Zusammenspiel von Schlaf und Atmung: Untersuchungen zur Atmungsregulation im Schlaf* Interaction of Sleep and Breathing: Studies on the Control of Respiration During Sleep

Zusammenfassung Beim 0bergang vom Wachen zum Schlafen ~indert sich die funktionelle Organisation der Atmung grundlegend: Die sogenannten Wachheitsantriebe verlieren an EinfluB, die Atmung wird im Wesentlichen in Abh~ingigkeit vom Stoffwechsel geregelt. Ventilationssteigerungen durch Sauerstoffmangel oder Hyperkapnie sind verringert. Der Atemwegswiderstand nimmt zu. In Abh~ingigkeit von der Schlafphase kommt es zu periodischer Atmung, im REM-Schlaf zu erhrhter Variabilit~it von Atemfrequenz und Atemtiefe. Erhrhte Widerst~inde der oberen Luftwege werden nur unvollstandig kompensiert. Die Arousal-Schwellen ffir Hypoxie und Hyperkapnie sind angehoben. Schlafphasenbedingte Einschr~inkung der CO2-Atmungsantwort sowie der Nachweis einer circadianen Rhythmik mit Tiefstwerten am frfihen Morgen gaben AnlaB ffir eine Studie an 11 gesunden, m~innlichen Probanden. Mit wiederholten, stufenweisen Veriinderungen der inspiratorischen CO2-Konzentration w~ihrend des Schlafes wurden die Atmungsregulation, die kurzfristige Variabilit~it der Atmung sowie das Verhalten der CO2-Partialdrucke untersucht. Simultan wurden EEG, EOG, EMG, Induktionsplethysmographie, Pneumotachographie, Gaspartialdrucke in der Atemluft, Sauerstoffsattigung, Pulsfrequenz und EKG aufgezeichnet. Die Schwankungen des CO2-Partialdruckes waren in den verschiedenen Schlafphasen gering, die Steilheit der CO2-Atmungsantwortkurve verringerte sich tendenziell vom Wachsein fiber Stadium 3 und 4 zum Stadium 2, im REM-Schlaf variierte sie stark. Uber den Verlauf der Nacht wurden 2 Periodizit~iten der CO2-Atmungsantworten mit Periodendauern von 3,8 h und von 43 rain gefunden. Im REM-Schlaf unterschied sich die Hyperkapnieantwort nicht vonder im Stadium 4, ebenso waren die maximalen CO2-Partialdrucke identisch, w~ihrend Mittel- und Minimalwerte im REM-Schlaf signifikant niedriger waren. Im Hinblick auf die kurzfristige Variabilit~t zeigte sich ein signifikanter Zusammenhang mit phasischen Ereignissen im REM-Schlaf, die selbst unter Hyperkapnie mit flacherer, beschleunigter Atmung einhergingen. Die Ergebnisse sprechen ftir erhaltene homoiostatische Funktionen der Atmungsregulation im Schlaf. Selbst kurzfristige Schwankungen im REM-Schlaf werden beim Gesunden rasch kompensiert. SchliisselwOrter Atmungsregulation - CO2-Partialdruck - CO2-Antwort - Schlafstadien - phasischer REM-Schlaf. Summary With sleep onset the functional organization of respiration changes considerably: The socalled "wakefulness drives" loose their influence, ventilation is directly controlled by metabolic needs. Hypoxic (HVR) and hypercapnic ventilatory responses (HCVR) are reduced. The airway resistance increases. Dependent upon sleep states periodic breathing and increased variabilities of tidal volume and frequency occur. The hypoxic and hypercapnic arousal thresholds are elevated, resistive loads are incompletely compensated. Sleep-phase related reductions of the HCVR together with the observation of a circadian