Supraquiasmatische Lokalisation, Funktionen und Veränderungen

Die suprachiasmatischer Kern (NSQ) besteht aus zwei kleinen Gehirnstrukturen (eine in jeder Gehirnhälfte), die aus Neuronen besteht, die biologische Rhythmen regulieren.

Diese Strukturen haben die Form von Flügeln und sind so groß wie die Spitze eines Stiftes. Sie befinden sich im vorderen Teil des Hypothalamus.

Der suprachiasmatische Kern ist dadurch gekennzeichnet, dass er unsere innere Uhr ist und unsere zirkadianen Rhythmen kontrolliert. Es ist verantwortlich für die Erzeugung der Schlaf-und Wach-Zyklen in der Nähe von 24 Stunden.

Dies löst eine Reihe von neuronalen und hormonellen Ereignissen aus, um verschiedene Funktionen des Organismus im 24-Stunden-Zyklus zu kontrollieren. Dazu verwendet es etwa 20.000 Neuronen. Diese Struktur interagiert mit vielen anderen Gehirnregionen.

Auch ohne externe Wettersignale bleiben diese biologischen Rhythmen erhalten. Sonnenlicht und andere Umweltreize beeinflussen jedoch die Aufrechterhaltung dieses 24-Stunden-Zyklus. Das heißt, das Licht muss die innere Uhr jeden Morgen neu justieren, damit der Organismus synchron mit der Außenwelt bleibt.

Die Untersuchungen mit einzelnen Neuronen des suprachiasmatischen Kerns zeigen, dass jede von ihnen eine funktionale Uhr ist. Diese sind mit der Aktivität ihrer Nachbarzellen synchronisiert.

Es wurde in vielen Experimenten festgestellt, dass die Fluktuationen des zirkadianen Zyklus des Menschen aufrechterhalten werden, selbst wenn wir vom Tageslicht isoliert sind.

Bei Experimenten mit Nagetieren, bei denen die suprachiasmatischen Kerne zerstört wurden, wurden ihre Schlaf- und Wachzyklen völlig unorganisiert.

Es scheint, dass dieser Mechanismus nicht nur endogen, sondern auch genetisch bedingt ist. Diese Rhythmen werden durch die zyklische Aktivität bestimmter Gene aktiviert. Insbesondere spiegelt die zirkadiane Aktivität ein rhythmisches Muster der Expression essentieller Gene wider. Diese sind als "Uhrgene" bekannt.

Standort

Der suprachiasmatische Kern befindet sich an der Basis des Gehirns, neben dem Hypothalamus. Sein Name ist, weil es auf dem Chiasma opticum liegt, wo sich die Sehnerven kreuzen. Sie befinden sich bilateral auf jeder Seite des dritten Hirnventrikels.

Dieser Kern befindet sich in einer strategischen Position, um Signale von den Sehnerven empfangen zu können, die die Intensität des Lichts anzeigen, das in die Netzhaut eindringt.

Funktionen

Die Lebewesen haben sich an die bestehende Umwelt angepasst, um das Überleben der Arten zu sichern. Dafür haben sie zwei grundlegende Verhaltenszustände entwickelt: Aktivität und adaptives Verhalten und Ruhe.

In Säugetieren werden diese Zustände als Wachheit und Schlaf identifiziert. Dies geschieht in präzisen 24-Stunden-Zyklen, die sich als Anpassung an den Sonnenzyklus von Licht und Dunkelheit entwickelt haben.

Es ist jetzt bekannt, dass diese zirkadianen Rhythmen in Zellen im ganzen Körper gefunden werden. Der suprachiasmatische Kern ist der zirkadiane Schrittmacher, der Ruhezeiten, Aktivität, Körpertemperatur, Hunger und Hormonsekretion steuert. Dazu koordiniert es mit anderen Gehirnregionen und anderen Körpergeweben.

Der suprachiasmatische Kern sagt uns, dass es Zeit ist, wach zu sein. Es erhöht die Körpertemperatur und erhöht die Produktion von Hormonen wie Cortisol.

Darüber hinaus verzögert es die Freisetzung von Hormonen wie Melatonin, deren Anstieg mit dem Beginn des Schlafes verbunden ist und in der Regel auftritt, wenn wir wahrnehmen, dass die Umgebung dunkel ist. Diese Werte bleiben die ganze Nacht hoch, damit wir gut schlafen können.

Neuronen emittieren Aktionspotentiale im 24-Stunden-Rhythmus. Speziell zur Mittagszeit erreicht die Feuerrate der Neuronen ein maximales Niveau. Wenn jedoch die Nacht hereinbricht, verringern die Aktionspotentiale ihre Frequenz.

Der dorsomediale Teil dieses Kerns ist derjenige, von dem man annimmt, dass er für 24-Stunden endogene Zyklen verantwortlich ist. Das heißt, wir können unsere zirkadianen Rhythmen beibehalten, obwohl wir im Dunkeln bleiben.

Wie funktioniert der suprachiasmatische Nukleus?

Wenn das Umgebungslicht die Netzhaut erreicht, aktiviert es lichtempfindliche Zellen, die Ganglienzellen genannt werden. Diese Zellen wandeln Lichtteilchen (Photonen) in elektrische Signale um. Die Neuronen in der Netzhaut senden diese Signale durch die Sehnerven.

Diese Nerven kreuzen sich und bilden das optische Chiasma. Später erreicht die visuelle Information den hinteren Teil des Gehirns, den Occipitallappen. Dort wird es in Form von Bildern verarbeitet, die wir bewusst wahrnehmen.

Es gibt jedoch eine Gruppe von Neuronen, die vom Sehnervenkreuz austreten und den suprachiasmatischen Kern erreichen, um die zyklischen Funktionen des Organismus auszuüben. Daher entscheidet dieser Zellkern, die Zirbeldrüse zu aktivieren oder zu hemmen, so dass sie verschiedene Hormone absondert. Unter ihnen Melatonin.

Die circadianen Einflüsse der Neuronen des suprachiasmatischen Kerns dehnen sich durch verschiedene neuronale Signale und durch die Zirkulation von Melatonin durch die verschiedenen Zielorgane des Körpers aus.

Der suprachiasmatische Kern reguliert die Sekretion von Melatonin aus der Zirbeldrüse entsprechend dem Licht und der Dunkelheit der Umgebung.Melatonin ist eine Substanz, die Schlaf und andere zyklische Aktivitäten des Körpers steuert.

Melatonin hat eine Funktion der Uhrwahl zu jeder Stunde des Tages und Kalender, der die Zeit des Jahres für alle Gewebe des Körpers anzeigt.

Es wurde festgestellt, dass die Veränderungen von Melatonin mit Schlafstörungen in Zusammenhang stehen, die für das Altern, Alzheimer und andere neurodegenerative Erkrankungen typisch sind. Tatsächlich scheint es antioxidative Wirkungen zu haben und unsere Neuronen zu schützen.

Veränderungen des suprachiasmatischen Kerns

Die Aktivität des Menschen kann in verschiedenen Lebensphasen verändert werden. Zum Beispiel steigt der Melatoninspiegel bei Jugendlichen später als bei den meisten Kindern und Erwachsenen. Daher können sie Schwierigkeiten haben, früh schlafen zu gehen.

Auf der anderen Seite gibt es bei älteren Menschen mehr Aufwachen während der Nacht, da die Freisetzung von Melatonin mit zunehmendem Alter verändert wird.

Die Funktion des suprachiasmatischen Kerns kann durch externe Faktoren dereguliert werden. Das passiert mit Jetlag oder wenn wir uns nicht täglich bewegen und unseren Körper zwingen, nachts wach zu bleiben.

Es ist wichtig zu beachten, dass bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer der zirkadiane Rhythmus durch den fortschreitenden Verlust von Neuronen im suprachiasmatischen Kern verändert wird.

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