Der circadiane Rhythmus ist eine innere, ~24-stündige Uhr, die die Zyklen von Schlaf und Wachheit, Hormonausschüttung, Körpertemperatur und Stoffwechsel reguliert. Auf molekularer Ebene wird er durch eine negative Rückkopplungsschleife aufrechterhalten: Die Proteine CLOCK und BMAL1 aktivieren die Gene Period (PER) und Cryptochrome (CRY), deren Produkte wiederum ihre eigenen Aktivatoren mit einer Verzögerung von ~24 Stunden hemmen. Der Simulator nähert diese Dynamik mit einem oszillierenden Goodwin-Modell an: einem System von Differentialgleichungen, in dem drei miteinander verbundene Größen (mRNA → Protein → Repressor) einen stabilen Zyklus bilden. Die Melatonin- und Cortisolkurven werden als Funktionen der Oszillatorphase abgeleitet.
Stellen Sie Aufwach- und Schlafenszeit, die Intensität des äußeren Lichts (Lux), den Chronotyp (Phasenverschiebung von −2 bis +2 Std.) und die Zeitzonenverschiebung ein. Das animierte Zifferblatt zeigt die aktuelle Phase mit Markierungen für die Melatonin- und Cortisol-Spitzen. Die Diagramme darunter zeigen das 48-Stunden-Profil beider Hormone zusammen mit dem Fenster optimaler geistiger Aktivität. Die Voreinstellungen „Nachteule", „Frühaufsteher" und „Schichtarbeiter" erlauben einen schnellen Vergleich extremer chronobiologischer Profile.
Wie unterscheidet sich der circadiane vom infradianen und ultradianen Rhythmus?
Circadiane Rhythmen haben eine Periode von ~24 Stunden (von lat. circa diem, „etwa ein Tag"). Infradiane Rhythmen sind länger als ein Tag: der monatliche Menstruationszyklus (~28 Tage), saisonale Stimmungsschwankungen. Ultradiane Rhythmen sind kürzer: 90-minütige REM/NREM-Schlafzyklen, 4-stündige Wellen der Wachstumshormonausschüttung, ein ~2-stündiger Hungerzyklus. Alle drei Rhythmentypen wechselwirken miteinander: So beeinflusst etwa die circadiane Phase die Struktur der ultradianen Schlafzyklen innerhalb einer Nacht.
Warum stört blaues Licht von Bildschirmen das Einschlafen?
Die Melanopsin enthaltenden Ganglienzellen der Netzhaut reagieren am empfindlichsten auf kurzwelliges (blaues, ~480 nm) Licht. Sie senden ein Signal an den suprachiasmatischen Kern (SCN) und hemmen die Melatoninausschüttung der Zirbeldrüse. Schon 10–15 Minuten helles blaues Bildschirmlicht 1–2 Stunden vor dem Schlafengehen können den Beginn der Melatoninausschüttung um 30–90 Minuten verzögern und die Phase der Uhr zurückverschieben. „Nachtmodus"-Filter auf Geräten verringern diesen Effekt, indem sie den Blauanteil reduzieren.
Was ist „sozialer Jetlag" und warum ist er schädlich?
Sozialer Jetlag ist die Diskrepanz zwischen der biologisch optimalen Schlafenszeit (dem Chronotyp) und dem tatsächlichen Arbeits- oder Schulplan. Bei „Nachteulen" mit ausgeprägtem Abend-Chronotyp, die früh aufstehen müssen, ist die innere Uhr chronisch mit der sozialen Zeit desynchronisiert. Studien von 2012–2020 verknüpfen sozialen Jetlag von ≥ 2 Stunden mit einem erhöhten Risiko für Fettleibigkeit (+33 %), Typ-2-Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Depressionen — selbst nach Korrektur für die gesamte Schlafdauer.
Der Goodwin-Oszillator (1965) ist ein minimales Modell negativer Rückkopplung aus drei Gleichungen: dx/dt = α/(1+zⁿ) − bx (mRNA), dy/dt = cx − dy (Protein), dz/dt = ey − fz (Repressor). Bei einem Hill-Koeffizienten n ≥ 8 erzeugt das System stabile Schwingungen. Die reale molekulare Uhr ist komplexer (über 20 Komponenten), aber Goodwin erfasst das Wesentliche: Die Verzögerung zwischen mRNA-Synthese und Hemmung ist für die ~24-Stunden-Periode verantwortlich.
Faustregel: 1 Tag Anpassung pro Stunde Verschiebung bei Flügen nach Osten (schwieriger, da der innere Tag verkürzt wird), 0,5–0,75 Tage bei Flügen nach Westen. Ein Flug von London nach Tokio (+9 Std. nach Osten) erfordert ~9–11 Tage vollständige Anpassung. Wirksame Strategien: helles Licht am Morgen zur Phasenvorverlegung, Einnahme von Melatonin (0,5–3 mg) 1–2 Stunden vor der gewünschten Schlafenszeit in der neuen Zeitzone.
Blindmulle (Spalax ehrenbergi) leben in unterirdischen Tunneln ohne Licht, behalten aber einen funktionalen ~25-Stunden-Rhythmus bei — aufrechterhalten durch Temperaturschwankungen im Boden. Eisbären befinden sich im Winter in einer „Torpor"-Phase mit stark verändertem Stoffwechsel, doch ihre molekulare Uhr tickt weiter. Manche Meeresorganismen synchronisieren sich parallel zum solaren Zyklus mit dem monatlichen (~24,8 Std.) oder halbtägigen (~12,4 Std.) Gezeitenzyklus.
Kinder bis 10 Jahre sind in der Regel „Frühaufsteher" mit frühem Aufwachen. In der Pubertät verschiebt sich die Phase abrupt um 2–3 Stunden nach vorne (in Richtung späterer Phasenachse): „Nachteulen" sind bei 14- bis 24-Jährigen die Norm. Nach dem 25. Lebensjahr verschiebt sich die Phase allmählich zurück, und die meisten Erwachsenen werden bis zum 60. Lebensjahr moderate „Frühaufsteher". Diese Verschiebung ist keine Faulheit der Jugendlichen, sondern eine reale biologische Veränderung, bestätigt durch Melatonin-Analysen und Schlafzeit-Erfassungen bei 55.000 Personen (Roenneberg-Studie 2004–2019).
Nachtschichten zwingen den Menschen dazu, tagsüber zu schlafen, wenn Cortisol natürlicherweise erhöht und Melatonin niedrig ist. Jede Nachtschicht ist ein „künstlicher Jetlag" von 6–12 Stunden ohne Zeit zur Anpassung. Meta-Analysen zeigen: Bei Menschen mit langjähriger (≥10 Jahre) Nachtschichtarbeit steigt das Brustkrebsrisiko um ~40 %, das Risiko koronarer Herzkrankheit um ~25 % und das Risiko für Typ-2-Diabetes um ~20 %. Die IARC stuft die durch Nachtschichten verursachte Störung des circadianen Rhythmus seit 2019 als „wahrscheinlich krebserregend" (Gruppe 2A) ein.
Die Phasen-Response-Kurve (Phase Response Curve, PRC) beschreibt, wie stark und in welche Richtung sich die Phase der Uhr abhängig davon verschiebt, WANN ein Reiz (Licht, Melatonin, körperliche Betätigung) einwirkt. Bei Licht gilt: Einwirkung in der ersten Nachthälfte verzögert die Phase (Verschiebung nach Osten), in der zweiten Nachthälfte verlegt sie sie vor (Verschiebung nach Westen). Praktisch bedeutet das: Um sich leichter an einen Flug nach Osten anzupassen, sollten Sie sich am Zielort morgens hellem Sonnenlicht aussetzen; bei einem Flug nach Westen abends.