GFS in Bio von Thomas Schmidt, J2 fDer Schlaf-Wach-Rhythmus

GliederungI. Einleitung

II. Mechanismen, die die Regulation von Schlafen und Wachen kontrollieren1. Der circadiane Rhythmus und seine biologischen Prozesse 2. Wie reguliert sich der Schlaf-Wach-Rhythmus3. Die Struktur des Schlafzyklus selbst (Schlafhomöostase)

III. Die Funktionen der einzelnen Schlafphasen

IV. Auswirkungen von Störfaktoren1. Störung des Schlaf-Wach-Rhythmus durch Schlafdefizit2. Einschlafschwierigkeiten (Eine Art der Insomnie) 3. Störung des Schlaf-Wach-Rhythmus durch Alkohol, Drogen,

Aufputschmittel

V. Optimierungstaktiken, -Vorschläge zur Vorbereitung auf das Abitur

Chronobiologie: Lehre vom zeitlichen Rhythmus biologischer Prozesse

• Circadianer Rhythmus: Periodenlänge von ca. 24-25 Stunden

• ultradianer Rhythmus: Periodendauer von weniger als 24 Stunden

• zwei sog. Chronotypen: „Eulen“ (die Nachtschwärmer) und die „Lerchen“ (die Frühaufsteher)

I. Einleitung

Der Mensch verbringt ca. ein Drittel seines Lebens im Schlaf

Funktionen des Schlafs:1. Der Schlaf dient der Regeneration des Körpers 2. Das Ruhigstellen soll den Menschen eine Zeit lang

außer Gefahr bringen (für Tiere wichtig: sie sind z.B. im Schlaf bestens getarnt oder die Beutetiere sollen geschont werden)

3. Das Gehirn braucht die Ruhephase, um Informationen zu sortieren, zu verarbeiten und abzuspeichern.

II. Mechanismen, die die Regulation von Schlafen und Wachen kontrollieren

• 1. die circadiane Rhythmik (über 24-25 Stunden)

z.B.der Schlaf-Wach-Wechsel, die Körpertemperatur, die Produktion vieler Hormone, die Schmerzempfindlichkeit und die Leistungsfähigkeit.

• 2. die Struktur des Schlafzyklus selbst (Schlafhomöostase, Abfolge, Länge, Intensität der einzelnen Schlafphasen, in ultradianem Rhythmus)

1. Der cicadiane Rhythmus und seine biologischen Prozesse

Der Schlaf-Wach-Rhythmus folgt einer genetisch angelegten „inneren Uhr“

• Das innere Uhrwerk ist im sog. suprachiasmatischen Kern (Nucleus suprachiasmaticus - SCN) lokalisiert, umfasst ca. 25 Stunden

• SCN sitzen im vorderen Hypothalmus, am Ende des Sehvervs (retinohypothalamischer Trakt RHT).

• Synchronisierung der inneren Uhr (zirkadianer Systeme) mit dem Hell-Dunkel-Wechsel auf den externen 24-Stunden-Tag synchronisiert, damit es nicht zu einer laufenden Verschiebung des inneren vom äußeren Zeitrhythmus kommt.

• sog. äußere (exogene) Zeitgeber: Licht

Das Licht wird über neu entdeckte blau-empfindliche Melanopsin-enthaltende Photorezeptoren (Ganglionzellen ) in der

Netzhaut der Augen aufgenommen und direkt über den retino-hypothalamischen Trakt (optischer Nerv, RHT)

zum SCN weitergeleitet. Das beim SCN angelangte Lichtsignal wird über einen multisynaptischen Weg von dem

SCN zum Pinealorgan (= Epiphyse = Zirbeldrüse) weitergeleitet. Dort wird ohne Lichtsignal, also bei Nacht,

Melatonin freigesetzt.

Die Rolle des Melatonin

- Neurohormon- synthetisiert aus Thryptophan über Zwischenprodukt Serotonin- ausgeschüttet von Epiphyse (Zirbeldrüse)- nur bei Dunkelheit (max. Konzentration ca. 3Uhr - wirkt auf Immunsystem, Wärmehaushalt, tumorhemmend- Menge nimmt mit Alter (ab Pubertät) ab

Synchronisierung durch andere Zeitgeber- durch exogene Reize: Temperatur, Geräuschpegel, Tagesablauf (soziale Interaktion)- durch endogene Reize: Einnahme der Hauptmahlzeiten, körperliche Betätigung- unter Isolationsbedingungen setzt sich zirkadianer Rhythmus (ca. 25 Stunden) durch, d.h. längerfristig Abkopplung von geophysikalischem Tag-Nacht-Rhythmus- Störung durch Schichtarbeit (Shiftlag) oder Langstreckenflüge (Jetlag)

2. Die Schlaf-Wach-Regulation

- Zwei-Prozess-Modell: - Schlafdruck, der während Wachheit

stärker wird („Prozess S“)- Wecksignal, vom SCN ausgehend („Prozess Z“)

- Regelung durch NeurotransmitterSchlaffördernd (werden tagsüber aufgebaut):

- Adenosin, Serotonin, Gamma- Aminobuttersäure (GABA)Schlafhemmend (werden im Schlaf aufgebaut):

- Acetylcholin, Dopamin, Histamin, Hypocretin, Nor-Adrenalin

- Neutransmittersysteme in Hirnstamm, Thalamus und Hypothalamus

- wichtige Rolle für Schlaf spielt das „ventrolaterale präoptische Areal” (VLPO) im Hypothalamus

- z.B. wird dort Adenosin u. GABA ausgeschüttet- z.B. wird bei Dunkelheit Histamin- und Orexinausschüttung gehemmt- bewirkt allgemeine Schlaffheit der Muskulatur

3. Die Struktur des Schlafzyklus selbst

- Untersuchung des Schlafs in Schlaflaboren mit EEG (Elektroenzephalografie)

- ergibt unterschiedliche Wellentypen- REM(Rapid Eye-Movement)- und NREM(Non- Rapid-Eye-Movement)-Schlaf- Wechsel zwischen den Phasen hat ultradianen Rhythmus (Periode ca. 60-100 Minuten)

REM-Phase: aktivität der Hirnrinde, rasche Augenbewegungen, gelähmte Muskulatur

Phase 1: Schläfrigkeit, langsam rollende AugenPhase 2: leichter Schlaf, sog. SchlafspindelnPhase 3: Tiefschlaf mit niedrigen FrequenzenPhase 4: Tiefschlaf mit Delta-Wellen

III. Die Funktionen der einzelnen Schlafphasen

Leichtschlaf (Phase 1 und 2):- Puls, Atemfrequenz und Blutdruck sinken- langsame Augenbewegungen (Phase 1)- Schlafspindeln (Phase 2)- Übergang zum Tiefschlaf- ca. 50% des Gesamtschlafes

Tiefschlaf (Phase 3 und 4): - sehr niedrige Frequenzen im EEG- sehr wichtig für Erholung - Gehirnaktivität reduziert- nur schwer aufzuwecken- Gehirn räumt auf- ca. 25% des Gesamtschlafes- überwiegt in erster Nachthälfte

REM-Schlaf:- Anstieg von Puls, Atemfrequenz und Blutdruck- große Gehirnaktivivät (Empfindungenn,

Gefühle, visueller Cortex)- Areale die Situationen auf Plausibilität und

Realität überprüfen sind nicht aktiv - räumliches Bewusstsein und

Bewegungssteuerung deaktiviert- Triebregulierung, Informationsverarbeitung,

Stressbewältigung- überwiegt in zweiter Nachthälfte

IV. Auswirkungen von Störfaktoren1. Störung durch Schlafdefizit

- „Zu wenig Schlaf macht dick, dumm und krank“- Tagesschläfrigkeit (Hypersomnie)- Prozesse, die Aufwachen vorbereiten, sind nicht

abgeschlossen- Kortisolspiegel (Stresshormon) bleibt ständig

hoch → Dauerstress- Blutzuckerspiegel steigt- Schwächung des Immunsystems- Verminderung der Leistungsfähigkeit

2. Einschlafschwierigkeiten

- zwischen Alltagstätigkeit und Schlafen ca. 15 Minuten zur Ruhe kommen (kein Fernseher, PC)

- keine schweren Mahlzeiten oder koffeinhaltige Getränke (Koffein verlagert REM-Schlaf nach vorne und verkürzt Tiefschlaf)

3. Störung durch Drogen wie Alkohol oder Aufputschmittel

- Alkohol hilft zwar beim Einschlafen, allerdings führt es zu vorzeitigem Aufwachen in zweiter Nachthälfte und Weiterschlafstörungen

→ Anteil des REM-Schlafes beeinträchtigt→ Tagesmüdigkeit- Amphetamine eliminieren Schlafbedürfnis- „Rebound-Effekt“: mit nachlassender Wirkung

kommt es zu extremer Ermüdung und Depression

V. Optimierungstaktiken, -Vorschläge zur Vorbereitung auf das Abitur

- Gelerntes wird bei gesundem Schlaf ins Langzeitgedächtsnis übertragen

- ohne Wiederholung von Gelerntem wird es nach ca. 3 Tagen wieder gelöscht

- Vokabeln und Formeln (kognitives Gedächtnis) wird in erster Nachthälfte, motorische Fähigkeiten in zweiter gefestigt

- bei gestörtem Schlaf wird nachweislich schlechter gelernt

- Untersuchungen zeigten ein „Weiterlernen“ des Gehirn während des Schlafs

- bei Schlafentzug wurde Gelerntes vom Vortag gelöscht

→ Schlaf unmittelbar nach dem Lernen ist entscheidend für Lernerfolg

→ „Durchlernen“ bringt überhaupt nichts

- Schlaf fördert Kreativität- Gedächtnisspuren werden durch zufällige

Erregungsmuster reaktiviert und an bestehende Gedächtnisinhalte angepasst (v.a. im REM-Schlaf)

→ nach dem Aufwachen kann man neue Zusammenhänge erkennen und kreative Lösungen und Erkenntnisse gewinnen

- Schlaf ist äußerst wirksames Hirndoping→ sollte fürs Lernen für Abitur optimal genutzt

werden→ für ausreichend und gesunden Schlaf sorgen→ dem eigenen Chronotyp folgen, z.B. durch

späteren Schulbeginn