Schlaf & zirkadiane Rhythmen

1971 meldeten Ronald Konopka und sein Caltech-Betreuer Seymour Benzer in einer PNAS-Arbeit, sie hätten Drosophila-Mutanten mit gestörter zirkadianer Rhythmik isoliert. Die meisten Fliegen schlüpfen um die Morgendämmerung aus der Puppe; die Mutanten schlüpften zu beliebiger Zeit, alle 19 oder alle 28 Stunden. Konopka und Benzer kartierten das betroffene Gen und tauften es period. Damit lag zum ersten Mal ein einzelnes Gen vor, dessen Mutation eine biologische Uhr verstellte — Zeitmessung war eine molekulare Eigenschaft von Zellen. In den folgenden vierzig Jahren arbeiteten Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young die Rückkopplungsschleife heraus, über die period und die Partnergene timeless, clock und cycle Schwingungen von 24 Stunden erzeugen. Der Mechanismus ist tief konserviert; 2017 teilten sich die drei den Nobelpreis.

Die Hauptuhr des Körpers ist der Nucleus suprachiasmaticus, ein Verband von etwa 20.000 Neuronen über der Sehnervenkreuzung. Seine Eigenperiode liegt nahe bei 24 Stunden, aber nicht genau darauf, und angekoppelt an den äußeren Hell-Dunkel-Zyklus wird sie über intrinsisch photosensitive retinale Ganglienzellen, die Melanopsin tragen und direkt zum Kern projizieren. Diese Zellen sprechen am stärksten auf blaues Licht nahe 480 nm an, weshalb blaureiches Bildschirmlicht am Abend den Schlafbeginn hinausschiebt. Über Cortisol (Höchststand kurz vor dem Erwachen), Melatonin (steigt am Abend) und vegetative Signale stimmt der Kern die peripheren Uhren im ganzen Körper aufeinander ab; die Gewebeuhren steuern Insulinempfindlichkeit, Blutdruck und die Wanderung von Immunzellen. Schichtarbeiter — etwa 20 % der weltweiten Erwerbsbevölkerung — leben in chronischer Phasenverschiebung und erkranken häufiger an Typ-2-Diabetes, Herz-Kreislauf-Leiden und bestimmten Krebsarten; die IARC stufte Schichtarbeit 2007 als wahrscheinlich krebserregend ein. Auch der Schlaf selbst ist gegliedert. Das EEG wechselt etwa alle 90 Minuten zwischen dem NREM-Stadium 3, dem Tiefschlaf mit langsamen Wellen — vorherrschend in der ersten Nachthälfte, wenn Wachstumshormon ausgeschüttet und deklaratives Gedächtnis konsolidiert wird — und dem REM-Schlaf, vorherrschend in der zweiten Hälfte und Ort des meisten erzählenden Träumens. Nedergaards Gruppe führte 2012 das glymphatische System ein (Iliff et al., Science Translational Medicine); eine Arbeit in Science von 2013 (Xie et al.) zeigte dann, dass dieser gehirnweite Fluss der Zerebrospinalflüssigkeit, der Beta-Amyloid ausschwemmt, im Tiefschlaf deutlich hochgefahren wird. Matthew Walker hat in Why We Sleep (2017) manche Befunde überzeichnet, doch die Kernzusammenhänge — zwischen chronisch kurzem Schlaf und Alzheimer, Typ-2-Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Depression — sind belastbar.