Die ersten Anzeichen von unzureichendem Schlaf sind allgemein bekannt. Es gibt Müdigkeit und Erschöpfung, Konzentrationsschwierigkeiten, vielleicht Reizbarkeit oder sogar müdes Kichern. Weit weniger Menschen haben die Auswirkungen von längerem Schlafentzug erlebt, einschließlich Desorientierung, Paranoia und Halluzinationen.
Insgesamt kann längerer Schlafentzug jedoch tödlich sein., Während es beim Menschen nur anekdotisch berichtet wurde, zeigte eine weithin zitierte Studie an Ratten, die 1989 von Chicagoer Forschern durchgeführt wurde, dass ein totaler Schlafmangel unweigerlich zum Tod führt. Doch trotz jahrzehntelanger Studien ist eine zentrale Frage ungelöst geblieben: Warum sterben Tiere, wenn sie nicht schlafen?
Nun haben Neurowissenschaftler der Harvard Medical School (HMS) einen unerwarteten, ursächlichen Zusammenhang zwischen Schlafentzug und vorzeitigem Tod identifiziert.,
In einer Studie über schlaflose Fruchtfliegen, die am 4. Juni in Cell veröffentlicht wurde, fanden Forscher heraus, dass dem Tod immer die Ansammlung von Molekülen vorausgeht, die als reaktive oxidative Spezies (ROS) im Darm bekannt sind.
Wenn Fruchtfliegen antioxidative Verbindungen erhielten, die ROS neutralisieren und aus dem Darm entfernen, blieben schlaflose Fliegen aktiv und hatten normale Lebenserwartungen. Zusätzliche Experimente an Mäusen bestätigten, dass sich ROS im Darm ansammeln, wenn der Schlaf nicht ausreicht.
Die Ergebnisse legen nahe, dass Tiere unter bestimmten Umständen tatsächlich ohne Schlaf überleben können., Die Ergebnisse eröffnen neue Studienwege, um die vollständigen Folgen eines unzureichenden Schlafes zu verstehen, und könnten eines Tages das Design von Ansätzen beeinflussen, um seinen nachteiligen Auswirkungen auf den Menschen entgegenzuwirken, sagten die Autoren.
“ Wir gingen unvoreingenommen vor und suchten im ganzen Körper nach Indikatoren für Schäden durch Schlafentzug. Wir waren überrascht, dass der Darm eine Schlüsselrolle bei der Todesursache spielt“, sagte die leitende Studienautorin Dragana Rogulja, Assistenzprofessorin für Neurobiologie am Blavatnik-Institut an der HMS.,
“ Noch überraschender fanden wir, dass ein vorzeitiger Tod verhindert werden konnte. Jeden Morgen würden wir uns alle versammeln, um die Fliegen zu betrachten, mit Unglauben, um ehrlich zu sein. Was wir gesehen haben, ist, dass wir jedes Mal, wenn wir ROS im Darm neutralisieren konnten, die Fliegen retten konnten“, sagte Rogulja.
Wissenschaftler haben lange den Schlaf untersucht, ein Phänomen, das für das Leben von grundlegender Bedeutung zu sein scheint, das jedoch in vielerlei Hinsicht mysteriös bleibt. Fast jedes bekannte Tier schläft oder zeigt irgendeine Form von Schlafverhalten. Ohne genug davon ergeben sich schwerwiegende Folgen., Beim Menschen ist chronisch unzureichender Schlaf mit Herzerkrankungen, Typ-2-Diabetes, Krebs, Fettleibigkeit, Depressionen und vielen anderen Erkrankungen verbunden.
Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass eine längere totale Schlafeinschränkung in Tiermodellen zum vorzeitigen Tod führen kann. Die Bemühungen, zu beantworten, wie Schlafentzug im Tod gipfelt, konzentrierten sich hauptsächlich auf das Gehirn, aus dem Schlaf stammt, aber keine hat schlüssige Ergebnisse erbracht.,
Darmakkumulation
Angeführt von den Studienautoren Alexandra Vaccaro und Yosef Kaplan Dor, beide Forschungsstipendiaten für Neurobiologie am HMS, führte das Team eine Reihe von Experimenten mit Fruchtfliegen durch, die viele schlafregulierende Gene mit Menschen teilen, um nach Anzeichen von Schäden zu suchen, die durch Schlafentzug im ganzen Körper verursacht werden. Um den Schlaf zu überwachen, verwendeten die Forscher Infrarotstrahlen, um die Bewegung von Fliegen in einzelnen Röhren ständig zu verfolgen.
Sie fanden heraus, dass Fliegen durch körperliches Schütteln schlafen können, so dass sich das Team anspruchsvolleren Methoden zuwandte., Sie manipulierten genetisch Fruchtfliegen, um ein hitzeempfindliches Protein in bestimmten Neuronen auszudrücken, deren Aktivität bekanntermaßen den Schlaf unterdrückt. Wenn Fliegen bei 29 Grad Celsius untergebracht wurden, veranlasste das Protein die Neuronen, ständig aktiv zu bleiben und so zu verhindern, dass die Fliegen schlafen.
Nach 10 Tagen temperaturbedingten Schlafentzugs stieg die Sterblichkeit unter den Fruchtfliegen und alle starben um den Tag 20. Kontrollfliegen, die normalen Schlaf hatten, lebten bis zu ungefähr 40 Tage unter den gleichen Umweltbedingungen.,
Da die Mortalität um Tag 10 zunahm, suchten die Forscher an diesem und den vorangegangenen Tagen nach Markern für Zellschäden. Die meisten Gewebe, auch im Gehirn, waren mit einer bemerkenswerten Ausnahme nicht zwischen schlaflosen und nicht beraubten Fliegen zu unterscheiden.
Die Eingeweide schlafloser Fliegen hatten einen dramatischen Aufbau von ROS-hochreaktiven, sauerstoffhaltigen Molekülen, die in großen Mengen DNA und andere Komponenten in Zellen schädigen und zum Zelltod führen können. Die Akkumulation von ROS erreichte um den Tag 10 des Schlafentzugs ihren Höhepunkt, und als der Entzug gestoppt wurde, nahmen die ROS-Spiegel ab.,
Zusätzliche Experimente bestätigten, dass sich ROS im Darm nur jener Tiere ansammelt, die einen anhaltenden Schlafverlust erlitten haben, und dass der Darm tatsächlich die Hauptquelle für dieses scheinbar tödliche ROS ist.
„Wir fanden heraus, dass schlaflose Fliegen jedes Mal im gleichen Tempo starben, und als wir Marker für Zellschäden und Tod betrachteten, war das einzige Gewebe, das wirklich auffiel, der Darm“, sagte Vaccaro. „Ich erinnere mich, als wir das erste Experiment machten, konnte man sofort unter dem Mikroskop sagen, dass es einen auffälligen Unterschied gab. Das passiert fast nie in der Laborforschung.,“
Das Team untersuchte auch, ob eine ROS-Akkumulation bei anderen Spezies auftritt, indem es eine sanfte, kontinuierliche mechanische Stimulation verwendete, um Mäuse bis zu fünf Tage wach zu halten. Im Vergleich zu Kontrolltieren hatten schlaflose Mäuse erhöhte ROS-Spiegel im Dünn-und Dickdarm, jedoch nicht in anderen Organen, ein Befund, der mit den Beobachtungen bei Fliegen übereinstimmte.
Todesrettung
Um herauszufinden, ob ROS im Darm eine ursächliche Rolle beim durch Schlafentzug verursachten Tod spielen, wollten die Forscher herausfinden, ob die Verhinderung der ROS-Akkumulation das Überleben verlängern könnte.,
Sie testeten Dutzende von Verbindungen mit antioxidativen Eigenschaften, von denen bekannt ist, dass sie ROS neutralisieren, und identifizierten 11, die als Nahrungsergänzungsmittel schlaflosen Fliegen eine normale oder nahezu normale Lebensdauer ermöglichten. Diese Verbindungen, wie Melatonin, Liponsäure und NAD, waren besonders wirksam bei der Reinigung von ROS aus dem Darm. Insbesondere verlängerte die Supplementierung die Lebensdauer nicht benachteiligter Fliegen nicht.
Die Rolle der ROS-Entfernung bei der Verhinderung des Todes wurde weiter durch Experimente bestätigt, in denen Fliegen genetisch manipuliert wurden, um antioxidative Enzyme in ihrem Darm zu überproduzieren., Diese Fliegen hatten normale bis nahezu normale Lebensspannen, wenn sie schlafentzogen waren, was bei Kontrollfliegen, die antioxidative Enzyme im Nervensystem überproduzierten, nicht der Fall war.