Hell und Dunkel, Tag und Nacht, Sommer und Winter. Der Mensch hat sich im Laufe der Jahrtausende auf die immer wiederkehrenden Rhythmen der Gezeiten perfekt eingestellt. Die Entwicklung des künstlichen Lichts stellt eine Herausforderung dar, in Bezug auf Qualität und Zusammensetzung, um dieser Anpassung gerecht zu werden.
Die Sonne, als einzige Energiequelle, spielt in der Entwicklung der Lebewesen eine zentrale Rolle. In Folge der Evolution passte sich nicht nur der Mensch an den immer wiederkehrenden Tag – Nacht Rhythmus und den wiederkehrenden Gezeiten, wie Winter und Sommer, an. Der Mensch in seiner heutigen Form existiert seit mehr als 50.000 Jahre, er beherrscht seit ca. 100.000 Jahren das Feuer. Doch erst seit ca. 100 Jahren hat der Mensch Zugang zu künstlichem Licht. Doch dieser Zugang spielt für die Evolution des Menschen keine Rolle. Anders der immer wiederkehrende Tag – Nacht hythmus. Diese ständigen Veränderungen haben dazu geführt, dass der Mensch ein perfektes System von inneren Uhren entwickelt hat,der sich dem sog. Circadianen Rhythmus anpasst.
Schon seit den fünfziger Jahren (R.A. Weal et al. 1952 [1]) weiß man, dass Licht eine biologische Wirkung auf den Menschen hat. Formen der Winterdepressionen (SAD) werden mit einer hohen Dosis Licht behandelt. Doch erst seit 2001 entdeckte man die Zusammenhänge genau. Es handelt sich um einen dritten Photorezeptor im Auge. Diese Erkenntnis von zwei unabhängig voneinander forschenden Arbeitsgruppen um Brainard und Thapan 2001 [2,3] war deshalb so revolutionär, da diese Rezeptoren nicht auf visuelle Reize reagieren, sondern gravierenden Einfluss auf unsere Gesundheit und physiologische Aktivität haben.
Jahrzehntelang glaubte man, dass die einzigen Rezeptoren im Auge die des visuellen Sehens wären. Das menschliche Auge hat ein visuelles Wirkspektrum von 380nm bis 780nm. Die Rezeptoren für das Sehen sind Zapfen und Stäbchen. Die Zapfen reagieren auf die Farben rot, grün und blau, also das Tagsehen, die Stäbchen haben nur ein Hell Dunkel Empfinden für das Nachtsehen. Das Auge hat ihre empfindlichste Reizung am Tage (photopisch) bei 555nm und in der Nacht (Skotopisch) bei 505nm.
Die neu entdeckten Rezeptoren, eine spezielle Art der Ganglienzellen, haben keine visuelle Bedeutung für den Organismus. Das Auge funktioniert also nicht alleine als Sehorgan, sondern auch als Transmitter für die Chronobiologische Wirkung und somit als Taktgeber für die biologische Uhr. Ihr Wirkmaximum liegt bei ca. 490nm, also im Blaubereich. (DIN V 5031) Das menschliche Auge hat eine Vielzahl von photosensitiven Rezeptoren auf der Retina. Die Sehgrube, die sog. Fovea, ist das Zentrum des Scharfsehens. Hier befinden sich konzentriert die Rezeptoren für das Sehen am Tage. Außerhalb der Fovea, gleichmäßig verteilt über die Retina, ließen sich lichtempfindliche Ganglienzellen, sog. Intrinsically photosensitive Retinal Ganglien Cells (ipRGC), nachweisen (Berson et al. 2002 [4]).
Diese Ganglienzellen enthalten das Photopigment Melanopsin, welches Lichtreize an das Gehirn weiterleitet. Nur 1% der Ganglienzellen enthalten Melanopsin. In das Auge einfallendes Licht durchläuft mehrere Schichten der Retina bis zu den Rezeptorzellen des visuellen Sehens. Die lichtintensiven Ganglienzellen sind mit langen Axonen über den retinohypothalamischen Trakt mit dem Suprachiasmatischem Nucleus (SCN)verbunden. Das SCN liegt im Zentrum des Gehirns und besteht aus ca. 10.000 Nervenzellen, die wiederum jede für sich eine eigene innere Uhr hat. Läuft die Reizübertragung synchron, so verstärken sich die Nervensignale. Die Reize werden an die Epiphyse oder der Zirbeldrüse übertragen. Das SCN ist also Master Clock und reguliert so den Hormonhaushalt des Körpers, in dem er Hormone produziert oder hemmt, Enzyme aktiviert oder blockiert und bestimmte Nervensignale an- oder ausschaltet. Diese Reizübertragung läuft wesentlich träger ab, als die Reizübertragung des visuellen Sehens. Anders als die Reaktion des visuellen Sehens, bei der der Organismus innerhalb von Millisekunden sich immer wieder auf die ständig ändernden Leuchtdichten einstellen muss, entsteht eine biologische Wirkung nicht sofort nach einer Änderung der Leuchtdichte, sondern reagiert auf den langsamen Wechsel des Tag Nacht Rhythmus.
Dieses alles geschieht über den Suprachiasmatischem Nucleus, der als Regulator der inneren Uhr zählt. Er regelt über die Zirbeldrüse die Produktion des Schlafhormons Melatonin. Entscheidend für diese Regelung ist das Melanopsin in den Ganglienzellen. Im Gegensatz zu den anderen Photorezeptoren liegt die Empfindlichkeit des Melanopsin bei 490nm. Wird dieser Rezeptor nun durch einen Dunkelreiz aktiviert, so
wird ein Impuls über Nerven in den SCN geleitet. Der Reiz wird von hier aus weitergeleitet über das basale Vorderhirnbündel zum oberen thorakalen Rückenmark und weiter zum oberen Zervikalgangliom, welches mit der Zirbeldrüse verbunden ist. Hier wird die Melatoninsynthese aktiviert. Wird nun das Melanopsin durch Licht gereizt, so verhindert er die Weiterleitung des Impulses an die Zirbeldrüse und die Melatoninproduktion wird unterdrückt.
Einfluss der Farbtemperatur
Fotorezeptoren im Auge
Biologische Wirkung des Lichts
Das Melatonin [6,7,8] (N-Acetyl-5-methoxytryptamin) ist ein wichtiges Hormon des Stoffwechsels beim Menschen. Es wird in der Zirbeldrüse aus Serotonin gewonnen. Die Wirkungen des Melatonins sind vielfältig und spielt für die Steuerung des circadianen Rhythmus eine entscheidende Rolle. Die exakte Wirkung von Melatonin ist aber noch nicht genau geklärt und Gegenstand der Forschung.
1. Melatonin wird als Schlafhormon bezeichnet. Dieses gilt nicht für alle Lebewesen. Es regelt den Schlaf-Wach Rhythmus. Abends und in der Dunkelheit wird Melatonin ausgeschüttet und sorgt für Müdigkeit. Am Morgen durch erste Lichtstrahlen wird die Produktion gestoppt.
2. Melatonin reguliert die Körpertemperatur. Diese ist während der Schlafphase um 3.00 Uhr morgens am niedrigsten. Hier ist der Körper in der tiefsten Ruhephase.
3. Stoffwechselvorgänge und Körperfunk- tionen werden auf ein Minimum reduziert, zugunsten der verdienten Nachtruhe. Der Blutdruck sinkt. Hier kann der Organismus seinen nächtlichen Erholungszyklus optimal nutzen und optimiert so seine Selbstreparaturleistung.
4. Melatonin zählt zu den Antioxidantien und fängt freie Radikale. Diese Wirkung soll um 60 bis 70 mal höher sein, als die des Vitamin C und E (Reiter 2002/Reiter et al. 2004 [9,10]). Melatonin steht somit in Verdacht, Krankheiten wie Krebs oder auch Alzheimer zu verhindern oder abzuschwächen.
5. Melatonin regt die weißen Blutkörperchen an Antikörper zu produzieren und stimuliert so das Immunsystem und schützt vor Herz-Kreislaufprobleme.
6. In Vivo hat das Melatonin einen onkostatischen Effekt. Es unterdrückt und verhindert das Wachstum von Tumoren. Dabei nicht nur Mammakarzinome, sondern auch maligne Melanome. Diese Erkenntnis wird auf die Eigenschaft als Antioxidans zurückgeführt.
Das Melatonin steht dem Menschen nicht zu jeder Tageszeit in ausreichendem Maße zur Verfügung. Die Ausschüttung des Melatonins ist in der Nacht am Größten und nimmt gegen morgen wieder ab. Die Konzentration des Melatonins verursacht auch eine Änderung der Konzentration anderer Hormone, wie u.a. das Stresshormon Kortisol oder das Glückshormon Serotonin. Eine Störung des circadianen Rhythmus kann daher auch zu einer Störung des Hormonhaushaltes führen.
