gegensatz hierzu ist der niederfrequente Abschnitt des Spektrums durch vier Perioden ausgezeichnet, die mit Zyklen der Umwelt übereinstimmen. Es sind dies die Gezeiten, die Tageszeiten, die Mondphasen und die Jahreszeiten.“ (Aschoff et al. 1988: 219). Die biologischen Rhythmen sind nicht konstant sondern variieren z. B. in ihrer Frequenz. Deshalb wird in der Chrono-biologie die Vorsilbe „circa“ verwendet, z. B. circadian (20 – 28 h), circaseptan (7 Tage ± 3), circannual (1 Jahr ± 3 Monate) etc. Aus dem gleichen Grund können die physikalischen Gesetze über Rhythmen und Schwingungen nicht ohne weiteres angewendet werden. Alle biologischen Rhythmen werden durch zentrale Schritt-macher kontrolliert, die im Zwischenhirn in einem kleinen Kerngebiet nervöser Zellen, dem Nucleus suprachiasmaticus, liegen. Wenn Rhythmen durch periodische Signale der Umwelt, die Zeitgeber (Aschoff), „Synchronizer“ (Halberg) oder „Entraining Agent“ (Pittendrigh), synchronisiert werden, wird von umweltsynchronen Rhythmen gesprochen. Es gibt insgesamt vier umweltsynchrone Rhythmen: circadian (ca. 24 h), circannual (ca. 365 Tage), circalunar (ca. 28 Tage) und circatidal (die Gezeiten). Nur der circadiane Rhythmus ist bei fast allen Lebewesen nachweisbar, da er zur genetischen Ausstattung des Organismus gehört (Aschoff et al. 1988). Für nahezu alle Lebewesen ist der Belichtungswechsel der wichtigste Zeitgeber neben anderen wie z. B. Temperaturzyklen, soziale Zeitgeber wie visuelle oder akustische, der Kommunikation dienenden Signale (Aschoff et al. 1988). Die Zeitgeber gemeinsam mit Kopplungskräften zwischen den verschiedenen Rhythmen gewährleisten eine zeitliche Ordnung, dessen Aufrechterhaltung die Voraussetzung für Leistungs-fähigkeit und Wohlbefinden des Individuums ist.

Durch die Nutzung chronobiologischer Erkenntnisse und Untersuchungsmethoden in anderen Wissenschaften haben sich verschiedene Spezialgebiete herausgebildet.

So werden z. B. in der Chronomedizin chronobiologische Erkenntnisse und Unter-suchungsmethoden in der Diagnostik und Therapie des Menschen genutzt. Weitere Beispiele sind die Chronopathologie und die Chronopharmazie, welche alle die Zeit bzw. Zeitabhängigkeit bestimmter Prozesse als Fokus haben.

2.2 Chronobiologie und ihre Bedeutung für die Medizin

Die Anwendung von chronobiologischen Konzepten und Methoden in der klinischen Medizin (inklusive der praktischen Labormedizin) wird in Zukunft an Bedeutung gewinnen und zur Kosteneinsparung beitragen (Touitou & Haus 1994: 5). Die meisten Laborparameter, die zur Diagnostik benutzt werden, unterliegen rhythmischen Variationen. Dies muss bei der Probengewinnung und der Interpretation der Laborergebnisse beachtet werden. Die Angabe von Laborwerten sollte immer als zeitabhängige Werte von klinischen Laborfunktionen erfolgen. So genannte Chronodesmen (Zeitqualifizierte Referenzwerte) und statistisch quantifizierte Rhythmusparameter sollten die neuen Endpunkte für Labormessung darstellen. Diese werden zukünftig für die Definition von „Normalität“ essentiell sein und können in ihrer Veränderung oder Abweichung Risikostadien oder Krankheit anzeigen (Touitou & Haus 1994: 702). Die zunehmende Anwendung von der Chronobiologie in der praktischen Labormedizin hängt von dem Fortschritt in der Datensammlung und –analyse ab (Touitou & Haus 1994: 702).

In den letzten drei Dekaden wurden Informationen von der Human-Chronobiologie gesammelt. Diese finden nun zunehmend ihre praktische Anwendung in der Human-Psychologie, der Human-Pathologie und in der Behandlung von Krankheiten. Die Zeitdomäne ist mittlerweile ein essentieller Teil in der Analyse von physiologischen Prozessen. Laut Touitou und Haus (1994: 25 ff) sieht sich die Chronobiologie und ihre Anwendung in der klinischen Medizin mit sechs Hauptaufgaben konfrontiert:

1. Errichtung von chronobiologischen Referenzstandards:

Chronobiologische Referenzstandards sollen als neue zusätzliche Endpunkte zur Bestimmung von „Normalität“ dienen. Dabei fügt die Chronobiologie zur Anatomie und Biochemie eines physiologischen Prozesses die Frage nach dem Wann dieser stattfindet hinzu. Für die Errichtung solcher Referenzstandards sind jedoch weitere Untersuchungen und quantitative Messungen der menschlichen Zeitstruktur in Bezug auf verschiedene ethnisch-geographische Hintergründe, Alter und Geschlecht nötig. Durch die Anwendung der Chronobiologie in der klinischen Medizin wird es in Zukunft keine Spannen für Normalwerte mehr geben sondern zyklische Muster, die die Zeiten des biologischen Rhythmus, dessen Amplitude, dessen internale und externale Phasen einschließen. Die gewöhnlichen Werte in klinisch gesunden Subjekten müssen nun in Bezug auf die menschliche Zeitstruktur definiert werden. Die Errichtung einer weltweiten computergesteuerten Datenbank für die chrono-biologische Evaluation von Laborwerten und Referenzstandards wird angestrebt. Dafür sind allerdings standardisierte Techniken bzw. Methoden der Proben-gewinnung und Messung erforderlich. Das größte Hindernis für die Einrichtung einer solchen Datenbank stellt die nicht weltweit einheitliche Definition von Gesundheit dar, woraus sich Unterschiede unter anderem in der Definition der gesunden Referenz-gruppe ergeben.

2. Aufdeckung von frühen Zeitstruktur-Abweichungen des Organismus: die Aufdeckung von Risikostadien bzw. –zuständen:

Viel versprechend ist die Aufdeckung von frühesten Abweichungen von den konventionellen und chronobiologischen Referenzstandards, von frühen Ver-änderungen in der Zeitstruktur und der Erkennung von Risikozuständen für Krankheiten. Mit Hilfe chronobiologischer Untersuchungen können Veränderungen in biologischen Funktionen sehr früh identifiziert werden, wo nicht-zeit-qualifizierte Untersuchungen noch keine Abnormalitäten erkennen können. Dies bietet die Möglichkeit das Risiko für die Entwicklung von Krankheit zu veranschlagen. Eine Verbindung zwischen der frühen Veränderung in der Zeitstruktur und genetisch vorbestimmten Risikozuständen für die Entwicklung von Krankheit wird vermutet. So ist z. B. eine Korrelation zwischen dem Risiko für die Entwicklung von Brustkrebs und den circannualen Amplituden von Prolactin (geringe Amplitude) und TSH (große Amplitude) festgestellt worden (Touitou & Haus 1994). Die Aufdeckung von Veränderungen in der menschlichen Zeitstruktur bietet die Möglichkeit von Präventionsmaßnahmen durch zeitliche Intervention u./o. bei dem Versuch die zeitlichen Abnormalitäten anzupassen (z. B. bei Hypertonie).

3. Aufdeckung von zeitlichen Abnormalitäten als Ursache oder Konsequenz von Krankheit (Chronopathologie):

Die Aufdeckung von zeitlichen Abnormalitäten stellt eine Herausforderung und Möglichkeit für die klinische Chronobiologie dar, da die menschliche Zeitstruktur außerordentlich wichtig ist für eine normale Funktion des Organismus. Z. B. ist die normale reproduktive Funktion von der pulsierenden Natur der LH-Sekretion abhängig und wenn diese gestört ist, kommt es zu Fruchtbarkeitsproblemen sowohl beim Mann als auch bei der Frau. Die Veränderung der zeitlichen Parameter von biologischen Funktionen in Bezug auf Krankheit stellt entweder die Folge der Krankheit oder die Ursache dieser dar.

4. Arbeitshygiene (Arbeitsplan, Schichtarbeit, Langstrecken- und Weltraumflüge):

Die Chronobiologie ist essentiell für die Entwicklung von Arbeitsplänen für Nacht- und Schichtarbeiter und für Subjekte, die Langstrecken- oder Weltraumflügen sowie Weltraumaufenthalten ausgesetzt sind. Das Wissen über chronobiologische Prinzipien und dessen Anwendung ist wichtig für die Entwicklung von Einsatzplänen, um eine optimale Leistung zu erlangen sowie für Gesundheits- und Arbeitsschutz.

5. Zeitabhängige therapeutische Intervention: Chronopharmakologie:

Mittels der Chronobiologie können therapeutische Interventionen zu einem Zeitpunkt eingesetzt werden, wenn sie von Nutzen sind und am besten toleriert werden. Die Chronobiologie gibt außerdem Anhaltspunkte, wann eine therapeutische Intervention nicht angebracht ist. Eine chronobiologische Herangehensweise ist besonders dann entscheidend, wenn potentiell schädigende oder toxische Medikamente genutzt werden müssen, wie z. B. bei der Chemotherapie von Krebs. Der Zeitfaktor sollte in alle Aspekte der klinischen Pharmakologie eingeführt werden. Zeitliche Verordnungen wie „drei Mal täglich“ oder „vier Mal täglich“ sind obsolet und sollten ersetzt werden durch effektivere, weniger toxische, chronobiologisch angepasste Behandlungspläne. Die Wahl der richtigen Applikationszeit erfordert chrono-biologisches Wissen und Erfahrungen. Eine Behandlung zum falschen Zeitpunkt kann mehr Schaden anrichten als nutzen.

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