Chronobiologie oder die Organisation unseres Alltags

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Gehören Sie zu den 75% der Bevölkerung die durch einen Wecker aus dem Schlaf gerissen werden? Das bedeutet, dass Sie nicht ausgeschlafen erwachen. Aber wieso wiederholt sich dieses „Ritual“ jeden Tag?

Wir Menschen werden durch eigene, natürliche Rhythmen gesteuert, die vor 350 Millionen Jahren geprägt wurden.¹ Auch wenn wir glauben über unserer biologischen Herkunft zu stehen, werden wir jeden Morgen eines Besseren belehrt. Die Folgen können massive Auswirkungen haben, denn qualitativ schlechter Schlaf schwächt z.B. unser Immunsystem und erhöht das Krebsrisiko.

Die Chronobiologie, die die inneren Uhren erforscht, ist eine recht junge Wissenschaft, der in der Mitte des letzten Jahrhunderts der Durchbruch und die wissenschaftliche Anerkennung gelang. Der deutsche Biologe Jürgen Aschoff leitete in den 60/70er Jahren das Max-Planck-Institut für Verhaltensphysiologie in Andechs. Hier errichtete Aschoff den „Andechser Bunker“: zwei Räume ohne Kontakt zur Außenwelt, ohne Uhren, Tageslicht und ohne Wecker. Die Testpersonen lebten wochenlang in dem Bunker und schnell stellte sich heraus, dass der Mensch eine physiologische Zeitmessung hat, die um rund eine Stunde von dem 24 Stunden Tag abwich. In unserem normalen Alltag, synchronisieren sich innere und äußere Uhr auf einen 24 Stunden Rhythmus. Der Taktgeber zu dieser Synchronisation ist das Sonnenlicht.

Doch wir besitzen nicht nur eine innere Uhr die unser Schlaf- und Wachverhalten steuert, sondern Organ- Muskel- und Stoffwechseluhren, die alle miteinander zu einem hochkomplexen Ganzen verwoben sind.

Da die inneren Uhren vererbt werden, reagieren Menschen ganz unterschiedlich. Am deutlichsten wird es in den Typen Frühaufsteher (Lerchen) oder Langschläfer (Eulen). Der Frühaufsteher hat sein Leistungsgipfel in der ersten Tageshälfte, der Längschläfer in der zweiten Hälfte. Wissen Sie welcher Typ Sie sind? Wenn nicht, machen Sie den Test.

Erfindungen wie elektrisches Licht, Schichtarbeit, Flugzeuge (Jetlag) erschweren den Einklang mit unserem biologischen Rhythmus und führen dazu, das viele Menschen in einem permanenten Jetlag leben. Wir alle kennen das Gefühl der Zeitumstellungen zu Beginn und am Ende des Sommers, das Gefühl einzuschlafen, wenn der Körper meint es sei noch zu früh oder zu erwachen, wenn der Körper noch weiteren Schlaf benötigt. Diese „Spiel mit der Uhr“ wie es der Chronobiologe Karl Hecht ausdrückte, kostet weltweit Tausende von Menschenleben. Unausgeschlafene verursachen häufiger Unfälle. Untersuchungen in Nordamerika bestätigen diese Theorie. Andersherum haben die Moskauer Verkehrsbetriebe die Schichten nach dem Typus vergeben: „Lerchen“ fahren die Frühzüge der Moskauer U-Bahn und „Eulen“ die Abendzüge. Dadurch ist die Unfallquote durch menschliches Versagen auf Null gesunken.²

Der Rhythmus von Schlafen und Wachen, lässt sich auch auf den Rhythmus von Belastung und Erholung übertragen. Dieser sogenannte „Basis-Ruhe-Aktivitäts-Zyklus BRAC“ ist ein 2 stündiger Rhythmus, der aus einer ca. 90 minütigen Aktivierungsphase und einer rund 30 minütigen Deaktivierungsphase besteht. In der Aktivierungsphase spüren wir Kraft, Stärke, Selbstbewusstsein und Entscheidungsfreude. Wenn diese „Kräfte“ nachlassen, beginnt die Deaktivierungs- oder Regenerationsphase. Diese Phase manifestiert sich in Gähnen, Seufzen, Abwesenheit, Schläfrigkeit und Tagträumen. Das sind die Momente, die wir durch kurze Pausen ausleben sollten. Wer diese Phasen durch Kaffee oder andere Stimulanzien überlagert, der verbraucht seine Energiereserven und bringt sein Körper-Seele-Gleichgewicht in Unordnung, was wiederum die Grundlage psychosomatischer Erkrankungen ist. Das Burnout Syndrom ist z.B. eine der Folgen eines Lebens am Limit. Um zwischendurch Kraft zu tanken empfehlen wir am Tag ein Kurzschlaf einzufügen.

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Andreas Horlitz ist der erste Künstler der die innere Uhr in ein Kunstwerk umsetzte. Für die Räume der Gerling Versicherung in Düsseldorf, entwarf Andreas Horlitz eine 25 Meter hohe Säule, die in ihren horizontalen Balken die Aktivitäten eines Menschen visualisieren. Bei dem Menschen handelt es sich um den Schweizer Schlafforscher Alexander Borbély, der sieben Jahre lang einen Aktivitätsmesser am Unterarm trug. Anhand der Balken lassen sich u.a. Borbèlys Reisen durch die Zeitzonen nachvollziehen.

¹ Vor 350 Millionen Jahren benötigte die Erde 400 Tage um die Sonne zu umkreisen, der Tag hatte 25 Stunden.

² Karl Hecht, Gut schlafen, Hamburg, 2002

Träumen Hunde, Katzen, Vögel?

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Fritz, unser Redaktionshund liegt an seinem Platz, strampelt wild und gluckst, das entfernt an Bellen erinnert. Der Hund träumt und das ist eine schöne Gelegenheit sich mit dem Schlaf der Tiere zu beschäftigen.

Träumen Hunde, Katzen, Vögel? Da man Tiere nicht zu ihrem Schlafverhalten befragen kann, sind Schlafforscher auf Messungen und Beobachtungen angewiesen. Fest steht, dass die meisten Säugetiere und viele Vogelarten, einen Teil ihres Schlafs in der REM Phase verbringen. Die REM Phase ist bei uns Menschen die Phase, in der wir am stärksten träumen. Jungtiere besitzten (wi Kleinkinder) einen höheren Anteil REM Schlaf als Erwachsene. Die Frage ob diese Gehirnaktivitäten bedeuten, dass die Tiere ihren Traum auch wirklich erleben, können Schlafforschernicht  beantworten.

Eine Besonderheit in der Tierwelt ist der Halbhirnschlaf. Dabei schläft immer nur eine Hirnhälfte und es ist auch nur ein Auge geöffnet. Einige Vogelarten, Delfine, Seelöwen und Seebären praktizieren diese Art der Erholung. Der russische Zoologe Lev Mukametow¹ hat in seinem Moskauer Schlaflabor über Jahre die Schlafgewohnheiten der frei im Becken schwimmenden Delfine aufgezeichnet. Der Grund für den Halbhirnschlaf der Delfine liegt in der Atmung der Tiere. Menschen atmen sowohl willkürlich wie unwillkürlich. Da Delfine nur willkürlich atmen, muß das Atemzentrum im Gehirn ein Mindestmaß an Nervenaktivitäten aufweisen. Interessant ist, das z.B. Seelöwen im Wasser den Halbhirnschlaf praktizieren, während sie an Land mit beiden Hirnhälften schlafen.

Die meisten Säugetiere zeigen ähnliche Schlafmuster, aber die die Schlafgewohnheiten sind doch sehr unterschiedlich. Folgende Tabelle (aus Wikipedia.de) zeigt die Schlafdauer und den Anteil des Traumschlafs:

Tierart Schlaf
in Stunden
pro Tag
Anteil der
REM-Phase
am Schlaf
Augenposition
während
des Schlafes
Kleine Taschenmaus 20,1 16% beide geschlossen
Braune Fledermaus 19,9 10% beide geschlossen
Südliches Opossum 19,4 10% beide geschlossen
Nachtaffe 17,0 11% beide geschlossen
Katze 13,2 26% beide geschlossen
Taube 11,9 8% ein Auge manchmal offen
Haushuhn 11,8 10% ein Auge manchmal offen
Schimpanse 10,8 15% beide geschlossen
Hund 10,7 29% beide geschlossen
Kaiserpinguin 10,5 13% ein Auge manchmal offen
Fruchtfliegen 10,0 0% keine Augenlider
Ente 9,1 16% ein Auge manchmal offen
Kaninchen 8,7 14% beide geschlossen
Schwein 8,4 26% beide geschlossen
Asiatischer Elefant 5,3 34% beide geschlossen
Kuh 4,0 19% beide geschlossen
Pferd 2,9 27% beide geschlossen
Giraffe 1,9 21% beide geschlosse

Kuh und Reh schlafen z.B. im Stehen und können dabei wiederkäuen. Allerdings gleicht diese Schlafphase eher dem Dösen. In seinem Buch Das Geheimnis des Schlafs berichtet Alexander Borbely von Untersuchungen zum Verhältnis Stoffwechsel und Schlaf. „Kleine Tiere, die im allgemeinen einen intensiven Stoffwechsel haben und die gewöhnlich auch nicht lange leben (so hat zum Beispiel der Igel eine Lebensdauer von nur etwa 6 Jahren), schlafen länger als die großen Tiere mit niedrigem Stoffwechsel und langer Lebensdauer (das Pferd hat eine Lebensdauer von etwa 46 Jahren).“ Je weiter unten eine Tierart jedoch auf der Leiter der Hirnentwicklung steht, desto weniger wahrscheinlich dürften Schlaf und Traum sein.

Die Wissenschaftlerin Irene Tobler-Borbely beschäftigt sich mit dem Schlaf der Tiere. Sie hat festgestellt, das die meisten Tiere polyphasische Schläfer sind, also mehrere kurze Schlafphasen über 24 Stunden verteilt einlegen. Tobler-Borbely hat Zirkuselefanten beobachtet: sie geistern nachts herum, fressen, trinken und legen ihren Rüssel auf andere Elefanten. Die Jungtiere scheinen es überhaupt nicht zu mögen, wenn ihre Mutter schläft. Sie wird bedrängt und getrietzt bis sie aufwacht.²

Im Tierreich kommen alle denkbaren Schlafpositionen vor. Stehend, sitzend, liegend, ausgestreckt, zusammengerollt, in Seitenlagen, kopfüber hängend, auf einem Bein oder wie viele Vögel in der „Zudeckhaltung“: hockend auf Bauch und Hinterbeinen, den Kopf unter einem Flügel verborgen. In China fand man einen versteinerten schlafenden Dinosaurier in dieser Hatung. Haben Sie sich schon einmal gefragt warum Vögel im Schlaf nicht vom Ast fallen? Wir Menschen müsen Muskeln aktivieren um etwas greifen zu können, Vögel hingegen müssen ihre Muskeln aktivieren um ihren Griff zu lösen. Unser Redaktionshund Fritz dreht sich zum Einschlafen trampelnd im Kreis, um sich ein bequemes Nest zu bereiten, Elefanten suchen wie oben beschrieben den Körperkontakt zu Artgenossen und der Putzerfisch umgibt sich während des Schlafs mit einer schützenden Schleimschicht. Fregattvögel und Mauersegler können sogar während des Flugs schlafen.

Mit fragwürdigen Tests hat Prof. Allan Rechtschaffen nachgewiesen, das Schlafentzug oder Schlafunterbrechungen tödlich seien können. Er hinderte Ratten an ihrem Schlaf. Das Fell der Tiere wurde stumpfer und dünner, die Haut war mit fortschreitendem Experiment mit Wunden übersät die nicht verheilten, die Ausschüttung von Stresshormonen stieg an, trotz erhöhter Nahrungsaufnahme magerten die Tiere ab und der Tod trat nach zwei bis drei Wochen ein. Das entspricht dem Zeitrau, den Ratten ohne Nahrung überleben können. Wieviele Tiere dafür sterben mussten ist nicht überliefert.

Mit dieser traurigen Episode möchten wir Sie allerdings nicht verabschieden. Seit 2009 haben annähernd 25 Mio. Menschen bei youtube „Bizkit, der schlafenden Hund“ gesehen. Falls Sie nicht dazu gehören, hier ist der Film:

¹Lev Mukametov hat in der UdSSR Delfine für die Marine ausgebildet. Was aus diesen Tieren geworden ist finden Sie in einem Beitrag von Spiegel online aus dem Jahr 1998.

² Den Beitrag von Alice Werner über Frau Tobler-Borbelys Arbeit finden Sie hier.

Das Geheimnis des Schlafs

Alexander Borbèly ist emeritierte Professor der Universität Zürich, Pharmakologe, Schlafforscher und Verfasser zahlreicher Schriften zum Thema Schlaf.

Unter anderem veröffentlichte er 1984 das Standartwerk „Das Geheimis des Schlafs“ das in einer gut lesbaren und navigierbaren Online-Ausgabe (oder als Pdf-Datei zum download)  vorliegt.

Das umfassende  Buch ist eine Empfehlung für jeden, der Interesse am Thema Schlaf hat und sich allumfassend informieren möchte. Hier die Kapitelübersicht:

1. Der Schlaf im Wandel des Zeit

2. Wissenschaftler untersuchen den Schlaf: Die verschiedenen Schlafstadien

3. Schlaf – ein Thema mit Variationen

4. Träumen

5. Schlafmittel

6. „Ich habe die ganze Nacht kein Auge zugemacht“ Schlaf und Wachstörungen

7. Vom Schlaf der Tiere

8. Schlaf und Gehirn

9. Die Suche nach körpereigenen Schlafstoffen

10. Schlafentzug

11. Schlaf als biologischer Rhytmus

12. Wozu dient der Schlaf? Versuch einer Synthese