Anatomie des Schlafs
Schlafstadien
Schlafmechanismen
Wie viel Schlaf brauchen Sie?
Träumen
Die Rolle von Genen und Neurotransmittern
Schlafverfolgung durch intelligente Technologie
Tipps für eine gute Nachtruhe
Hoffnung durch Forschung
Wo kann ich weitere Informationen erhalten?
Einführung
Schlaf ist ein wichtiger Bestandteil Ihres Tagesablaufs – Sie verbringen etwa ein Drittel Ihrer Zeit damit. Qualitativ hochwertiger Schlaf – und genügend davon zur richtigen Zeit – ist für das Überleben genauso wichtig wie Nahrung und Wasser. Ohne Schlaf können Sie die Bahnen in Ihrem Gehirn nicht bilden oder aufrechterhalten, die es Ihnen ermöglichen, zu lernen und neue Erinnerungen zu schaffen, und es ist schwieriger, sich zu konzentrieren und schnell zu reagieren.
Schlaf ist wichtig für eine Reihe von Gehirnfunktionen, unter anderem dafür, wie Nervenzellen (Neuronen) miteinander kommunizieren. Tatsächlich bleiben Gehirn und Körper im Schlaf bemerkenswert aktiv. Jüngste Erkenntnisse deuten darauf hin, dass der Schlaf eine Haushaltsfunktion hat, die Giftstoffe im Gehirn beseitigt, die sich im wachen Zustand ansammeln.
Jeder Mensch braucht Schlaf, aber sein biologischer Zweck bleibt ein Rätsel. Der Schlaf wirkt sich auf fast alle Gewebe und Systeme im Körper aus – vom Gehirn über Herz und Lunge bis hin zu Stoffwechsel, Immunfunktion, Stimmung und Krankheitsresistenz. Die Forschung zeigt, dass chronischer Schlafmangel oder eine schlechte Schlafqualität das Risiko für Krankheiten wie Bluthochdruck, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes, Depressionen und Fettleibigkeit erhöht.
Schlaf ist ein komplexer und dynamischer Prozess, der sich in einer Weise auf unsere Funktionen auswirkt, die Wissenschaftler erst jetzt zu verstehen beginnen. Diese Broschüre beschreibt, wie das Schlafbedürfnis reguliert wird und was im Gehirn während des Schlafs geschieht.
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Anatomie des Schlafs
Verschiedene Strukturen im Gehirn sind am Schlaf beteiligt.
Der Hypothalamus, eine erdnussgroße Struktur tief im Inneren des Gehirns, enthält Gruppen von Nervenzellen, die als Kontrollzentren fungieren und Schlaf und Erregung beeinflussen. Im Hypothalamus befindet sich der suprachiasmatische Nukleus (SCN) – ein Cluster aus Tausenden von Zellen, die Informationen über die Lichteinwirkung direkt von den Augen empfangen und den Verhaltensrhythmus steuern. Manche Menschen mit einer Schädigung des SCN schlafen den ganzen Tag über unregelmäßig, weil sie nicht in der Lage sind, ihren zirkadianen Rhythmus mit dem Hell-Dunkel-Zyklus in Einklang zu bringen. Die meisten blinden Menschen behalten eine gewisse Fähigkeit, Licht wahrzunehmen, und sind in der Lage, ihren Schlaf-Wach-Rhythmus zu ändern.
Das Stammhirn an der Basis des Gehirns kommuniziert mit dem Hypothalamus, um die Übergänge zwischen Wachen und Schlafen zu steuern. (Die schlaffördernden Zellen im Hypothalamus und im Hirnstamm produzieren eine Gehirnchemikalie namens GABA, die die Aktivität der Erregungszentren im Hypothalamus und im Hirnstamm reduziert. Der Hirnstamm (insbesondere Pons und Medulla) spielt auch eine besondere Rolle im REM-Schlaf; er sendet Signale, um die Muskeln zu entspannen, die für die Körperhaltung und die Bewegungen der Gliedmaßen wichtig sind, damit wir unsere Träume nicht ausleben.
Der Thalamus fungiert als Relais für Informationen von den Sinnen zur Großhirnrinde (der Teil des Gehirns, der Informationen vom Kurz- zum Langzeitgedächtnis interpretiert und verarbeitet). In den meisten Schlafphasen ist der Thalamus ruhig, so dass man die Außenwelt ausblenden kann. Aber während des REM-Schlafs ist der Thalamus aktiv und sendet der Hirnrinde Bilder, Töne und andere Empfindungen, die unsere Träume füllen.
Die Zirbeldrüse, die sich in den beiden Hemisphären des Gehirns befindet, empfängt Signale vom SCN und erhöht die Produktion des Hormons Melatonin, das dazu beiträgt, dass wir einschlafen, sobald das Licht ausgeht. Menschen, die ihr Augenlicht verloren haben und ihren natürlichen Wach-Schlaf-Zyklus nicht durch natürliches Licht koordinieren können, können ihren Schlafrhythmus stabilisieren, indem sie jeden Tag zur gleichen Zeit kleine Mengen Melatonin einnehmen. Wissenschaftler glauben, dass die Spitzen und Täler des Melatonins im Laufe der Zeit wichtig sind, um den zirkadianen Rhythmus des Körpers an den äußeren Zyklus von Licht und Dunkelheit anzupassen.
Das basale Vorderhirn, in der Nähe des vorderen und unteren Teils des Gehirns, fördert ebenfalls den Schlaf und das Wachsein, während ein Teil des Mittelhirns als Wecksystem fungiert. Die Freisetzung von Adenosin (ein chemisches Nebenprodukt des zellulären Energieverbrauchs) aus den Zellen des basalen Vorderhirns und wahrscheinlich auch aus anderen Regionen unterstützt Ihren Schlaftrieb. Koffein wirkt der Schläfrigkeit entgegen, indem es die Wirkung von Adenosin blockiert.
Die Amygdala, eine mandelförmige Struktur, die an der Verarbeitung von Emotionen beteiligt ist, wird während des REM-Schlafs zunehmend aktiv.
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Schlafstadien
Es gibt zwei grundlegende Arten von Schlaf: den REM-Schlaf (Rapid Eye Movement) und den Nicht-REM-Schlaf (der drei verschiedene Stadien hat). Beide sind mit bestimmten Gehirnströmen und neuronalen Aktivitäten verbunden. In einer typischen Nacht durchläuft man alle Phasen des Nicht-REM- und REM-Schlafs mehrmals, wobei die REM-Phasen gegen Morgen immer länger und tiefer werden.
Die Phase 1 des Non-REM-Schlafs ist der Übergang vom Wachsein zum Schlaf. Während dieser kurzen (mehrere Minuten dauernden) Phase des relativ leichten Schlafs verlangsamen sich Herzschlag, Atmung und Augenbewegungen, und die Muskeln entspannen sich mit gelegentlichen Zuckungen. Ihre Gehirnwellen verlangsamen sich gegenüber dem Wachzustand am Tag.
Die Phase 2 des Non-REM-Schlafs ist eine Periode leichten Schlafs, bevor Sie in einen tieferen Schlaf übergehen. Herzschlag und Atmung verlangsamen sich, und die Muskeln entspannen sich noch mehr. Die Körpertemperatur sinkt und die Augenbewegungen hören auf. Die Aktivität der Gehirnströme verlangsamt sich, ist aber durch kurze Schübe elektrischer Aktivität gekennzeichnet. Sie verbringen mehr Ihrer wiederholten Schlafzyklen im Stadium 2 als in anderen Schlafstadien.
Das Stadium 3 des Nicht-REM-Schlafs ist die Tiefschlafphase, die Sie brauchen, um sich am Morgen erholt zu fühlen. Er tritt in längeren Perioden in der ersten Nachthälfte auf. Ihr Herzschlag und Ihre Atmung verlangsamen sich während des Schlafs auf ein niedriges Niveau. Ihre Muskeln sind entspannt, und es kann schwierig sein, Sie zu wecken. Die Gehirnströme werden noch langsamer.
Der REM-Schlaf setzt etwa 90 Minuten nach dem Einschlafen ein. Die Augen bewegen sich hinter geschlossenen Lidern schnell von einer Seite zur anderen. Die Aktivität der gemischtfrequenten Hirnströme nähert sich derjenigen im Wachzustand an. Ihre Atmung wird schneller und unregelmäßiger, und Ihre Herzfrequenz und Ihr Blutdruck steigen auf Werte, die denen des Wachzustands nahe kommen. Die meisten Träume treten während des REM-Schlafs auf, obwohl einige auch im Nicht-REM-Schlaf auftreten können. Ihre Arm- und Beinmuskeln sind vorübergehend gelähmt, was Sie daran hindert, Ihre Träume zu verwirklichen. Mit zunehmendem Alter verbringen Sie weniger Zeit im REM-Schlaf. Für die Konsolidierung des Gedächtnisses sind höchstwahrscheinlich sowohl der Non-REM- als auch der REM-Schlaf erforderlich.
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Schlafmechanismen
Zwei interne biologische Mechanismen – der zirkadiane Rhythmus und die Homöostase – arbeiten zusammen, um zu regeln, wann wir wach sind und schlafen.
Die zirkadianen Rhythmen steuern eine Vielzahl von Funktionen, von den täglichen Schwankungen der Wachheit bis hin zu Körpertemperatur, Stoffwechsel und Hormonausschüttung. Sie steuern den Zeitpunkt des Schlafs und sorgen dafür, dass Sie nachts schläfrig sind und morgens ohne Wecker aufwachen. Die meisten zirkadianen Rhythmen werden von der biologischen Uhr Ihres Körpers gesteuert, die auf einem rund 24-stündigen Tag basiert. Die zirkadianen Rhythmen synchronisieren sich mit Hinweisen aus der Umwelt (Licht, Temperatur) auf die tatsächliche Tageszeit, aber sie laufen auch ohne diese Hinweise weiter.
Die Schlaf-Wach-Homöostase steuert das Schlafbedürfnis. Der homöostatische Schlaftrieb erinnert den Körper daran, nach einer bestimmten Zeit zu schlafen und reguliert die Schlafintensität. Dieser Schlaftrieb wird mit jeder Stunde, die Sie wach sind, stärker und führt dazu, dass Sie nach einer Zeit des Schlafentzugs länger und tiefer schlafen.
Zu den Faktoren, die Ihren Schlaf-Wach-Bedarf beeinflussen, gehören Erkrankungen, Medikamente, Stress, die Schlafumgebung und das, was Sie essen und trinken. Den vielleicht größten Einfluss hat die Lichtexposition. Spezialisierte Zellen in der Netzhaut Ihrer Augen verarbeiten das Licht und teilen dem Gehirn mit, ob es Tag oder Nacht ist, und können unseren Schlaf-Wach-Zyklus beschleunigen oder verzögern. Lichtexposition kann das Einschlafen und Wiedereinschlafen nach dem Aufwachen erschweren.
Nachtschichtarbeiter haben oft Probleme, vor dem Schlafengehen einzuschlafen und auch bei der Arbeit wach zu bleiben, weil ihr natürlicher zirkadianer Rhythmus und Schlaf-Wach-Rhythmus gestört ist. Beim Jetlag gerät der zirkadiane Rhythmus aus dem Takt, wenn man in eine andere Zeitzone fliegt, so dass die innere Uhr und die tatsächliche Uhr nicht mehr übereinstimmen.
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Wie viel Schlaf brauchen Sie?
Mit zunehmendem Alter ändern sich Ihr Schlafbedürfnis und Ihre Schlafgewohnheiten, aber das ist bei Menschen desselben Alters sehr unterschiedlich. Es gibt keine magische „Anzahl von Schlafstunden“, die für alle Menschen desselben Alters gilt. Säuglinge schlafen anfangs bis zu 16 bis 18 Stunden pro Tag, was Wachstum und Entwicklung (insbesondere des Gehirns) fördern kann. Kinder und Jugendliche im Schulalter brauchen im Durchschnitt etwa 9,5 Stunden Schlaf pro Nacht. Die meisten Erwachsenen brauchen 7 bis 9 Stunden Schlaf pro Nacht, aber nach dem 60. Lebensjahr ist der nächtliche Schlaf tendenziell kürzer, leichter und wird durch mehrfaches Aufwachen unterbrochen. Ältere Menschen nehmen auch häufiger Medikamente ein, die den Schlaf beeinträchtigen.
Im Allgemeinen bekommen die Menschen aufgrund längerer Arbeitszeiten und der Verfügbarkeit von Unterhaltungsangeboten und anderen Aktivitäten rund um die Uhr weniger Schlaf als sie benötigen.
Viele Menschen haben das Gefühl, dass sie den verpassten Schlaf am Wochenende „nachholen“ können, aber je nachdem, wie sehr sie unter Schlafmangel leiden, ist ein längerer Schlaf am Wochenende möglicherweise nicht ausreichend.
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Träumen
Jeder Mensch träumt. Du verbringst jede Nacht etwa 2 Stunden mit Träumen, kannst dich aber an die meisten deiner Träume nicht erinnern. Der genaue Zweck ist nicht bekannt, aber das Träumen kann dir helfen, deine Gefühle zu verarbeiten. Ereignisse des Tages dringen oft während des Schlafs in die Gedanken ein, und Menschen, die unter Stress oder Angst leiden, haben eher beängstigende Träume. Träume können in allen Schlafstadien auftreten, sind aber in der Regel im REM-Schlaf am lebhaftesten. Manche Menschen träumen in Farbe, während andere sich nur an Träume in Schwarz-Weiß erinnern.
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Die Rolle von Genen und Neurotransmittern
Chemische Signale für den Schlaf
Clusters von schlaffördernden Neuronen in vielen Teilen des Gehirns werden aktiver, wenn wir uns auf das Schlafengehen vorbereiten. Nervensignalgebende Chemikalien, so genannte Neurotransmitter, können die Aktivität von Zellen, die Erregung oder Entspannung signalisieren, „abschalten“ oder dämpfen. GABA wird mit Schlaf, Muskelentspannung und Beruhigung in Verbindung gebracht. Noradrenalin und Orexin (auch Hypocretin genannt) halten einige Teile des Gehirns aktiv, während wir wach sind. Andere Neurotransmitter, die Schlaf und Wachsein beeinflussen, sind Acetylcholin, Histamin, Adrenalin, Cortisol und Serotonin.
Gene und Schlaf
Gene können eine wichtige Rolle dabei spielen, wie viel Schlaf wir brauchen. Wissenschaftler haben mehrere Gene identifiziert, die mit Schlaf und Schlafstörungen zu tun haben, darunter Gene, die die Erregbarkeit von Neuronen steuern, und „Uhr“-Gene wie Per, tim und Cry, die unsere zirkadianen Rhythmen und den Zeitpunkt des Schlafs beeinflussen. In genomweiten Assoziationsstudien wurden Stellen auf verschiedenen Chromosomen identifiziert, die unsere Anfälligkeit für Schlafstörungen erhöhen. Außerdem wurden verschiedene Gene mit Schlafstörungen wie der familiären fortgeschrittenen Schlafphasenstörung, Narkolepsie und dem Restless-Legs-Syndrom in Verbindung gebracht. Einige der Gene, die in der Großhirnrinde und anderen Hirnregionen exprimiert werden, ändern ihre Expression zwischen Schlaf und Wachzustand. Mehrere genetische Modelle – darunter der Wurm, die Fruchtfliege und der Zebrafisch – helfen den Wissenschaftlern, molekulare Mechanismen und genetische Varianten zu identifizieren, die an normalem Schlaf und Schlafstörungen beteiligt sind. Weitere Forschungsarbeiten werden zu einem besseren Verständnis der vererbten Schlafmuster und der Risiken von zirkadianen und Schlafstörungen führen.
Schlafstudien
Ihr Arzt kann ein Polysomnogramm oder einen anderen Test empfehlen, um eine Schlafstörung zu diagnostizieren. Bei einem Polysomnogramm verbringen Sie normalerweise eine Nacht in einem Schlaflabor oder Schlafzentrum. Dabei werden Ihre Atmung, der Sauerstoffgehalt, die Augen- und Gliedmaßenbewegungen, die Herzfrequenz und die Gehirnströme während der gesamten Nacht aufgezeichnet. Ihr Schlaf wird auch auf Video und Audio aufgezeichnet. Anhand der Daten kann ein Schlafspezialist feststellen, ob Sie die verschiedenen Schlafstadien erreichen und richtig durchlaufen. Die Ergebnisse können dazu dienen, einen Behandlungsplan zu erstellen oder festzustellen, ob weitere Tests erforderlich sind.
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Schlafverfolgung durch intelligente Technologie
Millionen von Menschen nutzen Smartphone-Apps, Überwachungsgeräte am Bett und tragbare Gegenstände (einschließlich Armbänder, intelligente Uhren und Stirnbänder), um informell Daten über ihren Schlaf zu sammeln und zu analysieren. Intelligente Technologien können Geräusche und Bewegungen während des Schlafs aufzeichnen, die geschlafenen Stunden protokollieren und Herzschlag und Atmung überwachen. Mithilfe einer Begleit-App können die Daten von einigen Geräten mit einem Smartphone oder Tablet synchronisiert oder auf einen PC hochgeladen werden. Andere Apps und Geräte erzeugen weißes Rauschen, Licht, das die Melatoninproduktion anregt, und sanfte Vibrationen, die uns beim Einschlafen und Aufwachen helfen.
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Tipps für einen erholsamen Schlaf
Ausreichend Schlaf ist gut für Ihre Gesundheit. Hier einige Tipps, wie Sie Ihren Schlaf verbessern können:
Stellen Sie einen Zeitplan auf – gehen Sie jeden Tag zur gleichen Zeit zu Bett und wachen Sie auf.
Treiben Sie täglich 20 bis 30 Minuten Sport, aber nicht später als ein paar Stunden vor dem Schlafengehen.
Mieden Sie Koffein und Nikotin am späten Abend und alkoholische Getränke vor dem Schlafengehen.
Entspannen Sie sich vor dem Schlafengehen – versuchen Sie es mit einem warmen Bad, einer Lektüre oder einer anderen entspannenden Routine.
Schaffen Sie sich einen Raum zum Schlafen – vermeiden Sie helle Lichter und laute Geräusche, halten Sie den Raum auf einer angenehmen Temperatur und sehen Sie nicht fern oder haben Sie keinen Computer in Ihrem Schlafzimmer.
Liegen Sie nicht wach im Bett. Wenn Sie nicht einschlafen können, tun Sie etwas anderes, z. B. lesen oder Musik hören, bis Sie sich müde fühlen.
Gehen Sie zum Arzt, wenn Sie Schlafprobleme haben oder sich tagsüber ungewöhnlich müde fühlen. Die meisten Schlafstörungen können wirksam behandelt werden.
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Hoffnung durch Forschung
Wissenschaftler lernen immer mehr über die Funktion und Regulierung des Schlafs. Ein Schwerpunkt der Forschung ist das Verständnis der Risiken, die mit chronischem Schlafmangel verbunden sind, und der Beziehung zwischen Schlaf und Krankheit. Menschen mit chronischem Schlafmangel haben ein höheres Risiko für Übergewicht, Schlaganfälle, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Infektionen und bestimmte Krebsarten als Menschen, die ausreichend Schlaf bekommen. Schlafstörungen sind bei Menschen mit altersbedingten neurologischen Störungen wie der Alzheimer- und der Parkinson-Krankheit weit verbreitet. Über den Zusammenhang zwischen Schlaf und diesen Gesundheitsproblemen gibt es noch viele Rätsel. Führt Schlafmangel zu bestimmten Störungen, oder verursachen bestimmte Krankheiten Schlafmangel? Diese und viele andere Fragen zum Thema Schlaf stellen die Grenzen der Schlafforschung dar.
Wo kann ich weitere Informationen erhalten?
Für Informationen über andere neurologische Erkrankungen oder vom National Institute of Neurological Disorders and Stroke finanzierte Forschungsprogramme wenden Sie sich bitte an das Brain Resources and Information Network (BRAIN) des Instituts unter:
BRAIN
P.O. Box 5801
Bethesda, MD 20824
(800) 352-9424
www.ninds.nih.gov
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Vorbereitet von:
Office of Communications and Public Liaison
National Institute of Neurological Disorders and Stroke
National Institutes of Health
Bethesda, MD 20892
NIH Publication No. 17-3440c
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