Biobuch Kapitel 19 Rhytmen des Verhaltens Flashcards
(100 cards)
1
Q
Mit was beschäftigt sich die Chronobiologie?
A
Sie beschäftigt sich mit der wissenschaftlichen Untersuchung von rhythmischen Veränderungen und Lebensvorgängen
2
Q
Was ist Chronomedizin?
A
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).
3
Q
Was sind Oszillationen und was weiss man aus der Biokybernetik?
A
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
4
Q
Was sind Ursachen auf die unterschiedliche Periodiszität der diversen biologischen Systeme?
A
- 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.)
5
Q
Wie wird die Rhytmizitäten von Lebensvorgängen generiert?
A
- körperinternen Schrittmachen (Diese biologischen inneren Uhren sind aber durch externe Einflüsse modulierbar)
6
Q
Wie werden lange Rhythmen generiert? Nenne zwei Beispiele
A
- 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).
7
Q
Was gibt es für zwllbiologische Basismechanismen für die Erzeugung von Oszillationen?
A
- Schrittmacher-Zellen
- Schwankung Genexpression
8
Q
Was sind Schrittmacher-Zellen?
A
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.
9
Q
Wie kann ein Rhythmus auf Grund von Schwankungen in der Genespression zustande kommen?
A
- 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
10
Q
Auch beim Mensche wurde Clock-Gene gefunden, wo genau?
A
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).
11
Q
Aus den Genen per und tim werden ja die Proteine PER und TIM gemacht, wie funktionert das genau?
A
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.
12
Q
Was sind die Voraussetzungen, dass eine Zelle eine Schrittmacher-Zelle sein kann?
A
- muss membrankanäle mit geeigneter Zeitcharakteristik von spontan offen, spontan zu haben
- braucht Pumpmoleküle
- hin und her geht Kalzium/Nariumionen
13
Q
Wie wird der Zykadine Rhytmus gesteuert?
A
Durch Genexpression
14
Q
Wie konnte der zykadine Rhythmus gezeigt werden?
A
- 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)
15
Q
Wie genau regeln PER und TIM den zykadinen Rhytmus?
A
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)
16
Q
Warum gibt es eigentlich einen 25 Stunden Rhyhmus und wie wird der an 24h angepasst?
A
- Das ganze tim und per und TIM und PER Auf-und ab geht 25h
- Über die Retina gibt es Signale zum Licht (Tag/Nacht)
17
Q
Was ist der Unterschied von Schrittmacher-Zellen und Clock-Genen?
A
- Schrittmacher-zellen regulieren über das wechselnde Membranpotenzial und sind eher für kurze Periodendauern im Nervengewebe zuständig
- clock-Gene für längere Perioden, über Genexpression
18
Q
In den 60er Jahren nahm die Forschung zur zikdinen Uhr mit den Bunker-Experimenten von J.Aschoff ihren Anfang. Was waren diese Bunkerexperimente?
A
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.
19
Q
Was waren Ergebnisse der Bunkerexperimente?
A
- 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.)
20
Q
Was können Abend- und Morgenmenschen tun um morgens bzw. abends weniger müde zu sein?
A
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.
21
Q
Der circadiane Rhythmus wird intern reguliert, von wem?
A
Nucleus suprachiasmaticus
22
Q
Was ist der Nucleus suprachiasmaticus?
A
Es handelt sich dabei um ein kleines Kerngebiet im vorderen Hypothalamus, das sich unmittelbar über der Kreuzung der Sehbahn befindet.
23
Q
Woher bekommt der NSC Zuflüsse?
A
- 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
24
Q
Was für Infos bekommt der NSC über den retinohypothalamischen Trakt?
A
- externer Zeiteinfluss
- > Der NSC schwingt synchron zur externen Tag-Nacht-Periodik
25
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**.
26
Wie lässt sich der circadiane Rhythmus des NSC stören?
- durch elektrische Stimulation
27
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
28
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.
29
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
-
30
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
31
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.
32
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**.)
33
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.
34
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.
35
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
36
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
37
Was beeinlfusst alles den Jetlag?
Länge des Fluges, die Anzahl überquerter Zeitzonen, die Flugrichtung (von Ost nach West ist besser) und individuelle Dispositionen
38
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)
39
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.
40
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
41
Warum haben nur etwas die Hälfte der Blinden einen 25h Melatoninrhy. und andere haben einen 24h Rhy.?
- Der Grund für die dem Tageslauf angepassten 24-h-Rhythmen kann einerseits sein, dass bei einigen Blinden **das retino-hypothalamische System nicht total geschädig**t ist und somit **Info über die Helligkeit** trotzdem am Hirnstamm ankommt. In diesem Fall ist es wahrscheinlich, dass diese Information auch den **Nucleus suprachiasmaticus erreicht**.
- Vorstellbar wäre auch, dass ein geschädigtes visuelles System zu einer **Hypersensitivierung der Nervenleitung** und daher zu einer mit wesentlich geringeren Lichtmengen funktionierenden Synchronisation führen könnte.
- Die Bedeutung circadianer Mechanismen im **Alltagsleben** ist ebenfalls nicht zu vernachlässigen. Soziale Faktoren, regelmäßige Mahlzeiten sowie durch den Beruf bedingte Aktivitätszyklen können ebenfalls zur Modulation eines beinahe 24-h-Zyklus ausreichen.
42
Was ist ein Ultradiane Periodizität?
Rhythmus mit einer Periodenlänge, die kürzer als ein Tag ist (z.B. der Rhythmus im Schlaf)
43
Wer hat einen ultradianen Rhythmus beobachtet?
- Kleitmann 1961
- Säuglings-Verhaltensbeobachtung: 1.5 h-Rhythmik bei Nahrungsaufnahme und motorischer Aktivität). Er gab diesem fundamentalen Rhythmus den Namen Basic-Rest-Activity-Cycle (BRAC).
44
Was ist der Basic-Test-Activity-Cycle?
- **Babys alle 1.5h** Stunden Nahrungsaufnahme und motorische Aktivität
- **Auch Erwachsene** haben Schwankungen, die einen ein- bis zweistündigen Rhythmus aufweisen: Dazu gehören das **Bedürfnis nach Nahrung und nach Flüssigkeit, das Rauchen, die Sauerstoffaufnahme die Herzrate, die Magenbewegungen, die Harnausscheidung, die Konzentration bestimmter Hormone und eine Reihe psychomotorischer Leistungen**. Die verschiedenen Systeme können deutlich gegeneinander **phasenverschoben** sein. Von daher ist anzunehmen, dass diese Rhythmen **nicht von einem General-Schrittmacher** geführt werden.
45
Wie sind natürlche Zyklen entstanden?
- Die natürlichen Zyklen sind wahrscheinlich im Verlauf der Evolution entstanden. Durch die Anpassung an externe Bedingungen entwickelte sich eine Innere-Uhr mit verschiedenen Rhythmen, die versetzte Höhepunkte aufweisen
- Dank dem Erbe der evolutionsgeschichtlichen Vorfahren unterliegen auch Organismen, die in einer biologischen Nische leben (Höhle, Tiefsee) und dadurch nie einen externen Hell-Dunkel-Zyklus erlebt haben, nach einem ungefähr 24h-Rhythmus
46
Was bedeutet es, dass Cortisol am Morgen eine Konzentrations-Höhepunkt hat?
sofortigen Leistungsfähigkeit am frühen Morgen
47
Wie wirken Veränderunge in der Umwelt, Klimawandel, auf die Biologischen Rhythmen ein?
- haben Einfuss
- Bsp. zugvögel verscheiben ihren Abflug
- Die Organismen passen sich jedoch nicht nur externen, natürlichen Rhythmen ( Hell-Dunkel, Mondphasen, Jahreszeiten) an, sondern auch gegenseitig aneinander
48
VL.
Was sind Pacemaker Herzmusklen?
Diese Zellen befinden sich in der Umgebung des Herzens und provozieren eine zeitlich versetzte Herzmuskelkontraktion. Diese Zellen weisen kein eigentliches Ruhepotential auf, es handelt sich mehr um schwingende Membranpotentiale.
49
VL.
Was haben die Pacemaker Herzmuskelzellen für einen Rhytmus?
- gehört zum Thema „sehr kurze Rhythmen im Bereich von ms und s
- Die Schwingung oder Rhythmik ist mit einer Frequenz von ca. 1 Hz relativ langsam im Vergleich zu Vorgängen im Gehirn. Das liegt am K+-Ionen-Einstrom. Von diesen Ionen braucht es eine grössere Menge, damit es zu einem AP kommt.
50
Vl.
Wie ist der Ablauf de Zyklus bei Pacemaker-Zellen?
- Grundsätzlich sind Kanäle vorhanden, die Ionen ein- und ausströmen lassen.
Ca+strömtin die Zelle hinein, dadurch steigtdie Spannungin der Zelle von –70mV zu 0 und weiter bis +20mV. Durch diesen Vorgang werden Na+und K+dazu veranlasst aus der Zelle hinauszu fliessen. Das führt zu einem aktiven Rücktransport der Na+und K+über Ionen-Pumpen und das wiederum führt zu einem Ausstrom der Ca+. Somit ist die Zelle bereit für einen erneuten Einstrom von Ca+.
- Dieser Kreislauf ist vergleichbar mit einem Perpetuum Mobile.
- Der Zyklus ist an weitere interne Rhythmen angepasst (z.B. autonomes Nervensystem).
- (Herzrhythmusstörungen haben ihren Ursprung bei diesen Zellen.)
51
Es schadididschwankt einfach alles...
meine Laune schwank, der händedruck schwankt, die Rechengeschwindigkeit schwankt, von 0-4h werden die meisten Kinder geboren..
52
Wahr/Spuk:
"Ein isoliertes NSC-Präparat zeigt in seiner neuronalen Aktivität weiterhin einen zirkadianen Rhy."
Yeeahh it's awesome, right?
53
Wie kann man gesudnen 24h-rhythmigen Hamster ein bisschen Feuer unter dem Hintern machen?
Man implantiert ihnen ein NSC von mutierten Hamstern mit einem 20h Rhy. und dann gehen die ab, auch 20h Rhy.
54
Richtig/falsch?
"Ein funktionierendes visuelles System ist sehr wichtig für die Synchronisation des endogenen Taktgeber mit der exogenen 24h-Periode"
trutru
55
Warum haben wir innere Uhren?
- Evolution Überlebensvorteil
(vorbereiteter :Cortisol am Morgen wacher) Wer schneller die Kaffemaschine anlassen kann, hat überlebensvorteil)
56
Welches sind wichitge Zeitstrukturen für die innere Uhr?
- Tag-Nacht-Zyklus(Erdrotation)
- Mondzyklus(28,5 Tage)
- Jahreszyklus(365,25 Tage)
57
Warum haben wir Rhytmen?
(Von aussen zwar aufgedrückt aber bei uns jetzt von innen getaktet)
- Rhytmen helfen uns auf regelmässige Veränderungen vorzubereiten
- Photosyn. beginnt vor Sonnenaufgang
- Cortisol bei uns Ausschüttung vor Aufstehen
- Koordinierung unterschiedlicher Oganismen (Ladenbesitzer hat Öffnungsszeiten durch den Tag, so wie alle anderen auch, miteinander Mittagessen gehen)
- Rhy. Ausschüttungen von Hormonen, Stoffwechsel, Körper bekommt vernünftige Menge in vernünftiger Zeitspanne = Rhytmen sind da praktisch
58
Sind alle Rhy. abhängig von äusserlichen Einflüssen?
Nein manche biologische Abläufe sind unabhängig von äusseren Faktoren
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Wer ist alles von rhy. Schwankungen betroffen?
Tiere, Mensch, Pflanzen, Einzeller,
Bakterien
60
Wer befasst sich mit gesunden Rhythmen?
Chronobiologie (entstand ca. 1910)
61
Was ist der Unterschied zw. Chronobiologie und Chronomeizin
Chronomedizin befasst sich eher mi abnormalen Rhytmen, unterschiedliche Krankheitsverläufe, Rhy. von Behandlungen, wann Tabletten nehmen, Jetlag, Folgen von Schichtarbeit,
Chronobiologie: Allgemien Veränderungen von Lebensvorgängen
62
Bsp. Jaherszyklus Winterspeck
Zieselmäuse viel essen im Sommer damit genug Speck, weil passt sich Umständen von Winter (keine Nahrung) an.
63
Bsp. Jahreszyklus Zugvögel
zugvögel tretten Flug an vor allem wegen inneren Prozessen und nicht nur wegen externen Hinweisen. Und sie müssen ja auch wieder zurückfliegen, wiel im Süden ist es ja dann immer hell
- Exp. von E.Gewinner (Zugvögel 3 Jahre in Gefangenschaft) = Zugvögel zeigten trotzdem Aufbruchswille auch wenn keine externe Einflüsse. Jedoch alles etwas langsamer, wären etwas zu spät losgeflogen. Unsere Uhren gehen alle etwas langsamer, wenn nicht von aussen getaktet.
64
Laufen unsere inneren Uhren unter freinlaufenden Bedingungen tendenziell schneller oder langsamer?
langsamer
65
Warum ist es bei der 17-Jahre Zykade ein Rhy.?
Die Taktung sichert das Überleben der Zikade, weil es ist wichtig, dass alle in den gleichen 4 Wochen über der Erde sind, damit mucho amor y mucho ninos
66
Warum ist ein oszillierendes System sinnvoll?
Es wird immer um einen typischen Sollwert geschwankt, es ist besser man hat den Sollwert im Auge, kann aber über beide Richtungen darüber hinaus, kann dann aber immer wieder zu Sollwert zurück. Besser als versucehn auf einer Linie sich festzuhalten
(=Fähigkeit zum Sollwert zurückzukommen)
67
Determinanten der Periodizität:
Timing und Phasenlänge entstehen durch:
- Grösse der Systems
(Herzschlag sitzen, joggen, gut dass der Herzschlag nicht immer strikt derselbe ist)
- Aufgaben des Systmes: Wie wichtig ist es? Gehirn muss schnell Sprache generieren um Kommunizieeren zu können
- Externe Zeitgeber (Sinkende Lichtintensität im Herbst bewirkt Fetteinlagerung vor Winterschlaf)
68
Wer ist verantwortlich fürrasche Rhy.? Z.B Aufmerksamkeitssteuerung?
Sekundenbereich
Membranspannungen verändern sich, Schrittmacherzellen
69
Wie werden Rhy im Minuten- Stundenbereich gesteuert?
Genexpression
70
Vl:
Nenne ein Bsp. für eine bestimmte Zelle mit Membranoszillatoren:
- Neuronen im Atmungszentrum des Hirnstamms -\> regelmässige Atmung
- Thalamocorticale Neuronen -\> Vigilanz (dauerhafte reaktionsbereitschaft)
- Membranoszilatorn in Hypophyse -\> Um Hormon auszuschütten damit wir aktiviert bleiben
- Herzmuskelzellen -\> Blutversorgung, Pumpen muss den Umständen angepasst werden,
71
Vl:
Pacemaker Herzmuskelzellen
- langsaaaamer Repolarisation, kein Ruhepotenzial sondern immer schwingende Membranpotenziale
- machen spontane AP
- stimuliert und reguliert durch autonomes NS
- Die erste elektrische Welle im Herzen
wird initiiert durch Sinusknoten(Primäre
Schrittmacherzellen) im oberen Teil des
Herzens (Herzmuskelzelle geben dann die elektrische Ladung in Kettenreaktion weiter)
72
So siehts aus das Herz dauern weiterschlägt
73
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
74
VL
Wo gibt es überall Clockgene?
•Gehirn, Körper, Haut,
weiße Blutkörperchen
-\> diese Zellen oszillieren im Rhythmus
des Sonnenlichts
75
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
76
True/false:
Auch ausserhalb des Gehirns der Ratte weist der SCN seine circadine Rhytmik auf
ja auch in Laborschale geht er seiner Arbeit nach
77
True/false
"tim und per steuern diee circadine Rhy. von Mensch und Tier"
true
also die gene steuern , aber auch die Proteine können ja dann auf die eigne Produktion einwirken
78
Von wem werden per und tim ausser von TIM und PER acuh noch beeinflusst?
Am Tag machen clock und cycle Gene, dass tim und per Gene aktiver sind
79
Wie ist der genaue Abflauf von per und tim
Starte mit: Am Abend:
## Footnote
•Am Abend:
Per und tim Gene produzieren **mRNA** (das ganze Zeug mit Transkription, Translation, Ribosome..)
•Mitten in der Nacht:
Höchste Konzentrationder Proteine
PER und TIM
•PER und TIM werden **im Zytoplasma
abgebaut**
•Abbau kann verzögert werden, wenn
PER und TIM sich verbinden zum
PER-TIM **Doppelmolekül**, das
resistenter gegen Abbau ist
•PER-TIM Doppelmoleküle können
in **Zellkern** **eindringen** und Aktivität
der per und tim Gene unterdrücken
•WennPER-TIM Doppelmolekülein
Nucleus eindringen, drosselnsieihreProduktion, **indemsieClock und CYCLE hemmen**
-\> Die ProteineCLOCK (CLK) und
CYCLE(CYC) sind **Transkriptionsfaktoren** für die perund tim Gene
•**Licht am Morgen** führt zu langsamem
Abbau der PER und TIM Doppelmoleküle
= Am Tag haben wir wenige PER und TIM die sich herumtummeln
80
Was hat Retina mit dem ganzen Tim Per zu tun?
Signale der Retina beeinflussen Abbaugeschw. der TIM und PER Proteine
81
Was macht Melanopsin?
•IhreFunktion ist nicht die Bild-
oder Mustererkennung, sondern
die Wahrnehmung der Umgebungs-
helligkeit
- 1-3% aller Ganglienzelle in der Retina sind Melanopsin
- Melanopsin ist eine Ganglienzelle
82
Gutes Bild, Retina, Trakt zu SNC,
83
True/false
"Licht führt zu Rückgang von TIM und PER"
stimmt
84
was passiert wenn man Abendsonne aufnimmt?
Führt zu Rückgan in TIM und PER = man kann länger wach bleiben
85
Nicht alle Blinde sind gleich blind
- Bei manche sind die Ganglienzelle (verantwortlich für Helligkeit) kaputt bei anderen nicht.
Wenn alles kaputt= Defekte Retina = Melatoninrhy. von 25h,
- Bei den anderen Blinden sind retinohypothalamische
Verbindungen nicht total zerstört:Pupillenreflex ist
noch auslösbar
-\> Die Signale von Stäbchen u. Zapfen fehlen zwar, aber die photosensitivenGanglienzellenreagieren
auf diffuses Licht
86
24h Zyklus von Serotonin und Melatonin
Aus Seratonin entsteht Melatonin
87
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
88
Warum haben wir wegen Corticotropin Schlafstörungen?
•Corticotropin(Stress, Depression, Angst) hemmtden Tryptophan Stoffwechsel -\> Mangel an Serotonin und Melatonin -\> Unruhe, Schlafstörungen
- Wir können genau dann wenn wir Schlaf dringend nötig hätten, wegen Stress, nicht schlafen, weil zu wenig Melatonin im Blut
89
Warum sind wir im Winter müder als im Sommer?
Uns fehlt das Licht, es wird mehr Melatonin produziert
90
Afferenzen und Efferenzen des SCN
**Afferenzen**:
- Von der **Retina** erhält der SCN Infos über die Retinohypothalamische Bahn
- vom **Thalamus** (dort schalten sensorische Infos um, durch soziale Kontakte, Party, mehr sensorische Infos, man spürt keine Müdigkeit = wir können uns selbst beeinlfussen)
**Efferenzen**: (Infos von SCN die woanders hinfliessen)
- An andere Kerne des **Hypothalamus**: Damit
Regulation Körpertemperatur, Blutdruck,
Konzentration zahlreicher Hormone etc.
- Zur **Zirbeldrüse**, damit diese jenachdem Melatonin produzieren kann (geht über Umweg dorthin) + Melatoninrezeptorenim SCN:
feed-backüber Melatonin Konzentration
- Zur **Hypophyse, Septum, Hirnstamm**
91
Good to know auf Vl:
Licht hat auch Einfluss über die Haut, nicht nur über Augen, so kann Licht auch über Haut die cirkadiane Rhytmik beeinflussen. Ev. gut für Blinde?
Mögliche Erklärung: - Licht setzt Kohlenmonoxid undStickoxidaus
Hämoglobin der roten Blutkörperchen frei
- die kleinen Gasmoleküle überwinden die Blut-Hirn-
Schranke
- Stickoxidkann circadiane Rhythmik ähnlich
beeinflussen wie retinaleLichteinwirkung
wahrschienlich nicht für Prüfung wissen, aber spannend
92
Unterleigen körperliche und psychische Funktionen einem circadianen Rhy.?
Ja, z.B morgens um 11h stirbt es sich eher
* Aufmerksamkeitsleistung
* Psychomotorische Leistung
* Hormonkonzentration
* Muskuläre Leistung
* Sexueller Antrieb
* Körpertemperatur u. a.
93
Sind die meisten circadianen Rhytmen synchron oder phasenverschoben?
•Einige physiologische Variablen
zeigen **synchrone** Verläufe
(Bsp. **Katecholaminfreisetzung
und Körpertemperatur**)
•Die **meisten** circadianen Rhythmen
sind aber gegeneinander
**phasenverschoben** (für die meisten Tätigkeiten gibt es eine ideale Zeit)
94
Vl:
Nutzen von circadianer Rhythmik:
Was gibt es für zwei Hypothesen dazu?
•"Internal Synchronizationhypothesis":
- Notwendigkeit einer zeitlichen Separierung von inkompatiblen
physiologischen Prozessenim Körper, Bsp. Katecholaminausschüttung
und Schlaf
- Notwendigkeit der zeitlichen Synchronisierung von synergistischen
Prozessen, Bsp. Katecholaminausschüttungund Körpertemperatur
-\> Die Evolution eines solchen Timings mindert Energiekosten und spart
Aufwand
- (Energien sparen dort wo es nützt, was zusammenpasst, zusammen ausführen)
•"ExternalSynchronizationhypothesis":
- Annahme von zeitlichen Nischen
-\> Bsp. Dann jagen, wenn es hell und warm ist und sich die Beute draußen
tummelt
95
Was war die Haupterkenntnis von den Bunkerexperimenten von Aschoff?
- Es gibt interne Rhy. die nicht abhängig sind von äusseren Einflüssen
- ca. 25 h Rhy.
- Es gibt weiterhin periodische Schwankungen körperlicher und psychischer Prozesse
- (Man geht immer später zu Bett)
96
Warum hat körper lieber längerer Rhy. als kürzerer?
Körper lieber aues chli langsamer, nid gäbig we plötzlech viu z viu vone Stoff. Körper cha besser umgoh mit chli z weni vo öppisem aus viu z viu
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Normalerweise zykliert Körpertemp. mit Schalf/Wach Rhy.
Aschoff wollte in Bunkerexp. auch heruasfinden, ob dies auch auseinander gehen kann unter freilaufenden Beingungen
Ja es kann auch auseinander gehen
=\> Körpertem. wird unabhängig von Schlaf/Wachrhy. reguliert
•Wenn externer Zeitgeber vorhandenist
(Hell-Dunkel-Wechsel), wird beiden
Taktgebern der 24-Std-Rhythmus aufgezwungen
•Herrschen jedoch freilaufende Bedingungen,
so schwingen die beiden Oszillatoren in ihren
Eigenfrequenzen
98
Vl
Wie viele Nächt Lichttherapie bis Umstellung?
4 Nächte
99
VL
Warum sind ältere Menschen eher ruhelos?
- SCN nimmt ab, weniger Neuronen, abflachendere Rythmen, Schlafprobleme, (dafür auch weniger Jetlag)
- Nach 20 nimmt Melationin stetig ab
•Die Amplituden von vielen Rhythmen
nehmen ab und die Rhythmen
desynchronisierenuntereinander
•Melatoninproduktionsowie Produktion
von Wachstumshormonen und
Geschlechtshormonen nimmt ab
100
Es gibt Basic Rest Activity Cycle
Bei Säuglingen und Erwachsenen anders lange
- es gibt keinen Generalschrittmacher wie es z.B SCN ist
- Es wird indidivuell über Feedbackscheifen gesteuert
