Zwei-Prozess-Modell der Schlafregulierung

Das dominierende Leitmodell für die Schlafregulierung ist heute das Zwei-Prozess-Modell. Physiologen die dieses Modell verwenden, nennen den homöostatischen Prozess oft „Faktor S“ und den circadianen „Faktor C“. Der Schlaf hat eine quantitative Dimension – wie lange er dauert – und eine qualitative Dimension – wie intensiv der NREM-Schlaf ist (Physiologen können die Intensität des NREM-Schlafes messen, aber REM-Schlaf scheint keine quantitative Dimension zu haben).

Schlafintensität (homöostatischer Prozess)
Schlafdauer (zirkadianer Prozess)

Die beiden Prozesse – der homöostatische Prozess und der zirkadiane Prozess – arbeiten manchmal zusammen und manchmal gegeneinander. Auch spielt der Mensch einen großen Faktor und kann durch sein Verhalten die Prozesse außer Kraft setzen. So bleiben wir oft wach, wenn wir eigentlich schlafen sollten.

Homöostatische Prozess

Homöostatisch bedeutet, dass der Körper versucht, in einem engen Rahmen zu operieren. Die Körpertemperatur wird in einem homöostatischen Prozess geregelt – sie weicht nur wenige Grad ab. Ebenso der pH-Wert und der Salzgehalt von Körperflüssigkeiten.

Es ist zwar eine simple Darstellung aber die Schlaf-Homöostase kann man sich so vorstellen: Es gibt einen quantitativen Bedarf an Schlaf der sich im Wachzustand aufbaut und im Schlaf abnimmt. Der homöostatische Druck schlafen zu müssen hängt nicht nur davon ab, wie lange du wach und wie aktiv du im Wachzustand bist. Was dieses Bedürfnis nach Schlaf im biochemischen Sinne ausmacht, ist noch immer Gegenstand der Forschung. Die Entdeckung von Orexinen und die Entschlüsselung einiger der Neurotransmitter in den letzten Jahrzehnten haben dazu beigetragen, einen Teil des Gesamtbildes zu entschlüsseln. Aber selbst die besten Neurowissenschaftler geben zu, dass es noch viele ungeklärte Fragen gibt.

Zirkadiane Prozess

Der zirkadiane Prozess hilft, den homöostatischen Prozess in Einklang zu halten. Es hilft uns, die Nacht durchzuschlafen und tagsüber wach zubleiben. Ohne den zirkadianen Prozess würden wir öfter am Tag für eine kürzere Zeit schlafen. Wir hätten einen polyphasisch ähnlichen Schlaf.

Auswirkungen auf den Schlaf

Wenn du Schlaf nach einem Schlafmangel aufholst, wird die Zeit die du länger als üblich schläfst als Erholungsschlaf bezeichnet. Es ist eine Folge des homöostatischen Prozesses. Tatsächlich zeigen EEG-Messungen während der Schlafphase nach einem Schlafentzug einen Rückgang der Delta-Wellengröße im Laufe der Zeit während des NREM Schlafes. Dies deutet darauf hin, dass die Größe der Deltawellen mit der Müdigkeit des Gehirns im homöostatischen Prozess zusammenhängt.

Prozessübergreifende Verflechtungen

Gene die den zirkadianen Rhythmen kontrollieren (sogenannte Uhrengene), spielen eine Rolle im homöostatischen Prozess. Je länger ein Mensch wach ist (homöostatischer Prozess) und je mehr er unter Belastung steht, desto aktiver sind die Uhrengene. Diese erhöhte Aktivität kann dazu führen, dass der Erholungsschlaf nach einem Schlafmangel negativ beeinflusst wird. Ebenso kann Schlafentzug in die andere Richtung den zirkadianen Zyklus beeinflussen.

Vorhersage der Leistung

Mit dem Zwei-Prozess-Modell lassen sich auch die kognitiven Leistungen vorhersagen. Es lassen sich genaue Berechnungen durchführen wie sehr das steigende Schlafbedürfnis die Leistung beeinflusst.

Nach dem Aufwachen ist man vielleicht nicht auf dem Höhepunkt der kognitiven Fähigkeiten aufgrund von der Schlafträgheit, aber fast jeder schüttelt diese Trägheit ab und ist in ein paar Stunden auf der maximalen mentalen Leistungsfähigkeit. Je länger wir wach bleiben, desto mehr baut sich die homöostatische Schlafneigung auf. Viele Menschen erfahren am Nachmittag einen Rückgang der kognitiven Fähigkeiten, bevor sie sich am späten Nachmittag wieder erholen.

(Bilder beschreiben und übersetzen)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26762182

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19848366

Grenzen der Betrachtung

Das Zwei-Prozess-Modell ist letztendlich nur ein Modell. Es geht davon aus, dass Prozess S und Prozess C unabhängig sind, aber in Wirklichkeit sind sie es nicht. Es gibt ein Wechselspiel zwischen der Homöostase und dem zirkadianen Zyklus, der noch nicht genau erforscht ist. Es reicht jedoch aus, um einen Großteil des Schlaf- und Wachverhaltens zu beschreiben auch wenn es eine sehr simple Ansicht ist.