To sleep or not to sleep

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1 Manfred Hallschmid Institut für Neuroendokrinologie, Universität Lübeck Ernährung, Bewegung, Entspannung alles zu seiner Zeit München, 31. März 2011 To sleep or not to sleep Der Einfluss des Schlafs auf die Energiebalance

2 Überblick Schlaf und (Über-)Gewicht Effekte von Schlafmangel auf den Metabolismus: Ein pathophysiologisches Arbeitsmodell Schlaf und hormonelle Faktoren der Energiebalance Schlaf und Nahrungsaufnahme Schlaf und Energieabgabe Schlafqualität und Diabetesrisiko Das schlafende Gehirn und sein Energieverbrauch

3 Adipositas (BMI 30) bei erwachsenen US-Bürgern 1985 No Data <10% 10% 14% Behavioral Risk Factor Surveillance System, CDC.

4 Adipositas (BMI 30) bei erwachsenen US-Bürgern 1990 No Data <10% 10% 14% Behavioral Risk Factor Surveillance System, CDC.

5 Adipositas (BMI 30) bei erwachsenen US-Bürgern 1995 No Data <10% 10% 14% 15% 19% Behavioral Risk Factor Surveillance System, CDC.

6 Adipositas (BMI 30) bei erwachsenen US-Bürgern 2000 No Data <10% 10% 14% 15% 19% 20% Behavioral Risk Factor Surveillance System, CDC.

7 Adipositas (BMI 30) bei erwachsenen US-Bürgern 2005 No Data <10% 10% 14% 15% 19% 20% 24% 25% 29% 30% Behavioral Risk Factor Surveillance System, CDC.

8 Adipositas (BMI 30) bei erwachsenen US-Bürgern 2009 No Data <10% 10% 14% 15% 19% 20% 24% 25% 29% 30% Behavioral Risk Factor Surveillance System, CDC.

9 Anstieg der Fälle klinisch schwerwiegender Adipositas Sturm, Arch Intern Med 2003

10 Anzahl der Kurzschläfer Stamatakis et al., Ann Epidemiol 2007

11 Schlaf und Übergewicht: Ein Zusammenhang?

12 Schlaf(mangel) und Übergewicht

13 Schlafdauer und BMI Bjorvatn et al., J Sleep Res 2007 Taheri et al., PLoS Med 2004 Klare U-förmige Beziehung von Schlafdauer und BMI

14 Schlafmangel und Adipositas-Risiko bei Kindern Metaanalyse von 12 Studien an insgesamt Kindern Cappuccio et al., Sleep 2008

15 Kindliche Schlafstörungen und späteres Übergewicht Geburtenkohorte mit 2494 Probanden aus Brisbane: => Prolongierter Einfluss von frühkindlichen Schlafstörungen auf die spätere Entwicklung von Adipositas? Al Mamun et al., Am J Epidemiol 2007

16 Ein pathophysiologisches Arbeitsmodell Schlafstörungen / Schlafmangel Neuroendokrine Stress-Systeme (HPA-Achse/SNS) Lipolyse Gestörter Glukosemetabolismus Insulinresistenz Glukosetoleranz Orexigene / anorexigene Balance Leptin, Ghrelin Hunger, Appetit Nahrungsaufnahme Körperliche Aktivität Energieabgabe Diabetes Adipositas modifiziert nach Medizinische Schmid & Schultes, Klinik I Diabetologie 2006

17 Ein pathophysiologisches Arbeitsmodell Schlafstörungen / Schlafmangel Neuroendokrine Stress-Systeme (HPA-Achse/SNS) Lipolyse Gestörter Glukosemetabolismus Insulinresistenz Glukosetoleranz Orexigene / anorexigene Balance Leptin, Ghrelin Hunger, Appetit Nahrungsaufnahme Körperliche Aktivität Energieabgabe Diabetes Adipositas modifiziert nach Medizinische Schmid & Schultes, Klinik I Diabetologie 2006

18 Leptin als Körperfettsignal Schwartz et al., Diabetes 2003

19 Ghrelin als Hungerhormon Cummings et al., Am J Physiol Endocrinol Metab 2004

20 Schlafdauer und Leptin-Konzentrationen Spiegel et al., Ann Int Med 2004 Verminderte Leptin-Konzentrationen nach 2 Tagen Schlafverkürzung

21 Schlafdauer und Ghrelin-Konzentrationen Spiegel et al., Ann Int Med 2004 Erhöhte Ghrelin-Konzentrationen nach 2 Tagen Schlafverkürzung

22 Schlafverlust erhöht Hunger und Appetit Spiegel et al., Ann Int Med 2004

23 Schlafverlust, Hunger und Ghrelin: Dosisabhängigkeit Schmid et al., J Sleep Res 2008

24 Erhöht Schlafmangel die Nahrungsaufnahme?

25 Schlafentzug, Nahrungsaufnahme und endokrine Parameter Experimentelles Design Schlaf Schlaf Schlaf Schlaf Grundlinie Nahrungsaufnahme: Frühstücksbüffet, Snacks, warme Gerichte Endokrine Maße Schmid et al., 2009, 2011

26 Schlafentzug und Nahrungsaufnahme % of Total Energy Intake Energiezufuhr A * Carb Fat Protein D A Hungerratings Breakfast Snack Buffet, Main Meals Ad Libitum 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 Time Absolut gesehen aßen die Probanden nach Schlafentzug nicht mehr. Schlafentzug Kontrolle Schmid et al., Am J Clin Nutr 2009

27 Schlafentzug und Leptin-/Ghrelin-Konzentrationen A 8 B 700 Leptin (ng/ml) Ghrelin (pg/ml) Breakfast Snack Buffet, Main Meals Ad Libitum 08:00 12:00 16:00 20:00 00: Breakfast Snack Buffet, Main Meals Ad Libitum 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 Schlafentzug Kontrolle Schmid et al., Am J Clin Nutr 2009

28 Schlafentzug und Nahrungsaufnahme (2) Brondel et al., Am J Clin Nutr 2010

29 Relevanz des Aufwachzeitpunkts? Schlaf Schlaf Schlaf Schlaf Grundlinie Nahrungsaufnahme Endokrine Maße Schmid et al., Am J Clin Nutr 2009 Brondel et al., Am J Clin Nutr 2010

30 Reduziert Schlafmangel die Energieabgabe?

31 Schlafentzug und körperliche Aktivität Akzelerometrie Schlaf Schlaf Schlaf Schlaf Grundlinie Schmid et al., 2009, 2011

32 Schlafentzug und körperliche Aktivität Total Activity Counts A * Day 1 Day 2 Activity (0-9) C * * * * Breakfast * t * * * t * Snack Buffet, Main Meals Ad Libitum 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 Schlafentzug Kontrolle Schmid et al., Am J Clin Nutr 2009

33 Schlafentzug und körperliche Aktivität Brondel et al., Am J Clin Nutr 2010

34 Schlafentzug und körperliche Aktivität

35 Schlafentzug senkt die Energieabgabe in Form von Wärme Benedict et al., Am J Clin Nutr 2011

36 Ein pathophysiologisches Arbeitsmodell Schlafmangel Neuroendokrine Stress-Systeme (HPA-Achse/SNS) Lipolyse Gestörter Glukosemetabolismus Insulinresistenz Glukosetoleranz Diabetes Orexigene / anorexigene Balance Leptin, Ghrelin Hunger, Appetit Nahrungsaufnahme? Körperliche Aktivität Energieabgabe Adipositas modifiziert nach Medizinische Schmid & Schultes, Klinik I Diabetologie 2006

37 Schlafqualität und Diabetesrisiko Schlafstörungen / Schlafmangel Neuroendokrine Stress-Systeme (HPA-Achse/SNS) Lipolyse Gestörter Glukosemetabolismus Insulinresistenz Glukosetoleranz Orexigene / anorexigene Balance Leptin, Ghrelin Hunger, Appetit Nahrungsaufnahme Körperliche Aktivität Energieabgabe Diabetes Adipositas modifiziert nach Medizinische Schmid & Schultes, Klinik I Diabetologie 2006

38 Schlafentzug und Glukosestoffwechsel Schlafentzug Kontrolle Schmid et al., Sleep 2011 Gesteigerte Insulinantwort bei gleichzeitig erhöhtem BZ-Anstieg bei oraler Nahrungsstimulation nach zwei Tagen mit moderater Schlafrestriktion.

39 Schlafarchitektur: Nachthälften REM S3 S4 1. Nachthälfte: Tiefschlaf dominiert 2. Nachthälfte REM-Schlaf dominiert

40 Tiefschlafentzug reduziert die Glukosetoleranz Tasali et al., PNAS 2008

41 Zusammenfassung Epidemiologische Studien weisen auf einen Zusammenhang zwischen verkürztem Schlaf und Übergewicht sowie Diabetes-Risiko hin. (Einige) experimentelle Studien ergaben, dass Schlafentzug - mit einer akuten Störung der anorexigenen/orexigenen endokrinen Balance einhergeht, - eine Erhöhung der Nahrungsaufnahme bei einem frühen Aufwachzeitpunkt begünstigt; - uneindeutige Effekte auf die Energieabgabe durch physische Aktivität und Thermogenese hat. Das Risiko einer diabetischen Stoffwechsellage scheint insbesondere durch eine Verschlechterung des Tiefschlafs erhöht zu werden. Auch wenn die zugrunde liegenden Mechanismen weitgehend unbekannt sind, deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass ausreichender und gesunder Schlaf für die Aufrechterhaltung der Energiebalance hin.

42 Schlafentzug bei Diät Nedeltcheva et al., Ann Int Med 2010

43 Schlafentzug reduziert den Fettverlust durch Diät Nedeltcheva et al., Ann Int Med 2010

44 Dass wir nicht noch kranker und noch verrückter sind, als ohnehin der Fall ist, verdanken wir ausschließlich jener gesegneten und segensreichsten aller natürlichen Gaben, dem Schlaf. Aldous Huxley