A single day of natural daylight exposure and physical activity does not conclusively change circadian phase: A Bayesian crossover experiment

In jedem menschlichen Körper läuft eine Meisteruhr, ein biologischer Rhythmus, der mit einer Periode tickt, die etwas länger als ein einzelner Tag ist. Um diesen internen Zeitgeber mit dem Sonnenlauf in Einklang zu halten, verlässt sich das Gehirn stark auf das stärkste verfügbare Signal: den täglichen Zyklus von Licht und Dunkelheit. Wenn Licht in das Auge eintritt, wandert es auf einem speziellen Pfad zum zentralen Schrittmacher des Gehirns und sagt ihm, ob es aufwachen oder zur Ruhe kommen soll. Dieses System ist so empfindlich, dass der Zeitpunkt, die Intensität und die Dauer der Lichteinwirkung den gesamten Zeitplan unseres Schlafes, unserer Hormone und unserer Wachsamkeit verschieben können. Während wir wissen, dass helles Licht am Morgen unsere innere Uhr nach vorne verschieben kann und Licht in der Nacht sie nach hinten verschieben kann, bleibt für unser modernes Leben eine entscheidende Frage: Hat ein einziger Tag im Freien, an dem man natürliches Sonnenlicht genießt und sich vielleicht körperlich bewegt, genug Kraft, um diese Uhr zurückzusetzen?

Ein Forscherteam der Universität Basel machte sich daran, diese Frage zu beantworten, indem sie eine Gruppe gesunder Erwachsener in die reale Welt führten, jedoch unter strenger experimenteller Kontrolle. Sie wollten sehen, ob ein einziger Tag natürlicher Tageslichtstrahlung, mit oder ohne körperliche Betätigung, in der Lage ist, den Zeitpunkt der inneren Uhr des Körpers zu verändern. Um diese Veränderung zu messen, untersuchten sie den Melatonin-Onset bei schwachem Licht, einen präzisen biologischen Marker, der anzeigt, wann der Körper beginnt, Melatonin zu produzieren – das Hormon, das den Körper auf den Schlaf vorbereitet. An einem typischen Tag beginnt dieser Anstieg am Abend, um den Körper auf die Ruhe vorzubereiten. Durch die Messung des genauen Zeitpunkts, an dem dieser Anstieg vor und nach einem spezifischen Expositions-Tag begann, konnten die Wissenschaftler bestimmen, ob sich die Uhr verschoben hatte.

Die Studie umfasste einundvierzig gesunde Erwachsene, die meisten in ihren frühen Zwanzigern, die bereit waren, über mehrere Wochen hinweg einer sehr strengen Routine zu folgen. Sie hielten jeden Tag die gleichen Schlaf- und Aufwachzeiten ein, verzichteten auf Koffein, Alkohol und Nickerchen, um sicherzustellen, dass sich ihre Körper vor Beginn des Experiments in einem stabilen Rhythmus befanden. Die Teilnehmer absolvierten dann drei separate Besuche in einem Labor, die jeweils etwa vierzig Stunden dauerten. Während jedes Besuchs erlebten sie ein achteinmaliges Zeitfenster der Lichteinwirkung, das am Morgen begann. In einer Bedingung verbrachten sie die Zeit im Freien bei natürlichem Tageslicht. In einer anderen Bedingung befanden sie sich am gleichen Ort im Freien, trugen jedoch spezielle bernsteinfarbene Brillen, die das kurzwellige blaue Licht blockierten, welches am effektivsten die Körperuhr beeinflusst. In einer dritten Bedingung blieben sie im Haus unter Standard-Elektrolicht.

Um die Rolle der Bewegung zu testen, teilten die Forscher die Teilnehmer in zwei Gruppen auf. Eine Gruppe verbrachte etwa vier dieser acht Stunden beim Wandern auf einem Pfad in den Hügeln rund um Basel, während die andere Gruppe stationär blieb, sitzend oder langsam drinnen ging. Dies schuf eine Mischung aus Szenarien: Einige Menschen erhielten helles natürliches Licht und bewegten sich, andere bekamen helles Licht, blieben aber unbeweglich, und andere bekten dimmeres Licht, mit oder ohne Bewegung. Während dieser Tage verfolgten die Forscher sorgfältig, wie viel Licht jede Person erhielt und wie hart ihre Herzen arbeitten. Sie maßen auch, wie schläfrig, müde oder wach die Teilnehmer sich fühlten und wie schnell sie auf einfache Geräusche reagieren konnten, um zu sehen, ob die Aktivitäten des Tages unmittelbare Auswirkungen auf ihre Stimmung oder Aufmerksamkeit hatten.

Die Ergebnisse waren überraschend ruhig. Nach der Analyse der Daten mit hochentwickelten statistischen Modellen fanden die Forscher keine eindeutigen Beweise dafür, dass ein einziger Tag natürlichen Tageslichts, ob kombiniert mit Wandern oder nicht, ausreichte, um die innere Uhr des Körpers zu verschieben. Obwohl die Daten eine leichte Tendenz zeigten, dass sich die Uhr nach Tagen mit mehr Licht oder mehr Aktivität nach vorne verschob, waren die Veränderungen klein und inkonsistent. Bei einigen Teilnehmern verschob sich die Uhr nach vorne, bei anderen nach hinten, und viele zeigten gar keine Veränderung. Die statistischen Belege waren nicht stark genug, um zu sagen, dass das Licht oder die Bewegung diese Verschiebungen verursacht hatte. Es war, als ob die einmalige Exposition einfach nicht ausreichte, um den bestehenden Rhythmus des Körpers zu überwinden.

Die Studie untersuchte auch, wie sich die Teilnehmer während und nach dem Tag fühlten. Während die Wandergruppe erwartungsgemäß eine deutlich höhere körperliche Anstrengung verspürte, waren die Auswirkungen auf Stimmung und Wachsamkeit gemischt. Es gab einen kleinen Hinweis darauf, dass mehr Licht mit einer etwas besseren Tagesstimmung verbunden sein könnte, aber der Effekt war so geringfügig, dass er kaum wahrnehmbar war. Interessanterweise zeigte die Gruppe, die trainiert hatte, schnellere Reaktionszeiten am Abend, dies schien jedoch daran zu liegen, dass diese Personen bereits vor dem Experiment schneller waren, und nicht als Resultat der Tätigkeit des Tages. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass Licht und Bewegung zwar mächtige Werkzeuge zur Regulierung unserer Schlafzyklen sind, eine einmalige Exposition jedoch wahrscheinlich unzureichend ist, um eine messbare Veränderung im Timing der inneren Uhr zu bewirken.

Dies bedeutet nicht, dass Tageslicht und Bewegung unwichtig für unsere zirkadiane Gesundheit sind. Vielmehr legen die Ergebnisse nahe, dass der Körper wiederholte, gewohnheitsmäßige Exposition gegenüber diesen Signalen über die Zeit benötigt, um seinen Rhythmus signifikant anzupassen. Genau wie ein einziger Tag der Diät selten das langfristige Gewicht einer Person verändert, reicht ein einziger Tag mit hellem Licht und Bewegung möglicherweise nicht aus, um eine biologische Uhr zurückzusetzen, die durch jahrelange Routine eingestellt wurde. Die Studie verdeutlicht, dass wir, um unseren internen Zeitgeber wirklich zu beeinflussen, eher auf unsere täglichen Gewohnheiten über Wochen und Monate schauen müssen, anstatt einen schnellen Erfolg durch einen perfekten Tag im Freien zu erwarten. Der menschliche Körper ist belastbar, und seine Uhr ist darauf ausgelegt, den Variationen eines einzelnen Tages standzuhalten, während sie auf ein konsistentes Muster aus Licht und Aktivität wartet, um eine dauerhafte Veränderung herbeizuführen.