Schlafphysiologie

Durchschnittlich verbringt der Mensch ein Drittel seines Lebens mit Schlafen. Schlaf (oder zumindest der Wechsel von Aktivitäts- und Ruhephasen) ist ein integraler Mechanismus der physiologischen Anpassung aller Lebewesen. Dies bestätigt die Theorie, dass Schlaf wichtige Funktionen zur Aufrechterhaltung optimaler Vitalität erfüllt. Überraschenderweise ist unser Verständnis eines so wichtigen Themas wie dem Zweck des Schlafs primitiv und amorph. Weitere Forschung ist notwendig, um grundlegende Konzepte in diesem Bereich zu entwickeln. Nachfolgend finden Sie jedoch einen grundlegenden Überblick über die Physiologie des Schlafs, einschließlich der wichtigsten Mechanismen seiner Regulierung und Hypothesen zu seinen Funktionen.

Patienten fragen oft, wie viel Schlaf sie benötigen. Obwohl die häufigste Antwort 8 Stunden lautet, benötigen manche Menschen 4,5 Stunden Schlaf, während andere 10 Stunden benötigen. 8 Stunden sind also nur ein Durchschnittswert, und im Allgemeinen unterliegt dieser Wert erheblichen individuellen Schwankungen. Da Menschen, deren Schlafdauer deutlich vom Durchschnitt abweicht, jedoch eine absolute Minderheit darstellen, benötigen sie entsprechende Untersuchungen, um mögliche Schlafstörungen zu erkennen.

Zeitpunkt, Dauer und Struktur des Schlafes variieren je nach biologischer Spezies. Menschen neigen dazu, nachts einzuschlafen und erst nach Sonnenaufgang aufzuwachen. Mit dem Aufkommen künstlicher Beleuchtung und der Notwendigkeit, nachts zu arbeiten, weichen die Schlaf- und Wachmuster vieler Menschen deutlich vom gewohnten Rhythmus ab, der durch Ruhe in der Nacht und aktive Aktivität am Tag gekennzeichnet ist.

Laborstudien zeigen, dass der Grad der Wachheit oder Schläfrigkeit von mindestens zwei Faktoren abhängt:

1. Dauer des vorherigen Wachzustands und
2. zirkadianer Rhythmus.

Daher tritt der Hauptgipfel der Schläfrigkeit in den späten Abendstunden auf, was mit der üblichen Schlafenszeit zusammenfällt. Ein weiterer Höhepunkt der Schläfrigkeit tritt tagsüber auf, was mit der traditionellen Siesta zusammenfällt – der in vielen Ländern üblichen Mittagsruhe. Aufgrund der Nachmittagsmüdigkeit und zirkadianer physiologischer Prozesse fällt es vielen Menschen zu dieser Zeit schwer, aktiv wach zu bleiben.

Die meisten der bisher gesammelten Informationen über die Struktur des Schlafs, seine Phasen und zeitlichen Merkmale wurden mithilfe einer speziellen Methode zur Aufzeichnung von Biopotentialen während des Schlafs gewonnen – der Polysomnographie (PSG). Die Polysomnographie, die in den 1940er Jahren aufkam, wird heute sowohl in der wissenschaftlichen Forschung als auch zur Diagnose primärer Schlafstörungen eingesetzt. Zur Polysomnographie kommen Patienten in der Regel abends in ein Schlaflabor. Das Standardverfahren der Polysomnographie umfasst das Anbringen von mindestens zwei Elektroden auf der Kopfhaut (meist am Scheitel und am Hinterkopf) zur Aufzeichnung von Elektroenzephalogrammen. Zwei Elektroden dienen der Aufzeichnung der Augenbewegungen, eine Elektrode wird auf dem M. mentalis platziert, um den Muskeltonus beim Übergang vom Schlaf zum Wachzustand und in verschiedenen Schlafphasen zu beurteilen. Zusätzlich werden Sensoren eingesetzt, um den Luftstrom, die Atemarbeit, die Blutsauerstoffsättigung, das EKG und die Bewegungen der Gliedmaßen zu messen. Zur Lösung bestimmter Probleme werden verschiedene Modifikationen der Polysomnographie eingesetzt. Beispielsweise werden zusätzliche EEG-Ableitungen zur Diagnose nächtlicher epileptischer Anfälle verwendet. In einigen Fällen wird das Schlafverhalten des Patienten auf Video aufgezeichnet. Dies ermöglicht die Aufzeichnung seiner Bewegungen und die Diagnose von Störungen wie Somnambulismus oder REM-Schlafstörungen. Darüber hinaus kann diese Technik zur Lösung spezieller diagnostischer Probleme weiter modifiziert werden. Beispielsweise ist es in manchen Fällen notwendig, die Magensaftsekretion im Schlaf zu untersuchen, und für die Diagnose von Impotenz ist es wichtig, Informationen über den Zustand des Penis im Schlaf zu erhalten.

Die Testperson geht zu einer normalen Zeit ins Bett (z. B. 23 Uhr). Die Zeitspanne zwischen dem Ausschalten des Lichts und dem Einschlafen wird als Einschlaflatenzzeit bezeichnet. Obwohl manche Menschen innerhalb weniger Minuten einschlafen, schlafen die meisten innerhalb von 15 bis 30 Minuten ein. Wenn die Testperson nicht innerhalb von 45 Minuten einschläft, wird sie unruhig. Einschlafschwierigkeiten sind oft auf das bekannte Phänomen der ersten Labornacht zurückzuführen. Sowohl für den Patienten mit Schlaflosigkeit als auch für den gesunden Freiwilligen verursacht die erste Nacht im Schlaflabor Stress, was zu einer deutlichen Verlängerung der Einschlaflatenzzeit führt. Ein ähnliches Phänomen lässt sich bei vielen Menschen beobachten, die die Nacht in einer ungewohnten Umgebung verbringen, beispielsweise in einem Hotelzimmer. Die Verlängerung der Einschlaflatenzzeit kann durch verschiedene Faktoren verursacht werden: Stress, Unbehagen aufgrund eines ungewohnten Bettes oder einer ungewohnten Umgebung, körperliche Anstrengung oder ein üppiges Abendessen kurz vor dem Schlafengehen.

Schlafstadium I ist ein Übergangszustand zwischen Wachsein und Schlaf. In diesem Stadium fühlt sich der Betroffene nur leicht schläfrig und kann auf seinen Namen reagieren, selbst wenn dieser leise ausgesprochen wird. Dieses Stadium scheint weder Ruhe noch Erholung zu fördern und macht normalerweise nur 5–8 % der gesamten Schlafdauer aus. Ein häufigeres Auftreten von Stadium I ist charakteristisch für unruhigen, intermittierenden Schlaf, der durch Schlafapnoe, das Restless-Legs-Syndrom oder Depressionen verursacht werden kann.

Stadium II nimmt typischerweise die Hälfte bis zwei Drittel der gesamten Schlafzeit ein. Es ist gewissermaßen der „Kern“ des Schlafs. Es handelt sich um eine einzelne, klar definierte Phase, die im Elektroenzephalogramm durch das Auftreten zweier Phänomene gekennzeichnet ist: Schlafspindeln und K-Komplexe.

Normalerweise erfolgt der Übergang von Stadium II zu Stadium III und IV (Tiefschlafphasen) recht schnell.

Die Stadien III und IV werden üblicherweise unter den Bezeichnungen „langsamer (langsamwelliger) Schlaf“ oder „Delta-Schlaf“ zusammengefasst. Im EEG ist langsamer Schlaf durch ausgeprägte langsame Delta-Wellen mit hoher Amplitude gekennzeichnet. Während des langsamen Schlafs nimmt der Muskeltonus ab und vegetative Indikatoren (Puls, Atemfrequenz) verlangsamen sich. Es ist sehr schwierig, einen Menschen in dieser Schlafphase zu wecken, und wenn dies geschieht, ist er zunächst desorientiert und verwirrt. Langsamer Schlaf gilt als die Phase, die am meisten für die Erholung und Wiederherstellung der Kräfte während des Schlafs „verantwortlich“ ist. Normalerweise beginnt die erste Episode langsamen Schlafs 30–40 Minuten nach dem Einschlafen, also in der Regel spät in der Nacht. Langsamer Schlaf ist in der Regel im ersten Drittel der gesamten Schlafperiode stärker ausgeprägt.

Die letzte Schlafphase ist der REM-Schlaf (Rapid Eye Movement Sleep). Es ist allgemein bekannt, dass Träume hauptsächlich mit dieser Schlafphase in Verbindung gebracht werden. Nur 10 % der Träume treten in anderen Schlafphasen auf. Die Schlafphase prägt den Charakter der Träume. Träume im Tiefschlaf sind meist vager und unstrukturierter – sowohl inhaltlich als auch gefühlsmäßig. Träume im REM-Schlaf hingegen hinterlassen lebhafte Empfindungen und haben eine klare Handlung. Aus neurophysiologischer Sicht zeichnet sich der REM-Schlaf durch drei Hauptmerkmale aus:

1. Aktivität mit geringer Amplitude und hoher Frequenz, die dem EEG-Muster in einem Zustand intensiver Wachheit ähnelt;
2. schnelle Augenbewegungen;
3. tiefe Muskelatonie.

Die Kombination aus einem „aktiven“ Gehirn (niedrige Amplitude, hochfrequente EEG-Aktivität) und einem „gelähmten“ Körper (Muskelatonie) hat zu einem anderen Namen für diese Phase geführt: „paradoxer Schlaf“. Die während des REM-Schlafs auftretende Muskelatonie scheint eine evolutionäre Anpassung zu sein, die körperliche Reaktionen auf Träume verhindert. Typischerweise beginnt die erste REM-Schlaf-Episode 70 bis 90 Minuten nach dem Einschlafen. Die Zeitspanne zwischen Schlafbeginn und Beginn der ersten REM-Schlaf-Episode wird als REM-Schlaf-Latenzzeit bezeichnet. Normalerweise macht der REM-Schlaf etwa 25 % der gesamten Schlafzeit aus.

Der erste Schlafzyklus umfasst einen sequentiellen Verlauf aller beschriebenen Phasen. Der zweite und die folgenden Zyklen für den Rest der Nacht beginnen mit Phase II, gefolgt von Tiefschlaf und REM-Schlaf. Wie bereits erwähnt, sind die Tiefschlafphasen im ersten Drittel der Nacht länger, während der REM-Schlaf im letzten Drittel der Nacht überwiegt.

Bei der Auswertung der Ergebnisse einer Schlafaufzeichnungsstudie im Labor werden verschiedene Parameter analysiert: die Einschlaflatenzzeit, die Gesamtschlafdauer, die Schlafeffizienz (das Verhältnis der Schlafzeit zur gesamten Aufzeichnungszeit), der Grad der Schlaffragmentierung (die Anzahl der vollständigen oder unvollständigen Aufwachphasen, die Zeit, die eine Person nach dem Einschlafen wach war) und die Schlafarchitektur (die Anzahl und Dauer der wichtigsten Schlafphasen). Auch andere physiologische Parameter werden analysiert, beispielsweise solche im Zusammenhang mit der Atmung (Apnoe, Hypopnoe), der Blutsauerstoffsättigung, periodischen Gliedmaßenbewegungen und der Herzfrequenz. Dadurch lässt sich der Einfluss bestimmter physiologischer Prozesse auf den Schlaf identifizieren. Ein Beispiel sind Apnoe-Episoden, die zu Schlaffragmentierung führen.

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