2 Chronobiologie

Definition Chronobiologie

»Das Wort Chronobiologie versteht sich als zeitliche Organisation biologischer Prozesse (griech. chronos = die Zeit). Die Chronobiologie versucht, die zeitliche Organisation im Verhalten und in den physiologischen Abläufen von Lebewesen zu beschreiben. Die Organisation erfolgt über exogene Faktoren und endogene Substanzen, die bestimmte Rhythmen des Stoffwechsels, des Endokriniums, Immunsystems, Nervensystems u. a. Organsysteme vorgeben.«*

* Siems W, Bremer A, Przyklenk J (2007): Allgemeine Krankheitslehre für Physiotherapeuten. Heidelberg: Springer, S. 18

Die meisten Lebewesen haben einen zyklischen Wechsel zwischen Ruhen und Wachsein, aber nur Säugetiere und Vögel schlafen. Das große Problem dabei: Im Schlaf sind sie extrem gefährdet und können nicht auf Gefahren reagieren. Dennoch hat sich der Schlafevolutionär durchgesetzt.8

Daher können wir davon ausgehen, dass die Physiologie des Schlafes ein optimierter Prozess unseres Körpers ist und somit notwendig für unser Überleben.

Schlaf ist komplex und es gibt mehrere Theorien, um ihn zu erklären. Eine davon ist das Zwei-Prozess-Modell von Alexander Borbély. Diese Theorie veranschaulicht das System zwischen Wachsein und Ruhen/Schlafen sehr gut, ohne dabei zu komplex zu werden. Daher beschränken wir uns hier auf dieses System.

Borbély beschreibt einen Wechsel zwischen Wachsein und Schlaf durch ein wechselwirkendes System, das aus zwei Prozessen besteht. Die zentrale Annahme für den ersten Prozess ist: Je länger ein Mensch wach ist, desto müder wird er. Es entsteht der Schlafdruck. Der Schlafdruck resultiert aus einer Schlafschuld, die entsteht, wenn über mehrere Nächte nicht genug geschlafen wurde. Gegenspieler des Schlafdrucks ist der Wachdruck. Der Wachdruck baut sich auf, je mehr wir geschlafen haben und er wird abgebaut, solange wir wach sind. Wir schlafen, wenn wir einen geringen Wachdruck und einen hohen Schlafdruck plus evtl. Schlafschuld haben. Je länger wir schlafen, umso mehr baut sich der Schlafdruck ab. Der Wachdruck erhöht sich solange, bis wir erwachen.

Der zweite Prozess kann als innere Uhr bezeichnet werden. Dieser Prozess wird von externen, also von außen kommenden, Zeitgebern, gesteuert. Diese sind vielfältig und bestehen u. a. aus sozialen/körperlichen Aktivitäten, Umweltfaktoren und unserem Lebensstil. Dieser Prozess würde erklären, warum einige unserer Organe trotz Wachheit zu Nachtzeiten ihre Aktivität reduzieren (z. B. sinkt die Körpertemperatur unabhängig von Wachheit oder Schlaf zwischen 02:00 und 04:00 Uhr nachts auf einen Tiefpunkt).9

Wenn wir dieser Theorie folgen, ist klar, warum wir abends müde werden und einschlafen und andererseits, warum wir selbstständig wachwerden - auch ohne Störfaktoren unserer Umwelt ausgesetzt zu sein. Wir haben also nun die Start- und Endbedingungen für einen normalen Schlaf geklärt. Doch was passiert mit uns, wenn wir schlafen?

2.1Wir schlafen in Phasen

Endlich geht's ins Bett! Der Tag war lang, Sie sind müde und strecken sich nun gemütlich aus. Wahrscheinlich schlafen Sie nicht sofort ein, sondern wälzen sich ein wenig hin und her, werden allmählich ruhiger, atmen langsamer und schlummern ein. Sie haben die erste Phase des Schlafes erreicht: die Einschlafphase.10

Die Einschlafphase bzw. das Schlafstadium N1 ist der fließende Übergang vom Wachen ins Schlafen. Diese Schlafphase zeichnet sich durch Träume aus, die sehr realistisch sind und von unserem Alltag beeinflusst werden. In dieser Schlafphase treten bei vielen Menschen leichte Zuckungen der Gliedmaßen auf (Einschlafmyoklonien) was häufig zu einem Aufwachen führt, aber harmlos ist und ein Zeichen dafür, dass unser Körper immer weiter vom Wachen ins Schlafen übergeht. Da die Schlafphase N1 eine Übergangsphase ist, erwachen wir in dieser Phase sehr leicht, wenn uns Geräusche oder andere Reize stören. Bei manchen Menschen treten auch periodische Beinbewegungen auf, die als störend empfunden werden können.11

Info

Die Einschlafphase (N1) und der leichte Schlaf (N2) sind nah beieinander und werden daher häufig als leichter Schlaf (N2) zusammengefasst.

In der zweiten Phase des Schlafes, dem leichten Schlaf (N2), sieht man unter dem EEG Alphawellen, die immer wieder von K-Komplexen (eine schnell, weit ausschlagende Welle die langsamer und kleiner wird) und Schlafspindeln (sehr kurze, aber sehr schnelle Hirnwellen) unterbrochen werden. K-Komplexe und Schlafspindeln sind sichere Zeichen für die Schlafphase N2.

Die K-Komplexe entstehen durch kurze Wachphasen, die durch äußere und innere Reize verursacht werden, an die wir uns aber später nicht mehr erinnern. Diese K-Komplexe können auch oftmals von außen beobachtet werden, da sie oft mit Bewegungen kombiniert sind (wie z. B. das Drehen auf die andere Körperseite). Da diese Wachphasen nur von sehr kurzer Dauer sind, stören sie unseren Schlaf im Normalfall nicht. Die Schlafspindeln hingegen können noch nicht eindeutig erklärt werden. Jedoch scheinen sie einen positiven Effekt auf das Abspeichern von Informationen zu haben. In einigen Studien zeigte sich, dass Versuchspersonen sich Lernaufgaben besser merken konnten, wenn sie im Schlaf mehr Schlafspindeln aufwiesen als andere Probanden.12

Nach dem ganzen Hin- und Herdrehen während der Einschlafphase werden unsere Bewegungen nach einer gewissen Zeit immer sporadischer, Puls und Atmung verlangsamen sich deutlich. Wir befinden uns im Tiefschlaf, der Schlafphase N3.

Im Tiefschlaf (N3) reduziert sich die Hirnaktivität weiter. Im EEG sind Hirnwellen mit einer niedrigen Frequenz (4 Hz) sichtbar. Werden wir jetzt geweckt, erwachen wir orientierungslos und benommen, weil sich unser Hirn erst wieder auf sein normales Aktivitätsniveau hochfahren muss. Dass der Tiefschlaf allein zuständig ist für einen erholsamen Schlaf ist allerdings ein Mythos. Dennoch ist der Tiefschlaf ein wichtiger Bestandteil eines erholsamen Schlafes.13

Der Tiefschlaf führt zu einem starken Abbau des Schlafdrucks, hat zellregenerierende Eigenschaften und führt zu einer erhöhten Ausschüttung der Wachstumshormone. So lässt sich auch erklären, warum Kinder und vor allem Pubertierende mehr Tiefschlaf brauchen als Erwachsene.14 Was allerdings nicht heißt, dass Erwachsene keinen Tiefschlaf benötigen! Würde uns der Tiefschlaf fehlen, würde kaum Zellregeneration stattfinden. Das aber würde Krankheiten wie Osteoporose oder Wundheilungsstörungen begünstigen und den allgemeinen Alterungsprozess beschleunigen.

Während wir nun in einem tiefen und festen Schlaf im Bett liegen, passiert etwas äußerst Seltsames: Fast die gesamte Skelettmuskulatur erschlafft, während im EEG hohe Hirnaktivität gemessen wird und unsere Augen sich hinter den geschlossen Lieder hin und her bewegen als würden wir uns im Schlaf intensiv umschauen (rapid eye movement). Was ist passiert?

Wir sind in der wahrscheinlich merkwürdigsten Schlafphase angelangt, dem sogenannten Rapid Eye Movement-Schlaf (REM-Schlaf). Der REM-Schlaf wird von vielen als die Schlafphase bezeichnet, in der wir träumen. Dies stimmt jedoch nur zum Teil, denn auch in den anderen Schlafphasen wird geträumt, jedoch sind die Träume in der REM-Phase eindrücklicher und oftmals mit Albträumen assoziiert.

Die Hirnaktivität ist in dieser Schlafphase hoch und ähnelt der Wachphase.15 Im EEG sind im Wechsel schnelle Frequenzen (Beta-Wellen [>13 Hz]) und langsame Frequenzen (Alpha-Wellen [8-12 Hz] und Theta-Wellen [4-7 Hz]) sichtbar.16 Diese Phase endet nach einer gewissen Zeit und wir beginnen erneut mit der N1-Phase des Schlafes.

Die Kombination aller Schlafstadien (N1, N2, N3 und REM) ergeben den Schlafzyklus. Ein Zyklus dauert ca. 90-120 Minuten. Bei einer ungestört verbrachten Nacht durchleben wir zwischen fünf bis sechs dieser Zyklen. Nach jedem Durchlauf eines Zyklus kommt es zu einer kurzen Wachreaktion, an die wir uns aber meist nicht mehr erinnern.17

Nach der Wachreaktion beginnt wieder die Einschlafphase N1 gefolgt vom leichten Schlaf N2 hin zum Tiefenschlaf N3 und endet wieder im REM-Schlaf. Zu Beginn des Schlafs ist die Tiefschlafphase länger als die REM-Phase, jedoch nimmt die Dauer des Tiefschlafs ab, je öfter sich der Zyklus wiederholt, der REM-Schlaf hingegen nimmt zu.18 Daher kommt auch der Mythos, dass der Schlaf vor Mitternacht der erholsamere Schlaf ist, da wir zu dieser Zeit noch höhere Tiefschlafanteile haben. Jedoch ist der Schlaf nur dann wirklich erholsam, wenn wir die für unseren Körper nötige Anzahl an Zyklen durchlebt haben. Ob wir unseren Schlaf als erholsam empfinden oder nicht, wird von mehr Faktoren bestimmt als der Menge an durchlebten Schlafzyklen oder an Tiefschlaf.

2.2Wie viel Schlaf brauchen wir?

Es gibt Menschen, die sich nach sechs Stunden Schlaf kaum ausgeschlafen fühlen, während andere nach fünf Stunden Schlaf topfit sind. Daher ist die richtige...