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Biologische Rhythmen

Chronomedizin am Beispiel von Erkrankungen

In den vergangenen Jahren hat sich immer deutlicher herausgestellt, wie vernetzt Chronobiologie und Medizin sind. Die Schnittmenge zwischen Chronobiologie und Medizin ist die Chronomedizin. Die Einhaltung eines stabilen circadianen Rhythmus zusammen mit gesunder ausgewogener Ernährung, die regelmäßige körperliche Aktivität und erholsamer Schlaf wirken sich nachhaltig positiv auf Gesundheit und gesundes Altern aus. Andererseits wirken sich Störungen der circadianen Rhythmik unmittelbar auf die Entstehung und den Verlauf von Krankheiten aus. Chronomedizinische Erkenntnisse ermöglichen im Krankheitsfall, personalisierte Therapien zielgerichtet einzusetzen und die medizinische Versorgungsqualität zu verbessern. Am Beispiel konkreter Krankheitsbilder wird dargestellt, wie chronomedizinische Gesichtspunkte in die medizinische Versorgung einbezogen werden können, um eine Optimierung der Therapie und Reduzierung von therapiebedingten Nebenwirkungen zu ermöglichen.


13.12.2024
A. Wiater
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Herz-Kreislauf-Erkrankungen

Das circadiane System reguliert den Blutdruck und die Herzfrequenz über den sympathischen Zweig des vegetativen Nervensystems. Große Veränderungen in Aktivität und Körperhaltung nach dem Aufwachen tragen zur kardiovaskulären Aktivierung bei.1

Erhöhte körperliche Aktivität wird von zusätzlichen circadianen Veränderungen begleitet, einschließlich erhöhter Cortisol-, Testosteron-, Insulin- und Glukosefreisetzung, die alle dazu beitragen, eine höhere Stoffwechselrate zu induzieren. Gleichzeitig mit dieser morgendlichen kardiovaskulären Aktivierung kommt es zu einem circadianen Anstieg der gerinnungsfördernden Faktoren im Blut, einschließlich der Aktivierung von Blutplättchen2 und der Blutgerinnung3. Personen, die morgens einen Myokardinfarkt erlitten haben, haben im Vergleich zu Herzinfarkten zu anderen Tageszeiten, mehr Folgeschäden und eine schlechtere Heilungschance4, was auf circadiane Auswirkungen hindeutet.

Der arterielle Blutdruck unterliegt physiologischerweise circadianen Schwankungen mit nächtlich niedrigeren Werten (dipping). Bei Patientinnen und Patienten mit obstruktiver Schlafapnoe, Schwangerschaftsbluthochdruck und verschiedenen anderen Erkrankungen kann die nächtliche Blutdrucksenkung aufgehoben (non-dipping) sein oder es kommt sogar zu einer nächtlichen Blutdruckerhöhung (inverted/reverse dipping). Eine gestörte nächtliche Blutdruckregulation ist auch bei älteren Menschen mit Hinweisen auf Durchblutungsstörungen des Gehirns oder des Herzmuskels zu berücksichtigen. Sowohl eine unzureichende Nachtabsenkung oder ein Anstieg des Blutdrucks (non-dipper und inverted/reverse dipper), als auch eine zu starke Blutdrucksenkung (extreme dipper/overdipping) ist mit erhöhten gesundheitlichen Risiken verbunden. Bei diesen Patienten ist eine individuelle Pharmakotherapie unter besonderer Berücksichtigung der Dosierungsintervalle und Applikationszeiten notwendig.5 Morgendlich erhöhter Blutdruck begünstigt das Vorkommen von Herzinfarkten und ischämischen Schlaganfällen am frühen Morgen.

Eine Anpassung der Bluthochdruck­therapie, sowohl bezogen auf die Wahl des Medikamentes als auch bezüglich des Zeitpunktes der Verabreichung, kann nicht nur zu einer Therapieoptimierung führen, sondern auch Folgeerkrankungen reduzieren. Das gilt besonders für Patientinnen und Patienten mit non-dipping und Umkehrung des physiologischen Blutdruckverlaufes (inverted/reverse dipping). Veränderungen des physiologischen circadianen Blutdrucks können das Auftreten einer myokardialen Ischämie bei hypertensiven Patienten mit KHK beeinflussen. Es wurde festgestellt, dass nächtliche Ischämie häufiger bei Nondippern unter unbehandelten Patienten und bei Overdippern unter behandelten Patienten auftritt, was möglicherweise auf unterschiedliche therapeutische Ansätze bezogen auf das circadiane Blutdruckprofil hindeutet.6 Wenn bei Patientinnen und Patienten mit fehlender nächtlicher Blutdruckabsenkung beispielsweise Antihypertensiva vor dem Schlafengehen und nicht nur morgens eingenommen werden, verbessern sie den Gesamtblutdruck signifikant.7 Dadurch wird auch das Risiko für kardiovaskuläre Todesfälle, Herzinsuffizienz und Schlaganfall reduziert. Die abendliche antihypertensive Therapie ist auch bei inverted dippern zu empfehlen, wohingegen bei spontaner nächtlicher Blutdrucksenkung > 20 % (extreme dipper/overdipper) keine abendliche Einnahme des Antihypertensivums erfolgen darf.8


Zur Erfassung des circadianen Blutdruckprofils werden mindestens 24-stündige Blutdruckmessungen empfohlen. Der Blutdruckmittelwert im Schlaf gilt als Prädiktor für kardiovaskuläre Ereignisse.




Asthma

Asthmasymptome folgen einem circadianen Rhythmus und werden zu verschiedenen Tageszeiten stärker. So trägt das circadiane System zur allgemeinen nächtlichen Verschlechterung von Asthma bei, was impliziert, dass die interne biologische Zeit für eine optimale Therapie berücksichtigt werden sollte.9 Die Symptome von Asthma zeigen häufig eine Exazerbation in den frühen Morgenstunden gegen 04:00 Uhr. Plötzlicher Tod bei Asthma tritt häufig auch zu dieser Zeit auf.

Obwohl die Lungenfunktion auch bei gesunden Personen über den Zeitraum von 24 Stunden schwankt, sind diese Schwankungen bei Patienten mit nächtlicher Asthmasymptomatik weitaus ausgeprägter, mit einem Unterschied im forcierten exspiratorischen Volumen in der ersten Sekunde (FEV1, Einsekundenkapazität) und auch im exspiratorischen Spitzenfluss (PEF, peak flow) zwischen Wachheit und Schlaf von bis zu 15%.10 Bronchoskopische Untersuchungen und transbronchiale Biopsien bei Menschen mit nächtlichen im Vergleich zu Menschen mit nicht-nächtlichen Asthmasymptomen um 16:00 Uhr (dem Höhepunkt der Lungenfunktion) und 04:00 Uhr (dem Zeitpunkt ausgeprägtester Luftstrombegrenzung) ergaben bei Menschen mit nächtlicher Asthmasymptomatik eine circadiane Variation in der Anzahl der alveolären Eosinophilen pro Volumeneinheit. Hier war eine signifikant größere Anzahl um 04:00 gegenüber 16:00 Uhr vorhanden. Der Anstieg der alveolären Eosinophilen bei Menschen mit nächtlicher Asthmasymptomatik korrelierte mit der nächtlichen Abnahme des FEV1. Auch ein circadianer Anstieg der Gewebema­krophagen im Alveolargewebe wurde bei Menschen mit nächtlicher Asthmasymptomatik beobachtet.11 Obwohl Menschen mit nächtlicher Asthmasymptomatik typischerweise die Kriterien für mittelschweres oder schweres persistierendes Asthma erfüllen, können circadiane Veränderungen der Lungenfunktion auch bei Menschen mit leichterem Asthma beobachtet werden. So zeigten sich circadiane Veränderungen der Atemwegsentzündung auch bei Menschen mit leichtem atopischem Asthma. In dieser Patientenpopulation enthielt die bronchoalveoläre Lavageflüssigkeit um 04:00 Uhr gegenüber 16:00 Uhr eine erhöhte Anzahl von Makro­phagen, Neutrophilen und CD4-T-Lympho­zyten. Zusätzlich korrelierte der Prozentsatz der CD4-T-Lympho­zyten in der 4:00-Lavageflüssigkeit umgekehrt mit dem FEV1 zu diesem Zeitpunkt.12

Eine Reihe von Untersuchungen hat gezeigt, dass:

  1. die Verabreichung von Kortiko­steroiden am Nachmittag (15:00 Uhr) am wirksamsten ist, um einen nächtlichen FEV1-Abfall zu verhindern und das Entzündungsprofil der Atemwege bei Patienten mit nächtlicher Asthmasymptomatik zu verbessern.
  2. Glukokortikoide, die morgens oder spät in der Nacht verabreicht wurden, den Abfall von FEV1 während der Nacht nicht verhinderten.
  3. systemische Glukokortikoide bei gesunden Probanden während des Tages (8:00 – 15:00 Uhr) die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse (HPA) supprimieren.

Daher könnte man durch die Verabreichung von systemischen Kortiko­steroiden gegen 15:00 Uhr die beste therapeutische Wirkung über die Nacht erreichen. Um der circadianen Cortisolausschüttung möglichst nahe zu kommen, eignet sich dafür am besten eine Prednison-Formulierung mit veränderter Wirkstofffreisetzung.13-15

Ähnliche Ergebnisse wurden für inhalative Kortikosteroide erzielt. So wurde die Wirkung von inhaliertem Triamcinolon bei Asthma untersucht, das viermal pro 24 Stunden, einmal um 8:00 Uhr oder einmal um 17:00 Uhr verabreicht wurde. Es gab deutliche Verbesserungen bei FEV1, PEF, der Wirkung von Beta-2-Agonisten-Notfallmedikation, nächtlichem Erwachen und dem Lebensqualitäts-Score in der Gruppe mit viermaliger Verabreichung und der 17-Uhr-Gruppe, aber nicht in der 8-Uhr-Gruppe.

Mehrere Studien haben den Nutzen einer Chronotherapie mit Beta-2-Agonisten bei der Behandlung von Menschen mit nächtlicher Asthmasymptomatik untersucht. In einer doppelblinden, randomisierten Crossover-Studie war Salmeterol Aerosol 100 mg abends inhaliert bei der Verbesserung von PEF und FEV1 so wirksam wie 50 mg zweimal täglich inhaliert.16


Die Studien zeigen, dass verschiedene Formen der Chronotherapie bei einigen Patienten mit nächtlicher Verschlechterung des Asthmas potenziell nützlich sein können.


Rheumatoide Arthritis

Bei der rheumatoiden Arthritis (RA) wirken sich die circadianen Rhythmen auf die Zellfunktionen aus, einschließlich der nächtlichen Synthese und Freisetzung von entzündungsfördernden Zytokinen, der Zellmigration in entzündetes Gewebe, der Phagozytose und der proliferativen Zellantwort. Diese Vorgänge erreichen den Höhepunkt spät in der Nacht. Die klinischen Gelenksymptome am frühen Morgen, die RA-Patienten charakterisieren, hängen mit der circadianen Nachtaktivierung der Immun- / Entzündungsreaktion zusammen. Bei chronisch entzündlichen Zuständen, wie der RA, sind die circa­dian wechselnden Plasmaspiegel des entzündungshemmenden endogenen Cortisols nicht wie erwartet und gewünscht erhöht, was auf eine reduzierte nächtliche Cortisolsekretion hinweist.

Die morgendlichen Symptome der RA hängen mit der circadian abnormalen Zunahme der nächtlichen Entzündung zusammen und werden durch eine unzureichende Cortisolsekretion begünstigt.

Zytokine wie Tumornekrosefaktor (TNF alpha) und Interleukin (IL)-6 sind bei Patienten mit aktiver RA in den sehr späten Nachtstunden stark erhöht, während sie nach Mittag in sehr niedrigen Konzentrationen vorhanden sind. Die entzündungsbedingte Herunterregulierung der HPA-Achsenaktivität bei chronischen Entzündungen wie der RA hängt sowohl mit zirkulierenden Zytokinen zusammen, die die HPA-Achse auf allen Ebenen (Hypothalamus, Hypophyse und Nebennierenrinde) schädigen können, als auch mit einer daraus resultierenden partiellen Nebennierenrindeninsuffizienz.

Die Vorbeugung/Behandlung der nächtlichen Hyperaktivität der Immunzellen mit dem damit verbundenen Aufflammen der Zytokinsynthese und den morgendlichen RA-Symptomen hat sich als wirksamer erwiesen, wenn die Verfügbarkeit der exogenen Glukokortikoide mitten in der Nacht erreicht wird.17

Daher wird eine abendliche exogene Glukokortikoidbehandlung mit modifizierter Freisetzung (Modified-Release-Prednison), dass das Arzneimittel vier bis sechs Stunden nach Einnahme der Tablette freisetzt, bei der RA in niedrigen Dosen empfohlen, da sie die eingeschränkte Nebennierenrindenfunktion teilweise kompensieren kann.


Groß angelegte Studien dokumentieren, dass abends verabreichtes Prednison mit modifizierter Freisetzung eine größere Wirksamkeit als morgendliches Prednison bei Patienten mit RA aufweist und zumindest eine signifikantere Verringerung der morgendlichen Gelenksteifigkeit zeigt.Diese Empfehlung findet sich auch in der entsprechenden AWMF-Leitlinie.


In der Untersuchung von Schneider, Baseler, Funken et al. (2019) führte ein Modified-Release-Prednison mit abendlicher Einnahme und nächtlicher Wirkstofffrei­set­zung im Vergleich zur Standard-­Prednisolon-Gabe bei gleicher Dosierung zu einer signifikanten Verringerung der Morgensteifigkeit, Die Autoren glauben, dass dies deshalb bei Patienten, bei denen dieser Befund im Vordergrund steht, eine sinnvolle Alternative darstellen kann.

Wenn Schmerzen, Steifheit und funktionelle Behinderung in den frühen Morgenstunden besonders ausgeprägt sind, ist die Verhinderung des nächtlichen Anstiegs proinflammatorischer Zytokine durch Glukokortikoide wirksamer als die Behandlung bereits bestehender Symptome am Morgen.18 Darüber hinaus könnten durch die Chronotherapie nächtliche Schmerzsymptome reduziert werden, wodurch sich die Schlafqualität verbessert.

In einer multizentrischen, randomisierten, doppelblinden Studie wurden Patienten mit aktiver rheumatoider Arthritis nach dem Zufallsprinzip entweder einer Prednison-Tablette mit modifizierter Freisetzung oder einer Prednison-Tablette mit sofortiger Freisetzung zugewiesen. Die Tablette mit modifizierter Freisetzung wurde vor dem Schlafengehen eingenommen und Prednison wurde mit einer Verzögerung von vier Stunden nach der Einnahme freigesetzt. Diese Behandlung wurde mit der morgendlichen Verabreichung von Prednison mit sofortiger Freisetzung über einen Zeitraum von zwölf Wochen verglichen. Die Dauer der Morgensteifigkeit der Gelenke war mit Prednison mit modifizierter Freisetzung signifikant kürzer als mit Prednison mit sofortiger Freisetzung. Die Behandlung mit abendlichem Prednison mit modifizierter Freisetzung erwies sich im Allgemeinen als gut verträglich, mit einem insgesamt ähnlichen Sicherheitsprofil im Vergleich zu abendlichem Placebo oder morgendlichem Prednison.19 Prednison mit modifizierter Freisetzung zeigte im Vergleich zu Prednison mit unmittelbarer Freisetzung auch eine größere Wirksamkeit in der Langzeitbehandlung bei Patienten mit RA und eine signifikante Verringerung der morgendlichen Gelenksteifigkeit zusätzlich zu allen bekannten therapeutischen Effekten mit herkömmlichem Prednison und ein ähnliches Sicherheitsprofil, auch im Hinblick auf die Unterdrückung der HPA-Achse.20 Prednison mit modifizierter Freisetzung zusätzlich zu einem DMARD (Disease Modifying Antirheumatic Drug(s)/krankheitsmodifizierende Medikamente im Sinne der Basistherapie) verbesserte die Müdigkeit und andere Aspekte der gesundheitsbezogenen Lebensqualität bei Patienten mit symptomatischer RA im Vergleich zur alleinigen DMARD-Behandlung signifikant und führte zu einem Absinken der IL-6-Plasmaspiegel.21

Praxistipp: Berücksichtigen Sie bei Menschen mit rheumatoider Arthritis den circadianen Verlauf der Krankheitssymptomatik und bestimmen Sie demzufolge den Zeitpunkt und die Wahl der Medikamenteneinnahme.

Da verschiedene Zellpopulationen, die am Entzündungsprozess beteiligt sind, während der Nacht besonders aktiviert werden, könnten andere therapeutische Ansätze, die bei RA verwendet werden, z. B. konventionelle DMARDs und nichtsteroidale Antirheumatika (NSAIDs), den gleichen Konzepten der Glukokortikoid-Chronotherapie folgen. Tatsächlich wurde festgestellt, dass die Methotrexat-Chronotherapie vor dem Schlafengehen die RA-Symptome im Vergleich zu den derzeitigen Standarddosierungsmethoden verbessert. Es konnte gezeigt werden, dass Methotrexat wichtige circadiane Zellgene hochreguliert, was zur Induktion von Apoptose in Synovialfibroblasten führt.17


Während Cortisol bei chronischen Erkrankungen wie der RA während der Nacht herunterreguliert ist, ist die Synthese von Melatonin immer noch hoch und könnte die nächtliche Entzündungsreaktion verstärken.


Melatonin übt nämlich vielfältige Wirkungen auf das Immunsystem aus. Melatonin aktiviert Immunzellen und erhöht die inflammatorische Zytokinproduktion nach einem circadianen Rhythmus.

Gleiches gilt für Stickstoffmonoxid (NO), das auch immunologisch wirksam ist. Untersuchungen zeigten, dass bei Patienten mit RA und bei gesunden Teilnehmern der Melatoninspiegel von 20:00 Uhr bis in die frühen Morgenstunden progressiv ansteigt und bei Patienten mit RA um Mitternacht Spitzenwerte erreicht, was mindestens zwei Stunden früher war als bei gesunden Kontrollpersonen. Anschließend erreichen die Melatoninkonzentrationen bei Patienten mit RA ein Plateau, das zwei bis drei Stunden anhält. Dies wurde bei Kontrollpersonen nicht beobachtet. Nach 02:00 Uhr sinkt der Melatoninspiegel bei Patienten mit RA und bei gesunden Teilnehmern in ähnlicher Weise.


Die Studien bestätigten, dass der nächtliche Rhythmus von Melatonin auch bei Patienten mit RA auftritt, jedoch mit einem früheren Höhepunkt und einer längeren Dauer am frühen Morgen.


Praxistipp: Die Behandlung mit Melatonin wirkt sich nicht positiv auf die klinischen Symptome der RA aus, sondern kann die Entzündungsreaktion sogar weiter verstärken. Dies sollte bei der Behandlung von Schlafstörungen im Rahmen einer RA berücksichtigt werden.

Mehr zu Chronomedizin bei verschiedenen Krankheitsbildern lesen Sie auf Seite 2. 

Tatsächlich erreicht die Produktion mehrerer Zytokine den Höhepunkt während der Nacht, während der Melatonin-Serumspiegel am höchsten und das Plasma-Cortisol am niedrigsten ist.22,23 Melatonin wurde in hoher Konzentration in Synovialflüssigkeiten von Patienten mit RA nachgewiesen, und Bindungsstellen für Melatonin waren in Synovialmakrophagen vorhanden. Darüber hinaus reagieren kultivierte RA-Synovialmakrophagen auf Melatoninstimulation mit einer erhöhten proinflammatorischen Zytokinproduktion.24

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die laufende Forschung über biologische Rhythmen bei Entzündungen und die Synthese von circadianen Wirkstoffen zu einem besseren Verständnis der Entzündungsmechanismen und zu einem rationaleren Einsatz der Medikamente bei Patienten mit RA führt.


 Merke: Bei Patienten mit RA hängen die Steifheit und funktionelle Gelenkbehinderung, die für die frühen Morgenstunden charakteristisch sind, mit der nächtlichen Aktivierung der Immun-/Entzündungsreaktion zusammen.