Wer kennt es nicht? Man hat schlecht und viel zu kurz geschlafen und das Aufstehen fällt dementsprechend schwer. Die Stimmung ist im Keller und nur ein Kaffee kann den Morgen einigermaßen erträglich machen.
Das passiert vielen Menschen täglich. So schläft mit sechs Stunden circa ein Viertel der Deutschen an der unteren Grenze des empfohlenen Schlafwertes. Ein weiteres Viertel sogar noch weniger (Techniker Krankenkasse, 2017). Die Gründe hierfür sind vielzählig.
Solltest du dich von diesen Worten angesprochen fühlen, könntest du entweder zu dem Drittel der Deutschen gehören, die unter Schlafstörungen leiden oder du könntest eventuell einen unpassenden Tag – Nacht – Rhythmus haben (Techniker Krankenkasse, 2017). Bei letzterem ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass du zu den Nachteulen gehörst, die erst abends aktiv werden und gerne lange ausschlafen. In der Fachsprache spricht man dabei von “Chronotypen”, mit denen Menschen verschiedenen biologischen Tagesrhythmen zugeordnet werden (Wittmann, Dinich, Merrow & Roenneberg, 2006).
Eine kleine Einführung zum Tag – Nacht – Rhythmus:
Menschen besitzen, wie die meisten Tiere auch, einen natürlichen Rhythmus von Schlafen und Wachsein, den sogenannten circadianen Rhythmus, der durch externe Einflüsse, insbesondere Licht, gesteuert wird. Aufgrund des natürlichen Lichts der Sonne entspricht dieser Rhythmus ungefähr 24 Stunden, also einem Tag. Damit dieser Rhythmus auch eingehalten wird, muss der Körper entsprechend gesteuert werden. Die Müdigkeit muss einsetzen, die Körpertemperatur gesenkt und die Herzrate reduziert werden. Diese Steuerung übernimmt im Körper das Hormon Melatonin, welches entsprechend des Tagesrhythmus weniger oder mehr ausgeschüttet wird. Das in der Zirbeldrüse produzierte Hormon wird bei sinkendem Licht verstärkt ausgeschüttet, Licht wiederum hemmt die Produktion (Brzezinski, 1997; Hammer & Wamsganß, 2020).
Die Zugehörigkeit zu einem Chronotyp allein führt jedoch noch nicht zu Schlafmangel und morgendlicher Müdigkeit. Erst im Zusammenspiel mit den sozial vorgeschriebenen Arbeits- und Schulzeiten, die für den späten Chronotypen meist deutlich zu früh beginnen, wird es problematisch. Diese fehlende Übereinstimmung von natürlichem und sozialem Schlafrhythmus, und die daraus entstehenden negativen Konsequenzen, werden auch „Social Jetlag“ genannt (Wittmann et al., 2006). Der Name weist bereits darauf hin, dass die Auswirkungen des Schlafmangels vergleichbar mit denen eines klassischen Jetlags nach einem Flug durch verschiedene Zeitzonen sind. Das Problem dabei: Der klassische Jetlag betrifft Wenige für eine kurze Zeit. Vom Social Jetlag sind große Teile der Bevölkerung, insbesondere Jugendliche und junge Erwachsene, betroffen und das Tag für Tag (Wittmann et al., 2006).
Welche Auswirkungen zu wenig Schlaf grundsätzlich haben kann, dürfte jeder schon einmal selbst erlebt haben: Die Stimmung ist schlecht, man ist gereizt und fühlt sich generell nicht voll leistungsfähig. Diese Erfahrungen können auch zahlreiche wissenschaftliche Studien belegen, die die Konsequenzen von Schlafentzug oder nicht ausreichendem Schlaf untersucht haben. So ist die kognitive Leistungsfähigkeit eingeschränkt, die Konzentration sinkt und die Gefahr von Fehlern, beispielsweise im Straßenverkehr, steigt an (Killgore, 2010). Schlafmangel hat also nicht nur Relevanz für unsere Stimmung, sondern kann auch sehr ernste Folgen haben, wenn etwa müdigkeitsbedingte Autounfälle geschehen.
Müdigkeit ist also für niemanden erstrebenswert, doch wie lässt sie sich effektiv bekämpfen? Für dieses Problem scheint es zwei Lösungen zu geben: Entweder werden die sozialen oder aber die biologischen Rhythmen verändert. Ersteres wird mit flexiblen Arbeitszeiten und anderen Arbeitsmodellen bereits ansatzweise umgesetzt. Doch wie schaffen wir es in Zukunft, unseren biologischen Rhythmus anzupassen? Die Antwort auf diese Frage versuchen Psycholog:innen und Biolog:innen schon länger zu beantworten. Dabei scheint das oben genannte Melatonin eine besondere Rolle zu spielen.
Eine Studie, die sich mit diesem Problem und einer möglichen Lösung näher beschäftigt hat, soll im Folgenden vorgestellt werden: Zerbini, Kantermann & Merrow (2018) stellen in ihrem Artikel „Strategies to decrease social jetlag: Reducing evening blue light advances sleep and melatonin“ zwei Interventionsstudien vor, in denen jeweils eine Strategie zur Reduktion des Social Jetlag durch die Änderung der Lichtverhältnisse, denen die Probanden täglich ausgesetzt waren, untersucht wurde. In der ersten Studie sollten die Proband:innen vor dem Schlafengehen eine Brille tragen, die kurzwelliges bzw. blaues Licht (~480 nm) filtert. In der zweiten Studie wurde Proband:innen aufgetragen, nachts mit geöffneten Vorhängen zu schlafen, um infolgedessen mehr Morgenlicht ausgesetzt zu sein. Auch wenn beide Interventionsstrategien über unterschiedliche Studienpläne realisiert wurden, lag ihnen eine gemeinsame Hypothese zugrunde: Beide Interventionen sollten bei Personen mit einem späten Chronotypen zu einem zeitlichen Vorrücken der biologischen Uhr führen, was frühere Schlafenszeiten und eine längere Schlafdauer an Werktagen sowie geringeren „Überschlaf“ an arbeitsfreien Tagen mit sich bringen würde. Dadurch soll es zu einer Reduktion des Social Jetlags kommen.
Was genau haben die Forscher:innen gemacht?
In der ersten Studie wurde in einer Stichprobe von 38 gesunden jungen Erwachsenen mithilfe eines Fragebogens zunächst der Chronotyp (individueller Schlaf- Wach- Rhythmus) und der Social Jetlag erfasst. Die vierwöchige Studie gliederte sich in eine jeweils zweiwöchige Baseline- (Erfassung des Schlaf- Wach- Rhythmus) und Experimentalphase, in der Versuchspersonen eine blaulichtfilternde Brille tragen sollten. Diese sollte abends über einen festgelegten Zeitraum getragen werden. Die Kontrollgruppe trug eine Brille mit klaren Gläsern.
In der zweiten Studie schliefen die Teilnehmer:innen in der Kontrollgruppe während der 30-tägigen Studiendauer täglich mit geschlossenen Vorhängen. Die Experimentalgruppe wiederum schlief während der ersten 10 Tage mit geschlossenen Vorhängen (Baseline), dann für 14 Tage mit geöffneten und schließlich wieder 7 Tage mit geschlossenen Vorhängen. Mithilfe eines Fragebogens wurde erfasst, ob sich geöffnete Vorhänge auf die subjektive Schlafqualität auswirken. In beiden Studien erfolgte eine zufällige Gruppenzuweisung.
Welche Verhaltensweisen und physiologischen Parameter wurden wie erfasst?
Die Proband:innen beider Studien sollten täglich ein Schlaftagebuch führen und trugen an ihrem Arm ein Actimeter zur Messung der Bewegungs- und Lichtintensität. Die circadiane Phase wurde mithilfe des Chronotyps, der aktivsten Tageszeit und des dim-light melatonin onsets (DLMO) erfasst.
|
Der DLMO wird benutzt, um einen Einblick in den Circadianen Rhythmus der Person zu bekommen. Das DLMO beschreibt die Tageszeit, in der sich die Melatonin Konzentration zum ersten Mal über die Baseline erhöht. Dabei wird die Konzentration zu mehreren Zeitpunkten unter gedämmtem, abendlichem Licht gemessen, um neben verhaltensorienterten Maßen auch physiologische Rückschlüsse auf den individuellen circadianischen Rhythmus ziehen zu können (Brzezinski, 1997; Pandi-Perumal, et al., 2007; Kennaway, 2019). |
Zur Bestimmung des DLMO sollten sich die Versuchsteilnehmenden jeden Freitagabend mehrere Speichelproben, vor und nach der gewöhnlichen Schlafenszeit, selbst entnehmen und diese ins Labor schicken. Dort wurden die Proben mit einer speziellen Methode analysiert (mehr dazu im Infokasten).
Das Radioimmunoassay (RIA)
Wie kann die Konzentration organischer Substanzen, wie Melatonin, gemessen werden?
Eine Antwort auf diese Frage bietet das Radioimmunoassay, welches neben der Melatoninkonzentration auch Substanzen wie z.B. Rauschgifte, Viren und andere Hormone messen kann (Verspohl, 1975; Voultsios, Kennaway, Dawson, 1997). Neben ihrer hervorragenden Sensitivität, Spezifität sowie breiter Anwendbarkeit ist der geringe Arbeitsaufwand ein besonderer Pluspunkt, die diese Methode für sich verzeichnen kann (Eckert & Strecker, 1978; Yalow 1982). Besonders mit den mittlerweile kommerzialisierten Test-Kits wird die Durchführung des Verfahrens zugänglich gemacht, sodass meist nur eine Probe der zu bestimmenden Substanz benötigt wird (Kennaway, 2019). Diese Proben werden zumeist aus Blut oder Speichel entnommen, gereinigt und von Fremdkörpern isoliert, um eine reibungslose Untersuchbarkeit zu gewährleisten (Eckert & Strecker, 1978; Grange, Thompson & Lambert, 2014; Voultsios et al., 1997).
Der Vorgang: Allgemein basiert das Verfahren auf dem „Schlüssel-Schloss-Prinzip“, bei dem ein Antigen (die Melatoninprobe) sich an einen Antikörper bindet (Eckert & Strecker, 1978). Zuerst wird der Probe ein Teil radioaktiv markiertes Antigen beigemischt und zusammen mit einem passenden Antikörper vermischt, sodass diese sich miteinander verbinden können. Beide Mengen sind dabei festgelegt. Im nächsten Schritt wird das unmarkierte Antigen (=Melatonin), bei der die Menge noch nicht bekannt ist, dazugegeben und die Konzentration immer weiter erhöht (Almeida et al., 2010). Da keine weiteren Antikörper und damit Bindungsplätze hinzugefügt werden, konkurrieren die unmarkierten und markierten Antigene um Bindungsplätze.
Das bedeutet: Umso höher die Konzentration des unmarkierten Antigens, desto höher ist die Chance einer Bindung an den Antikörper. Im Umkehrschluss kann sich weniger radioaktiv markiertes Antigen binden und liegt frei vor (Grange et al., 2014). Anschließend werden die gebundenen Antikörper-Antigen-Verbindungen von den restlichen frei vorliegenden Antigenen getrennt (Eckert & Strecker, 1978).
Die Auswertung: Dafür wird die Radioaktivität der gebundenen Teilchen gemessen und mathematisch die Menge des radioaktiven Antigens errechnet. Prinzipiell kann man sagen, dass bei höherer Radioaktivität die Konzentration in der Probe enthaltenen Melatonins geringer ist. Die genauen Werte werden dabei auf einer Eichkurve abgelesen. Es erfolgt somit eine indirekte Erfassung durch die Messung der Radioaktivität (Grange et al., 2014).
Was konnten die Forscher:innen bei ihrer Untersuchung feststellen?
Im Versuch mit den Blaulichtfilterbrillen stellten sich in der Experimentalgruppe unter der Woche insgesamt statistisch bedeutsame Veränderungen gegenüber der Kontrollgruppe in der Schlafenszeit der Versuchsteilnehmenden ein. Im Schnitt gingen sie ca. eine halbe Stunde früher zu Bett. Auch in der zweiten Woche gingen sie früher ins Bett, die Unterschiede zur Kontrollgruppe waren allerdings nicht mehr statistisch bedeutsam. Die Veränderungen des Schlafbeginns spiegelten insgesamt die Veränderungen im DLMO wider. Die Autor:innen gingen daraufhin der Frage nach, wieso die Intervention in der zweiten Woche zu keinen Veränderungen mehr führte und schauten sich die individuellen DLMO-Werte der Experimentalgruppe an. Sie identifizierten drei verschiedene Reaktionen auf die Intervention:
- Gelungene Intervention über ganze Spanne
- Gelungene Intervention in der ersten Woche und anschließender Rückfall
- Gescheiterte Intervention über den gesamten Zeitraum
Die Forscher:innen stellten zudem fest, dass das Ausmaß an Lichtexposition zwischen den Gruppen über die Zeit variierte, dies aber nicht in statistisch signifikantem Ausmaß. Zwischen den Gruppen und über die Zeit ergaben sich keine Veränderungen im Social Jetlag, in der Schlafenszeit und -dauer an arbeitsfreien Tagen, auch wenn die Interventionsgruppe in der ersten Woche im Trend länger schlief als vor der Intervention. Zudem ergaben sich über die Zeit und zwischen den Gruppen keine Unterschiede im Aktivitätshöhepunkt, weder an Arbeits- noch an arbeitsfreien Tagen.
Die Auswertung der zweiten Studie ergab, dass während der Interventionsphase geöffnete Vorhänge die morgendliche Lichtintensität im Schlafzimmer erhöhten. Darüber hinaus konnte für keine der untersuchten Variablen ein Unterschied in den Gruppen festgestellt werden. Allerdings gab es einen Zusammenhang zwischen dem Lichtlevel im Schlafzimmer und dem DLMO. Bei Personen, deren Zimmer morgens deutlich heller war, setzte der Melatoninanstieg also abends auch früher ein.
Sprich: Eine Veränderung im DLMO während der ersten Interventionswoche hängt mit der Veränderung der Lichtintensität in der Interventionsgruppe zusammen.
Wie lassen sich die (nicht) gefundenen Ergebnisse erklären und einordnen?
Das Ziel der Studie war es, den Social Jetlag der Versuchteilnehmenden mithilfe von einfachen Mitteln, genauer gesagt mithilfe von Blaulichtfilterbrillen und verändertem Lichteinfall im Schlafzimmer, zu verringern. Dadurch sollte eine einfache Übertragbarkeit und Anwendbarkeit im Alltag gewährleistet werden. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Blaulichtfilterbrille tatsächlich zu einer früheren Schlafenszeit unter der Woche führte. Das Schlafen ohne Vorhänge hatte allerdings keine Auswirkungen. Ebenso wenig konnten die Schlafenszeit an arbeitsfreien Tagen verändert und der Social Jetlag durch die Intervention verringert werden.
Die Autor:innen präsentieren zwei mögliche Erklärungen, warum der Social Jetlag sich kaum veränderte:
Zum einen gingen Versuchspersonen unter der Woche früher schlafen, am Wochenende jedoch nicht. Dadurch, dass sich nur einer dieser beiden Zeitpunkte veränderte, verringerte sich die Differenz der Zeitpunkte nicht und damit gab es auch keine Veränderung des Social Jetlags. Doch warum gab es keine Veränderung der Schlafensgehzeit am Wochenende? Die Autor:innen gehen davon aus, dass es zu wenige Erhebungszeiten am Wochenende gab, um eine Veränderung an arbeitsfreien Tagen zu erfassen. So konnten pro Woche nur zwei arbeitsfreie Tage gegenüber fünf Arbeitstagen erfasst werden. Zweitens litten die Proband:innen in beiden Studien von vorneherein an einem relativ geringen Social Jetlag, sodass eine Verbesserung nur begrenzt möglich war.
Die Autor:innen urteilen für die zweite Studie, dass die Lichtintensitäten am Morgen nicht ausgereicht hätten. Sie betonten weiterhin, dass der größte Einfluss des Morgenlichts dann zu erwarten wäre, wenn die Proband:innen auch tatsächlich von diesem geweckt werden. Dieser Umstand konnte ebenfalls nicht sichergestellt werden.
Einige von den Autor:innen selbst genannten Einschränkungen wurden bereits vorgestellt, aber gibt es weitere Schwächen der Studie?
Wie im vorgegangenen Abschnitt angedeutet wurde, sind die wenig standardisierten Umstände, in denen sich die Versuchspersonen befanden, wahrscheinlich ausschlaggebend für die Ergebnisse. So ist vor allem in der zweiten Studie zu bemängeln, dass nur vier Personen tatsächlich intensivem Morgenlicht ausgesetzt waren und so drastisch den Gruppenwert erhöhten. Daraus lassen sich zwei Kritikpunkte ziehen:
-
Die Lichteinwirkung auf alle anderen Gruppenteilnehmer war kaum gegeben, wahrscheinlich bedingt durch mangelnde Ausleuchtung des Raumes.
- Die vier stark betroffenen Personen wurden nicht als Ausreißer behandelt.
Weiterhin wäre eine noch breitere Erfassung an potentiellen Einflussgrößen, die die Ergebnisse verzerren könnten, sinnvoll gewesen. Ein Beispiel wäre die ungenügende Erfassung von physischer Aktivität, welche mitunter großen Einfluss auf Melatoninwerte zeigt (Buxton, Lee, L'Hermite-Baleriaux, Turek & van Cauter, 2003). So wurden physische Aktivitätsdaten aufgrund fehlender Messwerte bei der Auswertung nicht ausreichend berücksichtigt. Hinzukommend zeigt eine Feldstudie von Han & Wang (2017) eine mangelnde Differenzierungsfähigkeit der in der Studie verwendeten Messmethode (Actiograph) auf. Eine Interpretation der Ergebnisse wäre also selbst bei vollständigem Datensatz fragwürdig. Weitere Einflussgrößen, die es zu differenzieren gilt, können in einer Zusammenfassung von Rzepka-Migut und Paprocka (2020) nachgeschlagen werden. Dazu zählt beispielsweise die Einnahme von bestimmten Medikamenten.
Was nehmen wir also aus der Studie mit?
Insgesamt ist festzuhalten, dass die Blockierung von blauem, kurzwelligem Licht am Abend erfolgreicher den DLMO und die Schlafenszeit zu beeinflussen vermag. Wie jede wissenschaftliche Studie weist auch die hier vorgestellte Arbeit Schwächen auf, die man beachten muss, wenn man mögliche Befunde, oder eben nicht gefundene Effekte, interpretieren möchte. In zukünftigen Studien sollten so zum Beispiel individuelle Unterschiede stärker berücksichtigt werden. Die unterschiedlichen Studienergebnisse zeigen aber auch, dass es kein Rezept für früheren oder besseren Schlaf gibt, sondern zahlreiche Strategien, die Jede/r für sich persönlich ausprobieren muss. Vielleicht hilft einigen Menschen das Tragen einer Blaulichterfilterbrille oder das Reduzieren der abendlichen Bildschirmzeit und anderen das Umstellen des Bettes ans Fenster für mehr Licht. Eine Universal-Lösung für morgendliche Müdigkeit scheint damit wohl eher unwahrscheinlich.
Zum Abschluss noch ein paar Fragen an euch:
Haltet ihr es für möglich, eure Gewohnheiten so zu verändern, dass ihr morgens ausgeschlafener seid? Oder sollten wir zukünftig stärker darauf setzen, Schul- und Arbeitszeiten flexibler zu gestalten?
Habt ihr vielleicht sogar konkrete Vorschläge, wie man mit Schlafmangel zukünftig umgehen könnte? Habt ihr vielleicht auch eigene Strategien, die euch helfen, früher schlafen zu gehen? Schreibt es gerne in die Kommentare!
Interesse geweckt?
Hier findest du weitere Beiträge aus der Reihe Wege zur Erforschung des Gehirns
Quellenangabe
Almeida, E. A. de, Di Mascio, P., Harumi, T., Spence, D. W., Moscovitch, A., Hardeland, R. et al. (2011). Measurement of melatonin in body fluids: standards, protocols and procedures. Child's Nervous System: ChNS: Official Journal of the International Society for Pediatric Neurosurgery, 27(6), 879–891.
Brzezinski, A. (1997). Melatonin in humans. The New England Journal of Medicine, 336(3), 186–195.
Buxton, O. M., Lee, C. W., L'Hermite-Baleriaux, M., Turek, F. W. & van Cauter, E. (2003). Exercise elicits phase shifts and acute alterations of melatonin that vary with circadian phase. American Journal of Physiology. Regulatory, Integrative and Comparative Physiology, 284(3), R714-R724.
Chapman, R. S. (1998). Radiolabelling for immunoassay. ISSN 1011-4289. Zugriff am 20.01.2021. Verfügbar unter: https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=RN:29024306
Eckert, H. G. & Strecker, H. (1978). Prinzip und Anwendung des Radioimmunoassays. Die Naturwissenschaften, 65(5), 245–249.
Grange, R. D., Thompson, J. P. & Lambert, D. G. (2014). Radioimmunoassay, enzyme and non-enzyme-based immunoassays. British Journal of Anaesthesia, 112(2), 213–216.
Griefahn, B., Kunemund, C., Brode, P. & Mehnert, P. (2001). Zur Validitat der deutschen Übersetzung des Morningness-Eveningness-Questionnaires von Horne und Ostberg. The Validity of a German Version of the Morningness-Eveningness-Questionnaire Developed by Horne and Ostberg. Somnologie, 5(2), 71–80.
Hammer, R. & Wambsganß, M. (2020). Planen Mit Tageslicht. Grundlagen Für Die Praxis (Essentials Ser). Wiesbaden: Springer Verlag.
Han, K.T. & Wang, P.C. (2017). Validity of Research-Grade Actigraphy Unit for Measuring Exercise Intensity. International Journal of Environmental Research and Public Health, 14(5).
Kennaway, D. J. (2019). A critical review of melatonin assays: Past and present. Journal of Pineal Research, 67(1), e12572.
Killgore, W. D. S. (2010). Effects of sleep deprivation on cognition. Progress in Brain Research, 185, 105–129.
Pandi-Perumal, S. R., Smits, M., Spence, W., Srinivasan, V., Cardinali, D. P., Lowe, A. D. et al. (2007). Dim light melatonin onset (DLMO):A tool for the analysis of circadian phase in human sleep and chronobiological disorders. Progress in Neuro-Psychopharmacology & Biological Psychiatry, 31(1), 1–11
Rzepka-Migut, B. & Paprocka, J. (2020). Melatonin-Measurement Methods and the Factors Modifying the Results. A Systematic Review of the Literature. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(6).
Techniker Krankenkasse. (2017). Schlaf gut, Deutschland. TK-Schlafstudie 2017. Zugriff am 19.01.2021. Verfügbar unter: https://www.tk.de/presse/themen/praevention/gesundheitsstudien/tk-schlafstudie-2017-2036638
Verspohl, E. (1975). Nanogramm-Analytik mit Radioimmunoassay. Pharmazie in unserer Zeit, 4(6), 161–170.
Voultsios, A., Kennaway, D. J. & Dawson, D. (1997). Salivary melatonin as a circadian phase marker: validation and comparison to plasma melatonin. Journal of Biological Rhythms, 12(5), 457–466.
Wittmann, M., Dinich, J., Merrow, M. & Roenneberg, T. (2006). Social jetlag: misalignment of biological and social time. Chronobiology International, 23(1-2), 497–509.
Yalow, R. S. (1982). The limitations of radioimmunoassay (RIA). TrAC Trends in Analytical Chemistry, 1(6), 128–131.
Zerbini, G., Kantermann, T. & Merrow, M. (2020). Strategies to decrease social jetlag: Reducing evening blue light advances sleep and melatonin. The European Journal of Neuroscience, 51(12), 2355–2366.