Munter­macher im Schlaf­labor

Man fühlt sich schlapp, reagiert empfindlich auf Stress und kommt erst nach einer Tasse Kaffee so richtig auf die Beine: Übermüdet zu sein, ist nicht nur lästig, sondern ein großes Alltags­risiko. Was aus medizinischer Sicht dahinter steckt, erforscht Dr. Eva-Maria Elmenhorst im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Dabei liegt ihr besonderes Augen­merk zurzeit auf den Auswirkungen von Koffein.

Dr. Eva-Maria Elmenhorst ist stellvertretende Abteilungsleiterin Schlaf und Humanfaktoren im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).
Dr. Eva-Maria Elmenhorst ist stellvertretende Abteilungsleiterin Schlaf und Humanfaktoren im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). © DLR/Sebastian Mölleken

Wenn sie nicht an ihrem Schreibtisch im DLR-Institut für Luft- und Raumfahrt­medizin sitzt, ist Privatdozentin Dr. Eva-Maria Elmenhorst wahrscheinlich im Schlaf­labor. In mehreren Studien­reihen schlafen dort 40 Probanden unter ihrer Aufsicht. Mit einem fach­über­greifenden Team analysiert die Ärztin, wie sich Schlaf­mangel auf die menschliche Leistungs­fähig­keit auswirkt. Während manche Menschen bei Über­müdung extreme, teilweise sekunden­lange Aussetzer haben, sind bei anderen kaum Leistungs­schwächen erkennbar. Die Zusammen­hänge im Gehirn sind noch weit­gehend unklar. „Um das zu ändern, untersuchen wir die Qualität des Schlafs, dokumentieren die Aktivitäten des Gehirns und messen die kognitiven Fähigkeiten“, erklärt Eva-Maria Elmenhorst. Die aktuelle PET-Kaffee-Studie, die bis Ende des Jahres läuft, soll zudem Aufschluss geben, wie Kaffee bei Schlaf­mangel wirkt.

Die Studienergebnisse fließen in die Raumfahrtmedizin im DLR ein. Wenn Wahr­nehmung, Reaktions­vermögen und Konzentration nachlassen, steigt das Unfall­risiko. Das ist nicht nur für Piloten und Astronautinnen fatal, sondern auch im Straßen- und Schienen­verkehr oder im Schicht­dienst. Lang­fristig möchte das Forschungs­team um Eva-Maria Elmenhorst seine Erkenntnisse nutzen, um Warn­systeme zu entwickeln, die den Abfall der Leistungs­fähigkeit früh­zeitig anzeigen. Heutige Verfahren können drohende Ausfälle, zum Beispiel über eine Analyse der Augen­bewegungen, nur wenige Sekunden vorher signalisieren. Zeit für Gegen­maßnahmen bleibt dann nicht mehr. Wenn der gefährdete Mensch aber schon etwa eine halbe Stunde vorher durch ein entsprechendes System gewarnt wäre, könnte er noch recht­zeitig Schutz­maßnahmen ergreifen, indem er zum Beispiel die Verantwortung für eine sichere Landung an den Co-Piloten abgibt oder eine Rast­stätte ansteuert – und dort vielleicht eine Tasse Kaffee trinkt.

DLR Logo

Kurze Nächte und viele Tests

An der PET-Kaffee-Studie arbeitet im DLR ein Team aus den Fach­bereichen Medizin, Psychologie, Biologie, Physik und Neuro­kognitions­wissen­schaften in der Abteilung Schlaf- und Human­faktoren, deren stell­vertretende Leiterin Eva-Maria Elmenhorst ist. Außerdem beteiligen sich Arbeits­gruppen vom Institut für Neuro­wissenschaften und Medizin am Forschungs­zentrum Jülich, vom Institut für Pharma­kologie und Toxi­kologie der Universität Zürich sowie aus der Forschungs­abteilung eines großen Kaffee­herstellers. „Die Zusammen­arbeit mit verschiedenen Disziplinen ist unglaublich bereichernd, denn alle bringen unter­schiedliche Blick­winkel und Kompetenzen mit“, schwärmt die Fachärztin für Physiologie. „Dadurch haben wir überhaupt erst die Untersuchungs­möglichkeiten für eine so umfassende Studie.“

Der Studienplan sieht vor, dass die Probandinnen und Probanden im Schlaflabor der hochmodernen Forschungs­anlage :envihab des DLR in Köln zunächst 3 Nächte lang jeweils 8 Stunden schlafen. In den folgenden 5 Nächten werden sie schon nach 5 Stunden geweckt. Daran schließt sich eine Nacht mit 8 Stunden Schlaf an. Durch diesen Aufbau kann das Team unter­suchen, wie sich mehrere Nächte unter Schlaf­entzug auswirken und wie erholsam eine einzige Nacht mit normaler Schlaf­dauer danach ist. Während des gesamten Zeit­raums trinkt eine Hälfte der Probanden­gruppe jeden Tag zwei Tassen koffein­haltigen, die andere Hälfte koffein­freien Kaffee. Es handelt sich um eine Doppel­blind­studie: Auch das wissenschaftliche Team weiß nicht, welche Probanden Koffein konsumieren und welche nicht. In den Wach­phasen durchlaufen beide Gruppen alle drei Stunden verschiedene Reaktions- und Konzentrations­tests, die ein Neuro­kognitions­wissen­schaftler zusammenstellt. Das können visuelle Suchaufgaben am Bildschirm oder monotone Reaktions­aufforderungen sein.

Zusammenhänge im Gehirn durchschauen

Dank der langfristigen Kooperation mit dem Forschungszentrum Jülich, das auf die neuronale Bildgebung spezialisiert ist, kann das DLR-Team solche molekularen Veränderungen im menschlichen Gehirn mit der kognitiven Leistungs­fähigkeit verknüpfen. Eine Magnet­resonanz­tomografie (MRT) erfasst zunächst die Anatomie des Gehirns. Sie zeigt, wo genau bei den einzelnen Probanden welche Hirn­gebiete liegen. Mit der Positronen-Emissions-Tomografie (PET) können die Forscherinnen und Forscher zudem die Verfügbar­keit von Rezeptoren im Gehirn abbilden. Anschließend legen sie beide Aufnahmen über­einander, um in einem aufwendigen Verfahren die Rezeptor­verfügbarkeit den einzelnen Hirn­regionen zuzuordnen.

Der Botenstoff Adenosin scheint Veränderungen im Gehirn, die auf Schlafmangel zurückgehen, wesentlich zu beeinflussen. „Wir vermuten allerdings, dass neben Adenosin auch seine Rezeptoren für den Schlaf­druck verantwortlich sind, der immer stärker wird, je länger man wach ist“, betont Eva-Maria Elmenhorst. Ohne Schlaf steigt ihre Zahl an. Schläft man anschließend länger, sinkt sie wieder auf das Ausgangs­niveau. Die Verfügbar­keit von Adenosin­rezeptoren im Gehirn scheint in Zusammen­hang mit den in Reaktions­tests gemessenen Leistungs­schwächen zu stehen. Mit demselben Rezeptor­typ hängt auch die Wirkung von Koffein zusammen. „Kaffee könnte neben der bekannten kurzzeitigen Leistungssteigerung auch eine chronische Veränderung auf der Rezeptorebene bewirken“, ergänzt Eva-Maria Elmenhorst. „Wäre dies der Fall, könnten Menschen, die regelmäßig Kaffee trinken, mit Schlaf­mangel eventuell besser umgehen und wären dauer­haft weniger anfällig für Leistungs­einbußen.“ Ob tatsächlich ein solcher Zusammenhang besteht? Die Untersuchungs- und Test­ergebnisse der beiden Probanden­gruppen werden es zeigen.

DLR Institut für Raumfahrtmedizin: http://www.dlr.de/me/

Alle Infos und Karrierechancen an den 20 DLR-Standorten deutschlandweit unter DLR.de/jobs.

Das DLR ist auch auf XING und LinkedIn zu finden.

X

Sie verwenden einen sehr alten Browser.

Um diese Website in vollem Umfang nutzen zu können, installieren Sie bitte einen aktuellen Browser.
Aktuelle Browser finden Sie hier