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Wie Melatonin den Schlaf auslöst

Obwohl weithin bekannt als das "Schlafhormon", ist die genaue Rolle von Melatonin im Schlaf bei weitem nicht vollständig verstanden. Wir kennen viele Zusammenhänge zwischen Melatonin und Schlaf: Die Hormonspiegel steigen nachts und fallen tagsüber, reguliert durch dieselben circadianen Rhythmen, die den Schlaf steuern. Störungen des Melatoninspiegels gehen mit Schlafstörungen einher. Aber wie genau beeinflusst Melatonin den Schlaf und unsere Schlaf- und Wachzyklen? Das verstehen wir noch nicht wirklich. Wissenschaftler von Caltech wollten mehr über die genaue Rolle von Melatonin im Schlaf erfahren und teilten kürzlich ihre Ergebnisse mit. Ihre Erkenntnisse werfen ein neues Licht auf, wie wichtig Melatonin für den Schlaf ist und wie es funktionieren kann, Schlaf hervorzurufen.

Um die Auswirkungen von Melatonin auf den Schlaf genauer zu untersuchen, untersuchten die Forscher die schlafbezogenen Funktionen von Melatonin in Zebrafischlarven. Diese winzigen Organismen haben einen dem Menschen ähnlichen Tageszyklus. Sie sind tagsüber wach und schlafen nachts, währenddessen der Melatoninspiegel am höchsten ist. Die Forscher verglichen das Schlaf-Wach-Muster von normalen Zebrafisch-Larven mit Zebrafisch-Larven, die aufgrund einer Genmutation kein Melatonin produzieren konnten. Die Fischlarven mit Melatoninmangel schliefen deutlich weniger als die melatoninproduzierenden, etwa halb so lange. Das Einschlafen der Fischlarven ohne Melatonin dauerte ebenfalls doppelt so lange.

Die Forscher gingen noch einen Schritt weiter und verhinderten vorübergehend, dass die normalen Zebrafischlarven Melatonin produzieren, indem sie die Zellen in ihrer Zirbeldrüse beeinträchtigten. (In der Zirbeldrüse wird beim Menschen auch Melatonin produziert.) Ohne die Fähigkeit, Melatonin zu erzeugen, zeigten die Zebrafischlarven drastische Veränderungen ihres Schlafmusters. Sie begannen in der gleichen Menge zu schlafen wie die genetisch mutierten Fischlarven, etwa halb so viel, wie sie geschlafen hatten, als sie Melatonin produzieren konnten. Als die Forscher aufhörten, die Fischlarven daran zu hindern, Melatonin zu produzieren, und sie begannen, es wieder auf natürliche Weise zu produzieren, kehrte ihr Schlaf auf seine normalen Werte zurück.

Diese Ergebnisse deuten stark darauf hin, dass Melatonin sowohl beim Einschlafen als auch beim Schlafen für eine normale, gesunde Dauer während der Nacht eine direkte Rolle spielt.

Die Forscher untersuchten auch, wie Melatonin im Verhältnis zu den Tageszeiten der Zebrafischlarven und ihren Schlaf-Wach-Zyklen funktioniert. Sie setzten zunächst sowohl die normalen Zebrafischlarven als auch die genetisch mutierten Zebrafischlarven einem regelmäßigen Muster von Tag und Nacht aus - 14 Stunden Licht und 10 Stunden Dunkelheit. Dies etablierte die Larven mit circadianen Uhren, die synchron mit dem Licht und der Dunkelheit arbeiteten. Dann brachten sie beide Arten von Fischlarven in eine Umgebung völliger Dunkelheit. Die Fische, die Melatonin produzierten, behielten auf natürliche Weise ihren normalen circadianen Zyklus von Schlaf und Wachsamkeit bei, auch ohne routinemäßige Lichtexposition.

Aber die genetisch mutierten Zebrafische, die kein Melatonin produzieren konnten, verloren alle zirkadianen Muster oder Rhythmen im Schlaf. Ohne Melatonin könnten die Fischlarven keine circadianen Zyklen von Schlaf und Wachheit aufrechterhalten. Dies war eine Überraschung für die Forscher und deutet nachdrücklich darauf hin, dass Melatonin nicht nur für die circadianen Schlaf-Wach-Zyklen nützlich und hilfreich ist, sondern für sie auch von wesentlicher Bedeutung ist.

Ausgehend von diesem Verständnis, dass Melatonin für das Funktionieren circadianer Schlafzyklen erforderlich ist, wollten die Forscher zunächst wissen, wie Melatonin diesen regulatorischen Einfluss ausübt. Sie untersuchten die Beziehung zwischen Melatonin und Adenosin, einem Neurotransmitter, von dem angenommen wird, dass er beim Menschen eine wichtige Rolle im homöostatischen Schlafsystem des Körpers spielt - unserem inneren Antrieb zu schlafen. Beim Menschen steigt der Adenosinspiegel im Laufe des Tages im Gehirn an. Dieser Aufbau von Adenosin geht mit einem zunehmenden Gefühl der Müdigkeit und des Schlafbedürfnisses einher. Der Adenosinspiegel sinkt im Schlaf.

Die Forscher gaben sowohl normale Zebrafischlarven als auch die Melatonin-defizienten Larven in Dosen eines Arzneimittels, das Adenosin stimulierte. Die beiden Fischgruppen reagierten sehr unterschiedlich. Das Adenosin hatte keine Wirkung auf die normalen Zebrafischlarven. Bei den Melatonin-defizienten Fischlarven beobachteten die Forscher signifikante Veränderungen im Schlaf. Die genetisch mutierten Fischlarven begannen normal zu schlafen, ähnlich wie die Fische, die Melatonin produzieren konnten.

Diese Ergebnisse legen auch nahe, dass Melatonin eine Brücke zwischen den beiden leistungsfähigen Systemen darstellt, die den Schlaf steuern: dem circadianen System und dem homöostatischen Schlafsystem. Wir wissen, dass beide Systeme Einfluss auf den Schlaf ausüben und zusammen unseren 24-Stunden-Grundzyklus aus einer langen, konsolidierten Schlafphase und einer längeren Wachphase bilden. Die Wissenschaft muss jedoch noch eine direkte, konkrete Verbindung zwischen diesen beiden Systemen herstellen oder aufdecken. Diese Forschung bietet viele neue Details darüber, wie Melatonin tatsächlich im Namen des Schlafs wirkt, sowie erste Hinweise auf eine direkte Verbindung zwischen unseren beiden Schlafsystemen.

Als nächstes werden die jüngsten wissenschaftlichen Durchbrüche untersucht, um zu verstehen, wie Melatonin die Gesundheit und Krankheit beeinflusst, sowie neue therapeutische Möglichkeiten für Melatonin.

Süße Träume,

Michael J. Breus, PhD
Der Schlafarzt ™

Referenz

Publish Date : 01/01/1970