Circa-Wach-Schlaf-Rhythmus_FS24.pdf

h"p://www.gutenberg.org Schlaf-Wach-Rhythmus Circadianer Rhythmus FS24 Christina M. Spengler, PhD MD Exercise Physiology Lab  Schlaf-Wach- und Circadianer Rhythmus Lernziel – das Verständnis folgender Aspekte...

h"p://www.gutenberg.org Schlaf-Wach-Rhythmus Circadianer Rhythmus FS24 Christina M. Spengler, PhD MD Exercise Physiology Lab  Schlaf-Wach- und Circadianer Rhythmus Lernziel – das Verständnis folgender Aspekte Physiologie von Schlaf und circadianem Rhythmus steuernde Prozesse, beeinflusste Prozesse, altersabhängige Veränderungen Messung von Schlaf und circadianem Rhythmus Techniken und Messvariablen Ursachen, Folgen und Behandlungsmöglichkeiten von – Schlaf-Störungen – Störungen des circadianen Rhythmus h"p://www.formerdays.com h"p://www.menshealth.de http://www.personal.psu.edu 1 ___  Modell der Prozesse, die den Schlaf – Wach – Zyklus regulieren der homöosta;sche Prozess (Prozess S) Wach-Phase (W): Aufbau Schlafdruck Schlaf-Phase (S): Abbau wichtige "Schlaf-Substanz": Adenosin Uhr Tageszeit W = wach, S = Schlaf Achermann & Borbély, Frontiers Bioscience, 2003 3  Modell der Prozesse, die den Schlaf – Wach – Zyklus regulieren der cirdadiane Prozess (Prozess C) Master-Oszillator im Hirn: Suprachiasma+scher Nukleus (SCN) Periode ca. 24h Synchronisierung mit 24h-Tag: Schlafdruck Licht-Dunkel Essen Sport Tageszeit Uhr W = wach, S = Schlaf Achermann & Borbély, Frontiers Bioscience, 2003 4  Modell der Prozesse, die den Schlaf – Wach – Zyklus regulieren der ultradiane Prozess Schlafdruck Periode < 24h “ REM” – Oszillator abhängig vom Anstieg des Prozess S Tageszeit Uhr N = Non-REM, R = REM Achermann & Borbély, Frontiers Bioscience, 2003 5  Messung des Schlafs Elektroden für Hirnstrom-Messung Lu[fluss-Messung (Elektroenzephalogram - EEG) (Atmung, nicht quan+ta+v) Datenübermittlung zum Computer Gurt für Thoraxbewegungen (Atmung, nicht quantitativ) Fingerclip für transkutane SauerstoffsäXgung 6  Messung des Schlafs Einschlaf- Stadium leichter Schlaf mittlerer Schlaf (oder slow Tiefschlaf) wave sleep Tief- (SWS) Schlaf Elektro- Okulogramm Elektro- Myogramm hier: Zeigefinger oft: Kinn Abb. 9.3 7  Schlaf – Architektur: intra-indivudielle Unterschiede 1 Schlafzyklus Schlaf-Latenz ≤ 15min = normal Abb. 9.4 8  Schlaf: EEG-Stadien + EOG + EMG Abb. 9.4 9  Schlaf: vegetaGve und motorische Variablen Abb. 9.4 10  Träumen: REM- vs. Non-REM – Schlaf MYTHOS h"p://www.pharma.uzh.ch "Man träumt nur im REM-Schlaf" FACT Weckt man Personen, ist die Traumhäufigkeit im non-REM-Schlaf nur wenig geringer als im REM-Schlaf. Die Veränderungen im EEG sind ähnlich und in ähnlichen Hirnregionen Siclari et al. Nat Neurosci 2017 (decrease in low frequency ac+vity in a posterior cor+cal hot zone) 11 Neuste “Messmethodik”- Beispiel Schlafdauer August 2022 12 GeneGsche Komponente im Schlaf-EEG: ÜbereinsGmmungsgrad zwischen Zwillingen monozygot dizygot Landolt, Biochemical Pharmacology, 2008 13  Veränderungen der Schlaf-Dauer mit dem Alter Abb. 9.5 14 Totale Schlafdauer – inter-individuelle Variabilität (Kind à Jugendliche) Iglowstein et al., Pediatrics, 2003 15  Tag- und Nacht- Schlafdauer – inter-individuelle Variabilität bei Kleinkindern 16 Iglowstein et al., Pediatrics, 2003 Veränderungen der Schlaf-Architektur durch externe und interne Einflüsse Achermann & Borbély, FronWers Bioscience, 2003 17 Schlafentzug: Veränderungen der Schlaf-Architektur 1. Nacht Schlaf – Entzug 3. Nacht 2. Nacht wach Tageszeit Tageszeit Nickerchen (am Tag) 1. Nacht Tag 2. Nacht Tageszeit Tageszeit Achermann & Borbély, Frontiers Bioscience, 2003 18  Modell der Prozesse, die den Schlaf – Wach – Zyklus regulieren Homöosta(scher Prozess (Prozess S): Wach-Phase: Au]au Schlaf-Phase: Abbau wich^ge "Schlaf-Substanz": Adenosin Circadianer Prozess (Prozess C; Periode ca. 24h): Master-Oszillator: Suprachiasmatischer Nukleus (SCN) Ultradianer Prozess (Periode < 24h): "REM"-Oszillator abhängig vom Ans^eg des Prozess S W = wach, S = Schlaf, N = Non-REM, R = REM Achermann & Borbély, Frontiers Bioscience, 2003 19 Schlafentzug: Veränderungen der Schlaf-Architektur 1 Nacht wach Achermann & Borbély, FronWers Bioscience, 2003 20  Schlafentzug: Modell - Übersicht Wach – Stunden Slow Wave – Aktivität (%) Tiefschlaf Normaler Verlängertes Erholungs- Schlaf Wachsein Schlaf Tageszeit Landolt, Biochemical Pharmacology, 2008 21  Schlafentzug: Vigilanz Psychomotorischer verzögerte Antwort Solar-Impuls Vigilanz - Test 88h wach Schlaf 10 x 20min / Tag 10h wach – 2h Schlaf - … RAAM zu frühe Antwort Schlaf nach 'Bedarf' http://www.pharma.uzh.ch 22  Psychomotorische Vigilanz: zerebraler Blutfluss Morgen (7-9h) Thalamus- Ak+vierung nur morgens sichtbar Nachmidag (14-17h) Aktivierung des frontalen Augen - Areals nur nachmittags sichtbar Hengyi Rao, unpublished data 23 hLp://www.turboschlaf.ch/de/turboschlafen/junge-und-neulenkende Cave: Rajaratnam & Arendt, Lancet, 2001 24  Wirkung von Koffein auf das Wach-EEG Koffein, ein kompe^^ver Antagonist von Adenosin an A1, A2A - Rezeptoren je grösser Theta – Aktivität desto grösser Schlafdruck * sig. diff. Koffein Koffein (200 mg) (200 mg) Landolt, Biochemical Pharmacology, 2008 25 Wirkung von Koffein auf das Schlaf-EEG Erholungsschlaf (nach 40h wach sein) Non-REM unterschiedlich REM REM REM Landolt, Biochemical Pharmacology, 2008 26  Schlafentzug: Veränderung der kogniGve Fähigkeiten … vs. Alkohol (%) [reacWon Wme Veränderung der Reak^onszeit (s)] Alkohol Alarmzeichen: 1. Brennende Augen 2. Schwere Augenlider 3. Dauerndes Gähnen Schlaf-Entzug 4. Verschwommene Sicht 5. Trockener Mund 6. Scheinbar grundloses Aufschrecken 7. Frösteln Rajaratnam & Arendt, Lancet, 2001 8. Fahrfehler (zB. beim Autofahren) Performance um 2:00 morgens: Aufstehen: 7:00 wie 0.05% Blutalkohol (dies ohne zusätzlichen Alkohol … !) 28 Schlafentzug: Schläfrigkeit und Angst STAI: State Anxiety Index Schuh-Hofer et al., Pain, 2013 29 Schlafentzug: Schmerz - Wahrnehmung Anxiety Index (kPa) HEISS – Schmerzschwelle (oC) KALT – Schmerzschwelle (oC) – Schmerzschwelle Schläfrigkeit (0 – 100) Angst-Index State Druck STAI: normaler totaler normaler totaler normaler totaler Schlaf Schlafentzug Schlaf Schlafentzug Schlaf Schlafentzug Schuh-Hofer et al., Pain, 2013 30 Schlafentzug: Beeinträchtigung des Immunsystem Lympozyten–ProliferaGon nach SGmulaGon mit PhytohämaggluGnin Nacht mit 0 – 3h (max.) Schlaf Wilder et al., Sleep Medicine, 2013 31 Schlafstörungen 32  Ein – und Durchschlafstörungen (Insomnie) Primäre Schlafstörungen: Nicht durch organische Ursachen bedingte Schlafstörung. Sekundäre Schlafstörungen: Störungen aufgrund von zB Schlafapnoe, Herzinsuffizienz etc. 33  Formen von Insomnie 1 - Idiopathische Insomnie SubjekGv erlebte, durch Polysomnographie objekGvierte Veränderung der Schlaf-Architektur Mögliche Ursachen: zu viel / zu wenig körperliche AkPvität Chronischer Stress Reisen Exzessives Essen oder Fasten 34  Formen von Insomnie 2 – Pseudoidiopathische Insomnie Subjektiv erlebte Störung von Ein- und/oder Durchschlafen mit objektiv altersgerechter Schlaf-Architektur. Subjektive Erwartungen an Schlafgüte entsprechen nicht objektivem Schlafprofil. Häufig bei älteren Menschen. 35  Insomnie: Therpie - Optionen Verbesserung der Schlaf-Hygiene, zB ruhige TäPgkeit vor dem ins-BeV-gehen regelmässige BeV- und Aufwachzeiten kein Fernseher oder elektronische Geräte im Schlafzimmer kühles (ca. 18 oC) Schlafzimmer Schlaf-Mi_el und - Medikamente Baldrian, Melisse, Hopfen etc. AnP-Histaminika (NW) Benzodiazepine (Temesta®, Seresta®, (Dormicum®)) …. Barbiturate - nicht mehr! 36  Weitere Schlafstörungen Folge von Schlafmi_elmissbrauch Bei längerer Einnahme à Veränderung des Schlafprofils Bei Absetzen à Schlafstörungen Missbrauch häufiger bei Frauen und älteren Menschen CAVE: nächtliche Stürze wegen Benommenheit während Schlafmittelwirkung 37  Weitere Schlafstörungen Hypersomnie, Bsp. Schlafapnoe Ursache Atemaussetzer im Schlaf Folge Gesteigerte Tagesmüdigkeit Unkontrollierte Schlafattacken Grössere Häufigkeit an Verkehrsunfällen 38 Schlafapnoe - Ursache / Pathologie hLp://sleepapnoea.respironics.eu39 Schlafapnoe - Diagnose http://www.labrha.com 40  Schlafapnoe - Diagnose (obstruktiv vs. zentral) …........... Schlafapnoe hFp://bipapautosv.respironics.ch/ …........... Schlafapnoe 41 Obstruktive Schlafapnoe - Therapieoption 42 Obstruk(ve Schlaf-Apnoe Ursache/Pathologie 43 ObstrukGve Schlafapnoe - Therapie-OpGonen 44 ObstrukGve Schlafapnoe - Therapie-OpGonen C.M. Spengler 45 Obstruktive Schlaf-Apnoe Langzeitfolgen (wenn unbehandelt) 46 hHp://orthodonIcreviews.blogspot.ch/2012/11/obstrucIve-sleep-apnea-osa-sIll.html  Weitere Schlafstörungen Schlafwandeln (Somnambulismus) Motorischer Automatismus beim Übergang von Tiefschlafstadium 4 zu Stadium 2 Häufiger bei Kindern, Jugendlichen und Erwachsenen unter Stress Augen weit geöffnet – nicht ansprechbar – beim Wecken desorientiert – kann sich nicht an Träume erinnern 47  Weitere Schlafstörungen Be_nässen (Enuresis nocturna) Bei 10% aller Kinder nach dem 2. Lebensjahr Praktisch immer aus NREM-Schlaf Wenn geweckt: verwirrt – desorientiert – können sich nicht an Träume erinnern 48 Zusammenfassung: Generelle Folgen von Schlafstörungen Emotionale Labilität / Depression / Burnout Hyperaktivität bei Kindern Kardiovaskuläre Risiken Gesteigertes Infektionsrisiko Erhöhtes Krebsrisiko Gewichtszunahme / Diabetesrisiko 49  Circadianer Rhythmus Beispiel: Physiologische Veränderungen während 16h ± Schlaf mit Schlaf ohne Schlaf Hauttemperatur Herzfrequenz Körperkerntemperatur 50  Circadianer Rhythmus Übergeordneter Pacemaker – Suprachiasma^scher Nukleus Pineal Gland http://sleep.braintreatmentcenter.com/ 51  Circadianer Rhythmus Synchronisation mit Umwelt und Informations-Weiterleitung Retinale Ganglionzellen enthalten Melanopsin http://sleep.braintreatmentcenter.com/ 52  Circadianer Rhythmus Effekt von Melanopsin auch bei Blinden Blind Patient Czeisler et al., NEJM, 1995 53  Melatonin im Campbell: Vorsicht … 41.4.5 Melatonin und Biorhythmus […] Melatonin steuert Funktionen, die im Zusammenhang mit Licht, Jahreszeiten und der unterschiedlichen Tageslänge stehen […] seine Hauptfunktionen stehen aber im Zusammenhang mit den Biorhythmen, die mit der Fortpflanzung verknüpft sind. Melatonin wird nachts ausgeschüttet, wobei die Menge von der Länge der Nacht abhängt. Deshalb wird beispielsweise im Winter, wenn die Tage kurz und die Nächte lang sind, mehr Melatonin freigesetzt. […. ] Ergänzung à Melatonin wird nicht wegen der dunklen Nacht ausgeschüttet, sondern steigt spontan an und fällt spontan ab, ausser die Ausschüttung wird von hellem Licht unterdrückt! 54  Circadianer Rhythmus Wirkungen von Melatonin Benarroch, Neurology, 2008 Merke: Melatonin ist an Prozessen des zirkadianen Rhythmus, u.a. aber auch an weiteren vegetativen, metabolischen und immunologischen Prozessen beteiligt. 55 Circadianer Rhythmus Die molekulare Uhr Die Folgen von Knock-out von Genen der molekularen Uhr, Per, Cry oder Clock: à Keine circadiane Periodik, aber Schlafdauer erhalten à Erhöhte Krebsinzidenz à Reduzierte Immunkompetenz Albrecht and Eichele, 2003 56 Circadianer Rhythmus Manipulation der molekulare Uhren REV-ERB-Agonisten – Injektion während 7-10 Tagen, bei normalgewichtigen Mäusen à Mäuse nahmen Gewicht ab wegen Fettmassen-Verlust bei gleicher Futter-Menge bei gleicher Bewegungs-Menge à Es erstaunt nicht, dass eine Störung des circadianen Rhythmus auch zu metabolischen Störungen, nicht selten zu Gewichtszunahme, führt. Shea, NEJM, 2012 57  Circadianer Rhythmus Messung beim Menschen – Constant Rou^ne Protokoll Keine Zeitangaben Konstante Umweltbedingungen (Licht 2-7 lux, Temperatur, etc.) Konstante Körperposition (im Bett) Regelmässige Nahrungsaufnahme (stündlich) Blutentnahme über lange Leitung Taillard et al., Chronobiol. Int. 2011 ausserhalb des Raumes 40 Stunden wach 58  Circadianer Rhythmus “Energieverbrauch” (VCO2) Chemosensi^vität (CO2-Antwort) Cortisol Körper- Kerntemperatur (CBT) Spengler et al., J Physiol, 2000 59  Muta;onen bei "Uhrengenen" bewirken Phasenverschiebung des Schlaf-Wachrhythmus Advanced Sleep Delayed Sleep Phase Disorder Lerche Eule Phase Disorder Spontane Aktivität Spontane Aktivität im Verlauf des im Verlauf des 24h-Tages 24h-Tages Gallego & Virshup (2007)  Circadianer Rhythmus Kerntemperatur (CBT), Melatonin, Reac^on Time Morning Type = Lerche Körperkern- spontaner circadianer Rhythmus < 24h temperatur (CBT) Evening Type = Eule spontaner circadianer Rhythmus > 24h Melatonin Bei “Lerchen” steigt Melatonin abends früher an, CBT sinkt früher ab, à Personen ermüden früher Reaktions- zeit Taillard et al., Chronobiol. Int. 2011 61 Verschiebung des circadianen Rhythmus gegenüber dem Tag-Nacht-Rhythmus nächtliche Lichtexposition (zB Wochenende) Transatlantik - Flüge Nacht- und Schichtarbeit Krankheit 62  Phasenverschiebung des Circadianen Rhythmus nach einem 6.7h Lichtstimulus (5000-10'000 lux) appliziert bei 21 Personen, zu unterschiedlichen Zeiten innerhalb des circadianen Rhythmus è je nach Zeit innerhalb des circadianen Rhythmus, zu welcher der SYmulus appliziert wird, kann er gegenteilige Wirkung haben, d.h. Verschiebung des Rhythmus 2-3h nach vorn oder hinten! Phase Advance Phase Delay CBT-minimum assumed Khalsa et al., J Physiol. 2003 63 Phasenverschiebung des Circadianen Rhythmus Abhängigkeit des Effektes von der SPmulus – Dauer (Dose-Response) > 6000 Lux Chang et al., J Physiol. 2012 64 Zeitgeber des Circadianen Rhythmus Licht (der stärkste Zeitgeber) Soziale InterakGonen Nahrungsaufnahme Sport Chang et al., J Physiol. 2012 65  Circadianer Rhythmus Messung beim Menschen – Forced Desynchrony Protokoll Keine Zeitangaben Konstante Umweltbedingungen (Licht 3-7 lux, Temperatur, etc.) Nur sitzende Aktivitäten, wenn wach Blutentnahme über lange Leitung ausserhalb des Raumes Taillard et al., Chronobiol. Int. 2011 Tag-Nacht-Rhythmus 20h oder 28h Czeisler, 2006 66  Circadianer Rhythmus 28-hour forced Messung – Forced Desynchrony Protokoll desynchrony protocol 28-hour forced desynchrony protocol Zhou et al., Sleep, 2011 67  Circadianer Rhythmus Messung – Forced Desynchrony Protokoll Silva, Sleep, 2011 68  Schlaf in jeder circadianen Phase totale Schlafdauer Schlaf- Latenz Körperkern- Temperatur (CBT) n = 176 69 Schläfrigkeit und Aufmerksamkeit in jeder circadianen Phase Karolinska Sleepiness Scale Lapses of Attention (reaction > 500ms) AddiOon Task Jung: 25.± 4 Jahre (5f, 5m) Älter: 60 ± 6 Jahre (5f, 5m) KSS: Karolinska Sleepiness Scale ADD: Addition task Attention: Reaction time > 500ms Silva, Sleep, 2011 70 Circadianer Rhythmus Jung: 25 ± 4 Jahre (5f, 5m) Älter: 60 ± 6 Jahre (5f, 5m) KSS: Karolinska Sleepiness Scale ADD: Addition task Attention: Reaction time > 500ms FD: Forced desynchrony cycle Silva, Sleep, 2011 71  Circadianer Rhythmus Jünger versus Älter Fazit: Kognitive Funktion und Wachheit von älteren Personen ist weniger beeinflusst durch kumulative Effekte in der falschen cirdadianen Phase wach zu sein Dies deutet auf altersabhängige Unterschiede in: schlafentzugs-abängigen Veränderungen wachdauer-abhängigen Veränderungen und/oder deren Interaktion Silva, Sleep, 2011 72 Circadianer Rhythmus Metabolismus zu Hause – 10h im Bed Baseline: im Labor – 10h im Bett im Labor Verschiebung der Schlafzeit + Schlafentzug (5.6 h im Bed / 24 h) Erholung: im Labor – 10h im Bett Silva, Sleep, 2011 73  Circadianer Rhythmus Metabolismus à Während kombiniertem Schlafentzug und Phase-Shift ist die metabolische Antwort auf eine Mahlzeit verändert! Buxton, SciTransMed, 2012 74  Circadianer Rhythmus Therapie - OpGonen à Licht à regelmässiger Tagesrhythmus spez. Schlafzeit und –Dauer, Essens- und Sport-Zeiten à (Melatonin) Buxton, SciTransMed, 2012 75  Circadianer Rhythmus Chronopharmakologie (= ein Beta-Blocker) Propranolol - Blutspiegel % Erniedrigung der Herzfrequenz 76  Circadianer Rhythmus Chronopharmakologie Facit: Je nach circadianer Phase kann ein Medikament - therapeutisch und sicher sein - subtherapeutisch sein - schlecht toleriert werden Der Zeitpunkt der Medikamentengabe beeinflusst die Effizienz und Nebenwirkungen vieler, aber nicht aller Medikamente Beispiele: - Morgen-Gabe: Protonen-Pumpen-Blocker - Abend-Gabe: ACE-Hemmer - kein Einfluss: Asthma-Inhalations-Medikamente De Georgi, Eur J Internal Med, 2013 77  Link und weiterführende Literatur https://sleep.hms.harvard.edu/education-training/public-education/sleep- and-health-education-program/sleep-health-education-40 Handbook of Experimental Pharmacology 217: Circadian Clocks (auf moodle für Interessierte) 78