Biobuch Kapitel 19 Rhytmen des Verhaltens Flashcards
Mit was beschäftigt sich die Chronobiologie?
Sie beschäftigt sich mit der wissenschaftlichen Untersuchung von rhythmischen Veränderungen und Lebensvorgängen
Was ist Chronomedizin?
Sie beschäftigt sich mit den klinisch-medizinischen Aspekten rhythmischer Schwankungen. Themengebiete sind: Rhythmische Veränderungen in Krankheitsverläufen und in der Wirkung von Behandlungsmaßnahmen, Schwankungen bei Körpervorgängen und pathogenetische Einflüsse von Rhythmusveränderungen (die von aussen aufgezwungen werden).
Was sind Oszillationen und was weiss man aus der Biokybernetik?
Oszillationen = periodische Schwankungen Funktion von verschiedenen Oszillationen: Aus der Biokybernetik weiss man, dass alle Systeme, die in irgendeiner Form reguliert sind (Rückmeldeschleifen) und äusseren Störeinflüssen unterliegen, zu Oszillationen (Schwingung/ rhythmische Schwankung) neigen
Was sind Ursachen auf die unterschiedliche Periodiszität der diversen biologischen Systeme?
- Grösse des Systems (Herzschlag Blutvolumen) - die Aufgabe des Systems (je wichtiger, desto höhere Frequenz der Oszillationen, Bsp. Wahrnehmung und Motorik schnell, Verdauung langsam) - äussere Zeitgeber (Lichtintensität, Temperaturschwankungen etc.)
Wie wird die Rhytmizitäten von Lebensvorgängen generiert?
- körperinternen Schrittmachen (Diese biologischen inneren Uhren sind aber durch externe Einflüsse modulierbar)
Wie werden lange Rhythmen generiert? Nenne zwei Beispiele
- Auch lange Rhythmen (z.B. parallel zu den Jahreszeiten) werden endogen generiert (Zugvögel wissen, wann sie zurück in den Norden können! => Experiment von E. Gwinner; 1986).
- 13 bzw. 17-Jahr-Zikade (Insekt mit so langem Zyklus, Nordamerika 17 Jahre, Südamerika 13 Jahre). Der Rhythmus verläuft nach einem genetischen Muster, unterliegt aber auch äusseren Bedingungen (daher 17 Jahre im Norden und 13 Jahre im Süden).
Was gibt es für zwllbiologische Basismechanismen für die Erzeugung von Oszillationen?
- Schrittmacher-Zellen
- Schwankung Genexpression
Was sind Schrittmacher-Zellen?
Schrittmacher-Zellensind Mechanismen zur Generierung von Oszillationen auf der Ebene einzelner Zellen. Sie haben einen kurzen Zyklus, der durch periodische Veränderung des Membranenpotentials (schwingender Neuronen-Rhythmus) verursacht wird (abwechselnder Ein- und Ausstrom von bestimmten Ionensorten). Dieser selber generierte Rhythmus wird auf andere Zellen übertragen.
Wie kann ein Rhythmus auf Grund von Schwankungen in der Genespression zustande kommen?
- lange Rhythmen entstehen durch Genespression
- Zirkandine Uhr (Clock-Gene: Das Period Gen und das Timeless gen)
- Per und tim produzieren die Proteine PER und TIM, wenn es genug solche Proteine im Blut hat, stoppen sie (=? die Proteine) die Produktion (einmal am Tag, daher der ca. 24h-Rhythmus) indem sie ein Feedback an die Gene und an einen Inhancer geben. (= Negativer Feedbak Zyklus)
- Es gibt zwei weitere Gene, die die TIM und PER Produktion antreiben, diese müssen ebenfalls durch die PER&TIM-Doppelmoleküle unterdrückt werden
((Wenn es also keine TIM und PER mehr hat, können auch die Produzenten-Gene nicht mehr unterdrückt werden und somit werden neue TIM und PER produziert
Auch beim Mensche wurde Clock-Gene gefunden, wo genau?
Die mRNA für diese Gene wurde im menschlichen Gehirngewebe in der wichtigsten circadiandne Schrittmacherstruktur gefunden (im Nucleus suprachiasmaticus) und im Hippocampus (die Gedächtnisleistung unterliegt auch einem Zyklus, tagsüber wird wissen aufgenommen und in der Nacht gefestigt), dem klein Hirn und z.T. im Riechhirn (die Geruchswahrnehmung ist am Abend am leistungsfähigsten).
Aus den Genen per und tim werden ja die Proteine PER und TIM gemacht, wie funktionert das genau?
Folien nicht Buch: Die Doppelhelix vom X-Chromosom wird in der Region des per und tim Gens aufgewickelt, aus der Info der DNA wird die RNA hergestellt. Bei den Endoplasmatischen Retikuli wird der Code für die Aminosäurenabfolge abgelesen und passende Aminosäuren werden zu einem PER/TIM Protein verbunden. Einige dieser Proteine sind im Zellinneren aktiv, andere werden durch exozytose aus der Zelle befördert.
Was sind die Voraussetzungen, dass eine Zelle eine Schrittmacher-Zelle sein kann?
- muss membrankanäle mit geeigneter Zeitcharakteristik von spontan offen, spontan zu haben
- braucht Pumpmoleküle
- hin und her geht Kalzium/Nariumionen
Wie wird der Zykadine Rhytmus gesteuert?
Durch Genexpression
Wie konnte der zykadine Rhythmus gezeigt werden?
- Anhand der Taufliege (Drosophila)
- Man merkte dass tim und per für die Steuerung des zykadinen Rhythmuses zuständig sind, weil wenn diese beiden Gene mutiert waren wirkte sich dies auf den zykadinen Rhytmus aus (wurde kürzer oder länger)
Wie genau regeln PER und TIM den zykadinen Rhytmus?
Die Proteine PER und TIM bewegen sich zwischen dem Zytoplasma und dem Zellkern hin und her, sie haben somit Einfluss auch auf die An- und Abschaltung ihrer eigenen Gene.
- Inder frühen Nacht sind tim und per aktiv und produzieren TIM und PER Proteine, diese werden aber schnell wieder abgebaut. Aber wenn scih TIM und PER zusammentun (gemeinsam sind wir stark) dann können sie nicht so gut abgebau werden und sie können sogar in den Zellkern eindringen und dort die tim und per gene direkt unterdrücken. (Aber nicht so fest das grad der ganze Zyklus drauf gehen würde)
Warum gibt es eigentlich einen 25 Stunden Rhyhmus und wie wird der an 24h angepasst?
- Das ganze tim und per und TIM und PER Auf-und ab geht 25h
- Über die Retina gibt es Signale zum Licht (Tag/Nacht)
Was ist der Unterschied von Schrittmacher-Zellen und Clock-Genen?
- Schrittmacher-zellen regulieren über das wechselnde Membranpotenzial und sind eher für kurze Periodendauern im Nervengewebe zuständig
- clock-Gene für längere Perioden, über Genexpression
In den 60er Jahren nahm die Forschung zur zikdinen Uhr mit den Bunker-Experimenten von J.Aschoff ihren Anfang. Was waren diese Bunkerexperimente?
Vpn hielten sich meist 3-4 Wochen in einem Isolationsbau auf, der fast vollständig abgeschirmt von Umweltreizen war, jegliche Zeit-Information fehlte. Die Raumbeleuchtung war selbstregulierbar und der Tagesablauf beliebig gestaltbar. Es herrschten sog. „freilaufende“ Bedingungen, in denen sich körpereigene Rhythmen unabhängig von den externen Zeitgebern einpendeln konnten. Man registrierte die Schlaf- und Wachzeit und zeichnete die Körpertemperatur auf.
Was waren Ergebnisse der Bunkerexperimente?
- Es stellte sich eine mittlere Schlaf-Wach-Rhythmik von ca. 25 Stunden ein.
- Die unter natürlichen Bedingungen beobachtbaren periodischen Schwankungen von physischen und psychischen Prozessen blieben erhalten.
- Der regelmäßige Wechsel von ca. 2/3 Wachzeit und 1/3 Schlafzeit blieb erhalten.
- (Es müssen mehrere Taktgeber vorhanden sein, da die versch. Rhythmen unter „freilaufenden Bedingungen“ unterschiedlich lang sind.)
Was können Abend- und Morgenmenschen tun um morgens bzw. abends weniger müde zu sein?
Menschen mit langen Rhythmen sind Nachtmenschen, sie sollten am Morgen hinaus ans Tageslicht, um ihre Innere-Uhr vorzustellen. Umgekehrt sollten Morgenmenschen, die früh müde werden, die Abendsonne noch aufnehmen.
Der circadiane Rhythmus wird intern reguliert, von wem?
Nucleus suprachiasmaticus
Was ist der Nucleus suprachiasmaticus?
Es handelt sich dabei um ein kleines Kerngebiet im vorderen Hypothalamus, das sich unmittelbar über der Kreuzung der Sehbahn befindet.
Woher bekommt der NSC Zuflüsse?
- von Netzhaut kommenden Fasern
- über denretinohypothalamischen Trakt (Netzhaut - NSC)
- Neuer Forschungsergebnisse gehen auch davon aus, dass es spezialisierte lichtempfindliche Ganglienzellen gibt (NICHT Stäbchen und Zapfen) von denenn Lichtinformation ausgeht. Diese haben auch ein eigenes Photopigment (=Melanopsin)
- vom Thalamus
Was für Infos bekommt der NSC über den retinohypothalamischen Trakt?
- externer Zeiteinfluss
- > Der NSC schwingt synchron zur externen Tag-Nacht-Periodik
Was passiert wenn der NSc zerstört wird?
- Eine Zerstörung des NSC führt zum Verlust der circadianen Verhaltensweisen.
- Wird NSC-Schrittmachergewebe von gesunden Spendertieren auf Empfänger mit einer NSC-Läsion übertragen, so kehren die Biorhythmen wieder zurück.
Wie lässt sich der circadiane Rhythmus des NSC stören?
- durch elektrische Stimulation
Was haben Melationin und der NSC für eine Affäre?
- Über verschiedene Zwischenstationen gelangt die Info (vom NSC) zur Zirbeldrüse (Epiphyse). Diese ist über das von ihr ausgeschüttete Hormon Melatonin in hohem Masse an den peripheren Begleiterscheinungen der Schlaf-Wach-Regulation beteiligt
- NSC erkennt, wenn genügend Melatonin im Blut ist und sendet ein Ausschüttungs-Stopp-Signal zur Zirbeldrüse
Wer ist der Impulsgeber für den NSC?
Es gilt als gesichert, dass der circadiane Rhythmus des MSC infolge der rhythmischen Aktivität verschiedener Gene gesteuert wird. Es sind hier mindestens drei Gene von Typ „per“ involviert. Der NSC steht in Verbindung mit weiteren Kernen, die über die tagesperiodischen Schwankungen vieler vegetativer Grössen sowie der Konzentration zahlreicher Hormone reguliert werden.
Was sind wichtige Zielgebiete von NSC-Impulsen?
- hypothalamische Kerne, die v.a. vegetative Funktionen steuern (Blutdruck..)
- sowie die. Zirbeldrüse (Epiphyse), die über die Ausschüttung von Melatonin auf hormonellem Wege zahlreichen weiteren Systemen einen circadianen Rhythmus aufprägt
- Hypophyse
- Septum
- Hirnstammregionen
-
Ist es wahr, dass es zwei voneinander entkoppelten Taktgeber gibt?
Ja, weil in den Isolationsexperimenten hat sich gezeigt, dass verscheidene Personen einen abweichenden Tag/Nacht-Rhy. hatten und andere Prozesse ordneten sich diesem unter. Jedoch nicht so die Körpertemperatur. Diese behielt konstant einen Rhy. von 25h.
=> es gibt daher zwei unterschiedliche Oszillatoren
Was ist die Funktion von zwei Oszillatoren? Und wie sind sie, wenn sie unter normalen Tag/Nacht Bedingungen arbeiten und nicht im selbstregulierenden Isolationsexperiment (freilaufend) sind?
- Eine Oszillator steuert die Aktivität und bestimmte lebenserhaltende Interaktionen mit der Umwelt und ein anderer entkoppelter Rhythmus reguliert die Körpertemperatur.
- Wenn ein externer Zeitgeber vorhanden ist, wird diesen Prozessen der 24-Stunden-Rhythmus aufgezwungen, herrschen jedoch freilaufende Bedingungen, so können sich die Oszillatoren auf ihre unterschiedlichen Eigenfrequenzen einschwingen.
Wie wirkt sich Schichtarbeit auf die circadiane Uhr aus?
- biologischen Systeme aus ihrem natürlichen Rhythmus gerissen
- sogar nach Jahren kann sich die circadianen Rhythmen der meisten vegetativen Systeme nicht anpassten
- Die Folgen einer Störung der natürlichen Rhythmen durch die mangelnde Anpassung der biologischen Systeme äussern sich durch Störungen im Befinden, der körperlichen Leistungsfähigkeit, erhöhte Müdigkeit und Stimmungsschwankungen.
- Schichtarbeit führt mit hoher Wahrscheinlichkeit neben den Störungen im psychischen Befinden auch zu körperlichen Funktionsstörungen, vor allem im gastrointestinalen und neurovegetativen Bereich.
- (Ev. führt Schichtarbeit auch zu erhöhtem Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungne und Depression.)
Was gibt es für Studien zur Schichtarbeit?
- Beeinflussung durch helles Licht
- C.A. Czeisler et al. 1989
- In der Nacht führt normale Raumbeleuchtung zu keiner Umstellung der inneren Uhr, man weiss aber, dass Licht einer Intensität von mindestens 2500 Lux (besser zw. 7000 u. 12000 Lux) überaus wirksam ist. (Die im Freien gemessene Tageshelligkeit beträgt 50000 Lux und darüber.) Nach vier aufeinander folgenden Nächten bei diesen Lichtverhältnissen kann die Phasenlage der körperlichen Parameter nahezu beliebig verstellt werden. Auch Leistungsfähigkeit, Wachheit und Schlafqualität tagsüber passen sich den Normalwerten an.
Was sind Symptome von Jetlag?
Erhöhte Müdigkeit am Tag, Einschlaf- und Durchschlafstörungen, reduzierte körperliche und psychische Leistungsfähigkeit, Übelkeit und schlechtes Allgemeinbefinden sind die häufigsten Beschwerden.
Warum kann die Synchronität von Körperprozessen durch lange Flüge zeitweise verloren gehen?
körperliche und mentale Leistungsbereiche stellen sich jeweils mit Verzögerung auf die neue Zeit ein
Flüge in welche Richtung haben einen kürzeren Jetlag zu Folge und warum?
- nach Westen
- innere Uhr muss vorgestellt werden, dies ist einfacher da eh lieber 25h Rhythmus = verlängerter Tag nicht so ein Problem
Was beeinlfusst alles den Jetlag?
Länge des Fluges, die Anzahl überquerter Zeitzonen, die Flugrichtung (von Ost nach West ist besser) und individuelle Dispositionen
Wie ist der circadine Rhy. bei Blinden?
Da der endogene 25-h-Rhythmus durch die 24-h Helligkeitsschwankungen beeinflusst/aufgehoben wird, dürfte sich diese Anpassung bei Menschen mit totaler Blindheit nicht vollziehen
- haben einen 25h Melatonin-Rhy. (jedenfalls die Hälfte der Blinden)
wird die Ausschüttung des Melatonins durch den Hell/Dunkel Rhy. beeinlfusst?
ja, der Hell/Dunkle Rhy. beeinlfusst den NSC und dieser die Zirbeldrüse und diese die Melationinauschüttung, aber
- Verschiedene Studien haben jedoch ergeben, dass bei ungefähr der Hälfte der untersuchten vollkommen blinden Menschen eine stabil zyklische Melatonin-Konzentration im Blut vorlag, die sich in einem etwas verlängerten ca. 25-h-Rhythmus bewegte. Aus der Studie wurde ersichtlich, dass der 25-stündige Melatonin-Rhythmus weder durch die sozialen Reize noch durch die tatsächlichen Schlafzeiten beeinflusst wurde.
*Dies ist ein Beleg dafür, dass ein intaktes visuelles System von grosser Wichtigkeit für die Synchronisation des endogenen Taktgebers mit der exogenen 24-h-Periode ist.
Hilft eine Melatonin-Gabe bei Schlafstörungen?
Wie viele Blinde leiden an Schlafstörugnen?
- Mehr als zwei Drittel aller Blinden leiden unter Schlafstörungen. Dies sind meist Durchschlafstörungen und Schläfrigkeit am Tag (verläuft parallel zur Melatonin Konzentration).
- Durch eine regelmäßige Einnahme von Melatonin vor dem Schlafen kann das Schlafmuster stabilisiert werden
- Melatonin wird auch bei Jetlag-Beschwerden eingesetzt
So siehts aus das Herz dauern weiterschlägt
Vergleich AP von normalen Neuronen mit AP von Schrittmacherzellen
oberes Bild: Neuronen Pacemaker: keine Ruhepotential, weil aktiver Rücktransport von positiver Ladung, also alles positive wa Zelle verlässt wird grad wieder zurücktransportiert. Immer: Ca+-Einstrom und kompensatorischer Ausstrom von Na+ und K+ und dann aktiver Rücktransport von Na+ und K+. Dann Repolarisation und Hyperpolarisation indem Ca+ auströmt, Umgebung, dann erneuter Einstrom con Ca+. (Pacemaker haben spontan offen und spontan zu Ca Kanäle in gutem Zeitabstand) Zelle kann repolarisieren und sogar hyperpolarisieren. schwingende Membranbereiche, Kanäle spontan offen, geschlossen
unteres Bild: normale Neuronen: Na+ Einstrom und K+ Aussrom, Ruhepotential, Depolarisation, Repolarisation.., Drunter, Einpendeln
Aus was besteht die Masterclock und wo liegt sie?
Ca.20’000 ClockZellenkonstituieren
die “masterclock”:
Nucleussuprachiasmaticusim Hypothalamus
*er hat Zugang zu Lichtinfo und gibt dann Uhrzeit an viele kleine Uhren weiter
Gutes Bild, Retina, Trakt zu SNC,
24h Zyklus von Serotonin und Melatonin
Aus Seratonin entsteht Melatonin
Wie wird der 24h Zyklus von Serotonin und Melatonin aufrechterhalten?
- Zirbeldrüse wandelt Serotonin in Melatonin
- Lciht bremst die Enzyme die diese Umwandlung ausführen
- in Nacht 10x so viel Melationin wie am Tag
- Melatonin macht müde
