Jeanette Mattausch/Dörte Ostersehlt

Blaues Licht – der Muntermacher am Abend

Bild eines menschlichen Gehirns.
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Jeanette Mattausch/Dörte Ostersehlt

Neurobiologische Kenntnisse für den Alltag nutzen

Raubt uns das Licht von Handy oder Laptop den Schlaf? Auf welche Strukturen könnten diese Lichtstrahlen wirken? Retinale Ganglienzellen, der suprachiasmatische Nucleus als auch die Epiphyse sind des Rätsels Lösung. Diese Zusammenhänge werden im Unterricht erarbeitet. Zusätzlich werden Studienergebnisse zum schlaffördernden Epiphysenhormon Melatonin ausgewertet. Die Studie belegt, dass nach Exposition von Blaulicht der Melatonin-Gehalt im Speichel sinkt.

Menschen besitzen bei gleichbleibender Lichtumgebung auch ohne äußere Umwelteinflüsse einen konstanten Tagesrhythmus. Dieser ist jedoch im Durchschnitt etwas länger als 24 Stunden (siehe auch Basisartikel). Doch welcher Mechanismus ermöglicht diese autonome Synchronisation? Hierzu wurde der Nucleus suprachiasmaticus (SCN), ein Gebiet im ventralen Hypothalamus von Säugetieren, u.a. an Goldhamstern eines Wildtyps und eines mutierten Typs untersucht. In konstanter Dunkelheit weist der Wildtyp eine Tagesperiode von ungefähr 24 Stunden auf, der des SCN 20 bis 22 Stunden. Entfernt man die Nervenfasern des SCNs, so ist die Tagesperiodik völlig arhythmisch. Werden anschließend die Hirnareale eines Artgenossen des gleichen Typs transplantiert, so entspricht die circadiane Rhythmik erneut der ursprünglichen Rhythmik. Aber wenn der Wildtyp den SCN des mutierten Typs oder umgekehrt erhält, entspricht der circadiane Rhythmus dem des anderen Typs (Ralph u.a. 1990, S. 975). Die autonome Synchronisation ist demnach genetisch determiniert.
Der SCN liegt direkt über dem Chiasma opticum, dem Bereich der Kreuzung der Sehnerven (Bollinger/Schibler 2014). Demnach besteht eine enge Verbindung zwischen dem Auge und der inneren Uhr des Menschen. Die Detektion von Helligkeit erfolgt im SCN über mehrere Schaltkreise, welche letztendlich auch die Produktion des Dunkelhormons Melatonin unterdrücken (Kraft 2004). Neben den Photorezeptoren in der Retina des Auges existiert ein weiterer Zelltyp, welcher Licht registriert: die retinalen Ganglienzellen (RGC). Diese Nervenzellschicht befindet sich unmittelbar hinter den Stäbchen und Zapfen in der Retina und macht lediglich ein bis zwei Prozent der dortigen Ganglienzellen aus (Korf 2015). Die RGC registrieren die Änderung der Lichtintensität durch das Photopigment Melanopsin, das sie enthalten (Gross 2004). Am wirksamsten absorbiert das Melanopsin Licht des blauen Spektrums bei einer Wellenlänge von 480nm (Korf 2015).
Die RGC sind durch Axone mit dem SCN verbunden und bilden so den retinohypothalamischen Trakt (RHT). Demnach sind diese Strukturen maßgebend für die Registrierung der Umgebungs-helligkeit und die Steuerung der inneren Uhr (Reuss 1993). Werden diese Nervenfasern durchtrennt, trennt sich die Rhythmik vom Tag-Nacht-Wechsel und folgt einem individuellen, willkürlichen Takt (Pritzel u.a. 2003). Neben dieser „circadianen Blindheit tritt jedoch kein Verlust des Sehvermögens auf, was bei einer Läsion der Stäbchen und Zapfen der Fall wäre.
Neben der Verbindung des SCN mit den Axonen der RGC besteht weiterhin eine wichtige funktionale Bedeutung für die innere Uhr durch die Verbindung des SCN mit der Epiphyse. Diese synthetisiert das Hormon Melatonin, dessen Produktion tagsüber bei Lichteingang in die Retina durch mehrere Schaltkreise gehemmt wird und erst bei eintretender Dämmerung erfolgt (Pritzel u.a. 2003). Die Synthese von Melatonin ist demnach von dem eintreffenden Signal der RGC abhängig.
Wird jedoch der natürlich bedingte Tag-Nacht-Rhythmus missachtet und werden in den Abendstunden künstliche Lichtquellen genutzt, so verändert sich unter anderem die Melatoninkonzentration im Blut.
Einfluss von LED-Licht
Durch das Tageslicht werden vor allem die Aufmerksamkeit und Konzentrationsfähigkeit gesteigert und Schläfrigkeit vermindert (Korf 2015). Das sichtbare Tageslicht nimmt ein Strahlungsspektrum der Wellenlängen 380 bis...
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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Biologie Nr. 451 / 2020

Chronobiologie

Beitrag aus Zeitschrift Unterricht Biologie Unterricht (45-90 Min) Schuljahr 9-10