Enzyklopädie der Schlafmedizin
Autoren
Sebastian Canisius und Werner Cassel

Tiefschlaf, charakteristische Veränderungen in der Kardiorespiratorischen Polysomnographie

Im physiologischen Schlaf werden vier Schlafstadien durchlaufen, die zyklisch wiederkehrend in einer bestimmten Abfolge auftreten. Aufgrund charakteristischer Veränderungen der Signale von Elektroenzephalogramm, Elektrookulogramm und Elektromyogramm lassen sich zwei Leichtschlafstadien, ein Tiefschlafstadium und REM-Schlaf differenzieren. In der Kardiorespiratorischen Polysomnographie werden zusätzlich Parameter der Herz-Kreislauf-Funktion registriert, sodass auch charakteristische Veränderungen der autonomen Funktionen erfasst werden. Tiefschlaf hat einen relativen Anteil von 15–20 % an der Gesamtschlafzeit und wird als Schlafstadium N3 bezeichnet. Der Muskeltonus, der sich im Leichtschlaf gegenüber dem Wachzustand verringert hat, fällt im Tiefschlaf weiter ab, sein niedrigstes Niveau erreicht er im REM-Schlaf. Das Atemminutenvolumen ist gegenüber dem Stadium Wach im Tiefschlaf um ca. 15 % verringert. Ähnlich verhalten sich die Kreislaufparameter Herzfrequenz und arterieller Blutdruck.

Englischer Begriff

characteristic changes in cardiorespiratory polysomnography during deep sleep

Definition

Im physiologischen Schlaf werden vier Schlafstadien durchlaufen, die zyklisch wiederkehrend in einer bestimmten Abfolge auftreten. Aufgrund charakteristischer Veränderungen der Signale von „Elektroenzephalogramm“ (EEG), „Elektrookulogramm“ (EOG) und „Elektromyogramm“ (EMG) lassen sich zwei Leichtschlafstadien, ein Tiefschlafstadium und REM-Schlaf differenzieren („Polysomnographie und Hypnogramm“). In der „Kardiorespiratorische Polysomnographie“ werden zusätzlich Parameter der Herz-Kreislauf-Funktion registriert, sodass auch charakteristische Veränderungen der autonomen Funktionen erfasst werden („Autonomes Nervensystem“). Tiefschlaf hat einen relativen Anteil von 15–20 % an der Gesamtschlafzeit und wird als Schlafstadium N3 bezeichnet. Der Muskeltonus, der sich im Leichtschlaf gegenüber dem Wachzustand verringert hat, fällt im Tiefschlaf weiter ab, sein niedrigstes Niveau erreicht er im REM-Schlaf („Motorik“). Das Atemminutenvolumen ist gegenüber dem Stadium Wach im Tiefschlaf um ca. 15 % verringert und erreicht damit das niedrigste Niveau in körperlicher Ruhe. Ähnlich verhalten sich die Kreislaufparameter Herzfrequenz und arterieller Blutdruck.

Grundlagen

Stadium N3 wird im Wesentlichen klassifiziert durch die Veränderungen der EEG-Wellen im Vergleich mit den Wellen des Leichtschlafs, vor allem des Stadiums N2.
Gelegentlich taucht der Begriff Deltaschlaf auf, dessen Verwendung jedoch zu Missverständnissen Anlass gibt, nicht zuletzt weil die Definition von Deltawellen im Frequenzbereich von 0,1–4 Hz unterschiedlich gehandhabt wird.
Charakteristika von Hirnstromkurve, Augenbewegungen und Muskelaktivität
Die Klassifizierung der Schlafstadien erfolgt standardisiert nach den Kriterien der American Academy of Sleep Medicine (AASM). Bewertet wird in Epochen von 30 Sekunden Dauer (Abb. 1 und 2).
EEG in Stadium N3: Während Schlafstadium N3 erhöht sich der Anteil langsamer Deltawellen (0,5–2 Hz) auf mindestens 20 % pro Epoche. Ähnlich wie im Stadium N2 können noch K-Komplexe und Schlafspindeln beobachtet werden. Die Amplitude der Deltawellen sollte mehr als 75 μV betragen. Hier gilt der Unterschied zwischen tiefstem und höchstem Punkt der Wellen als Kriterium.
EOG im Stadium N3: Es existieren keine spezifischen Veränderungen des Elektrookulogramms, die zur Klassifikation von Tiefschlaf herangezogen werden. Charakteristische Augenbewegungen treten besonders im Vergleich zum Wachzustand und zum REM-Schlaf selten oder nicht auf. Häufig werden langsame Wellen im Elektrookulogramm gefunden, die aber bei synchron erscheinenden Deltawellen im Elektroenzephalogramm aufgrund ihres gleichphasischen Auftretens in beiden EOG-Ableitungen als Einstreuungen von Deltawellen des Elektroenzephalogramms erkannt werden können.
EMG im Stadium N3: Es existieren keine spezifischen Veränderungen des Elektromyogramms, die zur Klassifikation von Tiefschlaf herangezogen werden können. Die Muskelspannung sollte im Vergleich zum Leichtschlaf etwas, im Vergleich zum Wachzustand deutlich niedriger sein und kann manchmal so niedrig wie beim REM-Schlaf sein.
Charakteristika von Atmung und Herz-Kreislauf-Funktion
EKG im Stadium N3: Das Herz schlägt mit der Ruhefrequenz, die deutlich unterhalb der Frequenz während Wachheit liegt („Herz-Kreislauf-System“).
Atmung im Stadium N3: Der zunehmende Einfluss des Parasympathikus führt zu einer Reduktion des Atemminutenvolumens um zirka 15 % des Wertes im Vergleich zum Wachzustand. Dies ist die Folge des gegenüber dem Wachzustand um 15 % verringerten Atemzugvolumens. Die Atemfrequenz sinkt in der Regel nicht.
Transkutane Sauerstoffsättigung im Stadium N3: Im Mittel liegt die Sauerstoffsättigung im Tiefschlaf unter der Sättigung im Wachzustand. Dies ist auf das verringerte Atemminutenvolumen zurückzuführen. Liegen keine Schlafbezogenen Atmungsstörungen vor, sind die Veränderungen im Vergleich zum Leichtschlaf gering ausgeprägt. Beim Aufenthalt in großen Höhen sind allerdings auch bei Gesunden im Tiefschlaf niedrigere Sättigungswerte zu erwarten. Ebenso kann bei Patienten mit „Chronisch-obstruktive Lungenerkrankung“ (COPD) die Sättigung im Tiefschlaf gegenüber derjenigen im Wachzustand signifikant, das heißt um mehr als 4 % reduziert sein.
Körperlage
Körperlagesignal im Stadium N3: Die Körperlage wird relativ konstant eingehalten. Ein Wechsel der Körperlage ist in der Regel mit einer zentralnervösen Aktivierung („Arousal“) und einem Wechsel in den Leichtschlaf oder zum Stadium Wach begleitet.
Besonderheiten des Tiefschlafs
Der Übergang von Schlafstadium N3 zum Leichtschlafstadium N2 kann fließend und schwer abzugrenzen sein. Schlafstadium N3 kann sich in konstanten Abständen zyklisch mit Leichtschlafstadium N1 abwechseln, sodass ein zyklisch alternierendes Muster entsteht. Vorausgegangener Schlafmangel erhöht den normalerweise bei 15–20 % liegenden Tiefschlafanteil. Es gibt eine über mehr als 24 Stunden dauernde homöostatische Kontrolle über den Tiefschlaf, die es für REM-Schlaf und für den Leichtschlaf nicht gibt. Die autonom geregelten Funktionen Atmung und Kreislauf zeigen im Tiefschlaf ein stabiles Verhalten auf einem gegenüber allen anderen Stadien signifikant erniedrigten Niveau. Der Tiefschlaf gilt als engstes Korrelat der Entmüdungsfunktion des Schlafs („Kernschlaf“). Weiterhin scheinen im Tiefschlaf Konsolidierungsprozesse, die besonders das deklarative Gedächtnis betreffen, abzulaufen. Außerdem fördert der Tiefschlaf die Clearance von Metaboliten aus dem erwachsenen Gehirn. „Parasomnien“ wie „Pavor nocturnus“ und „Schlafwandeln“ treten aus dem Tiefschlaf heraus auf. Die Ausschüttung von „Wachstumshormon“ ist überwiegend an den Tiefschlaf gekoppelt. Bei Kindern führt ausgeprägter Mangel an Tiefschlaf zu Wachstumsverzögerung („Kindesalter“).
Bewertung
Die Bewertung der Schlafstadien nach den Kriterien der AASM erfordert ein hohes Maß an Übung und ein ausreichendes Verständnis der pathophysiologischen Zusammenhänge im Schlaf. Schlecht trainierten „Scorern“ und automatischen Auswertesystemen unterlaufen häufig Fehlklassifizierungen in den Bereichen Wach, Leichtschlaf und REM-Schlaf. Dies betrifft nicht den Tiefschlaf, da er sich aufgrund der großen Amplituden und des vergleichsweise einheitlichen Frequenzspektrums einfach bestimmen lässt.
Die ungewohnte Umgebung und die am Körper angebrachten Elektroden, Sensoren und Verbindungskabel führen bei vielen Patienten in der ersten Nacht im Schlaflabor zu einem subjektiv und oftmals auch objektiv schlechten Schlaf mit verringertem Tiefschlafanteil. Aufgrund dieser Einschränkungen sollten diagnostische Untersuchungen möglichst über zwei Nächte durchgeführt werden, um die Erfassung aller Schlafstadien zu gewährleisten. Innerhalb der ersten Messnacht kann eine ausreichende Gewöhnung an die Untersuchungsbedingungen im Schlaflabor eintreten, und somit sind die Ergebnisse der zweiten Messnacht im Schlaflabor aussagekräftiger.
Literatur
Berry RB, Brooks R, Gamaldo CE, Harding SM, Lloyd RM, Marcus CL, Vaughn BV, for the American Academy of Sleep Medicine (2015) The AASM manual for the scoring of sleep and associated events: rules, terminology and technical specifications, version 2.2. American Academy of Sleep Medicine, Darien. http://​www.​aasmnet.​org
Penzel T, Stephan K, Kubicki S, Herrmann WM (1991) Integrated sleep analysis, with emphasis on automatic methods. In: Degen R, Rodin EA (Hrsg) Epilepsy, sleep and sleep deprivation, 2. Aufl. Elsevier, Amsterdam, S 177–204
Penzel T, Brandenburg U, Fischer J et al (1998) Empfehlungen zur computergestützten Aufzeichnung und Auswertung von Polygraphien. Somnologie 2:42–48CrossRef