Obwohl es als "Schlafhormon" bekannt ist, ist die genaue Rolle von Melatonin im Schlaf noch lange nicht vollständig verstanden. Wir kennen viele Verbindungen zwischen Melatonin und Schlaf: Die Hormonspiegel steigen nachts und fallen während des Tages, reguliert durch die gleichen zirkadianen Rhythmen, die den Schlaf regulieren. Störungen im Melatoninspiegel gehen Hand in Hand mit Schlafstörungen. Aber wie genau beeinflusst Melatonin den Schlaf und unsere Schlaf- und Wachzyklen? Das verstehen wir nicht ganz. Wissenschaftler von Caltech wollten mehr über die genaue Rolle von Melatonin im Schlaf erfahren und teilten kürzlich ihre Ergebnisse mit. Ihre Ergebnisse werfen ein neues Licht darauf, wie wichtig Melatonin für den Schlaf ist und wie es Schlaf bringen kann.
Um die Auswirkungen von Melatonin auf den Schlaf im Detail zu erforschen, untersuchten die Forscher die schlafbezogenen Funktionen von Melatonin in Zebrafischlarven. Diese winzigen Organismen haben einen dem Menschen ähnlichen circadianen Zyklus. Sie sind tagsüber wach und schlafen nachts, währenddessen der Melatoninspiegel am höchsten ist. Die Forscher verglichen das Schlaf-Wach-Muster normaler Zebrafischlarven mit Zebrafischlarven, die aufgrund einer Genmutation nicht in der Lage waren, Melatonin zu produzieren. Die Melatonin-defizienten Fischlarven schliefen deutlich weniger als ihre melatoninproduzierenden Gegenstücke, etwa halb so lang. Auch die Fischlarven ohne Melatonin brauchten doppelt so lange, um einzuschlafen.
Die Forscher gingen einen Schritt weiter und verhinderten vorübergehend, dass die normalen Zebrafischlarven Melatonin produzierten, indem sie Zellen in ihrer Zirbeldrüse beeinträchtigten. (In der Zirbeldrüse wird auch Melatonin beim Menschen produziert.) Ohne die Fähigkeit, Melatonin zu produzieren, zeigten die Zebrafischlarven drastische Veränderungen ihres Schlafmusters. Sie schliefen genauso stark wie die genetisch mutierten Fischlarven, etwa halb so viel wie sie geschlafen hatten, als sie Melatonin herstellen konnten. Als die Forscher aufhörten zu verhindern, dass die Fischlarven Melatonin bilden, und sie begannen, es wieder auf natürliche Weise zu produzieren, kehrte ihr Schlaf auf sein normales Niveau zurück.
Diese Ergebnisse legen nahe, dass es eine direkte Rolle für Melatonin sowohl beim Einschlafen als auch beim Schlafen für eine normale, gesunde Dauer während der Nacht gibt.
Die Forscher untersuchten auch, wie Melatonin in Bezug auf die zirkadianen Uhren der Zebrafischlarven und ihre Schlaf-Wach-Zyklen funktioniert. Sie setzten zunächst sowohl die normalen Zebrafischlarven als auch die genetisch mutierten Zebrafischlarven einem regelmäßigen Muster von Tag und Nacht aus – 14 Stunden Licht und 10 Stunden Dunkelheit. Dies etablierte die Larven mit zirkadianen Uhren, die synchron mit dem Licht und der Dunkelheit arbeiteten. Dann brachten sie beide Arten von Fischlarven in eine Umgebung völliger Dunkelheit. Die Fische, die Melatonin produzierten, behielten auf natürliche Weise ihren normalen zirkadianen Zyklus von Schlaf und Wachheit bei, selbst wenn keine routinemäßige Lichteinwirkung vorhanden war.
Aber die genetisch mutierten Zebrafische, die nicht in der Lage waren, Melatonin zu produzieren, verloren in ihrem Schlaf alle zirkadianen Muster oder Rhythmen. Ohne Melatonin konnten die Fischlarven zirkadiane Zyklen von Schlaf und Wachheit nicht aufrechterhalten. Dies war eine Überraschung für die Forscher und legt nahe, dass Melatonin nicht nur nützlich und hilfreich für zirkadiane Schlaf-Wach-Zyklen ist, sondern für sie essentiell ist.
Ausgehend von diesem Verständnis, dass Melatonin für das Funktionieren zirkadianer Schlafzyklen benötigt wird, wollten die Forscher herausfinden, wie Melatonin diesen regulierenden Einfluss ausübt. Sie untersuchten die Beziehung zwischen Melatonin und Adenosin, einem Neurotransmitter, von dem angenommen wird, dass er beim homöostatischen Schlafsystem des Körpers – unserem inneren Schlaftrieb – eine wichtige Rolle spielt. Beim Menschen steigt der Adenosinspiegel im Laufe des Tages im Gehirn an. Dieser Aufbau von Adenosin ist mit zunehmenden Müdigkeits- und Schlafbedürfnissen verbunden. Adenosinspiegel sinken während des Schlafes.
Forscher gaben sowohl normale Zebrafischlarven als auch die Melatonin-defizienten Larven Dosen eines Medikaments, das Adenosin stimulierte. Die beiden Fischgruppen reagierten sehr unterschiedlich. Das Adenosin hatte keine Wirkung auf die normalen Zebrafischlarven. Unter den Melatonin-defizienten Fischlarven beobachteten die Forscher jedoch signifikante Veränderungen ihres Schlafs. Die genetisch mutierten Fischlarven begannen normal zu schlafen, in Mustern wie die Fische, die Melatonin produzieren konnten.
Diese Phase ihres Experiments legt nahe, dass eine der Funktionen von Melatonin darin bestehen könnte, den Aufbau von Adenosin im Gehirn auszulösen, was wiederum dazu führt, dass man das Bedürfnis nach Schlaf spürt.
Diese Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass Melatonin eine Brücke zwischen den beiden mächtigen Systemen, die den Schlaf steuern, sein kann: dem zirkadianen System und dem homöostatischen Schlafsystem. Wir wissen, dass diese beiden Systeme Einfluss auf den Schlaf ausüben und zusammen unseren grundlegenden 24-Stunden-Zyklus einer langen, konsolidierten Schlafperiode, gefolgt von einer längeren Wachphase, schaffen. Die Wissenschaft muss jedoch noch eine direkte, konkrete Verbindung zwischen diesen beiden Systemen herstellen oder aufdecken. Diese Forschung bietet viele neue Details darüber, wie Melatonin tatsächlich für den Schlaf arbeiten kann, sowie den ersten Beweis für eine direkte Verbindung zwischen unseren beiden Schlafsystemen.
Als nächstes werden wir die jüngsten wissenschaftlichen Durchbrüche untersuchen, um zu verstehen, wie Melatonin Gesundheit und Krankheit beeinflussen kann, und neue therapeutische Möglichkeiten für Melatonin.
Schöne Träume,
Michael J. Breus, PhD
Der Schlafdoktor ™
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