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Energiesparmodus Schlaf: Partitionierung des Stoffwechsels entscheidend

Während des Schlafes sind viele für die Gesundheit und Leistungsfähigkeit wichtigen Funktionen aktiv. Wie ist dies mit einer Energieeinsparung im Schlaf vereinbar? Schweizer Forscher erklären das Paradox nun mit einer bio-mathematischen Formel, die einen bisher völlig unbekannten Energiespar-Mechanismus enthüllt.

Mit Mathematik und Evolutionsbiologie "Schlaf-Code" geknackt

Während des Schlafes sind viele für die Gesundheit und Leistungsfähigkeit wichtigen Funktionen aktiv. Wie ist dies mit einer Energieeinsparung im Schlaf vereinbar? Schweizer Forscher erklären das Paradox nun mit einer bio-mathematischen Formel, die einen bisher völlig unbekannten Energiespar-Mechanismus enthüllt. Dabei zeigen sie, dass der Mensch durch Schlafen mehr als ein Drittel seiner Tagesenergie einspart.

Es ist eines der letzten großen Mysterien der Wissenschaft: Warum schlafen wir? Weil auch Tiere schlafen, vermuten manche Biologen, dass eine Energieersparnis durch verminderten Stoffwechsel das Ziel ist. Viele Wissenschaftler bezweifeln diese These allerdings, da ein reduzierter Stoffwechsel nur wenig Energie einspart. Ein Forscherteam aus dem Inselspital Bern und der Ohio State University in den USA legt den wissenschaftlichen Streit nun bei: Mit Methoden der Mathematik und Evolutionsbiologie kamen sie dem "Schlaf-Code" auf die Spur.

"Wir wollten herausfinden, wie viel Energie Schlafen tatsächlich im Vergleich zum Wachsein einspart. Unsere Studie führte uns aber zu einer größeren Entdeckung", sagt Dr. med. Markus Schmidt vom Zentrum für experimentelle Neurologie am Inselspital. Im Schlaf sind Immunsystem, Gedächtnis und die Regeneration von (Nerven-)Zellen besonders aktiv – dies lässt sich auf den ersten Blick nicht mit Energieeinsparungen vereinbaren. Um die tatsächliche Energieeinsparung zu messen, entwickelte das Forscherteam ein mathematisches Modell. Dabei stießen sie auf einen völlig neuen Energiespar-Mechanismus im menschlichen Körper.

Das Forscherteam fand die Lösung des Rätsels in der sogenannten Partitionierung: "Im Schlaf und Wachzustand werden biologische Vorgänge zeitlich und räumlich gestaffelt und gebündelt", erklärt Markus Schmidt. "Die Stoffwechsel-Reduktion an sich spart nur etwa sieben bis acht Prozent unserer Tagesenergie. Mit der Partitionierung des Stoffwechsels zwischen Schlafen und Wachen werden es aber bis zu 37 Prozent. Damit haben wir den entscheidenden Mechanismus gefunden."

Weitere Faktoren, die zu den Energieeinsparungen im Schlaf beitragen, sind laut dem Forscherteam die innere Uhr und die gesamte Schlafdauer jedes einzelnen Menschen. Der Mechanismus um die Partitionierung erklärt auch, warum chronischer Schlafmangel – beispielsweise als Folge von Ein- und Durchschlafstörungen oder bei Stress – sich so negativ auf unsere Gesundheit auswirkt. "Wenn wir ein Schlafdefizit haben, können dem Schlaf zugeordnete Funktionen nicht mehr vollständig ablaufen. Die Folgen sind vielfältig und reichen von Konzentrationsstörungen bis hin zu erhöhtem Krebsrisiko", so Markus Schmidt. Die Studienergebnisse wurden im Oktober im Open-Access Journal PLOS One veröffentlicht.