Im Takt des Schlafs

Beim Schlafen gibt es verschiedene Phasen der Synchronisation von Herzschlag und Atmung, welche die Schlafstadien widerspiegeln. Das haben theoretische Physiker aus Halle herausgefunden.

Beim Schlafen gibt es verschiedene Phasen der Synchronisation von Herzschlag und Atmung. Diese Phasen spiegeln die Schlafstadien wider - an ihnen lässt sich also erkennen, ob jemand sich im Tief- oder im Traumschlaf befindet. Das haben Forscher der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, der Philipps-Universität Marburg und der Bar-Ilan-Universität in Ramat Gan (Israel) herausgefunden. Ein stationärer Aufenthalt in einem Schlaflabor könnte damit in vielen Fällen überflüssig werden. Die Resultate des Forschungsprojekts werden Anfang Februar in der renommierten Zeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Jedermann weiß, dass sich beim Joggen die Atmung mit den Beinbewegungen synchronisiert. Aber wie sieht das für das Herz aus? Gibt es verschiedene Phasen der Synchronisation zwischen Herzschlag und Atmung in Abhängigkeit von physiologisch unterschiedlichen Zuständen des Körpers? Mit dieser Frage beschäftigten sich theoretische Physiker der Martin-Luther-Universität in einem internationalen Kooperationsprojekt. Sie nahmen sich die Schlafphase vor, die durch verschiedene Stadien gekennzeichnet ist. Tief- und Traumschlaf wechseln sich ab, der menschliche Körper durchläuft mehrere Zyklen. „Diese Schlafstadien werden durch das Gehirn generiert und stehen eigentlich nicht direkt mit autonomen Körperfunktionen wie Herzschlag oder Atmung in Verbindung“, weiß Jan Kantelhardt, Juniorprofessor am Institut für Physik der Martin-Luther-Universität. „Wir konnten nun aber zeigen, dass die Muster der so genannten Phasen-Synchronisation zwischen Herzschlag und Atmung die Schlafstadien widerspiegeln.“

Die Forscher zeichneten die Daten von 112 gesunden Probanden im Alter von 20 bis über 70 Jahren während der Schlafphase auf. Ihre Ergebnisse sind eindeutig und unabhängig von Geschlecht, Alter und Body-Mass-Index. Die Wissenschaftler nutzten einen auf Methoden der Theoretischen Physik beruhenden automatischen Algorithmus, der die Synchronisationsphasen objektiv erkennen kann. Bei dem Projekt handelt es sich also um eine erfolgreiche interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Physik und Medizin. Medizinischer Partner war die Universitätsklinik Marburg.

„Mit unseren Messmethoden ist nun erstmals ein Nachweis von Übergängen in der Phasen-Synchronisation in einem Experiment gelungen“, sagt Jan Kantelhardt. „Damit bekommen die vielen theoretischen Arbeiten der Physiker eine praktische Bedeutung.“ Mögliche Anwendungen der Resultate sehen die Forscher in der automatischen Erkennung von Schlafstadien allein auf der Basis von Herzschlag- und Atmungsaufzeichnungen, die - anders als konventionelle Analysen - keine stationäre Aufnahme in einem Schlaflabor erfordern. Außerdem untersuchen sie gerade gemeinsam mit Kardiologen der TU München für Herzinfarktpatienten, wie die Art und der Grad der Phasensynchronisation mit der Leistungsfähigkeit des Herz-Kreislauf-Systems zusammenhängen und ob sich daraus diagnostisch relevante Parameter gewinnen lassen.

Quelle: Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  R. Bartsch, J. W. Kantelhardt, T. Penzel und S. Havlin, Experimental evidence for phase synchronization transitions in human cardio-respiratory system, Phsy. Rev. Lett (in press, 2007).
  http://arxiv.org/abs/physics/0701326 (Preprint)
• Institut für Physik, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg:
  http://www.physik.uni-halle.de
• Homepage von Jan W. Kantelhardt:
  http://www.physik.uni-halle.de/Fachgruppen/Theorie/kantel/homepage.htm