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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