Physiologie 4

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• Physiologie 4
• Schlaf

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• Zirkadiane Periodik als Grundlage des
  Wach-Schlaf-Rhythmus
• Zirkadiane Uhren
• Die Abfolge der verschiedenen
  Schlafstadien und des Wachens wird von inneren
  Uhren gesteuert, die meist eine zirkadiane
  Periodik besitzen und durch Zeitgeber auf den 24
  h-Rhythmus der Außenwelt synchronisiert werden
• Innere Uhr. Eine freilaufende zirkadiane Periodik
  bleibt bei Isolation von der Außenwelt über
  Monate erhalten. Meist ist sie in Isolation
  länger als 24 h, bei manchen Menschen auch
  kürzer. Innere Uhren gibt es aber nicht nur für
  Wachen und Schlafen, sondern auch für viele
  andere Körperfunktionen. Diese Uhren sind meist
  untereinander synchronisiert. Ohne äußere
  Zeitgeber kann es aber auch zur Entkoppelung
  kommen.
• Der zirkadiane Rhythmus von Schlafen und Wachen
  und viele damit einhergehende Rhythmen
  physiologischer und psychologischer Funktionen
  werden von endogenen Oszillatoren (inneren Uhren)
  im Zentralnervensystem (ZNS) gesteuert. Diese
  inneren Uhren bestehen aus Neuronen, deren
  Membranstruktur die Membranleitfähigkeit
  rhythmisch verändert und damit ihre
  Entladungsraten rhythmisch anordnet.

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• Endogene Oszillatoren I
• Der Grundrhythmus der endogenen Oszillatoren, von
  molekularen Uhren gesteuert, wird von äußeren
  (externen) und inneren (internen) Reizen, die
  Zeitgeber genannt werden, auf die 24 h-Periodik
  der Außenwelt synchronisiert. Beim Menschen wirkt
  helles Licht (7000-12000 Lux) als stärkster
  Zeitgeber, aber auch soziale Interaktion hat
  einen gewissen Einfluss auf die
  Tag-Nacht-Rhythmik
• Im Extremfall kann der Wach-Schlaf-Rhythmus in
  der Isolation besonders lange Werte annehmen zB.
  48 h-Perioden, also bizirkadiane Rhythmen, dann
  werden die vegetativen Funktionen völlig
  abgekoppelt (interne Desynchronisation) und
  laufen mit der ursprünglichen Periodendauer von
  etwa 24 h weiter. Die offenbar weniger flexible
  Temperaturuhr kann der neuen, extrem langen
  Periode der Aktivitätsuhr nicht mehr folgen und
  löst sich daher vom Wach-Schlaf-Rhythmus.

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(No Transcript)
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• Endogene Oszillatoren II
• Jet-Iag und Schichtarbeit. Wird die zirkadiane
  Periodik einmalig in ihrem Rhythmus verschoben,
  z.B. verkürzt durch Flug nach Osten oder
  verlängert durch Flug nach Westen, so brauchen
  die zirkadianen Systeme etwa 1 Tag pro 1
  h-Zeitzone, um ihre normale Phasenlage zu den
  äußeren Zeitgebern zurückzugewinnen.
• Die Resynchronisation erfolgt bei Flügen nach
  Westen deutlich schneller als bei Flügen nach
  Osten.Die soziale und berufliche Aktivität lässt
  sich dem verschobenen Zeitgeber schnell anpassen,
  Körpertemperatur und andere vegetative Funktionen
  folgen langsamer. Diese Dissoziation trägt zur
  vorübergehenden Leistungsminderung nach
  Langstreckenflügen bei (bezüglich der eventuellen
  Wirkung des Melatonin bei der Resynchronisation).

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• Nucleus suprachiasmaticus (SCN) I
• Der zentrale, aber nicht der einzige
  Schlaf-Wach-Oszillator ist der Nucleus
  suprachiasmaticus (SCN)
• Der (SCN) ist im anterioren Hypothalamus direkt
  über dem Chiasma opticum lokalisiert und stellt
  die oberste Steuereinheit des zirkadianen Systems
  dar (master clock). Vom retinohypothalamischen
  Trakt (RHT) erhält der SCN Information über die
  Lichtverhältnisse der Umgebung. Der RHT widerum
  erhält die Licht-Dunkel-Information aus
  spezialisierten bipolaren Ganglienzellen der
  Retina. Diese enthalten den zirkadianen
  Photorezeptor Melanopsin, der auf diffuses Licht
  anspricht und diese Information dann über
  glutamaterge Synapsen zunächst auf den RHT und
  dann weiter auf die Zellen des SCN überträgt.
• Läsionen des SNC führen zu völliger Arhythmizität
  vieler Körper- und Verhaltensfunktionen.
  Transplantierung des SCN auf SCN-läsionierte
  Tiere erzeugt den zirkadianen Rhythmus des
  Spendertieres im Empfänger. Auch isolierte Zellen
  des SCN behalten ihre Rhythmizität bei.

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• SCN II
• Sklaven-Oszillatoren. Der SCN synchronisiert
  als Schrittmacher efferent verschiedene
  Sklaven-Oszillatoren im Gehirn und der
  Körperperipherie. Dies geschieht über rhythmische
  Entladung und rhythmische Sekretion von
  aktivitätshemmenden und aktivierenden Faktoren,
  meistens Neuropeptiden.
• Sowohl die Transmittergesteuerte elektrische als
  auch die sekretorische Rhythmizität wirken auf
  die subparaventrikuläre Zone des Hypothalamus
  (SPVC) und von dort über spezifische Projektionen
  auf die relevanten Empfängerregionen (z. B. die
  Schlafanstoßenden Zellen im basalen Vorderhirn,
  die monoaminergen Zellen des Stammhirns und die
  REM-anstoßenden cholinergen Regionen).

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• Molekulare Uhren I
• Die rhythmische Transkription von Uhr-Genen ist
  für die endogenen Rhythmen verantwortlich
• PER und TIM. (Der Glutamat-induzierte
  Ca2-Einstrom in die Zellen des SCN führt während
  der Lichtphase zum Abbau (Degradierung) eines
  Proteins PER (von period) im Zytoplasma der
  SCN-Zellen, wodurch im Laufe des Tages die
  Transkription von PER durch per-Gene im Nukleus
  ermöglicht wird. Wenn es dunkel wird, hört die
  Degradierung von PER-Proteinen im Zytoplasma auf
  und PER kann wieder akkumulieren. Gegen morgen
  dringen PER-Proteine in den Nukleus ein und
  hemmen dort die Transkription der per-Gene in
  einem negativen Rückmeldekreis.
• PER allein ist inaktiv und kann nicht in den
  Zellkern eindringen. Es muss sich daher mit dem
  Protein TIM (von timeless) zu einem sogenannten
  Dimer verbinden. Dieses Dimer blockiert die
  Transkription eines anderen Gens, des sogenannten
  Clock-Gens (von Circadian Locomotor Output Cycles
  Kaput). Das Clock-Protein löst die Transkription
  von per- und tim-Genen im Kern aus.
• Mutationen auf per, tim oder clock zerstören die
  zirkadiane Periodik, einige der Mutationen sind
  letal, andere erhöhen die Krebsinzidenz und
  reduzieren die Immunkompetenz. Durch eine
  PER-Mutation werden Gene, welche das
  unkontrollierte Zellwachstum von Zellen zu Krebs
  fördern, angeregt.

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(No Transcript)
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• Molekulare Uhren II
• Frühe Reaktionsgene. Die molekularen Mechanismen
  der Synchronisation der Zellen des Nucleus
  suprachiasmaticus werden durch unmittelbare
  Expression früher Reaktionsgene (immediate
  early Genes) gesteuert.
• Die frühen Reaktionsgene werden durch Licht
  aktiviert bereits nach wenigen Minuten lässt
  sich in den Zellen des Nucleus suprachiasmaticus
  die Aktivierung eines c-fos Proto-Onkogens
  feststellen. Das c-fos-Protein ist ein
  Transkriptionsfaktor in den frühen
  Reaktionssystemen, die rasch in die Regulation
  von Zellproliferation und Membrandifferenzierung
  eingreifen.
• Die schnelle Expression des Transkriptionsfaktors
  wird durch Anstieg der cAMP, oder der
  Ca2-Konzentration nach Eintreffen des
  Nervenimpulses ausgelöst, welche die aktivierende
  Phosphorylierung des Transkriptionsfaktors
  bewirken.

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• Zirkadiane Rhythmik
• Die regelmäßige Abfolge von Wachen und Schlafen
  entspricht ungefähr (zirka) der Dauer eines Tages
  (lat. dies) und wird von endogenen Oszillatoren
  (inneren Uhren) autonom gesteuert. Die Rhythmen
  werden von molekularen Mechanismen v.a. in Zellen
  des Nucleus suprachiasmaticus generiert und von
  äußeren und inneren Reizen (Zeitgebern) auf die
  24 h-Periodik synchronisiert.
• Die Rhythmizität der Zellen im Nucleus
  suprachiasmaticus wird von molekularen Uhren
  unter Beteiligung weniger Gene im gesamten Reich
  des Lebendigen in vergleichbarer Art und Weise
  gesteuert. Dabei kommt es zur rhythmischen
  Transkription von bestimmten Uhr-Genen. Die
  Zeitverzögerung im Auf- und Abbau dieser Gene und
  ihrer Proteinprodukte bestimmen den Rhythmus der
  Erregbarkeit der Zellmembran von endogenen
  Oszillatoren.

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• Wach-Schlaf-Verhalten des Menschen
• Schlafstadien
• Mit dem Elektroenzephalogramm (EEG) lassen sich
  die verschiedenen Stadien des Schlafes (REM-,
  NREM-Schlaf) unterscheiden
• Mit der Elektroenzephalographie steht eine
  Methode zur Verfügung, die es erlaubt, den
  Schlafverlauf fortlaufend aufzuzeichnen, ohne ihn
  zu stören
• Den Tiefschlaf bezeichnet man auch als
  Langsamen-Wellen-Schlaf (Slow-Wave Sleep, SWS),
  da er von hochamplitudigen (gt1oo mV) Theta- (4-7
  Hz) und Gamma-Wellen (0,5-3 Hz) dominiert wird.
• Dem REM-Schlaf werden alle übrigen Schlafstadien
  als NREM-Schlaf (Nicht-REM-Schlaf)
  gegenübergestellt.

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• REM-Schlaf
• Der REM-Schlaf wird auch als paradoxer Schlaf
  'bezeichnet, weil das EEG sich kaum vom
  Wachzustand unterscheidet, die Person aber
  regungslos mit geschlossenen Augen liegen bleibt.
  Es treten dabei sekundenlange Gruppen von 1-4 Hz
  schnellen Augenbewegungen auf. Im EEG herrschen
  Beta-Wellen (13-30 Hz), Gamma-Wellen (gt3oHz) und
  eingestreute, kleinamplitudige Theta-Wellen (4-7
  Hz) vor. In dieser Zeit wird häufig
  aktiv-handelnd und emotional geträumt, während in
  den übrigen Schlafphasen eher abstrakt-gedanklich
  geträumt wird.
• Orthographie des Schlafes. Während des Schlafens
  treten im EEG auch für den Schlaf typische Muster
  auf. Dazu gehören die Schlafspindeln und
  K-Komplexe.
• K-Komplexe geben einen Hinweis darauf, dass das
  schlafende Gehirn Reize aus der Umwelt wahrnimmt
  und darauf reagiert. Dieses Wellenmuster tritt
  nämlich regelmäßig dann auf, wenn dem Schläfer
  ein Reiz präsentiert wird, z. B. ein Tonsignal.
• Schlafspindeln sind ebenfalls kurzdauernde
  Wellenmuster, vor allem der motorischen Areale,
  welche von hemmenden Interneuronen im
  somatomotorischen Thalamus erzeugt werden. Es
  gibt Hinweise darauf, dass Schlafspindeln den
  Schlaf schützen, indem sie das Gehirn gegen
  Außenreize abschirmen und die Ruhigstellung der
  zentralen Motorik ermöglichen.

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• Schlafphasen eines Schlafzyklus I
• Die Schlafphasen werden unter physiologischen
  Bedingungen immer in derselben Abfolge von
  Langsamen-Wellen-Schlaf (SWS) zum REM-Schlaf
  durchschritten
• Beim Übergang vom entspannten Wachsein (mit
  geschlossenen Augen) in das Schlafstadium 1 (S1)
  verschwinden die Alpha-Wellen. Die Klarheit des
  Bewusstseins wird zunehmend eingeschränkt. Viele
  Menschen erleben in diesem dösenden
  Übergangszustand zwischen Wachen und Schlafen
  optische, traumartige Eindrücke.
• Gleichzeitig beginnen die Augäpfel sich ganz
  langsam hin- und herzubewegen. Bei manchen
  Schläfern zeigen sich beim Einschlafen auch feine
  Zuckungen der Augenlider.
• Es können aber auch heftige Zuckungen einzelner
  Gliedmaßen oder des ganzen Körpers auftreten, die
  wahrscheinlich durch eine Umstellung der
  motorischen Kontrollsysteme beim Einschlafen
  bedingt sind.

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• Schlafphasen eines Schlafzyklus II
• Der Beginn des nachfolgenden Schlafstadiums 2
  (S2) ist daher als der eigentliche Zeitpunkt für
  den Schlafbeginn anzusehen, zumal hier zum ersten
  Mal Schlafspindeln und K-Komplexe auftauchen.
• Die Zeitdauer zwischen dem Zubettgehen und dem
  ersten S2-Schlaf, also die Schlaflatenz, beträgt
  bei gesunden Erwachsenen etwa 10 bis 15 min.
• Normalerweise vertieft sich der Schlaf sukzessive
  aus den Stadien S1 und S2 in die
  Tiefschlafstadien S3 und S4 .Die Weckschwelle für
  Reize erhöht sich entsprechend und erreicht ihren
  höchsten Wert nach etwa einer Stunde.
  Anschließend nimmt die Weckschwelle wieder ab.
• Schließlich geht der Tiefschlaf in den ersten
  REM-Schlaf über, mit dem der komplette erste
  Schlafzyklus abgeschlossen wird.

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(No Transcript)
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• Schlafzyklen im Verlauf der Nacht
• Im Verlaufe einer Nacht werden die einzelnen
  Schlafstadien mehrfach durchlaufen das Maximum
  des Tiefschlafs liegt dabei im ersten
  Schlafzyklus die REM-Episoden nehmen im Verlauf
  der Nacht an Dauer zu
• Schlafzyklen.
• Eine Nacht besteht aus etwa 4-5
  Schlafzyklen, die jeweils eine Dauer von etwa 1,5
  Stunden haben. Ein kompletter NREM-REM-Zyklus
  wird als Basic-Rest-Activity-Cycle (BRAC)
  bezeichnet, da er sich in den wachen Teil des
  Tages hinein fortzusetzen scheint. Das Maximum
  des langsamwelligen Schlafs mit den Stadien 3 und
  4 liegt im ersten Schlafzyklus, danach nimmt der
  langsamwellige Schlaf stetig über die Nacht ab.
• Die Dauer der REM-Phasen nimmt im Laufe der Nacht
  von ca. 5-10 min bis auf 20-30 min zu. Auch die
  Augenbewegungsdichte im REM-Schlaf nimmt im Laufe
  der Nacht zu. Diese Intensivierung des
  REM-Schlafes gilt auch für viele andere
  physiologische Prozesse. Mit der Intensivierung
  des REM-Schlafes geht auch verlängertes und
  intensiveres Träumen einher.

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(No Transcript)
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• Unterschiede zwischen REM-Schlaf und Wachzustand
• Physiologisch und psychologisch weisen die
  REM-Phasen Ähnlichkeit zum Wachzustand auf.
  Trotzdem bestehen Unterschiede, die auch das
  psychologisch kaum mit Wachen vergleichbare
  Träumen erklären. Der zentrale Unterschied
  besteht in der tonischen Hemmung der spinalen
  Motoneurone während der REM-Phasen, was zu
  vollständiger Paralyse der quergestreiften
  Muskulatur führt.
• Die spinale Hemmung geht von Kernen in der
  medialen Medulla oblongata aus und diese benutzen
  Azetylcholin als Transmitter. Nach Läsion dieser
  medullären Kerne tritt bei Säugetieren und
  Menschen REM-Schlaf ohne Atonie auf, die Tiere
  bzw. Menschen agieren motorisch entsprechend dem
  Trauminhalt (z. B. fängt die Katze eine nicht
  existierende Maus).
• Ein wesentlicher Unterschied zwischen REM- und
  Wachzustand ist die Überaktivität cholinerger
  Synapsen im REM-Schlaf und die veränderte
  Topographie aktivierter Kortex-Areale

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• Altern und Schlaf I
• Die Gesamtschlafzeit sinkt im Lauf des Lebens ab,
  der relative Anteil des SWS-Schlafs
  (Tiefschlaf) wird außerdem erheblich kürzer
• Altersentwicklung. Die relativen Anteile von
  Wachen und Schlafen, ebenso wie die Anteile von
  REM- und NREM-Schlaf an der Gesamtschlafzeit
  machen eine charakteristische Altersentwicklung
  durch. Insgesamt sinkt im Laufe des Lebens nicht
  nur die Gesamtschlafzeit ab, sondern es wird auch
  der relative Anteil des SWS-Schlafs (Slow Wave
  Sleep, Stadium 3 und 4) erheblich kürzer.
• Das Neugeborene verbringt einen erheblichen Teil
  des Tages im REM-Schlaf. Dieser Anteil sinkt dann
  rasch mit der Hirnentwicklung bis um das 14.
  Lebensjahr von 50 auf ca. 20 ab und bleibt
  danach konstant. Stadium 1 und 2 nehmen dagegen
  ab dem 14. Lebensjahr zu, während Stadium 3 und 4
  im Erwachsenenalter kontinuierlich abnehmen.

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(No Transcript)
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• Altern und Schlaf II
• REM-Schlaf als Umweltreiz. Der hohe Anteil des
  REM-Schlafs bei Säuglingen und Kleinkindern hat
  zu der Vermutung geführt, dass diese Perioden
  erhöhter neuronaler Aktivität (desynchronisiertes
  EEG ähnlich dem bei Aufmerksamkeit) für die
  ontogenetische Entwicklung des ZNS wichtig sind,
  da bei diesen Individuen äußere Reize noch
  weitgehend fehlen das Träumen ersetzt als
  innere Reizung den mangelnden externen Einstrom.
• Dagegen spricht allerdings, dass bei
  Vorschulkindern Traumberichte nach Aufwecken
  praktisch nicht vorkommen. Es scheint also eher
  die allgemeine Aktivitätsentwicklung der
  Hirnrinde im REM-Schlaf für die Hirnentwicklung
  wichtig zu sein.

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• Schlafstörungen I
• Primäre Schlafstörungen können als Ein- und
  Durchschlafstörungen, und als schlafstadiengebunde
  Störungen auftreten.Schlafstörungen, die nicht
  als Folge von organischen Erkrankungen auftreten,
  werden als primäre bezeichnet.
• Ein- und Durchschlafstörungen (Insomnia)
• Ideopathische Insomnia bezeichnet subjektiv
  erlebte und objektiv, d. h. mit polygrafischen
  Aufzeichnungen im Schlaflabor verifizierbaren
  Störungen im Schlafprofil. Diese können
  zahlreiche Ursachen haben, z.B. zu viel oder zu
  wenig körperliche Aktivität, chronischer Stress,
  Reisen und exzessives Essen oder Fasten.
• Pseudoinsomnia äußert sich durch subjektive
  Störungen des Ein- und Durchschlafens, wobei das
  Schlafprofil aber altersgerecht ist.
  Pseudoinsomnia liegt vor, wenn die subjektiven
  Erwartungen an die Schlafgüte nicht mit dem
  objektiv vorhandenen Schlafprofil übereinstimmen.
  Dies ist häufig bei alten Menschen der Fall, die
  sich nicht an die zunehmende Leichtigkeit des
  Schlafes gewöhnen können.
• Schlafmittelmissbrauch ist eine der häufigsten
  Ursachen für Schlafstörungen. Alle bekannten
  Schlafmittel führen bei längerer Einnahme zu
  einer Veränderung des natürlichen Schlafprofils
  und bei Absetzen der Einnahme zu erheblichen
  Schlafstörungen. Schlafmittelmissbrauch ist die
  häufigste iatrogene Erkrankung (von Medizinern
  verursachte Krankheit).

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• Schlafstörungen II
• Hypersomnia. Der Prototyp einer hypersomnischen
  Erkrankung ist die Narkolepsie. Ihr Leitsymptom
  ist die gesteigerte Tagesmüdigkeit mit
  unkontrollierbaren Schlafattacken (Dauer von
  wenigen Sekunden bis 30 min). Zur Narkolepsie
  gehören auch die Kataplexie, d. h. ein meist
  durch affektive Reize ausgelöster Tonusverlust,
  sowie Schlaflähmungen und hypnagoge
  Halluzinationen. Diese Symptome können als das
  Eindringen von REM-Episoden in den Wachzustand
  aufgefasst werden, denn Kataplexie und
  Schlaflähmung sind mit der Atonie des
  REM-Schlafes eng verwandt, hypnagoge
  Halluzinationen mit den traumgenerierenden
  Prozessen dieses Schlafzustandes.
• Narkolepsie und REM-Schlaf.( Der
  Azetylcholinspiegel im Hirnstamm ist dauerhaft
  wie im REM-Schlaf stark erhöht. Die Tiere weisen
  eine Mutation am Carnac-Gen auf, welches den
  Rezeptor für das Neuropeptid Orexin bildet.
  (Orexin-knock-out Mäuse sind narkoleptisch und
  zeigen profunde Störungen der Nahrungsaufnahme,
  daher der Name. Orexin wirkt vom Hypothalamus auf
  alle Schlafregulierenden Strukturen des
  Hirnstamms, besonders auch die REM-anstoßenden
  cholinergen Systeme.)
• Eine der häufigsten Hypersomnien, vor allem bei
  übergewichtigen Rauchern, ist die Schlaf-Apnoe.

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• Schlafstörungen III
• Schlafstadiengebundene Störungen
• Somnambulismus (Schlafwandeln) ist ein
  motorischer Automatismus, der beim Übergang vom
  Tiefschlafstadium 4 in das Stadium 2 auftritt,
  und zwar besonders bei Kindern und Jugendlichen,
  sowie bei Erwachsenen unter Stressbelastung. Die
  Augen des Schlafwandlers sind weit geöffnet, er
  ist nicht ansprechbar, nach dem Aufwecken
  desorientiert und kann sich nicht an Träume
  erinnern.
• Bettnässen (Enuresis nocturna) kommt bei rund 10
  aller Kinder nach dem 2. Lebensjahr vor. Es
  tritt praktisch immer aus dem NREM-Schlaf auf.
• Der kindliche Pavor nocturnus kann ähnliche
  Ursachen haben und kommt zwischen dem 3. und 8.
  Lebensjahr, selten später, vor. Plötzlich,
  während des Schlafes, setzt sich das Kind auf und
  fängt an zu schreien. Das Gesicht ist bleich und
  schweißbedeckt, der Atem geht schwer. Nach kurzer
  Zeit wacht das Kind auf, erkennt seine Umwelt und
  schläft oft wieder ein.

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• Neuronale Schlafsteuerung I
• Der langsame Wellen-Schlaf (SWS) ist
  homöostatischer Natur und wird durch die
  Akkumulation von bestimmten Schlafsubstanzen
  ausgelöst
• Der langsame Wellen-Schlaf (SWS, Tiefschlaf) hat
  weniger rhythmischen, sondern eher
  homöostatischen Charakter Er hängt stark von der
  vorausgegangenen Aktivität (Müdigkeit),
  Nahrungsaufnahme, Hirntemperatur und anderen
  Faktoren ab. Man nimmt an, dass die Akkumulation
  einer oder mehrerer Schlafsubstanzen während
  des Wach-Seins als Ursache für den Beginn von SWS
  dient. Eine wichtige Schlafsubstanz ist das Purin
  Adenosin, das neben motorischen und
  motivationalen Funktionen auch in neuronalen
  Schlafstrukturen als Signalmolekül wirkt. Es
  akkumuliert während des Tages und hemmt vor allem
  über seine A-Rezeptoren die cholinergen
  exzitatorischen Neurone des basalen Vorderhirns.
• Das basale Vorderhirn mit dem Nucleus praeopticus
  des Hypothalamus ist eine Struktur, deren
  elektrische Reizung oder Erwärmung zu SWS führt.
  Jene Teile des basalen Vorderhirns, welche bei
  Reizung SWS auslösen, sind räumlich klar von den
  cholinergen, REM-bewirkenden Regionen getrennt.
  Die SWS-Regionen liegen in der Nachbarschaft zu
  den Kernen des vorderen Hypothalamus.

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• Neuronale Schlafsteuerung II
• SWS wird aber offensichtlich auch durch periphere
  Peptide, wie z.B. Muramyl-Peptide, angestoßen,
  die in subkortikalen Gliazellen und den
  Gliazellen des basalen Vorderhirns die Produktion
  von Interleukin-1 stimulieren. Dabei handelt es
  sich um ein Peptid, das mit der Immunabwehr
  befasst ist. Fieber nach Infektionen und der
  Anstieg der Körper- und Hirntemperatur sind daher
  potente Reize für SWS.
• Immunkompetenz. Die restaurativen Prozesse im
  homöostatischen Non-REM-Schlaf finden vor allem
  in den ersten drei Nachststunden mit einem
  Maximum an SWS statt. Das Hypothalamus-Nebennieren
  -Stress-System ist in dieser Zeit gehemmt, die
  Kortisolproduktion auf einem Minimum und die
  Produktion immunkompetenter Zellen auf einem
  Maximum.
• REM-Schlaf Gleichzeitig mit der Aktivierung der
  cholinergen REM-Zellen werden die im
  langsamen-Wellen-NREM-Schlaf aktiven aminergen
  Zellen in Nucleus raphe (Serotonin) und Locus
  coeruleus (Noradrenalin) blockiert. Umgekehrt
  hemmt die Aktivierung von Raphe und Coeruleus die
  cholinergen Kerne. Im REM-Schlaf wird also ein
  primär cholinerges Klima erzeugt, was sich
  deutlich vom Wachzustand unterscheidet, in dem
  auch die Produktionsstätten der aminergen
  Transmitter aktiv sind.

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• Schlafverhalten
• Die verschiedenen Schlafstadien lassen sich durch
  die Registrierung des Elektroenzephalogramms
  (EEG) und der Augenbewegungen (Elektrookulogramm,
  EOG) erfassen
• Wir unterscheiden vier Stadien zunehmender
  Schlaftiefe mit zunehmend langsamen Wellen im
  EEG. Das Tiefschlafstadium (Stadium 4) wird auch
  Langsamer Wellen-Schlaf genannt, da es im EEG
  hochamplitudige Wellen zeigt.
• Der Langsame-Wellen-Schlaf (SWS, Tiefschlaf)
  geht in ein dem Wachzustand vergleichbares
  Stadium mit schnellen Augenbewegungen (REM) und
  Wach-EEG über diese REM-Perioden werden im Laufe
  der Nacht länger.
• Eine Abfolge von Nicht-REM-Schlaf (NREM) und
  REM-Schlaf wird als Basic-Rest-Activity-Cycle,
  BRAC, bezeichnet. Eine Nacht besteht aus 4-5
  solcher Schlafzyklen.
• Die Dauer der einzelnen Schlafstadien ändert sich
  im Laufe des Lebens Während Neugeborene und
  Kleinkinder erhebliche Teile des Tages und der
  Nacht im REM-Schlaf verbringen, bleibt der
  REM-Anteil nach der Pubertät konstant. Im späten
  Erwachsenenalter und im hohen Alter nimmt auch
  der Anteil des tiefsten SWS kontinuierlich ab.
• Neuronale Steuerung
• SWS wird von präoptischen Regionen des
  Hypothalamus und Teilen des basalen Vorderhirns
  erzeugt. Die Regulation erfolgt homöostatisch
  durch Akkumulation von Schlafsubstanzen während
  der aktiven Zeit.
• REM wird von cholinergen Kernen des Mittelhirns
  und basalen Vorderhirns erzeugt und hängt von
  zirkadianen und ultradianen Oszillatoren ab.

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• Die physiologischen Aufgaben der Schlafstadien
• Träumen, Mentale Prozesse im Schlaf.
• Mentale Prozesse sind während der gesamten
  Schlafzeit vorhanden, in NREM-Pha-sen sind sie
  eher abstrakt, gedankenartig. Die aktiven,
  halluzinatorischen, geschichtenartigen
  Traumphänomene, die wir eigentlich meinen, wenn
  wir von Träumen reden, sind während der
  phasischen REM-Aktivitäten (z. B.
  Augenbewegungen) am stärksten. Sie sind während
  der ersten Nachthälfte eher Erinnerungen an
  Ereignisse des vergangenen Tages und werden gegen
  Morgen zunehmend emotionaler.
• Traumnetzwerke.
• Bildgebende Untersuchungen während des
  Schlafes ergaben, dass bei SWS die
  Hirndurchblutung drastisch absinkt. Wenn das EEG
  desynchronisiert und lebendige Träume berichtet
  werden - was nicht unbedingt, aber oft mit
  REM-Phasen korreliert - werden die cholinergen
  Systeme aktiv (lebendiges Erleben), die primären
  sensorischen und motorischen Projektionsareale
  gehemmt (Abschluss von Außenwelt), limbische und
  dienzephale Regionen aktiv (Gefühls- und
  Trieberlebnisse) und der dorsale Frontalkortex
  gehemmt (Kontrollverlust, Gedächtniskonsolidierung
  ). Die Assoziationsareale sind je nach
  Trauminhalt aktiv, wodurch die lebendigen
  Szenenabfolgen, oft mit Erinnerungen durchmischt,
  erklärt werden können

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(No Transcript)
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• Kernschlaf
• Nur ein Teil des Schlafes ist wirklich vital
  notwendig Kernschlaf er umfasst in etwa die
  ersten 3 Schlafzyklen einer Nacht
• Trotz allen Fortschritts blieb die Bedeutung der
  Schlafphasen bis heute offen. Klar ist nur, dass
  beide (REM und NREM) überlebenswichtig sind.
  Totale Schlafdeprivation über längere Zeit führt
  zum Tod bei Mensch und Tier. Beim Menschen sind
  die ersten 2-3 SWS-REM-Phasen offensichtlich
  essenziell, sie werden daher Kernschlaf genannt.
• Eine Deprivation der letzten 3 Schlafstunden
  führt kaum zu merkbaren Störungen (Optional- oder
  Füllschlaf).
• Die psychischen und gesundheitlichen Auswirkungen
  auch langer Schlaflosigkeit (z. B. 10 Tage und
  Nächte) beim erwachsenen Menschen sind allerdings
  relativ gering. Nach 3-4 Nächten treten bei
  einigen Personen Wahrnehmungsverzerrungen und ein
  leichtes Nachlassen von Vigilanz
  (Daueraufmerksamkeit) auf. Nach nur wenigen
  Stunden Erholungsschlaf tritt völlige Erholung
  ein. Bereits nach wenigen Nächten holen sich
  die Versuchspersonen durch extrem kurze, aber
  zunehmend häufiger werdende Mikroschlafepisoden
  ihren Schlaf.

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• Die Aufgaben des Tiefschlafs (SWS) I
• Der homöostatische SWS hängt mit restaurativen
  Funktionen zusammen
• Stoffwechselenergie. Nach Schlafdeprivation wird
  zuerst SWS nachgeholt, was für die Energie
  konservierende Funktion von SWS spricht. Adenosin
  ist ein wichtiger Vorläufer für ATP und kommt
  häufig als hemmender Neuromodulator im ZNS vor.
  Während des Tages und bei Anstrengung oder
  Schlaflosigkeit steigt die Konzentration von
  Adenosin im Extrazellulärraum kontinuierlich an,
  vor allem in den SWS-anstoßenden HirnStrukturen.
  Koffein u.a. Weckmittel blockieren die Ax und A2A
  Adenosinrezeptoren.
• Endokrinologie. Während der SWS-Phasen zu Beginn
  des Schlafes wird vor allem bei Körperwachstum
  das Wachstumshormon (GH, Growth Hormon)
  ausgeschüttet und die Ausschüttung der
  Stresshormone Kortisol und ACTH gehemmt. Extremer
  Stress führt zu Schlafstörungen und zu
  Wachstumsstörungen bei Kindern bis hin zu
  psychosozialem Zwergwuchs. Da GH auch am Wachstum
  und der Verbindung von Nervenzellen beteiligt
  ist, werden auch die kognitive Entwicklung und
  die Lernfähigkeit durch Stress und SWS-Mangel
  gestört. Bei der Depression ist ebenfalls der
  zirkadiane Gipfel abgeflacht und der relative
  Anteil von Kortisol erhöht. Dabei ist der
  REM-Schlaf, vor allem die REM-Latenz (Zeit bis
  zur ersten REM-Phase) verkürzt.

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• Die Aufgaben des Tiefschlafs (SWS) II
• Immunologie. Stress und Kortisolanstieg hemmen
  die Immunabwehr. Daher geht ein SWS-Mangel auch
  mit Störungen des Immunsystems einher. Der
  Verlust von SWS im Alter trägt zum vermehrten
  Auftreten von Krankheiten bei, welche von
  Immunfaktoren in Schach gehalten wurden.
• Der Schlaf-Wach-Rhythmus wird von
  immunaktiven Substanzen ebenso beeinflusst wie
  umgekehrt der Schlaf zum restaurativen Aufbau von
  immunkompetenten Zellen notwendig ist.
  Interleukine, z.B. 11-1, die von T-Helferzellen
  abgegeben werden und das Lymphozytenwachstum
  beschleunigen, haben schlafanstoßende Wirkung im
  Gehirn. Chronische Schlafdeprivation im
  Tierversuch führt umgekehrt zu raschem Absinken
  der Immunkompetenz mit Anstieg von Neoplasien
  (krebsartiger Entartung), Infektionen und Tod des
  Tieres. Zirkadiane Rhythmusstörungen wie
  Nachtarbeit und Zeitzonen überfliegen (Jet-Iag)
  erhöhen ebenfalls die Infektionsanfälligkeit.
• Die Auswirkungen des Schlafens auf das
  Immunsystem scheinen u.a. von der zirkadianen
  Rhythmik des Zirbeldrüsenhormons Melatonin
  bewirkt zu werden. Melatonin ist während des
  Schlafes erhöht, seine Konzentration im
  Kindesalter ist hoch und sinkt mit der Dauer des
  Tiefschlafes im Alter ab. Extern vor dem
  Einschlafen verabreicht, reduziert es
  Belastungseffekte (Stress) und kann anscheinend
  bei Jet-Iag den Rhythmus resynchronisieren.
  Melatonin bewirkt in Antigen-aktivierten
  T-Helferzellen die Ausschüttung kleiner Mengen
  endogener Opioide.

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• Die Aufgaben des REM-Schlafs I
• Der Anteil des REM-Schlafs pro Schlafzyklus
  hängt mit der Nahrungsaufnahme und der
  Gedächtniskonsolidierung zusammen
• REM-Schlaf und Nahrungsaufnahme. REM-Schlaf weist
  eine enge Beziehung zur Nahrungsaufnahme auf
  Übergewicht geht mit erhöhtem REM-Anteil einher,
  Patienten mit Magersucht (Anorexie) erhöhen
  REM-Schlaf, wenn sie ihr Gewicht normalisieren.
  Personen, die an Narkolepsie leiden, haben
  erhöhtes Körpergewicht. Extremes Fasten und
  Hungern geht mit REM-Unterdrückung einher.
• Dies wird als evolutionärer Mechanismus zur
  Maximierung von Wachzeiten interpretiert, um
  Futtersuche zu ermöglichen. REM signalisiert
  möglicherweise den hypothalamischen Esszentren
  die Energiebalance.Diese Veränderungen hängen mit
  dem Orexin-System zusammen. Das Orexin-System des
  lateralen Hypothalamus erhöht seine Aktivität
  während Wachheit und bei Hunger.

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• Die Aufgaben des REM-Schlafs II
• REM-Schlaf und Gedächtnis. Schlaf fördert die
  Fähigkeit zur Einprägung und Wiedergabe von
  gelerntem Material, dies gilt für beide
  Schlaftypen SWS und REM. Für die
  REM-Gedächtnis-Beziehung sprechen Untersuchungen
  zur RNA- und DNA-Synthese im Gehirn während des
  Schlafes. DNA-Synthese in der Entwicklung wird
  durch REM-Deprivation reduziert.
• Schlafentzug im Säuglings- und Kindesalter wirkt
  besonders destruktiv auf kognitive Funktionen,
  Körper- und Gehirnwachstum. Ein weiteres
  korrelatives Indiz für die Rolle von REM-Schlaf
  im Konsolidierungsprozess ist die Gegenwart von
  Hippokampus-Theta-Rhythmus während des Übergangs
  von Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis.

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• Physiologische Aufgaben des Schlafs
• Sowohl SWS (Slow WaveSleep) als auch REM-Schlaf
  sind zum Überleben notwendig. 2-3 SWS-REM-Phasen
  sind für den Menschen essenziell, sie werden
  daher als Kernschlaf bezeichnet.
• SWS wird nach Schlafdeprivation als erstes
  nachgeholt, dürfte also für die körperinternen
  Homöostasen (Hirntemperatur?) Vorrang haben.
• REM-Schlaf könnte mit Gedächtnisspeicherung und
  damit Wachstum und Aktivitätsniveau plastischer
  Synapsen zusammenhängen. Nahrungssuche und
  REM-Schlaf sind eng korreliert, und das
  Neuropeptid Orexin des Hypothalamus scheint
  REM-Schlaf und Nahrungssuche zu regeln.