Wie funktioniert Schlaf?

Auch nach jahrzehntelanger Forschung bleibt der genaue Grund, warum wir schlafen, eines der beständigsten und faszinierendsten Rätsel der Gesundheitswissenschaften. Um dieser Frage auf den Grund zu gehen, analysieren Experten, wie Schlaf funktioniert und was passiert, wenn wir nicht genug Schlaf bekommen.

Studien zeigen, dass der Schlaf unglaublich komplex ist und Auswirkungen auf nahezu alle Systeme des Körpers hat. Mehrere Teile des Gehirns sind an den Prozessen der Produktion von Hormonen und Stoffen beteiligt, die Schlaf und Wachsein regulieren.

Obwohl es noch viel über die Feinheiten der Funktionsweise des Schlafs zu lernen gibt, wirft die bestehende Forschung ein Licht auf die Mechanik dessen, was im Gehirn und im Körper während des Schlafs passiert. Dieses Wissen offenbart, wie der Schlaf mit zahlreichen Elementen der körperlichen, emotionalen und geistigen Gesundheit zusammenhängt, und liefert Erkenntnisse darüber, wie Menschen einen besseren Schlaf bekommen können.

Wie funktioniert Schlaf

Was passiert, wenn wir schlafen?

Innerhalb einer Minute nach dem Einschlafen beginnen bemerkenswerte Veränderungen sowohl im Gehirn als auch im Körper zu wirken. Die Körpertemperatur sinkt, die Gehirnaktivität nimmt ab, und auch die Herzfrequenz und die Atmung verlangsamen sich. Es überrascht nicht, dass der Energieverbrauch des Körpers während des Schlafs geringer ist.

Es ist jedoch wichtig zu erkennen, dass das, was während des Schlafs passiert, dynamisch ist. Im Laufe einer Nacht durchläuft der Mensch mehrere Schlafzyklen, von denen jeder zwischen 70 und 120 Minuten dauert und aus verschiedenen Schlafstadien besteht. Diese Schlafstadien sind grundlegend dafür, wie der Schlaf funktioniert.

Welche Schlafstadien gibt es?

Es gibt vier Schlafstadien, die in zwei Kategorien unterteilt sind. Die ersten drei Stadien fallen in die Kategorie des Non-REM-Schlafs. Das vierte Stadium ist der REM-Schlaf.

Kategorie des Schlafs Schlafstadien Andere Bezeichnungen Normale Dauer
Non-REM Phase 1 N1 1-5 Minuten
Non-REM Phase 2 N2 10-60 Minuten
Non-REM Phase 3 N3, Slow-Wave-Schlaf (SWS), Delta-Schlaf, Tiefschlaf 20-40 Minuten
REM Phase 4 REM-Schlaf 10-60 Minuten

 

In Phase 1 ist man gerade eingeschlafen und beginnt den Übergang zu Phase 2, die eine weitere Verlangsamung der Aktivität in Gehirn und Körper beinhaltet. In diesen frühen Stadien des Schlafzyklus ist es viel einfacher, geweckt zu werden.

Phase 3 ist der tiefste Teil des NREM-Schlafs. In dieser Phase entspannen sich Muskeln und Körper noch mehr, und die Gehirnwellen zeigen ein klares Muster verlangsamter Aktivität, das sich deutlich von der Gehirnaktivität im Wachzustand unterscheidet. Es wird angenommen, dass der Tiefschlaf eine wichtige Rolle bei der Erholung des Körpers sowie für ein leistungsfähiges Denkvermögen und Gedächtnis spielt.

Stufe 4 ist die einzige Stufe des REM-Schlafs. Während dieser Zeit nimmt die Gehirnaktivität deutlich zu, und der Großteil des Körpers – mit Ausnahme der Augen und der Atemmuskulatur – erfährt eine vorübergehende Lähmung. Obwohl Träume in jedem Stadium auftreten können, findet das intensivste Träumen während des REM-Schlafs statt.

Es wird angenommen, dass die REM-Schlafphase für das Gehirn essentiell ist, da sie Schlüsselfunktionen wie Gedächtnis und Lernen ermöglicht. Im Laufe der Nacht ist es normal, einen größeren Prozentsatz der Zeit im REM-Schlaf zu verbringen, wobei der größte Teil davon in der zweiten Hälfte der Nacht stattfindet.

Die Struktur der Schlafstadien und -zyklen einer Person ist als Schlafarchitektur bekannt. Während Tiefschlaf und REM-Schlaf tiefgreifendere Veränderungen der Aktivitätsniveaus beinhalten, glauben Experten, dass jedes Stadium eine Rolle in einer gesunden Schlafarchitektur spielt, die einen qualitativ hochwertigen Schlaf ermöglicht.

Wie reguliert der Körper den Schlaf?

Der Körper reguliert den Schlaf mit zwei Schlüsselfaktoren: Schlaf-Wach-Homöostase und das zirkadiane Alarmsystem.

  • Schlaf-Wach-Homöostase: Dieser Fachbegriff beschreibt etwas, das die meisten von uns implizit aus Erfahrung kennen: Je länger man wach ist, desto mehr verspürt man das Bedürfnis zu schlafen. Der Grund dafür ist der homöostatische Schlaftrieb, ein selbstregulierendes System des Körpers, bei dem der Druck zum Schlafen aufsteigt, je nachdem, wie lange man wach war. Derselbe Antrieb veranlasst uns, nach einer Periode mit unzureichendem Schlaf länger oder tiefer zu schlafen.
  • Das zirkadiane Wecksystem: Als Teil der biologischen Uhr unseres Körpers dauern die zirkadianen Rhythmen etwa 24 Stunden und spielen eine zentrale Rolle bei zahlreichen biologischen Prozessen, einschließlich des Schlafs. Den größten Einfluss auf die zirkadianen Rhythmen hat die Lichtexposition, die tagsüber die Wachheit und nachts die Schläfrigkeit fördert.

Diese beiden Faktoren wirken sich direkt darauf aus, wie stark der Körper ein Schlafbedürfnis verspürt, da sie die biologische Uhr, die Tageszeit, die Lichtexposition und die Dauer des Wachzustandes widerspiegeln.

Darüber hinaus kann eine Vielzahl externer Faktoren die Schlaf-Wach-Homöostase und das zirkadiane Wecksystem beeinflussen. Zum Beispiel können Stress oder Hunger den normalen Prozess der Schlafregulation stören. Die Einnahme von Koffein oder die Lichtexposition durch elektronische Geräte sind weitere Beispiele dafür, wie verhaltensbedingte Entscheidungen die zugrundeliegenden Systeme des Körpers zur Steuerung des Schlafs verändern können.

Diese vielschichtigen Prozesse werden von mehreren Teilen des Gehirns gesteuert, darunter der Hypothalamus, der Thalamus, die Zirbeldrüse, das basale Vorderhirn, das Mittelhirn, der Hirnstamm, die Amygdala und die Großhirnrinde. Die Tatsache, dass so viele Teile des Gehirns an Wachsein und Schlaf, einschließlich der Schlafstadien, beteiligt sind, ist ein weiterer Beweis für die biologische Komplexität des Schlafes.

Welche Stoffe und Hormone regulieren den Schlaf?

Zahlreiche Stoffe und Hormone sind an der Homöostase des Schlaf-Wach-Rhythmus und dem zirkadianen Alarmsystem beteiligt. Der Wechsel zwischen Wachsein und Schlaf bewirkt Veränderungen in Tausenden von Neuronen im Gehirn und ein komplexes Signalsystem, das spezifische Reaktionen im Körper auslöst.

Bis heute ist vieles über die komplizierten Prozesse, die den Schlaf steuern, noch unbekannt, aber Forscher haben einige Substanzen entdeckt, die wichtige Rädchen in der Maschinerie des Schlafs zu sein scheinen.

Es wird angenommen, dass der Stoff Adenosin eine zentrale Rolle in der Schlaf-Wach-Homöostase spielt. Adenosin baut sich auf, wenn wir wach sind, und scheint den Schlafdruck zu erhöhen. Koffein hingegen unterdrückt Adenosin, was zum Teil erklären könnte, wie Koffein das Wachsein fördert.

Neurotransmitter sind Stoffe, die innerhalb des Nervensystems Signale senden, um bestimmte Zellen zu aktivieren oder zu deaktivieren. Beispiele für Neurotransmitter, die an der Förderung von Wachsein oder Schlaf beteiligt sind, sind unter anderem Gamma Aminobutyric Acid (GABA), Acetylcholin, Orexin und Serotonin.

Hormone spielen ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Signalisierung und Regulierung von Schlaf-Wach-Zuständen. Melatonin, das den Schlaf fördert und bei abnehmender Lichtexposition auf natürliche Weise produziert wird, ist eines der bekanntesten Hormone im Zusammenhang mit dem Schlaf. Andere wichtige schlafbezogene Hormone sind Adrenalin, Cortisol und Noradrenalin. Der Schlaf kann auch die Produktion lebenswichtiger Hormone beeinflussen, wie z. B. das Wachstumshormon sowie Leptin und Ghrelin, die den Appetit regulieren, was einen Einfluss auf die Schlaf-Wach-Homöostase und die zirkadianen Rhythmen haben kann.

Die Funktion dieser Stoffe und Hormone kann bei einigen Personen aufgrund ihrer Genetik unterschiedlich sein, weshalb bestimmte Schlafstörungen in Familien auftreten können. Auch die Umwelt und der Lebensstil können die für den Schlaf verantwortliche Wirkung von Stoffen und Hormonen beeinflussen.

Warum ist Schlaf so wichtig?

Obwohl selbst Experten keine einheitliche Erklärung dafür gefunden haben, warum wir schlafen, sprechen zahlreiche Indizien dafür, dass der Schlaf eine wesentliche biologische Funktion erfüllt.

Aus evolutionärer Sicht ist die Tatsache, dass Schlaf bei fast allen Tierarten existiert – trotz der Tatsache, dass er Verwundbarkeit schafft und Zeit von der Nahrungsaufnahme oder der Fortpflanzung nimmt – ein starker Hinweis darauf, dass er für das Wohlbefinden grundlegend ist.

Beim Menschen scheint Schlaf sowohl für die körperliche als auch für die geistige Entwicklung von Säuglingen, Kindern und jungen Erwachsenen entscheidend zu sein. Bei Erwachsenen wird Schlafmangel mit einer Vielzahl negativer gesundheitlicher Folgen in Verbindung gebracht, darunter Herz-Kreislauf-Probleme, ein geschwächtes Immunsystem, ein höheres Risiko für Fettleibigkeit und Typ-II-Diabetes, Beeinträchtigungen des Denkvermögens und des Gedächtnisses sowie psychische Probleme wie Depressionen und Angstzustände.

Diese vielfältigen Auswirkungen des Schlafmangels unterstützen die Ansicht, dass der Schlaf nicht nur einen biologischen Zweck hat, sondern durch seine Komplexität einen wichtigen Beitrag zum reibungslosen Funktionieren fast aller Körpersysteme leistet.