Wissenschaftler entdecken versteckten Schlaf-Schalter, der Gehirnleistung steigert, Muskeln aufbaut und Fett verbrennt

Technischer Hintergrund

Langfristig könnten sie zur Entwicklung neuer Therapien für Schlafstörungen beitragen, die mit Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes sowie neurodegenerativen Krankheiten wie Parkinson und Alzheimer in Verbindung stehen. „Die Öffentlichkeit weiß zwar, dass die Ausschüttung Schlaf zusammenhängt, aber bisher konnte dies nur durch Blutentnahmen und die Messung der Hormonspiegel während des Schlafs belegt werden", erklärt Xinlu Ding, Erstautorin der Studie und Postdoktorandin am Department of Neuroscience der UC Berkeley. „Wir zeichnen stattdessen direkt die neuronale Aktivität in Mäusen auf, um zu verstehen, was genau abläuft.

So liefern wir ein grundlegendes Schaltkreismodell, an dem in Zukunft neue Therapien entwickelt werden können." Da Wachstumshormone auch den Glukose- und Fettstoffwechsel beeinflussen, kann schlechter Schlaf das Risiko für Fettleibigkeit, Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen erhöhen.

Die für die Regulation der Wachstumshormonausschüttung zuständigen Neuronen befinden sich tief im Hypothalamus, einer bei Säugetieren gemeinsamen Gehirnregion. Dazu gehören Neuronen, die das Wachstumshormon freisetzen (GHRH), sowie zwei Typen, die die Ausschüttung hemmen.

Nach der Freisetzung des Wachstumshormons steigt

Nach der Freisetzung des Wachstumshormons steigt die Aktivität im Locus coeruleus, einer Region des Hirnstamms, die für Aufmerksamkeit, Wachheit, Kognition und die Reaktion auf neue Erfahrungen verantwortlich ist.

Störungen in diesem Bereich wurden bereits mit verschiedenen psychiatrischen und neurologischen Erkrankungen in Verbindung gebracht. „Das Verständnis des neuronalen Schaltkreises für die Freisetzung könnte langfristig neue hormonelle Therapien ermöglichen, um die Schlafqualität zu verbessern oder ein normales Wachstumshormon-Gleichgewicht wiederherzustellen", sagt Daniel Silverman, Mitautor der Studie. „Es gibt bereits experimentelle Gentherapien, bei denen bestimmte Zelltypen gezielt werden.

Dieser Schaltkreis könnte ein neuer Ansatz sein, um die Erregbarkeit des Locus coeruleus zu reduzieren – ein Aspekt, der bisher kaum diskutiert wurde." Im Labor die Forscher Elektroden in die Gehirne von Mäusen und überwachten die neuronale Aktivität während der optischen Stimulation Mäuse den Tag und die Nacht in kurzen, nur wenigen Minuten dauernden Schlafphasen verbringen, boten sie den Forschenden wiederholte Gelegenheiten, die Hormonaktivität während der Schlafzyklen zu untersuchen.

Technik, Energie und Einsatz

Die Analyse zeigte, dass die beiden Peptidhormone, die an der Ausschüttung, je nach Schlafphase unterschiedlich wirken. GHRH fördert die Freisetzung, während Somatostatin diese hemmt. Während des REM-Schlafs steigen die Spiegel beider Hormone stark an, was die Produktion öht.

Im Nicht-REM-Schlaf sinkt der Spiegel, während der; auch dies steigert die Wachstumshormon-Produktion. Zudem fanden die Forscher Hinweise auf ein Rückkopplungssystem, das den Locus coeruleus einbezieht. Da das Wachstumshormon im Schlaf allmählich ansteigt, stimuliert es diesen Hirnbereich und fördert die Wachheit.

Allerdings kann eine übermäßige Aktivität des Locus coeruleus, wie frühere Arbeiten, unerwartet die Müdigkeit erhöhen. „Dies deutet darauf hin, dass Schlaf und Wachstumshormon ein eng abgestimmtes System bilden: Zu wenig Schlaf reduziert die Ausschüttung, und zu viel Wachstumshormon kann seinerseits das Gehirn in Richtung Wachheit drängen", so Silverman. „Schlaf fördert die Freisetzung, und Wachstumshormon wirkt rückgekoppelt zur Regulation der Wachheit; dieses Gleichgewicht ist für Wachstum, Reparatur und metabolische Gesundheit unerlässlich." Da der Locus coeruleus zudem an der Regulation des allgemeinen Hirnarousals während des Wachzustands beteiligt ist, glauben die Forscher, dass die Aufrechterhaltung des richtigen Gleichgewichts in diesem System entscheidend ist.