Schlaffragmentation und Dynamik von Schlaf-Wachübergängen

Viele Schlafstörungen manifestieren sich in Schlaffragmentation. Zur quantitativen Erfassung von Schlaffragmentation stehen bisher nur einfache summarische Maße zur Verfügung. Angegeben wird die Summe der Arousal, die Summe der Aufwachereignisse und die Schlafeffizienz als Ausdruck der Wachzeit in Relation zur gesamten Schlafzeit (TST). Gelegentlich wird auch die Zahl der Übergänge zwischen Schlafstadien angegeben, jedoch existieren hierfür keine Normwerte, die eine Bewertung ermöglichen würden.

Im Versuch, ein neues Maß für die Schlaffragmentation zu entwickeln, haben wir die Verteilung der Dauer einzelner Schlafstadien und der dazwischen auftretenden Wachphasen berechnet und weiter untersucht. Es zeigte sich, dass die Verteilungen aller Schlafstadien ähnlich sind und alle einer Exponentialverteilung mit unterschiedlichen Zeitkonstanten folgen. Im Unterschied dazu folgt die Verteilung der Wachphasen einem Potenzgesetz. Das Exponentialgesetz gilt für universelle zufällige Prozesse z.B. Würflen, molekulare Stöße. Das Potenzgesetz gilt dagegen für Zellteilung und aktiv regulierte Prozesse.

Es zeigte sich, dass die Verteilungen der Schlafphasen und der Wachphasen von gesunden Probanden gegenüber denen von Patienten mit Schlafapnoe nicht grundsätzlich unterschiedlich sind. Allein die Konstanten waren verschieden. Insbesondere zeigte sich eine Verschiebung zu kürzeren und dafür häufigeren Wachphasen.

Wir haben dann die Schlaf-Wachphasen von drei Tiermodellen untersucht: Maus (n=5), Ratte (n=12), Katze (n=9) und diese mit den Ergebnissen der Menschen (n=52) verglichen. Auch wenn diese Tiere komplett andere Schlaf-Wachmuster zeigen, so folgte doch die Verteilung wiederum dem Exponentialgesetz für die Schlafphasen und dem Potenzgesetz für die Wachphasen. Die Konstante des Potenzgesetzes war für alle Spezies ähnlich. Dagegen zeigte die Konstante für das Exponentialgesetz eher eine Abhängigkeit vom Körpergewicht dahingehend, dass größere Lebewesen längere Schlafphasen aufweisen. Ob dieser Zusammenhang ein linearer ist, wie zunächst vermutet, muss in weiteren Schlafstudien untersucht werden.

Literatur: Lo CC, Chou T, Penzel T, Scammell TE, Strecker RE, Stanley HE, Ivanov PC. Common scale-invariant patterns of sleep-wake transitions across mammalian species. Proc. Natl. Acad. Sci. 101: 17545–17548 (2004)