Innere Uhr verstellt: Das Leiden der Schichtarbeiter

In vielen Branchen gehört Schichtarbeit zum Alltag. Doch wenn die innere Uhr dauerhaft verstellt wird, fordert das oft gesundheitlichen Tribut. Der Chronobiologe Thomas Kantermann hat für "Gehirn und Geist" zusammengetragen, welche gravierenden Folgen drohen.

Stahlwerker: In zahlreichen Branchen sind Schichtdienste unverzichtbar Zur Großansicht
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Stahlwerker: In zahlreichen Branchen sind Schichtdienste unverzichtbar

Was haben Taxifahrer, Piloten, Krankenschwestern, Stahlarbeiter und Polizisten gemeinsam? Sie alle arbeiten im Schichtdienst - Arbeitszeiten außerhalb der üblichen Kernzeit von 9 bis 17 Uhr gehören für sie zum Alltag. Und diese Gruppe von Berufstätigen wächst stetig. Daraus ergibt sich ein zunehmendes Problem: Denn ungeachtet aller wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Vorteile, welche die Schichtarbeit zweifellos bietet, bedroht sie die Gesundheit der Betroffenen. So können Schichtarbeiter schlechter ein- und durchschlafen als der Normalbürger; sie leiden häufiger unter Verdauungsstörungen und Sodbrennen, und auch Magengeschwüre, Herz-Kreislauf-Erkrankungen sowie selbst ein erhöhtes Krebsrisiko können Folge ihrer besonderen Belastungen sein.

Wenn wir die Nacht zum Tag machen, etwa weil wir beruflich dazu gezwungen sind, gerät ein wichtiger Mechanismus unseres Körpers aus dem Takt: die innere Uhr. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler die Funktionsweise dieses biologischen Taktgebers immer weiter entschlüsselt und die körperlichen Auswirkungen von Schichtarbeit analysiert.

Die innere Uhr, über die der Mensch wie die meisten Lebewesen verfügt (siehe G&G 7/2004, S. 32), tickt mit einer angeborenen Rhythmik von etwa 24 Stunden. Sie wird daher auch zirkadian genannt (lateinisch circa = ungefähr, dies = Tag). Dieser Taktgeber reguliert den gesamten Stoffwechsel, von der einzelnen Körperzelle bis hin zum Verhalten des Gesamtorganismus. Er bestimmt, wann wir schlafen und essen oder auch, wann wir geistig am leistungsfähigsten sind. Damit die innere Uhr nicht vor- oder nachgeht, muss sie regelmäßig wie eine mechanische Armbanduhr neu gestellt werden. Dies geschieht durch äußere Umweltsignale, wobei sich in der Evolution der tägliche Hell-Dunkel-Wechsel des Sonnenlichts als so genannter Zeitgeber des inneren biologischen Rhythmus etabliert hat.

Verborgener Lichtschalter im Kopf

Licht nehmen wir über die Augen wahr - und so lag die Annahme nahe, die Sehzellen der Netzhaut, die Zapfen und Stäbchen, seien auch für die Justierung der inneren Uhr zuständig. Das erwies sich allerdings als Fehlschluss: Genmanipulierte Mäuse mit defekten Zapfen und Stäbchen sind zwar blind - ihr Tag-Nacht-Rhythmus gerät jedoch nicht aus dem Takt.

Auf der Suche nach dem wahren Sensor für den Zeitgeber Licht konnten Forscher um Ignacio Provencio von der Uniformed Services University of the Health Sciences in Bethesda (US-Bundesstaat Maryland) im Jahr 2000 ein Pigment im menschlichen Auge nachweisen, das sich von den normalen Sehfarbstoffen der Sinneszellen in der Retina unterscheidet. Zwei Jahre später fanden David Berson von der Brown University in Providence (US-Bundesstaat Rhode Island) und seine Kollegen den genauen Ort dieses Melanopsin genannten Farbstoffs: Er sitzt in den Ganglienzellen - bestimmten Neuronen der Netzhaut, die bis dahin zwar als wichtige Schaltzentralen, nicht aber als lichtempfindlich galten.

Unsere Augen besitzen demnach nicht zwei, sondern drei Sinneszelltypen: die Zapfen und Stäbchen fürs Sehen und die melanopsinhaltigen retinalen Ganglienzellen (RGCs) für die innere Uhr! Sobald Licht bestimmter Wellenlänge auf die RGCs fällt, senden diese über den Sehnerv Signale ins Gehirn zu einem reiskorngroßen Neuronenverband, bestehend aus jeweils etwa 10.000 Zellen pro Hirnhälfte. Er sitzt beidseitig direkt über der Kreuzung des linken und rechten Sehnervs (Chiasma opticum) und wird daher suprachiasmatischer Nukleus (SCN) genannt.

Der SCN informiert seinerseits durch Nervenimpulse und Botenstoffe, die ins Blut ausgeschüttet werden, jede Körperzelle darüber, welche Stunde schlägt. Auf diese Weise reguliert er als Zentraluhr des Organismus alle Gewebe und Organe.

Wie das im Einzelnen geschieht, wissen wir noch nicht. Klar ist jedoch, dass jeder Mensch etwas anders tickt. Die individuelle Phasenlage der inneren Uhr einer Person lässt sich durch den so genannten Chronotyp beschreiben (griechisch chronos = Zeit): Frühaufsteher, die morgens keinen Wecker benötigen und abends auch nicht so lange aufbleiben, gehören zum Frühtyp, während der Spättyp als klassische Nachteule am liebsten bis weit in den Tag hinein schläft.

Ermitteln lässt sich der Chronotyp aus der Schlafmitte an arbeitsfreien Tagen. Wer beispielsweise um 23.50 Uhr ins Bett geht, nach zehn Minuten, also gegen Mitternacht, einschläft und um acht Uhr aufsteht, entpuppt sich als leichter Frühtyp, dessen Schlafmitte bei vier Uhr liegt. Die statistische Verteilung der Chronotypen in der Bevölkerung zeigt eine typische Glockenkurve. Der Mensch verfügt somit über eine individuelle Innenzeit, die von der sozialen Außenzeit abweichen kann - etwa wenn sich wichtige Taktgeber auf Grund von unregelmäßigen Dienstzeiten verschieben.

Wie wirkt sich nun Schichtarbeit auf die jeweilige Taktung des biologischen Rhythmus aus? Unsere innere Uhr lässt sich mit einer Kinderschaukel vergleichen, die immer wieder angestoßen wird. Je nach dem Punkt der Schwingung, an dem die Schaukel einen Schubs bekommt, wird sie schneller, langsamer oder schwingt wie gehabt weiter. Bei unserer inneren Uhr entspricht diesen Stößen das Licht - in Abhängigkeit vom Zeitpunkt der Lichteinwirkung wird sie vor- oder nachgestellt oder gar nicht beeinflusst.

Licht zur falschen Zeit kann den gesamten Organismus aus seinem natürlichen Takt werfen. Wer mit dem Flugzeug schon einmal mehrere Zeitzonen durchquert hat, kennt das Phänomen als Jetlag. Schichtarbeit bringt die innere Uhr ähnlich durcheinander - mit dem Unterschied, dass der Schichtarbeiter nur eine virtuelle Reise durch die Zeitzonen unternimmt. Und im Gegensatz zum Fluggast, der sich verhältnismäßig schnell an die neuen Tageszeiten anpassen kann, ist dies bei wechselnden Schichtzeiten nicht möglich, da Sonnenauf- und -untergang ja nahezu unverändert bleiben.

Dass selbst die Umstellung auf Sommerzeit - die immerhin ein Viertel der Weltbevölkerung alljährlich erlebt - zu Problemen führen kann, konnten wir 2007 zeigen. Wir ermittelten zunächst die typischen Schlafgewohnheiten von 55.000 Europäern. Dann wählten wir 50 Probanden aus, deren Aktivitäten wir jeweils vier Wochen vor und nach der Zeitumstellung aufzeichneten.

Wie sich herausstellte, gewöhnen sich die meisten im Herbst relativ schnell an die um eine Stunde zurückgestellte Uhrzeit. Nach etwa einer Woche hatten sich die Schlafrhythmen an Wochenenden und Arbeitstagen einander angeglichen. Doch im Frühjahr richteten sich die Schlafgewohnheiten an arbeitsfreien Tagen auch vier Wochen nach der Zeitumstellung weiterhin nach dem Sonnenzyklus. Aufstehen mussten die Menschen an Werktagen jedoch eine Stunde früher, sie bekamen also weniger Schlaf. Vor allem den späten Chronotypen fiel es schwer, ihren Aktivitätsrhythmus der gesetzlich festgelegten Uhrzeit anzupassen.

Die Zeitumstellung zweimal im Jahr verschiebt die soziale Zeit jeweils nur um eine Stunde - Schichtarbeit wirkt sich dagegen viel gravierender aus. Sie rückt den Menschen stärker aus seinem natürlichen zeitlichen Ordnungsgefüge heraus. Nachtschichten sollten vor allem Frühtypen, die abends schneller müde werden, besonders zu schaffen machen, auch wenn aussagekräftige Langzeituntersuchungen hierzu bislang fehlen.

Die Aktivitätsverschiebungen führen allgemein zu einer unzureichenden Synchronisierung mit der Umwelt. Die innere Uhr gerät aus dem Takt, wodurch viele Körpervorgänge gestört werden. Bei dieser "internen Desynchronisation" koppeln sich einzelne Körperuhren von der Zentraluhr im SCN ab. Die Auswirkungen sind etwa dem Tumult auf einem Bahnhof vergleichbar, bei dem alle Uhren eine andere Zeit anzeigen. So mancher Fahrgast dürfte dann seinen Zug wohl eher durch Zufall erreichen.

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1. naiv
Zyklotron 27.03.2011
Schöne Worte, die einem allerdings nichts nutzen, wenn dem Arbeitgeber die Gesundheit seiner Mitarbeiter weitestgehend egal ist. Hauptsache die Inspektoren sehen keine offensichtlichen Unfallgefahren und die Luxusautos in der Garage sind auf Hochglanz poliert.
2. Versagen der Politik
Martin Franck 27.03.2011
Eigentlich müsste die Politik dafür sorgen, dass es immer weniger Schichtarbeit gibt, jedoch ist das Gegenteil der Fall. Was wiedrum heißt, dass der Politik die Gesundheit völlig egal ist, oder dass sie zu blöd ist Chronobiologie zu verstehen. Ein Punkt der das Politikversagen untermauert ist die Sommerzeit. Hier ist es nicht nur so, dass die Gesundheit leidet, sondern auch die erhofften Energieeinsparungen trteten nicht ein. Nur ist es wohl einfacher die Sommerzeit damals einzuführen, als plötzlich zusagen, dass man sich geirrt hat, und wieder zur Normalität zurück zu kehren.
3. Was mich wundert...
only2read 27.03.2011
...ist der Umstand, dass wir seit 2005 offiziell wissen, dass die Ursprungsintention (Energiesparen) nicht eintrifft - und bei den doch eigentlich so demokratiefernen(?!) Russen wird einfach nach der Umstellung auf die Sommerzeit jetzt, nicht mehr an der Uhr gedreht http://unterwaeltigt.de/?p=374 Warum nur, also mit welcher Begründung, beharren wir Deutschen so sehr auf etwas, von dessen Nutzlosigkeit wir uns 30 Jahre lang überzeugen konnten? Würde man damit wieder irgendeiner Lobby auf die Füße treten, oder ist das Thema den Regierenden schlichtweg egal?
4.
Hans58 27.03.2011
Zitat von Martin FranckEigentlich müsste die Politik dafür sorgen, dass es immer weniger Schichtarbeit gibt, jedoch ist das Gegenteil der Fall. Was wiedrum heißt, dass der Politik die Gesundheit völlig egal ist, oder dass sie zu blöd ist Chronobiologie zu verstehen....
Es gibt Berufe, da kann man ohne Schichtarbeit nicht leben. Polizei, Rettungsdienste, Feuerwehr, Versorgungsbetriebe, Flughäfen, Deutsche Bahn, Flugsicherung usw usf. Sie scheinen sich aber mit dem Thema wenig oder überhaupt nicht befasst zu haben. Die Politik hat da schon eine Menge in der Vergangenheit getan, was aber noch verbessert werden kann: - Erschwerniszulagen für Schichtdienst und Wechselschichtdienst, - Zulagen für Dienst zu ungünstigen Zeiten, - Zusatzurlaub für im Schichtdienst arbeitende Menschen, - regelmäßige Kuren zum Erhalt der Arbeitsfähigkeit, etc. Wer einen Beruf ergreift, bei denen Schichtdienst gefordert ist, nimmt das von vornherein in Kauf. Es mag hier und da Branchen geben, bei denen man den Schichtdienst sicherlich hinterfragen kann, die Mehrheit der heutigen Schichtdienste ist jedoch nicht entbehrlich. Nennen Sie mir übrigens ein Beispiel, bei dem die "Politik" mehr Schichtarbeit eingerichtet hat (so wie sie ja behaupten).
5. Schlichtweg egal trifft es schon sehr
NormanR 27.03.2011
Dieser sogenannten Regierung ist doch so ziemlich alles egal was das dumme Volk betrifft. Nicht nur Schicht- sondern auch Leiharbeit ohne Mindestlohn und sowieso kein Mindestlohn nirgendwo. Gesundheitskosten explodieren, egal. Beitragsbemessungsgrenze, rühren wir nicht an. Atomkraft ist gut für die Betreiber usw. usw. Weg damit und natürlich mit dem ganzen Gesockse in Berlin.
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Auf einen Blick

Geschwächter Rhythmus

1 Schichtarbeit wirkt sich negativ auf die Gesundheit der Betroffenen aus.

2 Die Desynchronisation der inneren Uhr kann zu Schlaf- und Stoffwechselstörungen führen sowie zu Magengeschwüren, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und sogar zu einem erhöhten Krebsrisiko.

3 Der Taktgeber im Gehirn läuft bei jedem Menschen etwas anders. Schichtpläne sollten daher auf die individuellen Bedürfnisse der Chronotypen abgestimmt sein.

Schichtarbeit hat viele Gesichter
Der Begriff Schichtarbeit ist nicht eindeutig definiert. Dies liegt vor allem an der Vielfalt der Schichtpläne, die nach unterschiedlichen Systemen aufgestellt werden. Auch globale wirtschaftliche Umstände wirken sich darauf aus: So führte die Finanzkrise von 2009 in vielen Betrieben weltweit zu Kurzarbeit und ließ oft ganze Nachtschichtblöcke ausfallen. Aus einer derzeit laufenden Studie in einem großen Stahlwerk wissen Forscher um Thomas Kantermann, dass solche Einflüsse die Beschäftigten zusätzlich belasten können.

Buchtipp

Till Roenneberg:
Wie wir ticken
Die Bedeutung der inneren Uhr für unser Leben.

DuMont Buchverlag; 320 Seiten; 19,95 Euro.

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Chronobiologe Till Roenneberg beschreibt die weit reichenden Auswirkungen individueller biologischer Rhythmen.

Quelle

Kantermann, T. et al.:
Shift-Work Research: Where Do We Stand, where Should We Go?
In: Sleep and Biological Rhythms 8, S. 65–105, 2010

Weblink
https://www.bioinfo.mpg.de/mctq

Der Chronobiologe Till Roenneberg von der Ludwig-Maximilians-Universität München hat einen einfachen Fragebogen entwickelt, mit dem jeder leicht seinen eigenen Chronotyp bestimmen kann.


Fotostrecke
Innere Uhr: Warum man nachts keinen Durst hat

Kurzer Wegweiser durch das Gehirn
Gehirn: Steuerzentrale des Körpers
Als Gehirn bezeichnet man den im Kopf gelegenen Abschnitt des Nervensystems, der die zentrale Steuerungszentrale des Körpers bildet. Bei höher entwickelten Tieren bildet das Gehirn zusammen mit dem Rückenmark das Zentralnervensystem. In ihm sind die Sinneszentren und übergeordnete Schaltzentren (Koordinations- und Assoziationszentren) zusammengefasst. Es ist für die Ausbildung komplizierter Handlungsabläufe, für die Fähigkeit des Gedächtnisses und für die Ausprägung von Denken, Gefühlen, Bewusstsein und Intelligenz verantwortlich.
Gehirnteile: Vorderhirn, Mittelhirn, Rautenhirn
Das menschliche Gehirn und auch das Gehirn vieler Tiere ist in drei Hauptteile gegliedert: Vorderhirn, Mittelhirn und Rautenhirn. Schon bei niederen Wirbeltieren entstehen aus dem Vorderhirn (Prosencephalon) das der Nase zugeordnete Endhirn (Großhirn) und das den Augen zugeordnete Zwischenhirn. Das Mittelhirn (Mesencephalon) bleibt ungegliedert erhalten. Das Rautenhirn (Rhombencephalon) gliedert sich weiter auf in das Hinterhirn mit dem Kleinhirn und der Brücke sowie in das verlängerte Mark, das den Übergang zum Rückenmark bildet. Mit zunehmender Höherentwicklung vergrößern sich die Teile und differenzieren sich weiter.
Großhirn: Spezialität des menschlichen Gehirns
Speziell für das menschliche Gehirn ist die Größe und Komplexität des Großhirns. Die Faltung seiner Oberfläche bewirkt eine enorme Oberflächenvergrößerung, so dass es die übrigen Hirnteile überwölbt. Das Großhirn ist das Zentrum für unsere geistigen und seelischen Fähigkeiten und damit für die komplexesten Gehirnleistungen. Es besteht aus zwei Hälften (Hemisphären), die durch ein dickes Bündel Nervenfasern, den sogenannten Balken, miteinander verbunden sind.
Großhirnrinde: Sitz der "grauen Zellen"
Die äußere Schicht des Großhirns wird als Großhirnrinde (Cortex cerebri, kurz Cortex) bezeichnet. Sie ist nur etwa zwei bis fünf Millimeter dick und enthält die erstaunliche Menge von 10 bis 14 Milliarden Nervenzellen. Wenn Gehirne in Formalin haltbar gemacht werden, sieht die Großhirnrinde grau aus. Sie wird deshalb auch als graue Substanz bezeichnet und umgangssprachlich spricht man oft von "grauen Zellen". Der übrige Teil des Großhirns besteht aus Nervenfasern, welche die Nervenzellen mit anderen Hirnteilen verbinden. Dieser Teil wird auch als weiße Substanz bezeichnet.