Um die Physiologie des Schlafes zu verstehen, müssen wir die Physiologie des Gehirns verstehen, denn die ausgeprägtesten physiologischen Veränderungen im Schlaf finden im Gehirn statt.
Das Gehirn verbraucht im Schlaf deutlich weniger Energie als im Wachzustand, vor allem während des Non-REM-Schlafs. In Bereichen mit reduzierter Aktivität stellt das Gehirn seinen Vorrat an ATP (Adenosintriphosphat) wieder her - dem Molekül, das für die kurzfristige Speicherung und den Transport von Energie verwendet wird. Im ruhigen Wachzustand ist das Gehirn für 20 % des Energieverbrauchs des Körpers verantwortlich, so dass diese Verringerung einen spürbaren Einfluss auf den Gesamtenergieverbrauch hat.
Schlaf erhöht die Reizschwelle, d. h. schlafende Personen nehmen weniger Reize wahr, können aber im Allgemeinen noch auf laute Geräusche und andere auffällige sensorische Ereignisse reagieren.
Während des Slow-Wave-Schlafs schüttet der Mensch Wachstumshormone aus.
Jeder Schlaf, auch tagsüber, ist mit der Ausschüttung von Prolaktin verbunden.
Zu den wichtigsten physiologischen Methoden zur Überwachung und Messung von Veränderungen während des Schlafs gehören:
- EEG - Elektroenzephalographie der Gehirnströme,
- EOG - Elektrookulographie der Augenbewegungen und
- EMG - Elektromyographie der Skelettmuskelaktivität.
Die gleichzeitige Erfassung dieser Messungen wird als (PSG) Polysomnographie bezeichnet, eine Art von Schlafstudie, die in einem spezialisierten Schlaflabor durchgeführt werden kann.
Schlafforscher verwenden auch:
- vereinfachtes EKG - Elektrokardiographie für die Herztätigkeit und
- Aktigraphie für motorische Bewegungen.
GEHIRNWELLEN IM SCHLAF
Die elektrische Aktivität, die auf einem EEG zu sehen ist, stellt Gehirnwellen dar. Die Amplitude der EEG-Wellen bei einer bestimmten Frequenz entspricht verschiedenen Punkten im Schlaf-Wach-Zyklus, wie z. B. Schlafen, Wachsein oder Einschlafen.
Alpha-, Beta-, Theta-, Gamma- und Deltawellen treten in den verschiedenen Schlafstadien auf, und jede Wellenform hat eine andere Frequenz und Amplitude:
- ALPHA-WELLEN treten auf, wenn sich eine Person in einem Ruhezustand befindet, aber noch bei vollem Bewusstsein ist. Die Augen können geschlossen sein, und der gesamte Körper ruht und ist relativ unbeweglich, so dass der Körper langsam zur Ruhe kommt.
- BETA-Wellen übernehmen die Alphawellen, wenn eine Person aufmerksam ist, z. B. wenn sie eine Aufgabe erledigt oder sich auf etwas konzentriert. Betawellen haben die höchsten Frequenzen und die geringste Amplitude und treten auf, wenn eine Person völlig wach ist.
- GAMMA-Wellen treten auf, wenn sich eine Person sehr stark auf eine Aufgabe konzentriert oder ihre gesamte Konzentration einsetzt.
- THETA-Wellen treten auf, wenn eine Person wach ist, und sie gehen weiter in Stufe 1 des Schlafs und in Stufe 2 über.
- DELTA-Wellen treten in den Phasen 3 und 4 des Schlafs auf, wenn sich eine Person in der tiefsten Schlafphase befindet.
NICHT-REM UND REM-SCHLAF
Der Schlaf wird in zwei große Typen unterteilt: den Non-REM- oder NREM-Schlaf (ohne schnelle Augenbewegungen) und den REM-Schlaf (mit schnellen Augenbewegungen). Non-REM- und REM-Schlaf sind so unterschiedlich, dass Physiologen sie als unterschiedliche Verhaltenszustände bezeichnen.
Der NON-REM-Schlaf tritt zuerst auf und wird nach einer Übergangsphase als Slow-Wave-Schlaf oder Tiefschlaf bezeichnet. Während dieser Phase sinken Körpertemperatur und Herzfrequenz, und das Gehirn verbraucht weniger Energie.
Der REM-Schlaf, der auch als paradoxer Schlaf bezeichnet wird, macht einen kleineren Teil der gesamten Schlafzeit aus. Er ist der Hauptanlass für Träume (oder Alpträume) und geht mit desynchronisierten und schnellen Gehirnwellen, Augenbewegungen, einem Verlust des Muskeltonus und einer Aussetzung der Homöostase einher.
Der SCHLAFZYKLUS, bei dem sich NREM- und REM-Schlaf abwechseln, dauert im Durchschnitt 90 Minuten und tritt in einer guten Nacht 4-6 Mal auf.
Die American Academy of Sleep Medicine (AASM) unterteilt den NREM-Schlaf in drei Phasen: N1, N2 und N3, von denen das letzte auch als Deltaschlaf oder Slow-Wave-Schlaf bezeichnet wird.
Die gesamte Periode verläuft normalerweise in der folgenden Reihenfolge: N1 → N2 → N3 → N2 → REM.
Der REM-Schlaf tritt auf, wenn eine Person aus dem Tiefschlaf in das Stadium 2 oder 1 zurückkehrt. Zu Beginn der Nacht ist der Tiefschlaf (Stadium N3) stärker ausgeprägt, während der Anteil des REM-Schlafs in den beiden Zyklen kurz vor dem natürlichen Erwachen zunimmt.
AWAKENING
Das Aufwachen kann das Ende des Schlafs bedeuten oder einfach nur einen Moment, um die Umgebung zu begutachten und die Körperposition neu zu justieren, bevor man wieder einschläft. Schläfer wachen in der Regel kurz nach dem Ende einer REM-Phase oder manchmal mitten in der REM-Phase auf. Interne zirkadiane Indikatoren sowie eine erfolgreiche Reduzierung des homöostatischen Schlafbedarfs führen in der Regel zum Aufwachen und zum Ende des Schlafzyklus. Das Erwachen geht mit einer erhöhten elektrischen Aktivierung im Gehirn einher, die im Thalamus beginnt und sich über den gesamten Kortex ausbreitet.
In einer typischen Schlafnacht wird nicht viel Zeit im Wachzustand verbracht. In verschiedenen Schlafstudien, die mit Hilfe der Elektroenzephalographie durchgeführt wurden, wurde festgestellt, dass Frauen während ihres nächtlichen Schlafs 0-1 % wach sind, während Männer in dieser Zeit 0-2 % wach sind. Bei Erwachsenen nimmt die Wachsamkeit zu, vor allem in späteren Zyklen. In einer Studie wurde festgestellt, dass im ersten neunzigminütigen Schlafzyklus 3 %, im zweiten 8 %, im dritten 10 %, im vierten 12 % und im fünften 13-14 % der Zeit wach sind. Der größte Teil dieser Wachzeit fand kurz nach dem REM-Schlaf statt.
Heute werden viele Menschen mit einem Wecker geweckt, aber es gibt auch Menschen, die sich zuverlässig zu einer bestimmten Zeit wecken lassen, ohne dass ein Wecker nötig ist. Viele Menschen schlafen an Arbeitstagen ganz anders als an freien Tagen, was zu einer chronischen zirkadianen Desynchronisation führen kann. Viele Menschen schauen vor dem Schlafengehen regelmäßig auf den Fernseher oder andere Bildschirme, ein Faktor, der die Störung des zirkadianen Zyklus noch verstärken kann. Wissenschaftliche Studien über den Schlaf haben gezeigt, dass das Schlafstadium beim Aufwachen ein wichtiger Faktor für die Verstärkung der Schlafträgheit ist.
Ausschlaggebend für die Wachheit nach dem Aufwachen sind u. a. die Quantität/Qualität des Schlafs, die körperliche Aktivität am Vortag, ein kohlenhydratreiches Frühstück und eine niedrige Blutzuckerreaktion darauf.
GEHIRNSTRUKTUREN DIE MIT DEM SCHLAF ZU TUN HABEN
Während des Schlafs sind verschiedene Gehirnstrukturen beteiligt.
DER HYPOTHALAMUS, eine erdnussgroße Struktur tief im Inneren des Gehirns, enthält Gruppen von Nervenzellen, die als Kontrollzentren fungieren und Schlaf und Erregung beeinflussen. Innerhalb des Hypothalamus befindet sich der suprachiasmatische Kern (SCN) - eine Ansammlung von Tausenden von Zellen, die Informationen über die Lichtexposition direkt von den Augen erhalten und Ihren 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.
Der HIRNSTAMM an der Basis des Gehirns kommuniziert mit dem Hypothalamus, um die Übergänge zwischen Wachsein und Schlaf zu steuern. Der Hirnstamm umfasst Strukturen, die Pons, Medulla und Mittelhirn genannt werden. 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 ebenfalls eine besondere Rolle im REM-Schlaf: Er sendet Signale zur Entspannung der Muskeln, 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 - dem Teil des Gehirns, der Informationen aus dem Kurz- und Langzeitgedächtnis interpretiert und verarbeitet. In den meisten Phasen des Schlafs ist der Thalamus ruhig und lässt Sie die Außenwelt ausblenden. Während des REM-Schlafs ist der Thalamus jedoch aktiv und sendet der Hirnrinde Bilder, Töne und andere Empfindungen, die unsere Träume erfüllen.
Die Kieferndrüse, die sich in den beiden Hemisphären des Gehirns befindet, empfängt Signale vom SCN und steigert die Produktion des Hormons Melatonin, das beim Einschlafen hilft, 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 Melatoninspiegels im Laufe der Zeit wichtig sind, um den zirkadianen Rhythmus des Körpers an den äußeren Zyklus von Licht und Dunkelheit anzupassen.
Das basale Vorderhirn, das sich in der Nähe des vorderen und unteren Teils des Gehirns befindet, fördert ebenfalls Schlaf und 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.
Ich hoffe, dass die Physiologie des Schlafes nun besser verstanden wird. Falls nicht, sind wir gerne bereit, mit Ihnen weitere Fragen zu erörtern, die Sie haben.