Was ist der suprachiasmatische Kern?
Der Nucleus suprachiasmaticus (SCN) ist eine Struktur in Nadelkopfgröße des Hypothalamus, eines Teils des Gehirns, der sich über dem Chiasma befindet, der Region, in der sich die Sehnerven kreuzen. Es steuert den circadianen Rhythmus, die rhythmische Wiederholung bestimmter Phänomene jeden Tag ungefähr zur gleichen Zeit. Sie wird auch als biologische Uhr bezeichnet und enthält etwa 20.000 Neuronen, die in einem etwa 24-Stunden-Zyklus neuronale und hormonelle Signale erzeugen, die die verschiedenen Körperfunktionen regulieren. Einige Signale, die von den Neuronen des suprachiasmatischen Kerns erzeugt werden, umfassen die Gamma-Aminobuttersäure, Vasopressin, das vasoaktive Darmpeptid und Somatostatin. Die verschiedenen Funktionen des Körpers, die mit den erzeugten Signalen synchronisiert sind, sind der Schlaf-Wach-Zyklus, die Körpertemperatur, Änderungen des Blutdrucks, die Urinproduktion und die Hormonsekretion.
Zirkadiane Rhythmen können vom hellen und dunklen Kreislauf der Umgebung mitgerissen werden. Sobald Licht aus der Umgebung in die Augen gelangt, wandeln spezielle lichtempfindliche Netzhautzellen, sogenannte Photorezeptoren, das Licht in elektrische Signale um und leiten es an das Gehirn weiter. Diese Signale, die sich entlang des Retinohypothalamus-Trakts ausbreiten, erzeugen eine Mitnahme. Die Mitnahme verschiebt die Phase der Aktivität des suprachiasmatischen Kerns, so dass sie mit dem Hell- und Dunkelzyklus der Umgebung mit derselben Frequenz synchronisiert wird. Während der subjektiven Tageszeit wird die Mitnahme durch cyclisches Adenosinmonophosphat und Hypophysenadenylcyclase-aktivierendes Peptid vermittelt, während sie während der subjektiven Nachtzeit durch cyclisches Guanosinmonophosphat und Acetylcholin vermittelt wird.
Neben den Umgebungslichtsignalen wird der suprachiasmatische Kern durch Melatonin beeinflusst. Melatonin ist ein Hormon, das von der Zirbeldrüse aus dem Neurotransmitter Serotonin synthetisiert wird. Es ist sowohl ein Wirkstoff als auch ein Regulator des suprachiasmatischen Kerns. Seine Synthese ist circadian, wobei es durch Licht gehemmt und durch Dunkelheit angeregt wird. Wenn der Spiegel in der Dunkelheit der Umgebung ansteigt, sendet Melatonin Informationen an das Gehirn, dass die Nacht gekommen ist, und die Mitnahme von Körperfunktionen wird entsprechend hervorgerufen.
Es wurden mehrere Gene identifiziert, die den circadianen Rhythmus regulieren. Dies sind die Gene timeless, period, dclock und cycle. Sie kontrollieren die Proteinexpression und führen zu einem komplexen intrazellulären Gegenkopplungssystem. Das negative Rückkopplungssystem erklärt die Periodizität des suprachiasmatischen Kerns.
Variationen im Rhythmus der neuronalen und hormonellen Signale treten saisonal auf. Dies kann den Einfluss von Variationen in der Länge, den Gezeiten, der Temperatur und dem Sonnenschein des Tageslichts widerspiegeln. Im Jetlag wird die biologische Uhr aufgrund einer plötzlichen künstlichen Änderung der Uhrzeit von einer Reise in eine andere Zeitzone gestört, was zu einer abrupten Verschiebung der neuronalen und hormonellen Signale führt. Oft dauert es mehrere Tage, um den Körper wieder in einen normalen 24-Stunden-Zyklus zu versetzen.