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Physiologie 4

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Physiologie 4 Schlaf Zirkadiane Periodik als Grundlage des Wach-Schlaf-Rhythmus Zirkadiane Uhren Die Abfolge der verschiedenen Schlafstadien und des Wachens wird ... – PowerPoint PPT presentation

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Title: Physiologie 4


1
  • Physiologie 4
  • Schlaf

2
  • 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)
5
  • 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.
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