Was im eigenen Schlafzimmer vor sich geht, bleibt normalerweise Privatsache. Doch im achten Stock des Beth Israel Deaconess Medical Centers (BIDMC) in Boston wird der Schlaf eng überwacht: Elektroden auf der Haut und im Haar überwachen die Hirnaktivität von Versuchsteilnehmern, Sensoren an den Gelenken vermelden jede Bewegung, und Fingermanschetten zeichnen den Blutdruck auf. Sogar jedes Augenflackern wird registriert, und Körperflüssigkeiten gelten als Rohstoff – alles unter den konstant wachsamen Augen der Studienleiter.

Regelmäßig kommen Probanden pärchenweise zum Harvard Catalyst Clinical Research Center, um hier drei Wochen lang zu übernachten. Nach ein paar Nächten zur Eingewöhnung wird jedem Paar nach dem Zufallsprinzip ein Schlafmodus zugeteilt. Die einen dürfen jede Nacht für acht Stunden ruhen, die anderen bekommen nur häppchenweise Schlaf: Drei Nächte lang dürfen sie nur vier Stunden schlafen, gefolgt von einer Nacht mit achtstündiger Ruhepause – und das Ganze wird in vier Zyklen wiederholt.

"Wir möchten verstehen, wie sich die physiologischen Vorgänge im Körper verändern, wenn es längere Zeit zu einem Schlafdefizit kommt", sagt Janet Mullington von der Sleep and Inflammatory Systems Research Unit des BIDMC. Die 22-tägige Studie ist eine der längsten, die bislang durchgeführt wurde.

"Selbst moderater Schlafentzug begünstigte unterschwellige Entzündungen"
Alexandros Vgontzas

In der Vergangenheit waren die meisten kontrollierten Schlafstudien kurz, aber dafür mit extremem Schlafentzug: Freiwillige mussten 24 Stunden bis fünf Tage lang wach bleiben. Diese akuten Schlafentzugsstudien zeigten, wie der Mangel an Nachtruhe verschiedene Entzündungsreaktionen, den Stoffwechsel und andere physiologische Vorgänge beeinflusste. Die Forscher hatten allerdings Bedenken, dass diese Extremfälle nicht unbedingt die tatsächlichen Schlafgewohnheiten der Industriegesellschaften widerspiegelten: Die Menschen schlafen zwar regelmäßig, aber nicht ausreichend lang. Laut dem US Center for Disease Control and Prevention schläft ein Drittel der US-amerikanischen Arbeiter weniger als sechs Stunden pro Tag – empfohlen werden sieben bis neun Stunden.

Deshalb entwickelten die Forscher länger andauernde Versuche, in denen überprüft wird, wie der Körper auf Schlafzeiten reagiert, die unterhalb der Empfehlungen liegen. Sie dauern typischerweise ein bis zwei Wochen und bestehen aus wiederholten Phasen mit reduzierter Ruhezeit. "Was wir daraus lernen, lässt sich eher auf die reale Welt übertragen", sagt Mullington.

Die vorherigen epidemiologischen Arbeiten hatten die ersten Daten ermittelt, nach denen Menschen mit ungenügendem Schlaf eher unter Fettleibigkeit, Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs leiden und vorzeitig sterben. Nun sollen die Kontrollstudien die zu Grunde liegenden Mechanismen dahinter klären.

Schädliche Folgen

Die erste Arbeit dazu erschien 1999 von Eve Van Cauter von der University of Chicago und ihren Kollegen: Elf junge Männer durften sechs Nächte in Folge nur jeweils vier Stunden lang die Augen schließen. Anschließend maßen die Forscher ihren Blutzuckerspiegel und die Insulinausschüttung als Antwort auf die Glukosegehalte im Blut. Beide Maßeinheiten des Zuckerstoffwechsels sanken nach dem Schlafentzug um ein Drittel.

Mittlerweile hat Van Cauters Team einen molekularen Sündenbock für diese Schwächung des Stoffwechsels entdeckt. Dazu entnahmen sie erst Fettzellen aus dem Bauchgewebe der Studienteilnehmer, die vier Nächte lang in Folge nur 4,5 Stunden ruhen durften, und dann noch einmal, nachdem sie vier Nächte lang ausgeschlafen hatten. Ihr besonderes Augenmerk lag darauf, ob das Schlüsselprotein AKT des Insulinsignalwegs in den Fettzellen aktiv war. Tatsächlich fiel dessen Aktivität nach Schlafentzug deutlich schwächer aus als im ausgeruhten Zustand der Probanden. Die verringerten AKT-Niveaus ähnelten jenen von Menschen mit Insulinresistenz, Fettleibigkeit und Typ-2-Diabetes. Schlafeinschränkungen entsprächen "einer Gewichtszunahme um zehn Kilogramm", sagt Van Cauter. "Das ist ein großer Effekt, der rasch eintreten kann."

Verschiedene Probleme

Experimenteller Schlafmangel enthüllt außerdem Gesundheitsprobleme, die nichts mit dem Stoffwechsel zu tun haben. 2003 belegte eine Arbeit von Mullington und dem Psychiater David Dinges von der University of Pennsylvania in Philadelphia, dass ein ständig auf vier bis sechs Stunden verkürzter Schlaf nach 14 Tagen die Aufmerksamkeit und das Abschneiden in verschiedenen kognitiven Tests mindert. Mullington und ihre BIDMC-Kollegin Monika Haack fanden zudem später heraus, dass auf vier Stunden reduzierter Schlaf nach zwölf Tagen auch das Immunsystem beeinträchtigen kann. Gegen Ende des Experiments wiesen die übermüdeten Kandidaten erhöhte Blutwerte an Interleukin-6 (IL-6) und C-reaktivem Protein (CRP) auf, die mit Entzündungsreaktionen im Körper in Zusammenhang gebracht werden, etwa Herzkranzgefäßkrankheiten.

"Träger dieses Allels reagieren empfindlicher auf Schlafentzug"
Namni Goel

"Selbst dieser moderate Schlafentzug begünstigte unterschwellige Entzündungen", so Alexandros Vgontzas, Schlafspezialist an der Pennsylvania State University in Hershey. "Zahlreiche Studien zeigten, dass erhöhte Werte dieser Entzündungsmarker mit Arteriosklerose, Herzproblemen oder Diabetes zusammenhängen. Wir vermuten daher, dass langzeitiger Schlafmangel Zustände im Körper bedingt, die letztlich zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen führen können."

Diese Schwächung des Immunsystems scheint zudem die Immunantwort auf Impfstoffe zu verringern. Letztes Jahr berichtete ein Team um den Psychologen Aric Prather von der University of California in San Francisco, dass sich bei mehr als einem Viertel der Erwachsenen, die standardgemäß gegen Hepatitis B geimpft wurden und die regelmäßig nachts weniger als sechs Stunden schliefen, kein klinischer Schutz entwickelt habe – verglichen mit nur 3,4 Prozent Ausfallquote bei den Testpersonen, die mehr als sieben Stunden Schlaf pro Nacht hatten.

Zu viel Schlaf kann allerdings auch zum Problem werden: 2009 zeigten Sanjay Patel und Susan Redline vom Brigham and Women's Hospital in Boston, dass Menschen, die nach eigenen Angaben mehr als acht Stunden pro Nacht schlummern, ebenfalls erhöhte Blutwerte an IL-6, CRP und dem Tumornekrosefaktor (TNF) aufweisen. TNF ist ein weiteres Zytokin, das an systemischen Entzündungen beteiligt ist. Momentan testet der Psychoneuroimmunologe Michael Irwin von der University of California in Los Angeles in einer Untersuchung, ob diese Entzündungsmarker wieder zurückgehen, wenn Menschen ihren übermäßigen Schlaf auf Normalmaß reduzieren.

Veränderungsdruck

Mittlerweile gelangte die Ursachenforschung, warum Schlafmuster ungesund sein können, noch eine Etage tiefer: bei der Genaktivität und der DNA. Anfang des Jahres publizierten Wissenschaftler der University of Surrey in Guildford eine Arbeit über 26 gesunde Probanden, die eine Woche lang mindestens acht Stunden und eine weitere weniger als sechs Stunden pro Nacht schlafen durften. Nach jeder Woche mussten sie 40 Stunden ununterbrochen wach bleiben, während Derk-Jan Dijk und Kollegen das jeweilige Ausmaß ihrer Genexpressionen in den Blutzellen maßen. Bereits nach sieben Tagen unzureichender Nachtruhe hatte sich die Aktivität von 711 Genen verändert. Wie erwartet waren Gene betroffen, die mit Stressbelastung, dem Immunsystem und zellulärem Stoffwechsel verknüpft sind. Gleichermaßen beeinflusst waren jedoch auch verschiedene Gene, die an der allgemeinen Genregulation und Chromatin-Remodellierung beteiligt sind. Das legt nahe, dass chronischer Schlafmangel noch weit mehr negative Konsequenzen zeitigen könnte, als man bislang dachte. Mehr noch: Folgte eine völlig schlaflose Nacht auf vorherigen Schlafmangel, nahm die Zahl der betroffenen Gene auf 856 zu – nach einer ausgeruhten Woche hingegen waren nur 122 Gene betroffen.

"Einer unserer Teilnehmer hat sich entschlossen, auch nach der Studie länger zu schlafen"
Monika Haack

Genetische Unterschiede scheinen auch den abweichenden körperlichen Reaktionen einzelner Individuen auf Schlafentzug zu Grunde zu liegen, wie Dinges und Namni Goel von der University of Pennsylvania enthüllt haben: Sie konnten eine Verbindung zwischen einer bestimmten an der Immunantwort des Körpers beteiligten Genvariante und erhöhter Schläfrigkeit beziehungsweise starker Müdigkeit bei gesunden Testpersonen feststellen, die fünf Nächte lang nur je vier Stunden schlafen durften. "Träger dieses Allels reagieren empfindlicher auf Schlafentzug", sagt Goel – etwa 20 bis 30 Prozent der Bevölkerung besitzen diese Variante.

Mittlerweile verlagert sich die Aufmerksamkeit auch zunehmend auf die praktische Umsetzung der Studienergebnisse, um das Wohlbefinden von Patienten zu verbessern. Haack und Mullington publizierten letztes Jahr eine Machbarkeitsstudie, in der 13 Personen mit frühen Anzeichen von Bluthochdruck und weniger als sieben Stunden Schlaf pro Nacht über sechs Wochen hinweg ihre Ruhezeiten um eine Stunde ausdehnten. Eine neunköpfige Vergleichsgruppe behielt dagegen ihre üblichen Schlafgewohnheiten bei. Am Ende fiel der durchschnittliche Blutdruck der ausgeruhteren Probanden von 142/82 auf 128/74, während er in der Kontrollgruppe gleich blieb. Diese Studie habe bereits das Verhalten zumindest einer Testperson verändert, merkt Haack an: "Einer unserer Teilnehmer hat sich entschlossen, auch nach der Studie länger zu schlafen. Stolz hat er uns nun erzählt, dass sein Kardiologe seine Blutdruckmedikation verringern konnte."

Schlaft gut

Viele Menschen mit einem für sie gesundheitsschädlichen Schlafdefizit könnten auch von Medikamenten profitieren. Allerdings ist es bislang noch eine Herausforderung, welche Arzneimittel welchen Personen helfen könnten. "Wir bräuchten Biomarker oder funktionelle Gruppen, mit denen wir jene Individuen identifizieren könnten, die nicht ausreichend Schlaf bekommen und daher Gesundheitsschäden riskieren. Damit könnten wir den Menschen wirklich weiterhelfen und vielleicht mechanistische Signalwege ins Visier nehmen", so Redline. "Vielleicht würden sie dann eher von entzündungshemmenden Mitteln oder Cholesterinblockern profitieren."

Derartige Arzneimittel könnten die Folgen von Schlaflosigkeit oder -mangel etwas entschärfen, doch sind sie wahrscheinlich nicht die beste Option, warnen Fachleute. "Wegen der zahlreichen Signalwege kann ich mir nicht vorstellen, dass eine einzelne pharmakologische Lösung die negativen Auswirkungen von Schlafmangel verhindert", mahnt Van Cauter. "Es wird keine Zauberpille geben." Letztlich deutet alles auf eine banale Schlussfolgerung: Schlaft gut, um eure Gesundheit zu bewahren.