Tiefer, erholsamer Schlaf fördert die Ausschüttung von Wachstumshormonen, die für den Aufbau starker Muskeln und Knochen sowie die Fettverbrennung sorgen. Teenager können ohne ausreichend Wachstumshormone, die durch einen erholsamen Schlaf gebildet werden, nicht ihre volle Körpergröße erreichen. Warum jedoch Schlafmangel – insbesondere die frühe, tiefe Phase, die als Non-REM-Schlaf bezeichnet wird – die Ausschüttung von Wachstumshormonen verringert, war bislang ein Rätsel.
Unzureichender Schlaf erhöht das Risiko für Fettleibigkeit, Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen
In einer Studie, die in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Cell veröffentlicht wurde, untersuchen Forscher der University of California, Berkeley, die Gehirnschaltkreise, die die Ausschüttung von Wachstumshormonen während des Schlafs steuern, und berichten über einen neuartigen Rückkopplungsmechanismus im Gehirn, der den Wachstumshormonspiegel fein ausbalanciert hält. Die Ergebnisse liefern einen Leitfaden zum Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Schlaf und Hormonregulation. Der neue Rückkopplungsmechanismus könnte neue Wege für die Behandlung von Menschen mit Schlafstörungen eröffnen, die mit Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes sowie degenerativen Erkrankungen wie Parkinson und Alzheimer in Verbindung stehen.
„Es ist bekannt, dass die Ausschüttung von Wachstumshormonen eng mit dem Schlaf zusammenhängt, aber bisher konnte dies nur durch Blutabnahmen und die Überprüfung des Wachstumshormonspiegels während des Schlafs nachgewiesen werden“, so der Erstautor der Studie, Xinlu Ding, Postdoktorand am Department of Neuroscience und am Helen Wills Neuroscience Institute der UC Berkeley. „Wir zeichnen die neuronale Aktivität bei Mäusen direkt auf, um zu sehen, was vor sich geht. Damit liefern wir eine grundlegende Schaltkreisanordnung, auf deren Basis in Zukunft verschiedene Behandlungsmethoden entwickelt werden können.“ Da Wachstumshormone den Glukose- und Fettstoffwechsel regulieren, kann unzureichender Schlaf auch das Risiko für Fettleibigkeit, Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen erhöhen.
Der Schlaf-Wach-Zyklus
Jene Neuronen, die die Ausschüttung von Wachstumshormonen während des Schlaf-Wach-Zyklus steuern – Wachstumshormon-freisetzende Hormone (GHRH) und zwei Arten von Somatostatin-Neuronen – befinden sich tief im Hypothalamus, einem alten Gehirnzentrum, das bei allen Säugetieren erhalten geblieben ist. Nach seiner Freisetzung erhöht das Wachstumshormon die Aktivität der Neuronen im Locus coeruleus, einem Bereich im Hirnstamm, der für Erregung, Aufmerksamkeit, Kognition und Neugierde zuständig ist. Eine Dysregulation der Neuronen im Locus coeruleus ist an zahlreichen psychiatrischen und neurologischen Störungen beteiligt.
„Das Verständnis des neuronalen Schaltkreises für die Freisetzung von Wachstumshormonen könnte letztendlich zu neuen Hormontherapien führen, die die Schlafqualität verbessern oder das normale Wachstumshormon-Gleichgewicht wiederherstellen“, sagte Daniel Silverman, Postdoktorand an der UC Berkeley und Mitautor der Studie. Es gibt einige experimentelle Gentherapien, bei denen man auf einen bestimmten Zelltyp abzielt. Dieser Schaltkreis könnte ein neuartiger Ansatz sein, um die Erregbarkeit des Locus coeruleus zu verringern, was bisher noch nicht diskutiert wurde.
Die Forscher, die im Labor von Yang Dan, Professor für Neurowissenschaften und Molekular- und Zellbiologie, arbeiten, untersuchten den neuroendokrinen Kreislauf, indem sie Elektroden in das Gehirn von Mäusen einführten und die Veränderungen der Aktivität nach der Stimulation von Neuronen im Hypothalamus mit Licht maßen. Mäuse schlafen tagsüber und nachts in kurzen Intervallen von jeweils mehreren Minuten, was zahlreiche Möglichkeiten bietet, die Veränderungen des Wachstumshormons während des Schlaf-Wach-Zyklus zu untersuchen. Mithilfe modernster Schaltkreistracer fand das Team heraus, dass die beiden kleinen Peptidhormone, die die Ausschüttung von Wachstumshormonen im Gehirn steuern – GHRH, das die Ausschüttung fördert, und Somatostatin, das die Ausschüttung hemmt – während des REM- und Nicht-REM-Schlafs unterschiedlich wirken. Somatostatin und GHRH steigen während des REM-Schlafs stark an, um das Wachstumshormon zu fördern, aber Somatostatin nimmt ab und GHRH steigt nur mäßig während des Non-REM-Schlafs an, um das Wachstumshormon zu fördern.
Wachstumshormone haben auch kognitive Vorteile
Das freigesetzte Wachstumshormon reguliert die Aktivität des Locus coeruleus als Rückkopplungsmechanismus, um einen homöostatischen Yin-Yang-Effekt zu erzeugen. Während des Schlafs sammelt sich das Wachstumshormon langsam an, um den Locus coeruleus zu stimulieren und die Wachheit zu fördern, wie die neue Studie ergab. Wenn der Locus coeruleus jedoch überreizt wird, fördert er paradoxerweise die Schläfrigkeit, wie Silverman in einer Anfang dieses Jahres veröffentlichten Studie zeigte. „Dies deutet darauf hin, dass Schlaf und Wachstumshormon ein eng ausbalanciertes System bilden: Zu wenig Schlaf reduziert die Freisetzung von Wachstumshormon, und zu viel Wachstumshormon kann wiederum das Gehirn in Richtung Wachheit treiben“, sagte Silverman. Schlaf treibt die Freisetzung von Wachstumshormon an, und Wachstumshormon wirkt zurück, um die Wachheit zu regulieren. Dieses Gleichgewicht ist für Wachstum, Reparatur und die Stoffwechselgesundheit unerlässlich.
Da Wachstumshormone teilweise über den Locus coeruleus wirken, der die allgemeine Erregung des Gehirns während des Wachzustands steuert, könnte ein ausgewogenes Gleichgewicht einen umfassenderen Einfluss auf die Aufmerksamkeit und das Denken haben. Laut den Forschern helfen Wachstumshormone nicht nur beim Aufbau von Muskeln und Knochen und beim Abbau von Fettgewebe, sondern können auch kognitive Vorteile haben und das allgemeine Erregungsniveau beim Aufwachen fördern.