gfs in bio von thomas schmidt, j2 f der schlaf-wach-rhythmus
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GFS in Bio von Thomas Schmidt, J2 fDer Schlaf-Wach-Rhythmus
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GliederungI. Einleitung
II. Mechanismen, die die Regulation von Schlafen und Wachen kontrollieren1. Der circadiane Rhythmus und seine biologischen Prozesse 2. Wie reguliert sich der Schlaf-Wach-Rhythmus3. Die Struktur des Schlafzyklus selbst (Schlafhomöostase)
III. Die Funktionen der einzelnen Schlafphasen
IV. Auswirkungen von Störfaktoren1. Störung des Schlaf-Wach-Rhythmus durch Schlafdefizit2. Einschlafschwierigkeiten (Eine Art der Insomnie) 3. Störung des Schlaf-Wach-Rhythmus durch Alkohol, Drogen,
Aufputschmittel
V. Optimierungstaktiken, -Vorschläge zur Vorbereitung auf das Abitur
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Chronobiologie: Lehre vom zeitlichen Rhythmus biologischer Prozesse
• Circadianer Rhythmus: Periodenlänge von ca. 24-25 Stunden
• ultradianer Rhythmus: Periodendauer von weniger als 24 Stunden
• zwei sog. Chronotypen: „Eulen“ (die Nachtschwärmer) und die „Lerchen“ (die Frühaufsteher)
I. Einleitung
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Der Mensch verbringt ca. ein Drittel seines Lebens im Schlaf
Funktionen des Schlafs:1. Der Schlaf dient der Regeneration des Körpers 2. Das Ruhigstellen soll den Menschen eine Zeit lang
außer Gefahr bringen (für Tiere wichtig: sie sind z.B. im Schlaf bestens getarnt oder die Beutetiere sollen geschont werden)
3. Das Gehirn braucht die Ruhephase, um Informationen zu sortieren, zu verarbeiten und abzuspeichern.
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II. Mechanismen, die die Regulation von Schlafen und Wachen kontrollieren
• 1. die circadiane Rhythmik (über 24-25 Stunden)
z.B.der Schlaf-Wach-Wechsel, die Körpertemperatur, die Produktion vieler Hormone, die Schmerzempfindlichkeit und die Leistungsfähigkeit.
• 2. die Struktur des Schlafzyklus selbst (Schlafhomöostase, Abfolge, Länge, Intensität der einzelnen Schlafphasen, in ultradianem Rhythmus)
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1. Der cicadiane Rhythmus und seine biologischen Prozesse
Der Schlaf-Wach-Rhythmus folgt einer genetisch angelegten „inneren Uhr“
• Das innere Uhrwerk ist im sog. suprachiasmatischen Kern (Nucleus suprachiasmaticus - SCN) lokalisiert, umfasst ca. 25 Stunden
• SCN sitzen im vorderen Hypothalmus, am Ende des Sehvervs (retinohypothalamischer Trakt RHT).
• Synchronisierung der inneren Uhr (zirkadianer Systeme) mit dem Hell-Dunkel-Wechsel auf den externen 24-Stunden-Tag synchronisiert, damit es nicht zu einer laufenden Verschiebung des inneren vom äußeren Zeitrhythmus kommt.
• sog. äußere (exogene) Zeitgeber: Licht
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Das Licht wird über neu entdeckte blau-empfindliche Melanopsin-enthaltende Photorezeptoren (Ganglionzellen ) in der
Netzhaut der Augen aufgenommen und direkt über den retino-hypothalamischen Trakt (optischer Nerv, RHT)
zum SCN weitergeleitet. Das beim SCN angelangte Lichtsignal wird über einen multisynaptischen Weg von dem
SCN zum Pinealorgan (= Epiphyse = Zirbeldrüse) weitergeleitet. Dort wird ohne Lichtsignal, also bei Nacht,
Melatonin freigesetzt.
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Die Rolle des Melatonin
- Neurohormon- synthetisiert aus Thryptophan über Zwischenprodukt Serotonin- ausgeschüttet von Epiphyse (Zirbeldrüse)- nur bei Dunkelheit (max. Konzentration ca. 3Uhr - wirkt auf Immunsystem, Wärmehaushalt, tumorhemmend- Menge nimmt mit Alter (ab Pubertät) ab
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Synchronisierung durch andere Zeitgeber- durch exogene Reize: Temperatur, Geräuschpegel, Tagesablauf (soziale Interaktion)- durch endogene Reize: Einnahme der Hauptmahlzeiten, körperliche Betätigung- unter Isolationsbedingungen setzt sich zirkadianer Rhythmus (ca. 25 Stunden) durch, d.h. längerfristig Abkopplung von geophysikalischem Tag-Nacht-Rhythmus- Störung durch Schichtarbeit (Shiftlag) oder Langstreckenflüge (Jetlag)
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2. Die Schlaf-Wach-Regulation
- Zwei-Prozess-Modell: - Schlafdruck, der während Wachheit
stärker wird („Prozess S“)- Wecksignal, vom SCN ausgehend („Prozess Z“)
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- Regelung durch NeurotransmitterSchlaffördernd (werden tagsüber aufgebaut):
- Adenosin, Serotonin, Gamma- Aminobuttersäure (GABA)Schlafhemmend (werden im Schlaf aufgebaut):
- Acetylcholin, Dopamin, Histamin, Hypocretin, Nor-Adrenalin
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- Neutransmittersysteme in Hirnstamm, Thalamus und Hypothalamus
- wichtige Rolle für Schlaf spielt das „ventrolaterale präoptische Areal” (VLPO) im Hypothalamus
- z.B. wird dort Adenosin u. GABA ausgeschüttet- z.B. wird bei Dunkelheit Histamin- und Orexinausschüttung gehemmt- bewirkt allgemeine Schlaffheit der Muskulatur
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3. Die Struktur des Schlafzyklus selbst
- Untersuchung des Schlafs in Schlaflaboren mit EEG (Elektroenzephalografie)
- ergibt unterschiedliche Wellentypen- REM(Rapid Eye-Movement)- und NREM(Non- Rapid-Eye-Movement)-Schlaf- Wechsel zwischen den Phasen hat ultradianen Rhythmus (Periode ca. 60-100 Minuten)
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REM-Phase: aktivität der Hirnrinde, rasche Augenbewegungen, gelähmte Muskulatur
Phase 1: Schläfrigkeit, langsam rollende AugenPhase 2: leichter Schlaf, sog. SchlafspindelnPhase 3: Tiefschlaf mit niedrigen FrequenzenPhase 4: Tiefschlaf mit Delta-Wellen
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III. Die Funktionen der einzelnen Schlafphasen
Leichtschlaf (Phase 1 und 2):- Puls, Atemfrequenz und Blutdruck sinken- langsame Augenbewegungen (Phase 1)- Schlafspindeln (Phase 2)- Übergang zum Tiefschlaf- ca. 50% des Gesamtschlafes
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Tiefschlaf (Phase 3 und 4): - sehr niedrige Frequenzen im EEG- sehr wichtig für Erholung - Gehirnaktivität reduziert- nur schwer aufzuwecken- Gehirn räumt auf- ca. 25% des Gesamtschlafes- überwiegt in erster Nachthälfte
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REM-Schlaf:- Anstieg von Puls, Atemfrequenz und Blutdruck- große Gehirnaktivivät (Empfindungenn,
Gefühle, visueller Cortex)- Areale die Situationen auf Plausibilität und
Realität überprüfen sind nicht aktiv - räumliches Bewusstsein und
Bewegungssteuerung deaktiviert- Triebregulierung, Informationsverarbeitung,
Stressbewältigung- überwiegt in zweiter Nachthälfte
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IV. Auswirkungen von Störfaktoren1. Störung durch Schlafdefizit
- „Zu wenig Schlaf macht dick, dumm und krank“- Tagesschläfrigkeit (Hypersomnie)- Prozesse, die Aufwachen vorbereiten, sind nicht
abgeschlossen- Kortisolspiegel (Stresshormon) bleibt ständig
hoch → Dauerstress- Blutzuckerspiegel steigt- Schwächung des Immunsystems- Verminderung der Leistungsfähigkeit
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2. Einschlafschwierigkeiten
- zwischen Alltagstätigkeit und Schlafen ca. 15 Minuten zur Ruhe kommen (kein Fernseher, PC)
- keine schweren Mahlzeiten oder koffeinhaltige Getränke (Koffein verlagert REM-Schlaf nach vorne und verkürzt Tiefschlaf)
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3. Störung durch Drogen wie Alkohol oder Aufputschmittel
- Alkohol hilft zwar beim Einschlafen, allerdings führt es zu vorzeitigem Aufwachen in zweiter Nachthälfte und Weiterschlafstörungen
→ Anteil des REM-Schlafes beeinträchtigt→ Tagesmüdigkeit- Amphetamine eliminieren Schlafbedürfnis- „Rebound-Effekt“: mit nachlassender Wirkung
kommt es zu extremer Ermüdung und Depression
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V. Optimierungstaktiken, -Vorschläge zur Vorbereitung auf das Abitur
- Gelerntes wird bei gesundem Schlaf ins Langzeitgedächtsnis übertragen
- ohne Wiederholung von Gelerntem wird es nach ca. 3 Tagen wieder gelöscht
- Vokabeln und Formeln (kognitives Gedächtnis) wird in erster Nachthälfte, motorische Fähigkeiten in zweiter gefestigt
- bei gestörtem Schlaf wird nachweislich schlechter gelernt
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- Untersuchungen zeigten ein „Weiterlernen“ des Gehirn während des Schlafs
- bei Schlafentzug wurde Gelerntes vom Vortag gelöscht
→ Schlaf unmittelbar nach dem Lernen ist entscheidend für Lernerfolg
→ „Durchlernen“ bringt überhaupt nichts
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- Schlaf fördert Kreativität- Gedächtnisspuren werden durch zufällige
Erregungsmuster reaktiviert und an bestehende Gedächtnisinhalte angepasst (v.a. im REM-Schlaf)
→ nach dem Aufwachen kann man neue Zusammenhänge erkennen und kreative Lösungen und Erkenntnisse gewinnen
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- Schlaf ist äußerst wirksames Hirndoping→ sollte fürs Lernen für Abitur optimal genutzt
werden→ für ausreichend und gesunden Schlaf sorgen→ dem eigenen Chronotyp folgen, z.B. durch
späteren Schulbeginn