Zirbeldrüse und Suprachiasmatischer Nucleus im menschlichen Gehirn, modifziert nach “Gray's Anatomy of the Human Body” via wikipedia

Der circadiane Rhythums (von circa = ungefähr, dies = Tag) bezeichnet Körpervorgänge die sich ungefähr alle 24 Stunden wiederholen. Licht spielt eine wesentliche Rolle dabei, diesen inneren Rhythmus mit dem tatsächlichen Sonnentag abzugleichen: Bei Dunkelheit wird das Hormon Melatonin ausgeschüttet, bei Helligkeit ist diese Auschüttung unterdrückt.

Verantwortlich für die Bildung von Melatonin ist die Zirbeldrüse (Epiphyse, Corpus pineale, Glandula pinealis, Pinealorgan), die im Zentrum unseres Gehirns, im Epithalamus, sitzt. Bei vielen Tieren reagiert die Zirbeldrüse selbst auf das schwache Licht, das durch das Schädeldach ins Gehirn dringt.

Beim Menschen und allen Säugetieren hingegen ist der suprachiasmatische Nucleus (SCN) der primäre Rhythmengeber. Der SCN ist nicht selbst lichtempfindlich sondern erhält die Helligkeitsinformation vom Auge: Die Sehnerven vom rechten und linken Auge kreuzen sich, so dass die Nervenreize vom rechten Auge in der linken Gehirnhälfte verarbeitet werden und die Nervenreize vom linken Auge in der rechten Gehirnhälfte. Die Sehnervenkreuzung wird Chiasma opticum genannt. Direkt darüber befindet sich der suprachiasmatische Nucleus, ein kleiner Bereich mit sehr vielen Nervenzellen.

Melatonin wird bei Säugetieren und Menschen von der Zirbeldrüse bei Dunkelheit ausgeschüttet. Beim Menschen ist Strahlung zwischen 446 nm und 477 nm am wirkungsvollsten, diese Melatoninbildung zu unterdrücken [447Brainard, G. C., Hanifin, J. P., Greeson, J. M., Byrne, B., Glickman, G., & Gerner, E., et al. (2001). Action spectrum for melatonin regulation in humans: evidence for a novel circadian photoreceptor. Journal of Neuroscience, 21(16), 6405–6412.].

Wirkspektrum für Melatonin-Unterdrückung [447]

Beispiele:

Beim Menschen ist die Winterdepression (seasonal affective disorder, SAD) eine bekannte Erscheinung, die sich mit einer depressiven Verstimmung, Irritabilität, Angst, Verlängerung der Schlafdauer und Heißhunger auf kohlehydrathaltige Speisen äußert. Ausgelöst wird sie durch den Lichtmangel in den dunklen Wintermonaten. Als Behandlung hat sich die Lichttherapie etabliert, bei der der erkrankte Menschen täglich für eine halbe Stunde oder länger hellem Licht mit mindestens 10.000 lux am Auge ausgesetzt wird.

Das natürliche Tageslicht erreicht 10.000 lux auch an trüben Sommertagen, im Winter jedoch nicht immer. In Wohn- und Arbeitsräumen ist dieser Wert unerreicht (⇒ Lux). Im Terrarium sind Beleuchtungsstärken über 10.000 Lux in der Regel nur unter Metallhalogeniddampflampen mit gebündelter Strahlung möglich.

Wird in die dunkle Nachtphase mit Licht eingegriffen kann das große Auswirkungen auf den Organismus haben. Beim Menschen vermutet man, das ein Teil der Krebserkrankungen auf nächtliches Licht zurück geführt werden kann [756Reiter, R. J., Tan, D.-X., Korkmaz, A., Erren, T. C., Piekarski, C., & Tamura, H., et al. (2007). Light at night, chronodisruption, melatonin suppression, and cancer risk: a review. Critical Reviews in Oncogenesis, 13(4), 303–328.].

Das Mondlicht ist bei Vollmond sehr viel heller als an den übrigen Tagen des Monats. Diese nächtliche Helligkeit kann stark genug sein, um Prozesse mit einem monatlichen Rhythmus zu Synchronisierung. Pflanzen können durch Mondlicht fast in ihrem circadianen Rhythmus gestört werden [407Bünning, E., & Moser, I. (1969). Interference of moonlight with the photoperiodic measurement of time by plants, and their adaptive reaction. Proceedings of the National Academy of Sciences, 62, 1018.]. Auch beim Menstruationszyklus der Frau wird eine Beeinflussung duch Licht diskutiert [797Dewan, E. M., Menkin, M. F., & Rock, J. (1978). Effect of photic stimulation on the human menstrual cycle. Photochemistry and Photobiology, 27(5), 581–585.; 796Lin, M. C., Kripke, D. F., Perry, B. L., & Berga, S. L. (1990). Night light alters menstrual cycles. Psychiatry Research, 33(2), 135–138.]¹⁾.

[447] Brainard, G. C., Hanifin, J. P., Greeson, J. M., Byrne, B., Glickman, G., & Gerner, E., et al. (2001). Action spectrum for melatonin regulation in humans: evidence for a novel circadian photoreceptor. Journal of Neuroscience, 21(16), 6405–6412.
[756] Reiter, R. J., Tan, D.-X., Korkmaz, A., Erren, T. C., Piekarski, C., & Tamura, H., et al. (2007). Light at night, chronodisruption, melatonin suppression, and cancer risk: a review. Critical Reviews in Oncogenesis, 13(4), 303–328.
[407] Bünning, E., & Moser, I. (1969). Interference of moonlight with the photoperiodic measurement of time by plants, and their adaptive reaction. Proceedings of the National Academy of Sciences, 62, 1018.
[797] Dewan, E. M., Menkin, M. F., & Rock, J. (1978). Effect of photic stimulation on the human menstrual cycle. Photochemistry and Photobiology, 27(5), 581–585.
[796] Lin, M. C., Kripke, D. F., Perry, B. L., & Berga, S. L. (1990). Night light alters menstrual cycles. Psychiatry Research, 33(2), 135–138.
[800] Strassmann, B. I. (1997). The biology of menstruation in homo sapiens: total lifetime menses, fecundity, and nonsynchrony in a natural-fertility population. Current Anthropology, 38(1), 123–129.
[742] Müller, W., & Frings, S. (Eds). (2009). Tier- und humanphysiologie: Eine einführung. Springer.