Schlaf und Sport. Motorisches Gedächtnis, Wettkampfleistung und Schlafqualität

Der Schlaf ist eine wichtige Ressource für das psychische und physische Wohlbefinden. Die Erkenntnisse aus der Schlafforschung spielten jedoch in der Sportwissenschaft bislang nur eine untergeordnete Rolle. Nach einer kurzen Einführung zur physiologischen Erfassung von Schlaf werden in diesem Beitrag drei Bereiche aufgeführt, die fruchtbare Verknüpfungen zwischen Schlaf- und Sportwissenschaft aufweisen. Im ersten Bereich wird auf die schlafbegleitende Konsolidierung von motorischen Gedächtnisinhalten eingegangen. Dieser eher grundlagenorientierte Forschungszweig beleuchtet den Zusammenhang zwischen der Aneignung bzw. Optimierung von motorischen Fertigkeiten und verschiedenen Schlafstadien und Schlafparametern (z. B. Schlafspindeln). In dem zweiten Bereich geht es um den Schlaf vor sportlichen Wettkämpfen. Für den Sport liegt eine Vielzahl von anekdotischen Belegen über eine schlecht geschlafene Nacht vor einem sportlichen Wettkampf vor. Systematische Erhebungen existieren jedoch kaum. Anhand verschiedener Studien sollen Aspekte geklärt werden, die die Ursachen und Häufigkeiten von schlechtem Schlaf vor Wettkämpfen und die Auswirkung auf die Wettkampfleistung betreffen. Der dritte Bereich widmet sich dem Einfluss von körperlicher Aktivität auf den Schlaf. Es zeigt sich, dass der Sport einen positiven Effekt auf den Schlaf bei Menschen mit Schlafstörung aufweist. Diese Befunde weisen auf einen therapeutischen Ansatz für Sportwissenschaftler in der Schlafmedizin. Abschließend werden sportpraktische Implikationen erörtert und Perspektiven auf weitere Forschungsfragen eröffnet.

Schlaf [Illustration] : Hautrelief

Mark Antokolski

Im Traumland tief ; Schlaf ; Sprüche : (Gedichte)

Uriel Birnbaum

Johannes Schlaf, ein notgedrungenes Kapitel.

Mode of access: Internet.

Chronotypologie und Schichtarbeit : Möglichkeiten und Potential der individuellen Berücksichtigung unterschiedlicher Chronotypen im Rahmen betrieblicher Gesundheitsförderung

Die aus Schichtarbeit resultierende Verschiebung der zeitlichen Lage von Arbeit und Schlaf führt zu einer Belastung für den menschlichen Organismus. Inwieweit diese Belastung für ein Individuum zur Beanspruchung wird, ist neben anderen Faktoren auch vom Ausmaß dieser Verschiebung abhängig. Die individuelle Zeitstruktur eines Menschen findet dabei Ausdruck in seinem Chronotypus (ugs. "Eulen" und "Lerchen"). Ziel dieser Arbeit ist es, zu ermitteln, inwieweit eine betriebliche Berücksichtigung individueller Chronotypen bei Schichtarbeitenden zu deren Gesunderhaltung beitragen kann. Hierfür wurde eine systematische Literaturrecherche für den Zeitraum 2000 bis 2013 durchgeführt. Es kann aufgezeigt werden, dass die Belastung der Schichtarbeit nicht für alle Chronotypen identisch ist. Vielmehr ist die Adaptionsfähigkeit an konkret zu leistende Schichten, z.B. eine Nachtschicht, vom Chronotyp abhängig. Aus dem Zusammenhang zwischen Chronotyp, Schicht und Schlaf resultiert die Empfehlung einer zukünftigen Berücksichtigung in der Gestaltung von Schichtplänen. Eine engmaschige arbeitsmedizinische Begleitung extremer Chronotypen und die individuelle Schlafberatungen aller Früh- und Spättypen sind zusätzlich angeratene Maßnahmen betrieblicher Gesundheitsförderung mit vermutlich kurzfristiger Wirksamkeit.

The effect of continuous positive airway pressure on total cerebral blood flow in healthy awake volunteers.

PURPOSE: Continuous positive airway pressure (CPAP) is the gold standard treatment for obstructive sleep apnea. However, the physiologic impact of CPAP on cerebral blood flow (CBF) is not well established. Ultrasound can be used to estimate CBF, but there is no widespread accepted protocol. We studied the physiologic influence of CPAP on CBF using a method integrating arterial diameter and flow velocity (FV) measurements obtained for each vessel supplying blood to the brain. METHODS: FV and lumen diameter of the left and right internal carotid, vertebral, and middle cerebral arteries were measured using duplex Doppler ultrasound with and without CPAP at 15 cm H(2)O, applied in a random order. Transcutaneous carbon dioxide (PtcCO(2)), heart rate (HR), blood pressure (BP), and oxygen saturation were monitored. Results were compared with a theoretical prediction of CBF change based on the effect of partial pressure of carbon dioxide on CBF. RESULTS: Data were obtained from 23 healthy volunteers (mean ± SD; 12 male, age 25.1 ± 2.6 years, body mass index 21.8 ± 2.0 kg/m(2)). The mean experimental and theoretical CBF decrease under CPAP was 12.5 % (p < 0.001) and 11.9 % (p < 0.001), respectively. The difference between experimental and theoretical CBF reduction was not statistically significant (3.84 ± 79 ml/min, p = 0.40). There was a significant reduction in PtcCO(2) with CPAP (p = <0.001) and a significant increase in mean BP (p = 0.0017). No significant change was observed in SaO(2) (p = 0.21) and HR (p = 0.62). CONCLUSION: Duplex Doppler ultrasound measurements of arterial diameter and FV allow for a noninvasive bedside estimation of CBF. CPAP at 15 cm H(2)O significantly decreased CBF in healthy awake volunteers. This effect appeared to be mediated predominately through the hypocapnic vasoconstriction coinciding with PCO(2) level reduction. The results suggest that CPAP should be used cautiously in patients with unstable cerebral hemodynamics.

Ontogeny of Sleeping in Color - Linking melanism to sleep architecture and rhythmicity variation in wild barn owl nestlings

The function of sleep remains unknown. To gain insight into the function of sleep in natural conditions, I assessed variation in sleep architecture and its link with fitness-related phenotypic traits. I considered melanin-based coloration because its underlying genetic basis is very well known giving an opportunity to examine whether some genes pleiotropically regulate both coloration and sleep. The melanocortin system is known to generate covariation between melanin-based coloration and other phenotypes like behaviour, physiology and life history traits. I investigated whether this system of genes could participate in the co-expression of coloration and sleep. I carried out a study with nestling barn owls (Tyto alba) in order to tackle the potential link between variation in color traits and the ontogeny of sleep under natural conditions. For this I established a suitable method for recording the brain activity (electroencephalogram) of owls in nature. Birds are especially interesting, because they convergently evolved sleep states similar to those exhibited by mammals. As in mammals, I found that in owlets time spent in rapid eye movement (REM) sleep declines with age, a relationship thought to eflect developmental changes in the brain. Thus this developmental trajectory appears to reflect a fundamental feature of sleep. Additionally, I discovered an association between a gene involved in melanism expressed in the feather follicles (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2) and the age-related changes in sleep in the brain. Nestlings with higher expression levels of PCSK2 showed a more precocial pattern of sleep development and a higher degree of melanin-based coloration compared to nestlings with lower PCSK2 expression. Also sleep architecture and the development of rhythmicity in brain and physical activity was related to plumage traits of the nestlings and their biological parents. This pattern during ontogeny might reflect differences in life l history strategies, antipredator behaviour and developmental pace. Therefore, differently colored individuals may differentially deal with trade-offs between the costs and benefits of sleep which in turn lead to differences in brain organization and ultimately fitness. These results should stimulate evolutionary biologists to consider sleep as a major life history trait. Résumé La fonction du sommeil reste inconnue. Afin d'acquérir une meilleur compréhension de la fonction du sommeil dans les conditions naturelles, j'ai analysé la variation dans l'architecture du sommeil et son lien avec d'autres traits phénotypiques liés au succès reproducteur (fitness). J'ai choisi et examiné la coloration mélanique, car ses bases génétiques sont bien connues et il est ainsi possible d'étudier si certains gènes, de façon pléiotropique régulent à la fois la coloration et le sommeil. J'ai exploré si ce système génétique était impliqué dans la co-expression de la coloration et du sommeil. J'ai effectué mon étude sur des poussins de chouette effraie (Tyto alba) en condition naturelle, pour rechercher ce lien potentiel entre la variation de la coloration et l'ontogenèse du sommeil. Dans ce but, j'ai établi une méthodologie permettant d'enregistrer l'activité cérébrale (électroencéphalogramme) des chouettes dans la nature. Les oiseaux sont particulièrement intéressants car ils ont développé, par évolution convergente, des phases de sommeil similaires à celles des mammifères. De manière semblable à ce qui a été montré chez les mammifères, j'ai découvert que le temps passé dans le sommeil paradoxal diminue avec l'âge des poussins. On pense que ceci est dû aux changements développementaux au niveau du cerveau. Cette trajectoire développementale semble refléter une caractéristique fondamentale du sommeil. J'ai également découvert une association entre l'un des gènes impliqué dans le mélanisme, exprimé dans les follicules plumeux (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2), et les changements dans la structure du sommeil avec l'âge. Les poussins ayant un niveau d'expression génétique élevé de la PCSK2 présentent une structure du sommeil plus précoce et un taux de coloration dû à la mélanine plus élevé que des poussins avec un niveau d'expression moindre de la PCSK2. L'architecture du sommeil et le développement de la rythmicité dans le cerveau ainsi que l'activité physique sont également liés à la coloration des plumes des poussins et pourraient ainsi refléter des différences de stratégies d'histoire de vie, de comportements anti-prédateur et de vitesses développementales. Ainsi, des individus de coloration différente sembleraient traiter différemment les coûts et les bénéfices du sommeil, ce qui aurait des conséquences sur l'organisation cérébrale et pour finir, sur le succès reproducteur. Ces résultats devraient encourager les biologistes évolutionnistes à considérer le sommeil comme un important trait d'histoire de vie. Zusammenfassung Die Funktion von Schlaf ist noch unbekannt. Um mehr Einsicht in diese unter natürlichen Bedingungen zu bekommen, habe ich die Variation in der Schlafarchitektur und die Verknüpfung mit phänotypischen Merkmalen, die mit der Fitness zusammenhängen, studiert. Ich habe mir melanin-basierte Färbung angesehen, da die zugrunde liegende genetische Basis bekannt ist und somit die Möglichkeit gegeben ist, zu untersuchen, ob einige Gene beides regulieren, Färbung und Schlaf. Das melanocortin System generiert eine Kovariation zwischen melanin-basierter Färbung und anderen phänotypischer Merkmale wie Verhalten, Physiologie und Überlebensstrategien. Ich habe untersucht, ob dieses Gensystem an einer gleichzeitigen Steuerung von Färbung und Schlaf beteiligt ist. Dazu habe ich Schleiereulen (Tyto alba) studiert um einen möglichen Zusammenhang zwischen der Variation in der Pigmentierung und der Entwicklung des Schlafs unter natürlichen Bedingungen zu entdecken. Für diese Studie entwickelte ich eine Methode um die Gehirnaktivität (Elektroenzephalogramm) bei Eulen in der Natur aufzunehmen. Vögel sind besonders interessant, da sie die gleichen Schlafstadien aufweisen wie Säugetiere und diese unabhängig konvergent entwickelt haben. Genauso wie bei Säugetieren nahm die Dauer des sogenannten ,,rapid eye movement" (REM) - Schlafes mit zunehmendem Alter ab. Es wird angenommen, dass dieser Zusammenhang die Entwicklung des Gehirns widerspiegelt. Daher scheint dieses Entwicklungsmuster ein fundamentaler Aspekt von Schlaf zu sein. Zusätzlich entdeckte ich einen Zusammenhang zwischen der Aktivität eines Gens in den Federfollikeln (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2), das für die Ausprägung schwarzer Punkte auf den Federn der Eulen verantwortlich ist, und den altersabhängigen Änderungen im Schlafmuster im Gehirn. Küken mit höherer Aktivität von PCSK2 zeigten eine frühreifere Schlafentwicklung und eine dunklere Färbung als Küken mit niedriger PCSK2 Aktivität. Die Architekture des Schlafes und die Entwicklung der Rhythmik im Gehirn und die der physischen Aktivität ist mit der Färbung des Gefieders von den Küken und ihren Eltern verknüpft. Dieses Muster während der Entwicklung kann Unterschiede in Überlebensstrategien, Feindabwehrverhalten und in der Entwicklungsgeschwindigkeit reflektieren. Unterschiedlich gefärbte Individuen könnten unterschiedliche Strategien haben um zwischen den Kosten und Nutzen von Schlaf zu entscheiden, was zu Unterschieden in der Gehirnstruktur führen kann und letztendlich zur Fitness. Diese Ergebnisse sollten Evolutionsbiologen stimulieren Schlaf als einen wichtigen Bestandteil des Lebens zu behandeln.

Effect of transnasal insufflation on sleep disordered breathing in acute stroke: a preliminary study.

BACKGROUND AND PURPOSE: Sleep disordered breathing (SDB) is frequent in acute stroke patients and is associated with early neurologic worsening and poor outcome. Although continuous positive airway pressure (CPAP) effectively treats SDB, compliance is low. The objective of the present study was to assess the tolerance and the efficacy of a continuous high-flow-rate air administered through an open nasal cannula (transnasal insufflation, TNI), a less-intrusive method, to treat SDB in acute stroke patients. METHODS: Ten patients (age, 56.8 ± 10.7 years), with SDB ranging from moderate to severe (apnea-hypopnea index, AHI, >15/h of sleep) and on a standard sleep study at a mean of 4.8 ± 3.7 days after ischemic stroke (range, 1-15 days), were selected. The night after, they underwent a second sleep study while receiving TNI (18 L/min). RESULTS: TNI was well tolerated by all patients. For the entire group, TNI decreased the AHI from 40.4 ± 25.7 to 30.8 ± 25.7/h (p = 0.001) and the oxygen desaturation index >3% from 40.7 ± 28.4 to 31 ± 22.5/h (p = 0.02). All participants except one showed a decrease in AHI. The percentage of slow-wave sleep significantly increased with TNI from 16.7 ± 8.2% to 22.3 ± 7.4% (p = 0.01). There was also a trend toward a reduction in markers of sleep disruption (number of awakenings, arousal index). CONCLUSIONS: TNI improves SDB indices, and possibly sleep parameters, in stroke patients. Although these changes are modest, our findings suggest that TNI is a viable treatment alternative to CPAP in patients with SDB in the acute phase of ischemic stroke.

The Electronic Structure of Co-Sputtered Zinc Indium Tin Oxide Thin Films

Zinc indium tin oxide (ZITO) transparent conductive oxide layers were deposited via radio frequency (RF) magnetron co-sputtering at room temperature. A series of samples with gradually varying zinc content was investigated. The samples were characterized with x-ray and ultraviolet photoemission spectroscopy (XPS, UPS) to determine the electronic structure of the surface. Valence and conduction bands maxima (VBM, CBM), and work function were determined. The experiments indicate that increasing Zn content results in films with a higher defect rate at the surface leading to the formation of a degenerately doped surface layer if the Zn content surpasses 50%. Furthermore, the experiments demonstrate that ZITO is susceptible to ultraviolet light induced work function reduction, similar to what was earlier observed on ITO and TiO2 films.

Effects of continuous positive airway pressure treatment on coronary vasoreactivity measured by (82)Rb cardiac PET/CT in obstructive sleep apnea patients.

PURPOSE: Obstructive sleep apnea syndrome (OSA) increases the risk of cardiovascular disease. We aimed at evaluating the effect of continuous positive airway pressure (CPAP) treatment on coronary endothelium-dependent vasoreactivity in OSA patients by quantifying myocardial blood flow (MBF) response to cold pressure testing (CPT). METHODS: In the morning after polysomnography (PSG), all participants underwent a dynamic (82)Rb cardiac positron emitting tomography/computed tomography (PET/CT) scan at rest, during CPT and adenosine stress. PSG and PET/CT were repeated at least 6 weeks after initiating CPAP treatment. OSA patients were compared to controls and according to response to CPAP. Patients' characteristics and PSG parameters were used to determine predictors of CPT-MBF. RESULTS: Thirty-two untreated OSA patients (age 58 ± 13 years, 27 men) and 9 controls (age 62 ± 5 years, 4 men) were enrolled. At baseline, compared to controls (apnea-hypopnea index (AHI) = 5.3 ± 2.6/h), untreated OSA patients (AHI = 48.6 ± 19.7/h) tend to have a lower CPT-MBF (1.1 ± 0.2 mL/min/g vs. 1.3 ± 0.4 mL/min/g, p = 0.09). After initiating CPAP, CPT-MBF was not different between well-treated patients (AHI <10/h) and controls (1.3 ± 0.3 mL/min/g vs. 1.3 ± 0.4 mL/min/g, p = 0.83), but it was lower for insufficiently treated patients (AHI ≥10/h) (0.9 ± 0.2 mL/min/g vs. 1.3 ± 0.4 mL/min/g, p = 0.0045). CPT-MBF was also higher in well-treated than in insufficiently treated patients (1.3 ± 0.3 mL/min/g vs. 0.9 ± 0.2 mL/min/g, p = 0.001). Mean nocturnal oxygen saturation (β = -0.55, p = 0.02) and BMI (β = -0.58, p = 0.02) were independent predictors of CPT-MBF in OSA patients. CONCLUSIONS: Coronary endothelial vasoreactivity is impaired in insufficiently treated OSA patients compared to well-treated patients and controls, confirming the need for CPAP optimization.

Untersuchungen zu kumulativen psychischen und physiologischen Effekten des fliegenden Personals auf der Kurzstrecke

Die fliegerische Tätigkeit auf der Kurzstrecke in der zivilen Luftfahrt unterliegt arbeitsspezifischen Belastungsfaktoren, die sich in wesentlichen Punkten von denen auf der Langstrecke unterscheiden. Eine hohe Arbeitsbelastung auf der Kurzstrecke ist mit vielen Starts und Landungen am Tag verbunden. Neben der Anzahl der Flugabschnitte können auch lange Flugdienstzeiten und/oder unregelmäßige Arbeitszeiten sowie der Zeitdruck während der Einsätze auf der Kurzstrecke zur Belastung für Cockpitbesatzungsmitglieder werden und zu Ermüdungserscheinungen führen. Bisher wurden flugmedizinische und -psychologische Daten hauptsächlich auf der Langstrecke in Bezug auf die Auswirkungen der Jet-Leg Symptomatik und kaum auf der Kurzstrecke erhoben. Deshalb wurde im Rahmen des DLR- Projekts „Untersuchungen zu kumulativen psychischen und physiologischen Effekten des fliegenden Personals auf der Kurzstrecke“ eine Langzeituntersuchung zur Belastung/Beanspruchung, Ermüdung sowie Erholung des Cockpitpersonals auf der Kurzstrecke über jeweils 56 Tage durchgeführt. In Zusammenarbeit mit der Deutschen Lufthansa AG dauerte die Untersuchung zu den Auswirkungen arbeitsspezifischer Belastungsfaktoren auf die Cockpitbesatzungsmitglieder der Boeing 737-Flotte von 2003 bis 2006. ZIEL: Unter Berücksichtigung theoretisch fundierter arbeitspsychologischer Konzepte war das Ziel der Studie, kumulative und akute Effekte auf das Schlaf-Wach-Verhalten, auf die Belastung/Beanspruchung sowie auf die Müdigkeit zu identifizieren, die durch aufeinander folgende Einsätze auf der Kurzstrecke innerhalb eines Zeitraums von acht Wochen auftreten können. Hierfür wurden Daten von 29 Piloten (N=13 Kapitäne; N=16 Erste Offiziere) aufgezeichnet. Das Durchschnittsalter lag bei 33,8 ± 7,9 Jahren (Kapitäne: 42,0 ± 3,8 Jahre; Erste Offiziere: 27,4 ± 2,2 Jahre). METHODEN: Über ein Handheld PC konnten effizient Fragebögen bearbeitet und das Sleep Log sowie das Flight Log geführt werden. Die subjektive Ermüdung und Arbeitsbeanspruchung wurden durch standardisierte Fragebögen (z.B. Ermüdungsskala von Samn & Perelli (1982), NASA-TLX) operationalisiert. Im Sleep Log und im Flight Log wurden das Schlaf-Wach-Verhalten sowie flugspezifische Daten dokumentiert (z.B. Dienstbeginn, Dienstende, Flugabschnitte, Zielorte, etc.). Der Schlaf-Wach-Zyklus wurde mittels der Aktimetrie während des gesamten Messverlaufs aufgezeichnet. Die objektive Leistungsfähigkeit wurde täglich morgens und abends mit Hilfe einer computergestützten Psychomotor Vigilance Task (PVT) nach Dinges & Powell (1985) erfasst. Die Leistung in der PVT diente als Indikator für die Ermüdung eines Piloten. Zusätzliche Befragungen mit Paper-Pencil-Fragebögen sollten Aufschluss über relevante, psychosoziale Randbedingungen geben, die bei den täglichen Erhebungen nicht berücksichtigt wurden (z.B. Arbeitszufriedenheit; Essgewohnheiten; Kollegenbeziehungen). ERGEBNISSE: Unter Beachtung kumulativer Effekte wurde über die Studiendauer keine Veränderung in der Schlafqualität und im Schlafbedürfnis festgestellt. Die Müdigkeit nahm dagegen während der achtwöchigen Untersuchung zu. Die Reaktionszeit in der PVT zeigte an Flugdiensttagen eine Verschlechterung über die Zeit. Insgesamt wurden keine kritischen längerfristigen Effekte analysiert. Akute signifikante Effekte wurden bei der Ermüdung, der Gesamtbelastung und der Leistungsfähigkeit an Flugdiensttagen gefunden. Die Ermüdung als auch die Gesamtbelastung stiegen bei zunehmender Flugdienstdauer und Leganzahl und die Leistung nahm in der PVT ab. Der „time on task“ Effekt zeigte sich besonders in der Ermüdung durch die fliegerische Tätigkeit ab einer Flugdienstzeit von > 10 Stunden und > 4 Legs pro Tag. SCHLUSSFOLGERUNG: Mit diesen Ergebnissen konnte eine wissenschaftliche Datenbasis geschaffen werden aus der Empfehlungen resultieren, wie die Einsatzplanung für das Cockpitpersonal auf der Kurzstrecke unter flugmedizinischen und flugpsychologischen Gesichtspunkten optimiert werden kann. Zudem kann ein sachgerechter Beitrag im Rahmen der Diskussion zur Flugdienst- und Ruhezeitenregelung auf europäischer Ebene geleistet werden.

Einfluss neurologischer Krankheitsbilder auf die Vigilanz gemessen mit dem Pupillographischen Schläfrigkeitstest

Zahlreiche neurologische Erkrankungen wie Morbus Parkinson oder Epilepsien sind mit nicht erholsamem Schlaf und erhöhter Tagesschläfrigkeit assoziiert. Andere Erkrankungen wie Multiple Sklerose induzieren zwar Fatigue / Müdigkeit, aber keine objektivierbar erhöhte Einschlafneigung. Aufgrund der komplexen Interaktionen von Grunderkrankung, Krankheitsfolgen und Medikationseffekten differieren subjektive Einschätzung und objektive Maße von Schläfrigkeit oft erheblich. Der pupillographische Schläfrigkeitstest (PST) ist ein effizientes und objektives Verfahren zur Bestimmung der Vigilanz bzw. Tagesschläfrigkeit, für neurologische Patienten unter naturalistischen Bedingungen liegen aber nur wenige Daten vor.