Energieumsatz, Ventilation und PCO2 bei ruhigem Wachsein ... · Einleitung 5 Energieumsatz,...

Aus dem Institut für Physiologieder Ruhr-Universität Bochum

Geschäftsführender Direktor: Prof. Dr. U. Eysel

Energieumsatz, Ventilation und PCO2 bei ruhigem Wachseinim Vergleich zur Einschlafphase

Inaugural-Dissertationzur

Erlangung des Doktorgrades der Medizineiner

Hohen Medizinischen Fakultätder Ruhr-Universität Bochum

vorgelegt vonMarc Ralf Szczyrba

aus Dortmund2006

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Dekan: Prof. Dr. med. G. MuhrReferent: PD Dr. med. T. SchäferKoreferrent: Prof. Dr. med. A Luttmann

Tag der Mündlichen Prüfung: 25.01.2007

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meinen Eltern gewidmet

Inhaltsverzeichnis

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Inhaltsverzeichnis

EINLEITUNG ................................................................................................................................ 5

FRAGESTELLUNG..................................................................................................................... 10

METHODIK................................................................................................................................. 11

PROBANDEN ............................................................................................................................... 11PROTOKOLL ............................................................................................................................... 11MESSVERFAHREN ....................................................................................................................... 12

Schlaf.................................................................................................................................... 12Atmung.................................................................................................................................. 13Weitere Parameter ................................................................................................................ 15

DATENAUFNAHME UND ANALYSE ............................................................................................... 15STATISTIK .................................................................................................................................. 17

ERGEBNISSE .............................................................................................................................. 19

SCHLAFQUALITÄT....................................................................................................................... 21ENERGIEVERBRAUCH (EE).......................................................................................................... 22VENTILATION (VE) ..................................................................................................................... 25ENDEXSPIRATORISCHER CO2- PARTIALDRUCK (PETCO2) .............................................................. 28ATEMFREQUENZ (RF) .................................................................................................................. 31ATEMZUGVOLUMEN (VT) ............................................................................................................ 34VENTILATORISCHES ÄQUIVALENT FÜR CO2 (VE/VCO2) ................................................................. 37VARIATIONSKOEFFIZIENT DES ENERGIEVERBRAUCHS .................................................................. 41VARIATIONSKOEFFIZIENT DES ATEMZEITVOLUMENS.................................................................... 44VARIATIONSKOEFFIZIENTEN DES PETCO2 ..................................................................................... 47VARIATIONSKOEFFIZIENT DER ATEMFREQUENZ ........................................................................... 50VARIATIONSKOEFFIZIENT DES ATEMZUGVOLUMENS .................................................................... 53VARIATIONSKOEFFIZIENT DES VENTILATORISCHEN ÄQUIVALENTS FÜR CO2.................................. 56SEUFZERATMUNG ....................................................................................................................... 61

DISKUSSION ............................................................................................................................... 63

HAUPTERGEBNISSE ..................................................................................................................... 63VENTILATION UND CO2 .............................................................................................................. 64EINFLUSS VON ATEMZUGVOLUMEN UND ATEMFREQUENZ AUF DAS ATEMZEITVOLUMEN .............. 66INSTABILITÄT DER ATMUNG........................................................................................................ 67ENERGIEUMSATZ ........................................................................................................................ 68UNTERSCHIED ZWISCHEN MÄNNLICHEN UND WEIBLICHEN PROBANDEN ........................................ 69VERSUCHSGERÄTE...................................................................................................................... 72EINFLUSS DER LABORBEDINGUNGEN AUF DAS SCHLAFVERHALTEN .............................................. 74

ZUSAMMENFASSUNG .............................................................................................................. 76

LITERATUR ................................................................................................................................ 77

DANKSAGUNG ........................................................................................................................... 86

LEBENSLAUF ............................................................................................................................. 87

Einleitung

5

Energieumsatz, Ventilation und PCO2 bei ruhigem Wachsein im

Vergleich zur Einschlafphase

Einleitung

Mit dem Übergang vom Wachen zum Schlafen ändert sich die Organisation der

Atmung grundlegend und variiert zudem von Schlafphase zu Schlafphase. Zahlreiche

Wechselwirkungen, die beim Gesunden als Zusammenspiel von Schlaf und Atmung

aufgefasst werden können, haben zum einen eine physiologische Schlafregulation,

zum anderen eine an den Stoffwechsel angepasste Ventilation zum Ziel (Phillipson &

Bowes, 1986). Daraus ergibt sich, dass notwendige Kompromisse beider Systeme

Angriffspunkte für pathophysiologische Vorgänge bieten können. Aus der genauen

Erforschung dieser Zusammenhänge verspricht man sich Einsicht in die Pathome-

chanismen schlafbezogener Atmungsstörungen beim Menschen.

Die grundlegenden Kenntnisse schlafbedingter Veränderungen der Atmung gehen

auf die quantitative Schlafforschung der Jahre 1960 –1990 zurück und seien im

Folgenden kurz genannt:

Mit dem Einschlafen verlieren die nicht-rückgekoppelten Wachheitsantriebe

an Einfluss (Fink, 1961; Orem et al., 1985). Die Ventilation, die normaler-

weise von zwei anatomisch getrennten, aber funktionell eng gekoppelten Sys-

temen, dem verhaltensabhängigen –(Behavioral Control System [BCS]) und

dem stoffwechselabhängigen System (Metabolic Control System [MCS]) ge-

steuert wird (Phillipson & Bowes, 1986), wird im NREM-Schlaf in direkter

Abhängigkeit von den metabolischen Erfordernissen geregelt (White et al.,

1985). Dadurch nimmt die Ventilation im NREM-Schlaf bei vermindertem

Stoffwechsel ab (Douglas et al., 1982).

Die Verringerung der Ventilation wird begleitet von einem leichten Anstieg

des arteriellen CO2-Partialdrucks (Gothe et al, 1981; Gothe et al., 1982). Der

alveoläre bzw. der arterielle Sauerstoffpartialdruck nimmt leicht ab (Robin et

al., 1958; Bristow et al., 1969). Gleichzeitig ist der Atmungsantrieb durch

CO2-Erhöhung bzw. durch Hypoxie herabgesetzt (Douglas et al., 1982b).

Einleitung

6

In der Einschlafphase, bzw. in NREM I und NREM II, lässt sich eine Instabi-

lität der Atmung im Sinne von periodischen Atemmustern beobachten

(Phillipson & Bowes, 1986). Diese werden als Folge von Vigilanzschwan-

kungen aufgefasst (Bülow, 1963; Trinder et al., 1992).

Der Atemwegswiderstand nimmt zu (Lopes et al., 1983; Hudgel et al., 1984).

Die atmungssynchrone Innervation der Atemwegsmuskulatur wird reduziert.

Die zeitliche Kopplung der Atemwegstonisierung mit der Aktivierung inspi-

ratorischer Muskeln lässt nach (Raschke, 1991).

Im Gegensatz zu erhöhten Widerständen der unteren Atemwege werden sol-

che der oberen Atemwege unvollständig kompensiert (Issa & Sullivan, 1983).

Weitere Veränderungen sind z.B. eine abnehmende funktionelle Residualka-

pazität durch die horizontale Lage (Dempsey et al., 1996) und ein erhöhter

zerebraler Blutfluss als Folge einer reduzierten Ventilation (Phillipson &

Bowes, 1986).

Im Folgenden seien nun die Veränderungen, die den Energieumsatz (EE), die Venti-

lation (VE) und den CO2- Partialdruck (PCO2) betreffen, ausführlicher herausgestellt.

Zahlreiche Untersuchungen zeigten, dass sowohl Ventilation (Phillipson et al., 1981;

Phillipson et al., 1981) als auch die Empfindlichkeit des respiratorischen Kontroll-

systems (Doekel et al., 1976; Zwillich et al., 1977) eng mit dem Stoffwechsel

(Sauerstoffaufnahme (VO2) und Kohlendioxidabgabe (VCO2)) korrelieren. White et

al., 1985, führten Messungen an 21 gesunden Probanden (11 Männer, 10 Frauen) im

Alter von 21 bis 77 Jahren durch. Sie fanden heraus, dass gegenüber dem Wachsein

VE im Schlaf um 8,2 ± 2,3 % abnahm. Damit verbunden war eine Abnahme in VO2

um 8,5 ± 1,6 %, sowie eine Reduktion in VCO2 von 12,3 ± 1,7 %. Sie konnten zeigen,

dass der Rückgang der Ventilation ein Produkt aus primärer Abnahme des Atemzug-

volumens (VT), sowie kleiner Veränderungen der Atem-Frequenz (Rf) war. Keine

dieser Veränderungen waren schlafstadienabhängig, was sich im Vergleich von

NREM- und REM-Schlaf zeigte. Die Veränderungen in den oben genannten Parame-

tern zeigten sowohl bei weiblichen als auch bei männlichen Probanden den gleichen

Verlauf.

Einleitung

7

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Instabilität der Atmung in Form von periodi-

schen Atemmustern. Diese zeigen sich in den Schlafstadien 1 und 2, für die die

periodische Atmung zwar charakteristisch ist, jedoch nicht immer auftreten muss

(Phillipson & Bowes, 1986). Die Periodizität zeigt sich in einem zyklischen An-

wachsen und Abnehmen von Atemzugvolumen und Atemfrequenz mit einer Perio-

dendauer von 30 –60 Sekunden bei normoxischen Erwachsenen (Bülow, 1963;

Lugaresi et al., 1972). Die Inzidenz für periodische Atmung scheint altersabhängig

zu sein. Sie ist typisch für die (frühe) Kindheit (De Bruin, 1936; Fenner et al., 1973),

selten im jugendlichen Alter (Tabachnik et al., 1981) und überdurchschnittlich häufig

bei Erwachsenen höheren Alters (Webb, 1974; Webb & Hiestand, 1975; Bixler et al.,

1982). Außerdem ist die Inzidenz abhängig von dem Sauerstoffgehalt des arteriellen

Blutes; bei hypoxischen Kindern findet sich eine periodische Atmung häufig (Rigatto

& Brady, 1972; Fenner et al., 1973) und bei gesunden Erwachsenen in großer Höhe

nahezu immer (Weil et al., 1978). Arbeiten von Bülow (1963) und Lugaresi (1972)

zeigten, dass die periodischen Atemmuster im Leichtschlaf als Folge von Vigilanz-

Schwankungen aufgefasst werden können. Bülow beobachtete, dass 1) Probanden

mit dem höchsten Anstieg des PCO2 im „Slow-Wave-Sleep“ (SWS) - verglichen mit

dem PCO2 im Wachsein - auch den höchsten Grad an periodischer Atmung in den

Schlafstadien 1 und 2 aufwiesen, 2) Probanden mit steileren Atmungsantworten für

CO2 im Wachsein mehr periodische Atmung im Leichtschlaf aufzeigten und 3) je

schneller und ausgeprägter der initiale Fall im Wachheits-Level war, desto höher war

die Tendenz, Apnoen bzw. periodische Atmung zu entwickeln. Weiterhin zeigt die

lange Periodendauer von 30-60 s, dass periodische Atmung mehr aufgrund von

zentraler als von peripherer Chemorezeptor-Aktivität entsteht (Phillipson & Bowes,

1986).

Wie schon oben gezeigt, ist rhythmische Atmung im Schlaf abhängig vom arteriellen

CO2- Partialdruck (Fink, 1961; Skatrud & Dempsey, 1983; Datta et al., 1991). Kleine

Verringerungen des PCO2 auf einen Wert, der leicht über dem PCO2 an der Eupnoe-

Schwelle im Wachsein liegt, können Apnoen bei schlafenden Probanden induzieren.

Diese können durch Gabe von CO2 verhindert werden (Bersenbrugge et al., 1983).

Xie et al., 2001, untersuchten 7 gesunde schlafende Probanden (3 Männer, 4 Frauen),

im Alter von 19 bis 35 Jahren, um den Effekt von Hypoxie auf den endexspiratori-

schen CO2-Partialdruck (PetCO2) an der Eupnoe- bzw. Apnoe-Schwelle zu zeigen.

Einleitung

8

Dazu induzierten sie Hypopnoen oder Apnoen bei allen Probanden sowohl unter

Normoxie als auch unter Hypoxie. Sie fanden heraus, dass Hypoxie zwar den PetCO2

an der Eupnoe-Schwelle verglichen zu Normoxie reduzierte (42,4 ± 1,3 vs. 45,0 ±

1,1 mmHg, P<0,001), sich die Hypopnoe-Schwelle (42,1 ± 1,4 vs. 43,0 ± 1,2 mmHg,

P>0,05) bzw. die Apnoe-Schwelle (41,3 ± 1,2 vs. 41,6 ± 1,0 mmHg, P>0,05) aber

nicht änderte. Somit war die Differenz zwischen eupnoeischem PetCO2 und der Ap-

noe- bzw. Hypopnoe-Schwelle unter Hypoxie kleiner als unter Normoxie. Xie et al.

schlussfolgerten, dass Hypoxie ein Annähern der Differenz zwischen „baseline“ -

PetCO2 und Hypopnoe-/Apnoe-Schwelle verursache, was wiederum ein Ansteigen

der Instabilität der Atmung zur Folge habe.

Ein weiterer Aspekt im Zusammenhang mit Instabilität der Atmung während des

Schlafes ist das Vorkommen von Arousals. Unter „Arousals“werden kurzzeitige

Aktivierungen im Elektroenzephalogramm (EEG) verstanden, die in der Regel nicht

mit einem vollständigen Erwachen vom Schlaf einhergehen. Es ist bekannt, dass

Arousals assoziiert sind mit vorübergehender Stimulation der Atmung über den

normalen Wert im Wach-Zustand, was zu einer Reduktion des arteriellen CO2-

Partialdrucks und zu Instabilitäten der Atmung bis hin zu Apnoen führen kann (Phil-

lipson & Bowes, 1986; Xie et al., 1994; Bradley & Phillipson, 2000). Auch Khoo et

al., 1996, und Younes, 2004, zeigten, dass eine vermehrte Atmungsantwort auf ein

Arousal eine Instabilität der Atmung und eine Obstruktion im Schlaf begünstigen.

Die vorübergehende Hyperpnoe beim Arousal wird mit homeostatischen Regelme-

chanismen in Verbindung gebracht, zum Beispiel Unterschiede in den „set points“

für PCO2 zwischen Wachen und Schlafen. Das heißt, dass der höhere PCO2 im Schlaf

die Ventilation während der Aufwach-Phase stimuliert, wie es auch bei einer CO2-

Antwort im Wachsein zu sehen ist (Phillipson & Bowes, 1986; Bradley & Phillipson,

2000). Horner et al., 2001, testeten diese Hypothese, in dem sie Messungen an 5

Hunden durchführten. Dazu führten sie CO2-Antworten im Wachsein und im

NREM-Schlaf durch. Die Ventilation wurde 10 Atemzüge vor und 10 Atemzüge

nach einer durch einen 72-dB-Ton ausgelösten Arousal-Reaktion dokumentiert. Es

zeigte sich, dass die Ventilation beim Arousal vom Schlaf um 1,42 ± 0,35 l min ¹ֿ

(P=0,005) gesteigert wurde. Diese gesteigerte Ventilation war auf das Arousal vom

Schlaf an sich zurückzuführen, da der Ton alleine keine Veränderung der Ventilation

im Wachsein auslösen konnte. Es zeigte sich, dass die Ventilation während der Auf-

Einleitung

9

wachphase aus dem Schlaf um 0,83 ± 0,28 l min ¹ֿ, P=0,031, höher war, als die Ven-

tilation im Wachsein bei Anheben des PetCO2 auf den Level, der im Schlaf erreicht

wurde. Daraus schlussfolgerten Horner et al., dass mehr als 50 % der Zunahme der

Ventilation beim Aufwachen aus dem Schlaf nicht mit der Atmungsantwort für CO2

in Zusammenhang gebracht werden können. Sie forderten neuronale exzitatorische

Antriebe auf das respiratorische System, additiv zur Stimulation der Atmung durch

Unterschiede zwischen Schlaf und Wachsein im arteriellen CO2-Partialdruck.

Welchen Stellenwert der Schlaf per se im Vergleich zum längeren ruhigen Liegen im

Wachsein für die oben aufgeführten Veränderungen im Stoffwechsel, in der At-

mungsregulation und der daraus resultierenden Ventilation haben, und wie sich dies

auf das Atmungsmuster, insbesondere die Variation der Kenngrößen der Atmung

auswirken, ist jedoch noch nicht ausreichend untersucht. Die vorliegende Arbeit

widmet sich daher den im Folgenden aufgeführten Fragen:

Fragestellung

10

Fragestellung

Gibt es einen Unterschied bezüglich des Energieumsatzes, der Ventilation und

des endexspiratorischen CO2-Partialdrucks während ruhigem Liegen im Ver-

gleich zur Einschlafphase?

Zeigen sich Veränderungen in diesen Messgrößen bereits während ruhigem

Liegen, also während einstündiger motorischer Inaktivität, oder werden Verände-

rungen erst mit dem Einschlafen sichtbar?

Gibt es Unterschiede zwischen Frauen und Männern hinsichtlich des Verlaufs

und der Absolutwerte der oben genannten Parameter?

Durch welche der beiden Größen (Atemzeitvolumen und Atemfrequenz) werden

die Veränderungen der Ventilation größtenteils beeinflusst?

In welchem Zusammenhang stehen die Veränderungen der Ventilation mit dem

Stoffwechsel und dem Atmungsantrieb? Welche Aussagekraft hat in diesem Zu-

sammenhang das Atemäquivalent für CO2?

Welche Veränderungen zeigt die intraindividuelle Variabilität gemessen in Form

des Variationskoeffizienten bei ruhigem Wachsein im Vergleich zum Schlaf?

Welche Rolle spielt die Seufzeratmung?

Findet sich bei den Probanden eine Instabilität der Atmung im Sinne von periodi-

schen Atemmustern während der Einschlafphase?

Methoden

11

Methoden

Probanden

Die Untersuchungen wurden an 22 gesunden Probanden (12 Frauen, 10 Männer) im

Alter zwischen 21 und 41 Jahren (mittleres Alter 25,1 Jahre) durchgeführt. Sie hatten

ein normales Körpergewicht (72 ± 17 SD kg, Körperlänge 177 ± 6 SD cm), wiesen

keinerlei kardiale und pulmonale Erkrankungen auf, gaben keine Schlafstörungen an

und nahmen keine Medikamente ein. Am Tag der Untersuchung verzichteten alle

Probanden ab 6 Stunden vor der Untersuchung auf den Genuss koffeinhaltiger Spei-

sen und Getränke.

Den Probandenuntersuchungen lag ein positives Votum der Ethik-Kommission der

Medizinischen Fakultät der Ruhr-Universität Bochum zugrunde. Die Probanden

gaben nach entsprechender Aufklärung ihr ausdrückliches Einverständnis zur Teil-

nahme an dieser Studie sowie an der wissenschaftlichen Verwertung ihrer Daten.

Protokoll

Die Untersuchungen der Probanden begannen um 21:00 Uhr mit einem Aufklä-

rungsgespräch über den Ablauf des Versuches. Nach Aufwärmen und Kalibrieren der

Versuchsgeräte wurde die polysomnographische Messung vorbereitet. Diese bestand

aus der gleichzeitigen und kontinuierlichen Aufzeichnung neurophysiologischer

Parameter zur Bestimmung der Schlafstadien und der für die Atmung sowie für den

Stoffwechsel relevanten Parameter. Nachdem die entsprechenden Sensoren (siehe

unten) angebracht worden waren, wurde den Probanden eine Vollgesichtsmaske

aufgesetzt, die mit Hilfe einer Haube und Fixationsbändern rutschfest und luftdicht

befestigt wurde. Die Maske war mit einem „Basisgerät“ verbunden, das die erfassten

Daten sowohl intern speicherte als auch telemetrisch an einen sich im Nachbarraum

befindenden Computer übermittelte. Nach dem Anbringen der EEG-Elektroden

wurde eine Impedanzmessung für die Sensoren des Elektroenzephalogramms (EEG),

Elektrookulogramms (EOG) und des Elektromyogramms (EMG) durchgeführt, um

deren korrekten Sitz zu überprüfen.

Methoden

12

Um 22:00 Uhr begann nach einer kurzen Gewöhnungsphase an die Messsituation,

insbesondere an die Atmung durch die Maske, der Versuch. Dieser bestand aus zwei

Teilen: Zunächst sollten die Probanden für die Dauer einer Stunde ruhig und wach

im Bett liegen. Während dieser Zeit wurde den Versuchspersonen über Lautsprecher

ein Hörspiel vorgespielt. Das Licht im Raum war eingeschaltet. Nach dieser Stunde

wurden die Probanden aufgefordert, für 5 Minuten aufzustehen und umherzugehen.

Anschließend begann der zweite Teil des Versuches, in dem die Versuchspersonen

einschlafen sollten. Das Licht im Raum war ausgeschaltet. Beendet wurde die Unter-

suchung durch Aufwecken der Probanden nach einer Dauer von 2 Stunden.

Messverfahren

Schlaf

Die Schlafstadien wurden anhand der kontinuierlichen Aufzeichnung des EEGs mit

Silber-/Silberchlorid-Elektroden und den Ableitungen C1-A3 und C2-A2 nach inter-

nationalem 10-20-System, des EOGs mit Elektroden 1 cm lateral und 1 cm oberhalb

(links) bzw. 1 cm unterhalb (rechts) des lateralen Augenwinkels sowie des oberfläch-

lichen EMGs des M. submentalis nach den Standardkriterien nach Rechtschaffen und

Kales bestimmt. Zur Aufzeichnung der oben genannten Parameter diente ein portab-

les, akkubetriebenes EEG-Gerät (Sleep Screen, Firma Jaeger, Würzburg). Dieses

bestand aus einem Grundgerät, welches sich über ein Touchscreen steuern ließ und

die gemessenen Daten auf einer CompactFlash-Speicherkarte aufzeichnete, sowie

aus einer Patientenanschlussbox, die die elektrophysiologischen Daten über 8 AC-

Kanäle an das Grundgerät weiter leitete. Dieses Gerät verfügte neben den oben ge-

nannten Sensoren über einen integrierten Lagesensor („Rücken“, „Bauch“, „links“

und „rechts“). Bei der Analyse des Schlaf-EEGs wurde unterschieden zwischen

„wach“, „Bewegung“, Non-REM-Schlaf (NREM) 1, NREM 2, NREM 3, NREM 4

und REM- Schlaf (siehe Abbildung 1). Die Stadien NREM 1 und NREM 2 wurden

wegen der nur kurzen Phasen im NREM 1 zu „Leichtschlaf“ zusammengefasst.

Ebenso wurden die Stadien NREM 3 und NREM 4 wegen häufiger Wechsel zu

„Tiefschlaf“ zusammengefasst. Somit wurde in der weiteren Analyse zwischen

Methoden

13

Wach, Leicht-, Tief- und REM-Schlaf unterschieden. Um sicher zu stellen, dass die

Elektroden des EEGs, EOGs und EMGs nicht verrutschten, wurden sie mit einem

Klebeband zusätzlich fixiert.

Abbildung 1: EEG-Muster innerhalb der einzelnen Schlafstadien (nach Rechtschaffen undKales)

Atmung

Die die Ventilation bzw. den Stoffwechsel charakterisierenden Messgrößen, wie zum

Beispiel das Atemzugvolumen, die Atemfrequenz, der endexspiratorische CO2-

Partialdruck und der respiratorische Quotient (RQ), wurden mit einem Spirometer,

dem K4b² der Firma Cosmed, Rom, Italien, mittels indirekter Kalorimetrie erfasst.

Mit der Methode der indirekten Kalorimetrie ließen sich anhand der Bestimmung des

Verhältnisses von Kohlendioxidabgabe zu Sauerstoffaufnahme Rückschlüsse auf den

Stoffwechsel des Probanden ziehen. Zur Messung der Ventilation diente eine in die

Gesichtsmaske eingebaute Turbine. Über einen Schlauch wurde aus der Maske

Atemgas abgesaugt und im Basisgerät hinsichtlich des O2- und CO2-Gehalts analy-

siert. Das Basisgerät speicherte die erfassten Daten zum einen intern, übermittelte sie

aber auch telemetrisch an eine Empfängereinheit, die mit einem, sich zum Zeitpunkt

Methoden

14

des Versuches in einem Nachbarraum befindenden Computer verbunden war. So war

es möglich, die Ventilation des Patienten „online“, sowohl grafisch als auch nume-

risch, zu erfassen und zu überwachen.

Vor den Messungen musste das System kalibriert werden. Dieser Vorgang wurde in

vier Schritten durchgeführt:

Zunächst wurde eine Raumluftkalibration durchgeführt.

Anschließend fand eine Kalibration der Verzögerung der Gasanalyse

(„Delay“)statt:

Die Turbine wurde mittels Kalibrationspumpe mit einem Vo-

lumen von 1 l kalibriert, die anstelle der Maske an die Turbine

angeschlossen wurde.

Der Proband atmete durch die mit einem Mundstück verbun-

dene Turbine ein- und aus. Das Gerät gab dazu akustisch den

Rhythmus vor.

Im letzten Schritt erfolgte die Kalibration für O2 und CO2 mittels Re-

ferenzgas mit einer Konzentration von 5 % CO2 und 16 % O2.

Das K4b2-System führte die Analyse auf Atemzug-für-Atemzug-Basis durch. Die

Sauerstoff- und Kohlenstoffdioxidanalysatoren waren thermostatisiert und kompen-

siert für die unterschiedlichen barometrischen Drücke, Temperatur und Luftfeuchtig-

keit. Der Probenfluss und die Drucksensoren wurden ständig überwacht, ein semi-

permeabler Nafion-Schlauch trocknete die Wasserkondensation des Proben-

schlauchs. Fluss und Volumen wurden von einer bidirektionalen digitalen Turbine

gemessen, die eine hohe Genauigkeit innerhalb des Flussbereiches (bis 20 l/s) sicher-

te. Die Volumenbestimmtheit (4 ml) ergab gemeinsam mit dem sehr niedrigen Wi-

derstand (< 0,7cm H2O/l/s bei 12 l/s) eine hohe Messgenauigkeit innerhalb eines

breiten Ventilationsbereiches (zwischen 0 und 300 l/min). Die Genauigkeit der

Atemflussmessung wurde vom Hersteller mit ± 2 % angegeben. Für den O2-

Analysator galten folgende Werte: Messbereich: 7-24 % O2, Genauigkeit: 0,02 % O2,

Antwortzeit: < 150 ms bei 90 % vor Maximum. Für den CO2-Analysator ergaben

sich die Werte: Messbereich: 0-8 % CO2, Genauigkeit: 0,01 % CO2, Antwortzeit:

< 150 ms bei 90 % vor Maximum.

Methoden

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Die Vollgesichtsmaske wies zwei Einatmungsventile zur Verringerung des Einat-

mungswiderstandes und zur Trocknung der Feuchtigkeit auf.

Das K4b2-System bot auch ein kleines Display, welches in aktueller Messzeit fol-

gende Parameter anzeigte: VT (Atemzugvolumen), VE (Ventilation), VO2 (Sauerstoff-

aufnahme), VCO2 (CO2-Abatmung), RQ (respiratorischer Quotient), HR (Herzfre-

quenz), Rf (Atemfrequenz), Marker, Batterieladungszustand, Temperatur und baro-

metrischen Druck. Dies ermöglichte eine Überprüfung hinsichtlich der Plausibilität.

Weitere Parameter

Zur kontinuierlichen Überwachung der Versuchspersonen dienten das Elektrokardio-

gramm (EKG) und die durch transkutane Pulsoxymetrie gemessene Sauerstoffsätti-

gung (Sleep Screen, Firma Jaeger, Würzburg). Der Messbereich der Sauerstoffsätti-

gung wurde vom Hersteller mit 70-100 % ± 2 % angegeben. Zusätzlich wurden die

thorakalen Atembewegungen nicht-invasiv piezoelektrisch gemessen. Als Signalauf-

nehmer diente hierzu ein elastisches Band, welches um die Brust des Probanden

gelegt wurde.

Datenaufnahme und Analyse

Die Daten des EEG, EOG, EMG, EKG, sowie die Sauerstoffsättigung wurden ge-

meinsam durch das Sleep Screen erfasst und auf einer CompactFlash-Speicherkarte

gespeichert. Die Daten konnten nach den Messungen von der Speicherkarte auf den

Computer übertragen und auf der Festplatte gespeichert werden. Die Parameter für

Ventilation und Stoffwechsel wurden von der Basiseinheit des K4b² gespeichert und

konnten nach dem Ende der Messung mittels RS-232-Kabel an den PC übertragen

und auf der Festplatte gespeichert werden. Anschließend konnten die Daten mit der

den Versuchsgeräten beigefügten Software visualisiert und ausgewertet werden

(siehe Abbildung 2 und Abbildung 3).

Methoden

16

Abbildung 2: Beispielgrafik für das Jaeger Sleepscreen

Abbildung 3: Beispielgrafik für das Cosmed K4b2

Zunächst erfolgte eine manuelle Auswertung des EEG, EOG und EMG nach der

oben beschriebenen Vorgehensweise. So konnte die Zeit und Dauer der einzelnen

Schlafstadien ermittelt werden. Die aufgezeichneten Daten für die Ventilation und

den Stoffwechsel wurden anhand der „Export-Funktion“ an Microsoft Excel bzw. an

Xact der Firma SciLab übermittelt, um für die gemessenen Parameter statistische

Werte erheben zu können. So wurden für die erste Stunde des Versuches in 15-

minütigen Intervallen Mittelwert, Standardabweichung und Variationskoeffizient für

Methoden

17

jeden der erfassten Parameter berechnet. Analog erfolgte diese Auswertung für die

2. Phase des Versuches bezogen auf die zuvor ermittelten Schlafphasen. Schlafsta-

dien, deren Dauer kürzer als 5 Minuten war, wurden nicht berücksichtigt. Bei mehre-

ren gleichen Schlafphasen wurden die Mittelwerte aus den einzelnen statistischen

Größen zur weiteren Auswertung verwendet, da sich eine feste Abfolge von „wach“

über „Leichtschlaf“ zu „Tiefschlaf“ nicht bei allen Probanden erkennen ließ. Eine

Ausnahme von dieser Regel bildete die Wachphase: hier wurde lediglich die erste

aller Wachphasen zur weiteren Auswertung verwendet.

In der weiteren Auswertung wurden die Daten der Probanden nach Geschlecht grup-

piert. Zum einen sollten nun Unterschiede in den Mittelwerten zwischen männlichen

und weiblichen Probanden im Wachsein, Leicht- und Tiefschlaf aufgezeigt werden,

zum anderen sollte die Veränderung vom Wachsein zum Tiefschlaf (Δtief-wach) pro-

zentual quantifiziert werden. In analoger Weise wurden die Daten für den Variati-

onskoeffizienten analysiert.

Bei der Analyse der Seufzeratmung wurde als Seufzer ein Atemzug mit einem um

100 % gesteigerten Atemzugvolumen gegenüber dem vorausgegangenen Atemzug

bezeichnet.

Vier der 22 Probanden wurden aus der Gruppe der Versuchspersonen zur weiteren

Analyse der Messdaten ausgeschlossen: bei einer Versuchsperson ließ sich im zwei-

ten Teil des Versuches keine Wachphase detektieren, weiterhin war die CO2-

Messung des indirekten Kalorimeters fehlerhaft. Bei der zweiten der vier Versuchs-

personen erfolgte keine Speicherung der Daten. Bei der dritten war das EEG auf-

grund eines Frequenzrauschens nicht auszuwerten und eine weitere Person beendete

den Versuch, ohne eingeschlafen zu sein.

Statistik

Die Mittelwerte von Energieverbrauch, Ventilation, Atemzugvolumen, Atemfre-

quenz, endexspiratorischen CO2-Partialdruck und ventilatorischem Äquivalent für

CO2 in den unterschiedlichen Abschnitten der ersten Stunde in ruhigem Wachsein

und in den verschiedenen Schlafstadien im 2. Teil des Versuches wurden mittels

Methoden

18

Zwei-Weg-Varianzanalyse nach Friedman auf das Vorhandensein von Unterschieden

getestet. Ergab sich eine signifikante Differenz in mindestens einer der Stichproben,

wurde post-hoc ein Tukey-Test für paarweise verbundene Stichproben durchgeführt.

In analoger Weise wurde mit den Werten für den Variationskoeffizienten verfahren.

Zur Untersuchung der Unterschiede zwischen männlichen und weiblichen Probanden

wurde ein t-Test für verbundene Stichproben durchgeführt. Ein P-Wert < 0,05 wurde

als signifikant, ein P-Wert < 0,001 als hochsignifikant angesehen.

Ergebnisse

19

Ergebnisse

Tabelle 1: Übersicht der Probanden nach Alter, BMI, Größe und Gewicht (dunkelgrau unterlegt sinddie Probanden, die von der weiteren Analyse der Ergebnisse ausgeschlossen wurden)

Nummer Geschlecht Alter BMI Größe Gewichtm/w Jahre kg/m² cm kg

1 m 24 22,64 182 752 w 26 23,80 164 643 m 23 20,68 180 674 w 22 21,05 173 635 m 25 23,77 180 776 w 21 19,84 168 567 w 24 27,13 177 858 m 41 24,16 175 749 w 21 21,22 175 65

10 m 22 22,50 185 7711 m 24 22,15 184 7512 m 26 25,38 183 8513 w 24 19,05 173 5714 w 24 20,07 170 5815 m 25 21,50 183 7216 m 38 21,97 186 7617 w 26 19,79 177 6218 w 26 24,62 178 7819 w 23 22.39 173 6720 w 22 19,05 173 5721 m 22 41,67 180 13522 w 22 21,11 170 61

Mittelwert der Probanden (1-18) 25,67 22,30 177,39 70,33Standardabweichung 5,31 2,17 6,17 9.10

Von den 22 Versuchspersonen konnten 18 in die endgültige Auswertung übernom-

men werden (siehe Tabelle 1). Die Versuchspersonen waren im Mittel 25 Jahre alt

(21-41 Jahre), 177 cm groß und hatten einen mittleren Body Mass Index (BMI) von

22,8.

Ergebnisse

20

Tabelle 2: Auflistung der anthropomorphen Daten nach Geschlecht (männliche Probandenblau unterlegt, weibliche Probanden rot unterlegt)

Männer Frauen

Alter [Jahre] 27,56 ± 6,91 23,78 ± 2,05

BMI [kg/m²] 22,75 ± 1,45 21,84 ± 2,73

Größe [cm] 182,00 ± 3,32 173,78 ± 4,69 **

Gewicht [kg] 75,33 ± 4,77 65,33 ± 9,85 *

TST [min] 59,50 ± 33,25 69,28 ± 37,16

SPT [min] 77,89 ± 31,72 79,39 ± 33,45

TST/SPT [min] 0,79 ± 0,30 0,84 ± 0,22

Wie in Tabelle 2 dargestellt, zeigte sich bei der Untersuchung der anthropomorphen

Daten ein Unterschied in Größe und Gewicht, wobei die männlichen Probanden im

Mittel etwa 9 cm größer und etwa 10 kg schwerer waren.

Ergebnisse

21

Schlafqualität

Tabelle 3: Übersicht der Probanden nach TST, SPT und TST/SPT

Nummer Geschlecht TST SPT TST/SPTm/w min min

1 m 29,0 29,0 1,002 w 103,0 103,0 1,003 m 38,0 38,0 1,004 w 85,0 85,0 1,005 m 98,0 104,0 0,946 w 78,0 105,0 0,747 w 115,0 115,0 1,008 m 103,0 113,0 0,919 w 104,0 105,0 0,99

10 m 47,0 47,0 1,0011 m 90,5 104,0 0,8712 m 10,5 78,0 0,1313 w 56,5 96,0 0,5914 w 20,5 20,5 1,0015 m 43,0 94,5 0,4616 m 76,5 93,5 0,8217 w 11,0 28,0 0,3918 w 50,5 57,0 0,89

Mittelwert 64,39 78,64 0,82Standardabweichung 34,58 32,64 0,26

Alle 18 Versuchspersonen blieben, wie im Versuchsplan gefordert, in der ersten

Stunde der Untersuchung wach; weiterhin durchliefen alle Probanden in den folgen-

den zwei Stunden Leichtschlafphasen und 17 der 18 Probanden Tiefschlafphasen.

Die Gesamtschlafzeit TST (‚Total Sleep Time’)betrug im Mittel 64,4 ± 34,9 min,

die Schlafperiodendauer SPT (‚Sleep Period Time’, Zeit vom ersten Einschlafen bis

zum letzten Aufwachen) betrug 78,6 ± 32,6 min. Somit ergab sich für die Schlafeffi-

zienz (TST/SPT) ein Wert von 0,82 ± 0,26 (siehe Tabelle 3).

Ergebnisse

22

Energieverbrauch (EE)

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5E

nerg

ieve

rbra

uch

[kca

l/min

]

EE(1

.Q)

EE(2

.Q)

EE(3

.Q)

EE(4

.Q)

EE(w

ach)

EE(L

eicht-

S)

EE(T

ief-S

)

n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=17

n.s.

**

Abbildung 4: Vergleich von Mittelwerten des Energieverbrauchs in ruhigem Wachsein und inder Einschlafphase (1. Wachphase, Leicht- und Tiefschlaf)

Im ruhigen Wachsein zeigte sich bei der Betrachtung der Werte des Energieumsatzes

(Abbildung 4) ein leichter Anstieg des Mittelwertes von 1,28 kcal/min in der

2. Viertelstunde auf 1,33 kcal/min (etwa 4 %) in der 4. Viertelstunde (P<0,05). Im

Gegensatz dazu sank der Energieumsatz vom Wachsein zum Leichtschlaf um etwa

4 % (von 1,40 kcal/min auf 1,34 kcal/min), vom Wachsein zum Tiefschlaf ergab sich

eine signifikante Reduktion um etwa 8 % (von 1,40 kcal/min auf 1,30 kcal/min).

Ergebnisse

23

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

Ene

rgie

verb

rauc

h[k

cal/m

in]

mE

E(1

.Q)

wE

E(1

.Q)

mE

E(2

.Q)

wE

E(2

.Q)

mE

E(3

.Q)

wE

E(3

.Q)

mE

E(4

.Q)

wE

E(4

.Q)

mE

E(w

ach)

wE

E(w

ach)

mE

E(L

eich

t-S

)

wE

E(L

eich

t-S

)

mE

E(T

ief-

S)

wE

E(T

ief-

S)

männlich

weiblich

Abbildung 5: Mittelwerte und Standardabweichungen des Energieverbrauchs in ruhigemWachsein (1. - 4. Quartal) und in der Einschlafphase (1. Wachphase, Leicht- und Tiefschlaf),getrennt nach Geschlecht

Verlauf der Mittelwerte des Energieverbrauchs

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0

2,1

2,2

Ene

rgie

verb

rauc

h[k

cal/m

in]

0 1 2 3 4 5

Zeit [Quartal]

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0

2,1

2,2

Ene

rgie

verb

rauc

h[k

cal/m

in]

Schlafstadium

Proband 1Proband 2Proband 3Proband 4Proband 5Proband 6Proband 7Proband 8Proband 9


wach Leicht-Schlaf Tief-Schlaf

Abbildung 6: Verlauf der Mittelwerte des Energieverbrauchs der Probanden (♀: rote Linien,♂: blaue Linien), links wach in ruhigem Liegen und rechts während der Einschlafphase

Ergebnisse

24

Bei der Betrachtung der Ergebnisse, getrennt nach Geschlecht (Abbildung 5 und

Abbildung 6), zeigte sich zunächst, dass der Energieverbrauch der männlichen Pro-

banden in der 2. und 4. Viertelstunde des Versuches um etwa 0,13 kcal/min unter

dem der weiblichen Versuchspersonen lag. Innerhalb der Einschlafphase fand sich

ein geringerer Energieverbrauch um etwa 0,18 kcal/min bei den männlichen Proban-

den. Weiterhin zeigte sich bei den männlichen Probanden ein leichter Anstieg (etwa

3,3 %) des Energieverbrauchs vom 2. zum 4. Quartal der einstündigen Wachphase.

Bei den weiblichen Versuchspersonen fand sich ein nahezu gleicher Anstieg (etwa

3,5 %). Mit dem Einschlafen reduzierte sich der Energieverbrauch der Männer um

etwa 6 % vom Wachsein zum Leichtschlaf bzw. um 9 % vom Wachsein zum Tief-

schlaf. Bei den Frauen fand sich eine geringere Reduktion, und zwar um etwa 3 %

vom Wachsein zum Leichtschlaf bzw. um etwa 5 % vom Wachsein zum Tiefschlaf

(Abbildung 7).

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

E

E[%

]tie

f-w

ach

Männer Frauen

männlich

weiblich

Abbildung 7: Prozentualer Unterschied der Differenz der Mittelwerte des Energieverbrauchsim Tiefschlaf und Wachsein, getrennt nach Geschlecht

Ergebnisse

25

Ventilation (VE)

5

6

7

8

9

10

11

12A

tem

zeitv

olum

en[l/

min

]

VE(1

.Q)

VE(2

.Q)

VE(3

.Q)

VE(4

.Q)

VE(w

ach)

VE(L

eicht-

S)

VE(T

ief-S

)

n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=17

****

Abbildung 8: Vergleich von Mittelwerten des Atemzeitvolumens in ruhigem Wachsein und inder Einschlafphase (1. Wachphase, Leicht- und Tiefschlaf)

Abbildung 8 zeigt, dass das Atemzeitvolumen in ruhigem Liegen nahezu konstant

(Anstieg um 0,7 % von 8,37 l/min in der 2. Viertelstunde auf 8,43 l/min in der

4. Viertelstunde) blieb. Mit dem Einschlafen wurde die Ventilation jedoch vom

Wachsein zum Leichtschlaf um etwa 12 % von 8,71 l/min auf 7,64 l/min, P<0,001,

vom Wachsein zum Tiefschlaf sogar um etwa 16 % von 8,71 l/min auf 7,35 l/min,

P<0,001 reduziert.

Ergebnisse

26

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Ate

mze

itvol

umen

[l/m

in]

mV

E(1

.Q)

wV

E(1

.Q)

mV

E(2

.Q)

wV

E(2

.Q)

mV

E(3

.Q)

wV

E(3

.Q)

mV

E(4

.Q)

wV

E(4

.Q)

mV

E(w

ach)

wV

E(w

ach)

mV

E(L

eich

t-S)

wV

E(L

eich

t-S)

mV

E(T

ief-S

)w

VE

(Tie

f-S)

männlich

weiblich

Abbildung 9: Mittelwerte und Standardabweichungen des Atemzeitvolumens in ruhigemWachsein (1. - 4. Quartal) und in der Einschlafphase (1. Wachphase, Leicht- und Tiefschlaf),getrennt nach Geschlecht

Verlauf der Mittelwerte des Atemzeitvolumens

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

10,5

11,0

11,5

12,0

Ate

mze

itvol

umen

[l/m

in]

0 1 2 3 4 5

Zeit [Quartal]

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

10,5

11,0

11,5

12,0

Ate

mze

itvol

umen

[l/m

in]

Schlafstadium




Abbildung 10: Verlauf der Mittelwerte des Atemzeitvolumens der Probanden (♀: rote Linien,♂: blaue Linien), links wach in ruhigem Liegen und rechts während der Einschlafphase

Ergebnisse

27


Abbildung 10), zeigte sich zunächst, dass das Atemzeitvolumen der männlichen

Probanden in der 2. und 4. Viertelstunde des Versuches um etwa 1,68 l/min signifi-

kant unter dem der weiblichen Versuchspersonen lag. Innerhalb der Einschlafphase

fand sich eine geringere Ventilation um etwa 1,23 l/min bei den männlichen Proban-

den. Weiterhin zeigte sich ein leichter Anstieg (etwa 2,5 %) des Atemzeitvolumens

vom 2. zum 4. Quartal der einstündigen Wachphase bei den männlichen Versuchs-

personen. Bei den weiblichen Probanden blieb das Atemzeitvolumen nahezu unver-

ändert (9,28 l/min vs. 9,22 l/min). Mit dem Einschlafen reduzierte sich das Atem-

zeitvolumen der Männer um etwa 14 % vom Wachsein zum Leichtschlaf bzw. um

15 % vom Wachsein zum Tiefschlaf. Bei den Frauen fand sich eine Reduktion der

Ventilation um etwa 11 % vom Wachsein zum Leichtschlaf bzw. um etwa 16 % vom

Wachsein zum Tiefschlaf (Abbildung 11).

-30,0

-27,5

-25,0

-22,5

-20,0

-17,5

-15,0

-12,5

-10,0

-7,5

-5,0

-2,5

0,0

V

E[%

]tie

f-w

ach

Männer Frauen

männlich

weiblich

Abbildung 11: Prozentualer Unterschied der Differenz der Mittelwerte des Atemzeitvolumensim Tiefschlaf und Wachsein, getrennt nach Geschlecht

Ergebnisse

28

Endexspiratorischer CO2-Partialdruck (PetCO2)

30

35

40

45

50

55P

CO

[mm

Hg]

et2

PCO(1

.Q)

2

PCO(2

.Q)

2

PCO(3

.Q)

2

PCO(4

.Q)

2

PCO(w

ach)

2

PCO(L

eicht-

S)

2PCO

(Tief

-S)

2

n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=17

****

****

Abbildung 12: Vergleich von Mittelwerten des endexspiratorischen CO2-Partialdrucks inruhigem Wachsein und in der Einschlafphase (1. Wachphase, Leicht- und Tiefschlaf)

Bereits in der Phase des einstündigen ruhigen Liegens stieg der PetCO2 um etwa 3 %

an (38,2 mmHg in der 2. Viertelstunde vs. 39,3 mmHg in der 4. Viertelstunde),

P<0,001 (siehe Abbildung 12). Innerhalb der Einschlafphase zeigte sich eine deutli-

chere Zunahme des endexspiratorischen CO2-Partialdrucks. Dieser nahm vom

Wachsein zum Leichtschlaf um etwa 7 % zu (von 38,9 mmHg auf 41,6 mmHg),

P<0,001; im Vergleich vom Wachsein zum Tiefschlaf zeigte sich eine Steigerung des

PetCO2 um etwa 10 % (von 38,9 mmHg auf 43,0 mmHg), P<0,001.

Ergebnisse

29

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

PC

O[m

mH

g]et

2

mP

CO

(1.Q

)et

2

wP

CO

(1.Q

)et

2

mP

CO

(2.Q

)et

2

wP

CO

(2.Q

)et

2

mP

CO

(3.Q

)et

2

wP

CO

(3.Q

)et

2

mP

CO

(4.Q

)et

2

wP

CO

(4.Q

)et

2

mP

CO

(wac

h)et

2

wP

CO

(wac

h)et

2

mP

CO

(Lei

cht-

S)

et2

wP

CO

(Lei

cht-

S)

et2

mP

CO

(Tie

f-S

)et

2

wP

CO

(Tie

f-S

)et

2

männlich

weiblich

Abbildung 13: Mittelwerte und Standardabweichungen des endexspiratorischen CO2-Partialdrucks in ruhigem Wachsein (1. –4. Quartal) und in der Einschlafphase (1. Wachpha-se, Leicht- und Tiefschlaf), getrennt nach Geschlecht

Verlauf der Mittelwerte des PetCO2

28293031323334353637383940414243444546474849505152

PC

O[m

mH

g]et

2

0 1 2 3 4 5

Zeit [Quartal]

28293031323334353637383940414243444546474849505152

PC

O[m

mH

g]et

2

Schlafstadium




Abbildung 14: Verlauf der Mittelwerte des endexspiratorischen CO2-Partialdrucks der Pro-banden (♀: rote Linien, ♂: blaue Linien), links wach in ruhigem Liegen und rechts währendder Einschlafphase

Ergebnisse

30

Bei der getrennten Betrachtung der Ergebnisse nach Geschlecht (Abbildung 13 und

Abbildung 14) zeigte sich zunächst, dass die Werte der männlichen Probanden in der

ersten Stunde des ruhigen wachen Liegens um etwa 4 mmHg über denen der weibli-

chen Probanden lagen; innerhalb der Einschlafphase ließ sich dieser Unterschied

nicht aufzeigen. Weiterhin fand sich bei den männlichen Probanden ein leichter

Anstieg (etwa 1,5 %) des endexspiratorischen CO2-Partialdrucks vom 2. zum

4. Quartal der einstündigen Wachphase. Bei den weiblichen Versuchspersonen zeigte

sich ein Anstieg um etwa 4,0 %. Mit dem Einschlafen erhöhte sich der PetCO2 der

Männer um etwa 6 % vom Wachsein zum Leichtschlaf bzw. um 10 % vom Wachsein

zum Tiefschlaf. Bei den Frauen fand sich eine Erhöhung um etwa 7 % vom Wach-

sein zum Leichtschlaf bzw. um etwa 9 % vom Wachsein zum Tiefschlaf (siehe Ab-

bildung 15).

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

P

CO

[%]

et2

tief-

wac

h

Männer Frauen

männlich

weiblich

Abbildung 15: Prozentualer Unterschied der Differenz der Mittelwerte des endexspi-ratorischen CO2-Partialdrucks im Tiefschlaf und Wachsein, getrennt nach Geschlecht

Ergebnisse

31

Um aufzuzeigen, welcher der beiden Faktoren die Veränderungen des Atemzeitvo-

lumens größtenteils beeinflusste, sollen im Folgenden die Werte für die Atemfre-

quenz und das Atemzugvolumen genauer betrachtet werden:

Atemfrequenz (Rf)

10

15

20

25

30

35

Ate

mfr

eque

nz[b

/min

]

Rf (1.Q

)

Rf (2.Q

)

Rf (3.Q

)

Rf (4.Q

)

Rf (wac

h)

Rf (Le

icht-S

)

Rf (Tief

-S)

n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=17

Abbildung 16: Vergleich von Mittelwerten der Atemfrequenz in ruhigem Wachsein und in derEinschlafphase (1. Wachphase, Leicht- und Tiefschlaf)

Abbildung 16 zeigt, dass die Atemfrequenz in der ersten Stunde des Versuches nahe-

zu konstant (17,4 Atemzüge pro Minute in der 2. Viertelstunde vs. 17,6 Atemzüge

pro Minute in der 4. Viertelstunde) blieb. Mit dem Einschlafen reduzierte sich die

mittlere Anzahl der Atemzüge geringfügig von 16,7 Atemzüge/min innerhalb der

Wachphase auf 16,0 Atemzüge/min im Leichtschlaf und 15,5 Atemzüge/min im

Tiefschlaf.

Ergebnisse

32

0,0

2,5

5,0

7,5

10,0

12,5

15,0

17,5

20,0

22,5

25,0

Ate

mfr

eque

nz[1

/min

]

mR

f(1.

Q)

wR

f(1.

Q)

mR

f(2.

Q)

wR

f(2.

Q)

mR

f(3.

Q)

wR

f(3.

Q)

mR

f(4.

Q)

wR

f(4.

Q)

mR

f(w

ach)

wR

f(w

ach)

mR

f(Le

icht

-S)

wR

f(Le

icht

-S)

mR

f(T

ief-

S)

wR

f(T

ief-

S)

männlich

weiblich

Abbildung 17: Mittelwerte und Standardabweichungen der Atemfrequenz in ruhigemWachsein (1. –4. Quartal) und in der Einschlafphase (1. Wachphase, Leicht- und Tief-schlaf), getrennt nach Geschlecht

Verlauf der Mittelwerte der Atemfrequenz

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

Ate

mfre

quen

z[b

/min

]

0 1 2 3 4 5

Zeit [Quartal]

8

910

11

12

13

14

1516

17

1819

20

21

2223

24

25

26

27

2829

30

Ate

mfr

eque

nz[b

/min

]

Schlafstadium




Abbildung 18: Verlauf der Mittelwerte der Atemfrequenz der Probanden (♀: rote Linien, ♂: blaue Linien), links wach in ruhigem Liegen und rechts während der Einschlafphase

Ergebnisse

33


Abbildung 18), zeigte sich zunächst, dass die Atemfrequenz der männlichen Proban-

den in der 2. und 4. Viertelstunde des Versuches um etwa 5 Atemzüge pro Minute

signifikant unter der der weiblichen Versuchspersonen lag. Auch während der Ein-

schlafphase fand sich eine geringere Atemfrequenz bei den männlichen Probanden,

allerdings verringerte sich der Unterschied zu den weiblichen Probanden von 5,1

Atemzügen/min in der 1. Wachphase auf 3,8 Atemzügen/min im Tiefschlaf. Weiter-

hin zeigte sich, dass die Atemfrequenz der Männer vom Wachsein zum Leichtschlaf

um etwa 3 % und vom Wachsein zum Tiefschlaf um etwa 4 % absank. Bei den weib-

lichen Probanden fand sich bereits eine Reduktion um 5 % vom Wachsein zum

Leichtschlaf und vom Wachsein zum Tiefschlaf sogar um etwa 8 % (Abbildung 19).

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

R

F[%

]tie

f-w

ach

Männer Frauen

männlich

weiblich

Abbildung 19: Prozentualer Unterschied der Differenz der Mittelwerte der Atemfrequenz imTiefschlaf und Wachsein, getrennt nach Geschlecht

Ergebnisse

34

Atemzugvolumen (VT)

300

400

500

600

700

800A

tem

zugv

olum

en[m

l]

VT(1

.Q)

VT(2

.Q)

VT(3

.Q)

VT(4

.Q)

VT(w

ach)

VT(L

eicht-

S)

VT(T

ief-S

)

n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=17*

**

Abbildung 20: Vergleich von Mittelwerten des Atemzugvolumens in ruhigem Wachsein undin der Einschlafphase (1. Wachphase, Leicht- und Tiefschlaf)

Abbildung 20 zeigt, dass das Atemzugvolumen innerhalb der ersten Stunde des

Versuches nahezu konstant blieb (520 ml im 2. Quartal vs. 509 ml im 4. Quartal).

Mit dem Einschlafen reduzierte sich das Atemzeitvolumen vom Wachsein zum

Leichtschlaf um etwa 13 % (563 ml vs. 489 ml), P<0,001, vom Wachsein zum Tief-

schlaf zeigte sich Reduktion um etwa 14 % (563 ml vs. 483 ml), P<0,05.

Ergebnisse

35

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Ate

mzu

gvol

umen

[ml]

mV

T(1

.Q)

wV

T(1

.Q)

mV

T(2

.Q)

wV

T(2

.Q)

mV

T(3

.Q)

wV

T(3

.Q)

mV

T(4

.Q)

wV

T(4

.Q)

mV

T(w

ach)

wV

T(w

ach)

mV

T(L

eich

t-S

)

wV

T(L

eich

t-S

)

mV

T(T

ief-

S)

wV

T(T

ief-

S)

männlich

weiblich

Abbildung 21: Mittelwerte und Standardabweichungen des Atemzugvolumens in ruhigemWachsein (1. –4. Quartal) und in der Einschlafphase (1. Wachphase, Leicht- und Tief-schlaf), getrennt nach Geschlecht

Verlauf der Mittelwerte des Atemzugvolumens

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

Ate

mzu

gvol

umen

[l]

0 1 2 3 4 5

Zeit [Quartal]

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

Ate

mzu

gvol

umen

[l]

Schlafstadium




Abbildung 22: Verlauf der Mittelwerte des Atemzugvolumens der Probanden (♀: rote Linien,♂: blaue Linien), links wach in ruhigem Liegen und rechts während der Einschlafphase

Ergebnisse

36


Abbildung 22) zeigte sich zunächst, dass das Atemzugvolumen bei den männlichen

Versuchspersonen im Mittel etwa 40 ml größer war als bei den weiblichen Proban-

den. Weiter ließ sich bei den männlichen Probanden ein leichter Abfall (etwa 1,6 %)

des Atemzugvolumens vom 2. zum 4. Quartal der einstündigen Wachphase zeigen.

Bei den weiblichen Versuchspersonen zeigte sich eine größere Reduktion des Atem-

zugvolumens (etwa 2,6 %). Mit dem Einschlafen reduzierte sich das Atemzugvolu-

men der Männer um etwa 15 % vom Wachsein zum Leichtschlaf, P<0,05 bzw. um

14 % vom Wachsein zum Tiefschlaf, P<0,05. Bei den Frauen fand sich eine etwas

geringere Reduktion des Atemzugvolumens vom Wachsein zum Leichtschlaf um

etwa 11 % bzw. vom Wachsein zum Tiefschlaf um etwa 15 %, P<0,05 (Abbildung

23).

-32,5

-30,0

-27,5

-25,0

-22,5

-20,0

-17,5

-15,0

-12,5

-10,0

-7,5

-5,0

-2,5

0,0

VT

[%]

tief-

wac

h

Männer Frauen

männlich

weiblich

Abbildung 23: Prozentualer Unterschied der Differenz der Mittelwerte des Atemzugvolumensim Tiefschlaf und Wachsein, getrennt nach Geschlecht

Ergebnisse

37

Ventilatorisches Äquivalent für CO2 (VE/VCO2)

20

25

30

35

40

45

50V

E/V

CO

2

VE/VCO

(1.Q

)

2

VE/VCO

(2.Q

)

2

VE/VCO

(3.Q

)

2

VE/VCO

(4.Q

)

2

VE/VCO

(wac

h)

2

VE/VCO

(Leic

ht-S)

2

VE/VCO

(Tief

-S)

2

n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=17*

Abbildung 24: Vergleich von Mittelwerten des ventilatorischen Äquivalents für CO2 in ruhi-gem Wachsein und in der Einschlafphase (1. Wachphase, Leicht- und Tiefschlaf)

Wie Abbildung 24 zeigt, blieb der Mittelwert des ventilatorischen Äquivalents für

CO2 in der ersten Stunde des ruhigen Wachseins nahezu konstant (35,16 in der

2. Viertelstunde vs. 35,64 in der 4. Viertelstunde). Mit dem Einschlafen verringerte

sich der Mittelwert vom Wachsein zum Leichtschlaf um etwa 2,2 % (34,2 vs. 33,5)

und vom Wachsein zum Tiefschlaf um etwa 5,5 % (34,2 vs. 32,3), P<0,05.

Ergebnisse

38

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

VE

/VC

O2

mV

E/V

CO

(1.Q

)2

wV

E/V

CO

(1.Q

)2

mV

E/V

CO

(2.Q

)2

wV

E/V

CO

(2.Q

)2

mV

E/V

CO

(3.Q

)2

wV

E/V

CO

(3.Q

)2

mV

E/V

CO

(4.Q

)2

wV

E/V

CO

(4.Q

)2

mV

E/V

CO

(wac

h)2

wV

E/V

CO

(wac

h)2

mV

E/V

CO

(Lei

cht-S

)2

wV

E/V

CO

(Lei

cht-S

)2

mV

E/V

CO

(Tie

f-S)

2

wV

E/V

CO

(Tie

f-S)

2

männlich

weiblich

Abbildung 25: Mittelwerte und Standardabweichungen des ventilatorischen Äquivalents fürCO2 in ruhigem Wachsein (1. –4. Quartal) und in der Einschlafphase (1. Wachphase,Leicht- und Tiefschlaf), getrennt nach Geschlecht

Verlauf der Mittelwerte des Ventilatorischen Äquivalents für CO2

232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152

VE

/VC

O2

0 1 2 3 4 5

Zeit [Quartal]

232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152

VE

/VC

O2

Schlafstadium




Abbildung 26: Verlauf der Mittelwerte des ventilatorischen Äquivalents für CO2 der Proban-den (♀: rote Linien, ♂: blaue Linien), links wach in ruhigem Liegen und rechts während derEinschlafphase

Ergebnisse

39


Abbildung 26), zeigte sich zunächst, dass das ventilatorische Äquivalent für CO2 der

männlichen Probanden in der 2. und 4. Viertelstunde des Versuches um etwa 2 unter

dem der weiblichen Versuchspersonen lag. Innerhalb der Einschlafphase fand sich

ein um etwa 3 geringeres ventilatorisches Äquivalent für CO2 bei den Frauen

gegenüber den männlichen Probanden. Weiterhin zeigte sich bei den Männern ein

leichter Anstieg (etwa 1,4 %) des ventilatorischen Äquivalents für CO2 vom 2. zum

4. Quartal der einstündigen Wachphase. Bei den weiblichen Versuchspersonen zeigte

sich ebenfalls ein leichter Anstieg der Werte für das ventilatorische Äquivalent für

CO2 (etwa 1,5 %). Mit dem Einschlafen blieb der Mittelwert für VE/VCO2 der männ-

lichen Probanden vom Wachsein zum Leichtschlaf zunächst nahezu konstant, vom

Wachsein zum Tiefschlaf zeigte sich jedoch eine Reduktion um etwa 4 %. Bei den

weiblichen Probanden fand sich bereits eine Reduktion des ventilatorischen Äquiva-

lents für CO2 vom Wachsein zum Leichtschlaf um etwa 4,5 % bzw. vom Wachsein

zum Tiefschlaf um etwa 7 % (Abbildung 27).

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

V

E/C

O[%

]2

tief-

wac

h

Männer Frauen

männlich

weiblich

Abbildung 27: Prozentualer Unterschied der Differenz der Mittelwerte des ventilatorischenÄquivalents für CO2 im Tiefschlaf und Wachsein, getrennt nach Geschlecht

Ergebnisse

40

Eine Zusammenfassung der Ergebnisse der Auswertung der Mittelwerte in den ein-

zelnen Schlafstadien gibt Tabelle 4.

Tabelle 4: Zusammenfassung der Unterschiede in den Mittelwerten der einzelnen Schlafstadienzwischen männlichen und weiblichen Probanden (die aufgelisteten Werte geben den Unterschied derWerte der Männer in Bezug auf die Werte der Frauen an, gelb hervorgehoben sind die signifikantenUnterschiede)

1. Wachphase Leichtschlaf Tiefschlaf

-0,14 -0,18 -0,19EE in kcal/min n.s. n.s. n.s.

-1,30 -1,40 -1,00VE in l/min P<0,05 P<0,05 P<0,05

0,65 0,19 0,95PetCO2 in mmHg n.s. n.s. n.s.

-5,10 -4,30 -3,80Rf in 1/min P<0,05 P<0,05 P<0,05

59,30 32,20 52,70VT in ml n.s. n.s. n.s.

1,40 2,90 2,30VE/VCO2 n.s. n.s. n.s.

Ergebnisse

41

Untersuchung der Variabilität gemessen in Form des Variationskoeffizienten VK

Variationskoeffizient des Energieverbrauchs

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

VK

[%]

EE(1

.Q.)

EE(2

.Q.)

EE(3

.Q.)

EE(4

.Q.)

EE(w

ach)

EE(L

eicht-

S)

EE(T

ief-S

)

n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=17**

**

Abbildung 28: Vergleich von Mittelwerten des Variationskoeffizienten VK des Energie-verbrauchs in ruhigem Wachsein und in der Einschlafphase (1. Wachphase, Leicht- undTiefschlaf)

Es zeigte sich, dass die Variabilität gemessen als Variationskoeffizient des Energie-

verbrauchs während einstündigem ruhigen Liegen von der 2. Viertelstunde zur

4. Viertelstunde um etwa 11 % anstieg (Abbildung 28). Während der Einschlafphase

aber nahm die Variabilität des Energieverbrauchs vom Wachsein zum Leichtschlaf

bereits um etwa 16 % ab, zunächst allerdings nur bei 13 der 18 Probanden. Bei den

restlichen 5 Probanden zeigte sich eine Reduktion der Variabilität erst vom Leicht-

zum Tiefschlaf (siehe Abbildung 30). Vom Wachsein zum Tiefschlaf reduzierte sich

Ergebnisse

42

die Variabilität um 41 %, P<0,001, vom Leichtschlaf zum Tiefschlaf um 30 %,

P<0,001.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50V

KE

E[%

]

mE

E(1

.Q.)

wE

E(1

.Q.)

mE

E(2

.Q.)

wE

E(2

.Q.)

mE

E(3

.Q.)

wE

E(3

.Q.)

mE

E(4

.Q.)

wE

E(4

.Q.)

mE

E(w

ach)

wE

E(w

ach)

mE

E(L

eich

t-S

)w

EE

(Lei

cht-

S)

mE

E(T

ief-

S)

wE

E(T

ief-

S)

männlich

weiblich

Abbildung 29: Mittelwerte und Standardabweichungen des Variationskoeffizienten desEnergieverbrauchs in ruhigem Wachsein (1. - 4. Quartal) und in der Einschlafphase(1. Wachphase, Leicht- und Tiefschlaf), getrennt nach Geschlecht

Variationskoeffizient des Energieverbrauchs

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

VK

EE

[%]

0 1 2 3 4 5

Zeit [Quartal]


0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

VK

EE

[%]

Schlafstadium



Abbildung 30: Verlauf der Mittelwerte des Variationskoeffizienten des Energieverbrauchs derProbanden (♀: rote Linien, ♂: blaue Linien), links wach in ruhigem Liegen und rechts wäh-rend der Einschlafphase

Ergebnisse

43


Abbildung 30) zeigte sich bei den männlichen Probanden eine Zunahme der Variabi-

lität des Energieverbrauchs um etwa 9 % vom 2. zum 4. Quartal der einstündigen

Wachphase. Bei den weiblichen Versuchspersonen zeigte sich ebenfalls ein Anstei-

gen des Variationskoeffizienten um etwa 12 %. Der Variationskoeffizient des Ener-

gieverbrauchs war während ruhigem wachen Liegen sowohl bei den männlichen als

auch bei den weiblichen Versuchspersonen nahezu gleich. Mit dem Einschlafen

änderte sich dieses: die Variabilität des Energieverbrauchs der Männer lag im

Wachsein und im Leichtschlaf um etwa 0,12 Prozentpunkte über der Variabilität der

Frauen. Im Tiefschlaf zeigte sich ein geringerer Unterschied von 0,07 Prozentpunk-

ten. Bei den männlichen Probanden reduzierte sich der Variationskoeffizient um

etwa 15 % vom Wachsein zum Leichtschlaf und um etwa 42 % vom Wachsein zum

Tiefschlaf, P<0,001, sowie um etwa 31 % vom Leichtschlaf zum Tiefschlaf, P<0,05.

Bei den weiblichen Probanden verringerte sich die Variabilität vom Wachsein zum

Leichtschlaf um etwa 16 % und vom Wachsein zum Tiefschlaf um etwa 43 %,

P<0,05, sowie um etwa 31 % vom Leichtschlaf zum Tiefschlaf, P<0,05 (Abbildung

31).

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

V

KE

E[%

]tie

f-w

ach

Männer Frauen

männlich

weiblich

Abbildung 31: Prozentualer Unterschied der Differenz der Mittelwerte des Variationskoeffi-zienten des Energieverbrauchs im Tiefschlaf und Wachsein, getrennt nach Geschlecht

Ergebnisse

44

Variationskoeffizient des Atemzeitvolumens

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50V

K[%

]

VE(1

.Q.)

VE(2

.Q.)

VE(3

.Q.)

VE(4

.Q.)

VE(w

ach)

VE(L

eicht-

S)

VE(T

ief-S

)

n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=17**

*

Abbildung 32: Vergleich von Mittelwerten des Variationskoeffizienten VK des Atemzeitvolu-mens in ruhigem Wachsein und in der Einschlafphase (1. Wachphase, Leicht- und Tief-schlaf)

Abbildung 32 zeigt, dass die Variabilität gemessen als Variationskoeffizient des

Atemzeitvolumens während einstündigem ruhigen Liegen von der 2. Viertelstunde

zur 4. Viertelstunde um etwa 11 % anstieg. Während der Einschlafphase aber nahm

die Variabilität des Atemzeitvolumens vom Wachsein zum Leichtschlaf bereits um

etwa 20 % ab, zunächst allerdings nur bei 14 der 18 Probanden. Bei den restlichen

vier Probanden zeigte sich eine Reduktion der Variabilität erst vom Leichtschlaf zum

Tiefschlaf (siehe Abbildung 34). Vom Wachsein zum Tiefschlaf reduzierte sich die

Variabilität um 52 %, P<0,001, vom Leichtschlaf zum Tiefschlaf um 40 %, P<0,05.

Ergebnisse

45

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

VK

VE

[%]

mV

E(1

.Q.)

wV

E(1

.Q.)

mV

E(2

.Q.)

wV

E(2

.Q.)

mV

E(3

.Q.)

wV

E(3

.Q.)

mV

E(4

.Q.)

wV

E(4

.Q.)

mV

E(w

ach)

wV

E(w

ach)

mV

E(L

eich

t-S

)w

VE

(Lei

cht-

S)

mV

E(T

ief-

S)

wV

E(T

ief-

S)

männlich

weiblich

Abbildung 33: Mittelwerte und Standardabweichungen des Variationskoeffizienten desAtemzeitvolumens in ruhigem Wachsein (1. - 4. Quartal) und in der Einschlafphase(1. Wachphase, Leicht- und Tiefschlaf), getrennt nach Geschlecht

Variationskoeffizient des Atemzeitvolumens

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

0,22

0,24

0,26

0,28

0,30

0,32

0,34

0,36

0,38

0,40

0,42

0,44

0,46

VK

VE

[%]

0 1 2 3 4 5

Zeit [Quartal]

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

0,22

0,24

0,26

0,28

0,30

0,32

0,34

0,36

0,38

0,40

0,42

0,44

0,46

VK

VE

[%]

Schlafstadium




Abbildung 34: Verlauf der Mittelwerte des Variationskoeffizienten des Atemzeitvolumens derProbanden (♀: rote Linien, ♂: blaue Linien), links wach während ruhigem Liegen und rechtswährend der Einschlafphase

Ergebnisse

46



lität des Atemzeitvolumens um etwa 9 % vom 2. zum 4. Quartal der einstündigen

Wachphase. Bei den weiblichen Versuchspersonen zeigte sich ein höherer Anstieg

des Variationskoeffizienten um etwa 18 %. Die Werte für den Variationskoeffizien-

ten des Atemzeitvolumens waren für Männer und Frauen in ruhigem wachen Liegen

nahezu identisch. Mit dem Einschlafen jedoch zeigte sich ein um etwa 0,06 Prozent-

punkte erhöhter Variationskoeffizient der männlichen Probanden im Wachsein und

im Leichtschlaf. Im Tiefschlaf lag dieser Unterschied nur noch bei 0,03 Prozentpunk-

ten. Weiterhin reduzierte sich die Variabilität des Atemzeitvolumens bei den männli-

chen Probanden um etwa 22 % vom Wachsein zum Leichtschlaf und um etwa 53 %

vom Wachsein zum Tiefschlaf, P<0,001, sowie um etwa 40 % vom Leichtschlaf zum

Tiefschlaf, P<0,05. Bei den weiblichen Probanden verringerte sich die Variabilität

vom Wachsein zum Leichtschlaf um etwa 17 % und vom Wachsein zum Tiefschlaf

um etwa 51 %, P<0,05, sowie um etwa 40 % vom Leichtschlaf zum Tiefschlaf (Ab-

bildung 35).

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

V

KV

E[%

]tie

f-w

ach

Männer Frauen

männlich

weiblich

Abbildung 35: Prozentualer Unterschied der Differenz der Mittelwerte des Variationskoeffi-zienten des Atemzeitvolumens im Tiefschlaf und Wachsein, getrennt nach Geschlecht

Ergebnisse

47

Variationskoeffizienten des PetCO2

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14V

K[%

]

PCO

(1.Q

.)

et

2

PCO

(2.Q

).

et

2

PCO

(3.Q

.)

et

2

PCO

(4.Q

.)

et

2

PCO

(wac

h)

et

2

PCO

(Leic

ht-S)

et

2P

CO(T

ief-S

)

et

2

n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=17

****

Abbildung 36: Vergleich von Mittelwerten des Variationskoeffizienten VK des endexspiratori-schen CO2- Partialdrucks in ruhigem Wachsein und in der Einschlafphase (1. Wachphase,Leicht- und Tiefschlaf)

Die Variabilität des endexspiratorischen CO2-Partialdrucks stieg während

einstündigem ruhigen Liegen von der 2. Viertelstunde zur 4. Viertelstunde um etwa

23 % an, P<0,05 (Abbildung 36). Während der Einschlafphase aber nahm die Varia-

bilität des Atemzeitvolumens vom Wachsein zum Leichtschlaf um etwa 17 % ab,

zunächst allerdings nur bei 14 der 18 Probanden. Bei den restlichen vier Probanden

zeigte sich eine Reduktion der Variabilität erst vom Leichtschlaf zum Tiefschlaf

(siehe Abbildung 38). Vom Wachsein zum Tiefschlaf reduzierte sich die Variabilität

um 45 %, P<0,001, vom Leichtschlaf zum Tiefschlaf um 34 %, P<0,05.

Ergebnisse

48

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

VK

PC

O[%

]et

2

mP

CO

(1.Q

.)et

2

wP

CO

(1.Q

.)et

2

mP

CO

(2.Q

).et

2

wP

CO

(2.Q

).et

2

mP

CO

(3.Q

.)et

2

wP

CO

(3.Q

.)et

2

mP

CO

(4.Q

.)et

2

wP

CO

(4.Q

.)et

2

mP

CO

(wac

h)et

2

wP

CO

(wac

h)et

2

mP

CO

(Lei

cht-

S)

et2

wP

CO

(Lei

cht-

S)

et2

mP

CO

(Tie

f-S

)et

2

wP

CO

(Tie

f-S

)et

2

männlich

weiblich

Abbildung 37: Mittelwerte und Standardabweichungen des Variationskoeffizienten des end-exspiratorischen CO2-Partialdrucks in ruhigem Wachsein (1. - 4. Quartal) und in der Ein-schlafphase (1. Wachphase, Leicht- und Tiefschlaf), getrennt nach Geschlecht

Variationskoeffizient des PetCO2

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,10

0,11

0,12

0,13

0,14

VK

CO

[%]

2

0 1 2 3 4 5

Zeit [Quartal]

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,10

0,11

0,12

0,13

0,14

VK

CO

[%]

2

Schlafstadium




Abbildung 38: Verlauf der Mittelwerte des Variationskoeffizienten des endexspiratorischenCO2-Partialdrucks der Probanden (♀: rote Linien, ♂: blaue Linien), links wach in ruhigemLiegen und rechts während der Einschlafphase

Ergebnisse

49



lität des endexspiratorischen CO2-Partialdrucks um etwa 32 % vom 2. zum 4. Quartal

der einstündigen Wachphase. Bei den weiblichen Versuchspersonen zeigte sich

lediglich ein Anstieg des Variationskoeffizienten um etwa 14 %. Die Werte für den

Variationskoeffizienten waren für Männer und Frauen in ruhigem wachen Liegen

nahezu identisch. Auch in der Einschlafphase wiesen die weiblichen und männlichen

Versuchspersonen eine nahezu identische Variabilität des PetCO2 auf. Mit dem Ein-

schlafen reduzierte sich der Variationskoeffizient des PetCO2 bei den männlichen

Probanden um etwa 18 % vom Wachsein zum Leichtschlaf und um etwa 44 % vom

Wachsein zum Tiefschlaf, P<0,001, sowie um etwa 32 % vom Leichtschlaf zum

Tiefschlaf, P<0,05. Bei den weiblichen Probanden verringerte sich die Variabilität

vom Wachsein zum Leichtschlaf um etwa 15 % und vom Wachsein zum Tiefschlaf

um etwa 47 %, sowie um etwa 38 % vom Leichtschlaf zum Tiefschlaf (Abbildung

39).

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

V

KP

CO

[%]

et2

tief-

wac

h

Männer Frauen

männlich

weiblich

Abbildung 39: Prozentualer Unterschied der Differenz der Mittelwerte des Variationskoeffi-zienten des endexspiratorischen CO2-Partialdrucks im Tiefschlaf und Wachsein, getrenntnach Geschlecht

Ergebnisse

50

Variationskoeffizient der Atemfrequenz

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6V

K[%

]

RF(1

.Q.)

RF(2

.Q.)

RF(3

.Q.)

Rf (4.Q

.)

RF(w

ach)

RF(L

eicht-

S)

RF(T

ief-S

)

n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=17

****

Abbildung 40: Vergleich von Mittelwerten des Variationskoeffizienten VK der Atemfrequenzin ruhigem Wachsein und in der Einschlafphase (1. Wachphase, Leicht- und Tiefschlaf)

Abbildung 40 zeigt, dass die Variabilität der Atemfrequenz innerhalb der ersten

Stunde des Versuches konstant blieb (0,157 sowohl in der 2. als auch in der 4. Vier-

telstunde). Mit dem Einschlafen reduzierte sich der Variationskoeffizient vom

Wachsein zum Leichtschlaf um etwa 44 %, P<0,001, zunächst allerdings nur bei 17

der 18 Probanden (siehe Abbildung 42). Bei einem Probanden zeigte sich eine Re-

duktion der Variabilität erst vom Leichtschlaf zum Tiefschlaf. Vom Wachsein zum

Tiefschlaf reduzierte sich die Variabilität um etwa 64 %, P<0,001.

Ergebnisse

51

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

VK

Rf[

%]

mR

F(1

.Q.)

wR

F(1

.Q.)

mR

F(2

.Q.)

wR

F(2

.Q.)

mR

F(3

.Q.)

wR

F(3

.Q.)

mR

f(4.

Q.)

wR

f(4.

Q.)

mR

F(w

ach)

wR

F(w

ach)

mR

F(L

eich

t-S

)w

RF

(Lei

cht-

S)

mR

F(T

ief-

S)

wR

F(T

ief-

S)

männlich

weiblich

Abbildung 41: Mittelwerte und Standardabweichungen des Variationskoeffizienten der Atem-frequenz in ruhigem Wachsein (1. - 4. Quartal) und in der Einschlafphase (1. Wachphase,Leicht- und Tiefschlaf), getrennt nach Geschlecht

Variationskoeffizient der Atemfrequenz

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

0,22

0,24

0,26

0,28

0,30

0,32

0,34

0,36

0,38

0,40

VK

Rf[

%]

0 1 2 3 4 5

Zeit [Quartal]

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

0,22

0,24

0,26

0,28

0,30

0,32

0,34

0,36

0,38

0,40

VK

Rf[

%]

Schlafstadium

Proband 1Proband 2Proband 3

Proband 4Proband 5Proband 6Proband 7Proband 8Proband 9

Proband 10Proband 11Proband 12

Proband 13Proband 14Proband 15Proband 16Proband 17Proband 18


Abbildung 42: Verlauf der Mittelwerte des Variationskoeffizienten der Atemfrequenz derProbanden (♀: rote Linien, ♂: blaue Linien), links wach in ruhigem Liegen und rechts wäh-rend der Einschlafphase

Ergebnisse

52


Abbildung 42) zeigte sich bei den männlichen Probanden eine Abnahme der Variabi-

lität der Atemfrequenz um etwa 3 % vom 2. zum 4. Quartal der einstündigen Wach-

phase. Bei den weiblichen Versuchspersonen zeigte sich ein Anstieg des Variations-

koeffizienten um etwa 2 %. Die Werte für den Variationskoeffizienten waren für

Männer und Frauen in ruhigem wachen Liegen nahezu identisch. In der Einschlaf-

phase zeigte sich außer in der Wachphase (in der die Variabilität der Atemfrequenz

der männlichen Probanden gering höher war) ein identischer Variationskoeffizient.

Mit dem Einschlafen reduzierte sich die Variabilität der Atemfrequenz bei den männ-

lichen Probanden um etwa 48 % vom Wachsein zum Leichtschlaf, P<0,05 und um

etwa 67 % vom Wachsein zum Tiefschlaf, P<0,001. Bei den weiblichen Probanden

verringerte sich die Variabilität vom Wachsein zum Leichtschlaf um etwa 38 % und

vom Wachsein zum Tiefschlaf um etwa 61 %, P<0,05 (Abbildung 43).

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

V

KR

F[%

]tie

f-w

ach

Männer Frauen

männlich

weiblich

Abbildung 43: Prozentualer Unterschied der Differenz der Mittelwerte des Variationskoeffi-zienten der Atemfrequenz im Tiefschlaf und Wachsein, getrennt nach Geschlecht

Ergebnisse

53

Variationskoeffizient des Atemzugvolumens

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9V

K[%

]

VT(1

. Q.)

VT(2

.Q.)

VT(3

.Q.)

VT(4

.Q.)

VT(w

ach)

VT(L

eicht-

S)

VT(T

ief-S

)

n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=17

**

**

Abbildung 44: Vergleich von Mittelwerten des Atemzugvolumens in ruhigem Wachsein undin der Einschlafphase (1. Wachphase, Leicht- und Tiefschlaf)

Die Variabilität des Atemzugvolumens stieg während der einstündigen Wachphase

von der 2. Viertelstunde zur 4. Viertelstunde um etwa 16 % an (Abbildung 44).

Während der Einschlafphase aber nahm die Variabilität des Atemzeitvolumens vom

Wachsein zum Leichtschlaf um etwa 25 % ab, P<0,05, zunächst allerdings nur bei 15

der 18 Probanden (siehe Abbildung 46). Bei den restlichen drei Probanden zeigte

sich eine Reduktion der Variabilität erst vom Leichtschlaf zum Tiefschlaf. Vom

Wachsein zum Tiefschlaf reduzierte sich die Variabilität um 54 %, P<0,001, vom

Leichtschlaf zum Tiefschlaf um 39 %, P<0,05.

Ergebnisse

54

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

VK

VT

[%]

mV

T(1

.Q.)

wV

T(1

.Q.)

mV

T(2

.Q.)

wV

T(2

.Q.)

mV

T(3

.Q.)

wV

T(3

.Q.)

mV

T(4

.Q.)

wV

T(4

.Q.)

mV

T(w

ach)

wV

T(w

ach)

mV

T(L

eich

t-S

)w

VT

(Lei

cht-

S)

mV

T(T

ief-

S)

wV

T(T

ief-

S)

männlich

weiblich

Abbildung 45: Mittelwerte und Standardabweichungen des Variationskoeffizienten desAtemzugvolumens in ruhigem Wachsein (1. - 4. Quartal) und in der Einschlafphase(1. Wachphase, Leicht- und Tiefschlaf), getrennt nach Geschlecht

Variationskoeffizient des Atemzugvolumens

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

VK

VT

[%]

0 1 2 3 4 5

Zeit [Quartal]

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

VK

VT

[%]

Schlafstadium




Abbildung 46: Verlauf der Mittelwerte des Variationskoeffizienten des Atemzugvolumens derProbanden (♀: rote Linien, ♂: blaue Linien), links wach in ruhigem Liegen und rechts wäh-rend der Einschlafphase

Ergebnisse

55



lität des Atemzugvolumens um etwa 22 % vom 2. zum 4. Quartal der einstündigen

Wachphase. Bei den weiblichen Versuchspersonen zeigte sich lediglich ein Anstieg

des Variationskoeffizienten um etwa 9 %. Die Werte für den Variationskoeffizienten

waren für die Männer in ruhigem wachen Liegen leicht erniedrigt im 2. Quartal bzw.

leicht erhöht im 4. Quartal. Mit dem Einschlafen reduzierte sich die Variabilität der

Atemfrequenz bei den männlichen Probanden um etwa 32 % vom Wachsein zum

Leichtschlaf, P<0,05 und um etwa 51 % vom Wachsein zum Tiefschlaf, P<0,001.

Bei den weiblichen Probanden verringerte sich die Variabilität vom Wachsein zum

Leichtschlaf lediglich um etwa 13 % und vom Wachsein zum Tiefschlaf um etwa

34 %, P<0,05 (Abbildung 47), so dass der im Wachsein und im Leichtschlaf höhere

Variationskoeffizient der männlichen gegenüber der weiblichen Probanden im Tief-

schlaf unter dem der weiblichen Versuchspersonen lag.

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

V

KV

T[%

]tie

f-w

ach

Männer Frauen

männlich

weiblich

Abbildung 47: Prozentualer Unterschied der Differenz der Mittelwerte des Variationskoeffi-zienten des Atemzugvolumens im Tiefschlaf und Wachsein, getrennt nach Geschlecht

Ergebnisse

56

Variationskoeffizient des ventilatorischen Äquivalents für CO2

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8V

K[%

]

VE/VCO

(1.Q

.)

2

VE/VCO

(2.Q

.)

2

VE/VCO

(3.Q

).

2

VE/VCO

(4.Q

).

2

VE/VCO

(wac

h)

2

VE/VCO

(Leic

ht-S)

2

VE/VCO

(Tief

-S)

2

n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=18 n=17**

Abbildung 48: Vergleich von Mittelwerten des Variationskoeffizienten VK des ventilatorischenÄquivalents für CO2 in ruhigem Wachsein und in der Einschlafphase (1. Wachphase, Leicht-und Tiefschlaf)

Die Variabilität des ventilatorischen Äquivalents für CO2 stieg während

einstündigem ruhigen Liegen von der 2. Viertelstunde zur 4. Viertelstunde um etwa

37 % an, P<0,05 (Abbildung 48). Während der Einschlafphase aber nahm der Varia-

tionskoeffizient von VE/VCO2 vom Wachsein zum Leichtschlaf um etwa 37 % ab,

zunächst allerdings nur bei 11 der 18 Probanden. Bei den restlichen sieben Proban-

den zeigte sich eine Reduktion der Variabilität erst vom Leichtschlaf zum Tiefschlaf.

Vom Wachsein zum Tiefschlaf zeigte sich eine Reduktion der Variabilität um 72 %,

P<0,05, vom Leichtschlaf zum Tiefschlaf um 55 %.

Ergebnisse

57

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

VK

VE

/VC

O[m

mH

g]2

mV

E/V

CO

(1.Q

.)2

wV

E/V

CO

(1.Q

.)2

mV

E/V

CO

(2.Q

.)2

wV

E/V

CO

(2.Q

.)2

mV

E/V

CO

(3.Q

).2

wV

E/V

CO

(3.Q

).2

mV

E/V

CO

(4.Q

).2

wV

E/V

CO

(4.Q

).2

mV

E/V

CO

(wac

h)2

wV

E/V

CO

(wac

h)2

mV

E/V

CO

(Lei

cht-S

)2

wV

E/V

CO

(Lei

cht-S

)2

mV

E/V

CO

(Tie

f-S)

2

wV

E/V

CO

(Tie

f-S)

2

männlich

weiblich

Abbildung 49: Mittelwerte und Standardabweichungen des Variationskoeffizienten desventilatorischen Äquivalents für CO2 in ruhigem Wachsein (1. - 4. Quartal) und in der Ein-schlafphase (1. Wachphase, Leicht- und Tiefschlaf), getrennt nach Geschlecht

Variationskoeffizient des Ventilatorischen Äquivalents für CO2

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

VK

VE

/VC

O[%

]2

0 1 2 3 4 5

Zeit [Quartal]

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

VK

VE

/VC

O[%

]2

Schlafstadium

Proband 1

Proband 2

Proband 3

Proband 4

Proband 5

Proband 6

Proband 7

Proband 8

Proband 9

Proband 10

Proband 11

Proband 12

Proband 13

Proband 14

Proband 15

Proband 16

Proband 17

Proband 18


Abbildung 50: Verlauf der Mittelwerte des Variationskoeffizienten des ventilatorischen Äqui-valents für CO2 der Probanden (♀: rote Linien,♂: blaue Linien), links wach in ruhigem Lie-gen und rechts während der Einschlafphase

Ergebnisse

58



lität des ventilatorischen Äquivalents für CO2 um etwa 40 % vom 2. zum 4. Quartal

der einstündigen Wachphase. Bei den weiblichen Versuchspersonen zeigte sich ein

etwas geringerer Anstieg des Variationskoeffizienten um etwa 34 %. Dabei war der

Variationskoeffizient der Männer geringfügig niedriger als der der Frauen. Mit dem

Einschlafen aber war der Variationskoeffizient der männlichen Versuchspersonen

höher als der der weiblichen Probanden. Die Variabilität des ventilatorischen Äqui-

valents für CO2 reduzierte sich bei den männlichen Probanden um etwa 38 % vom

Wachsein zum Leichtschlaf und um etwa 73 % vom Wachsein zum Tiefschlaf. Bei

den weiblichen Probanden verringerte sich die Variabilität vom Wachsein zum

Leichtschlaf um etwa 36 % und vom Wachsein zum Tiefschlaf um etwa 70 % (Ab-

bildung 51). Gleichzeitig verringerte sich der Unterschied des Variationskoeffizien-

ten zwischen männlichen und weiblichen Probanden auf einen nahezu identischen

Wert im Tiefschlaf.

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

V

KV

E/C

O[%

]2

tief-

wac

h

Männer Frauen

männlich

weiblich

Abbildung 51: Prozentualer Unterschied der Differenz der Mittelwerte des Variationskoeffi-zienten des ventilatorischen Äquivalents für CO2 im Tiefschlaf und Wachsein, getrennt nachGeschlecht

Ergebnisse

59

Eine Zusammenfassung der Unterschiede in den Verläufen der Variationskoeffizien-

ten findet sich in Tabelle 5.

Tabelle 5: Zusammenfassung der Unterschiede im Verlauf des Variationskoeffizientenzwischen männlichen und weiblichen Probanden

VK von: wach <=> Leichtschlaf wach <=> Tiefschlaf

Männer Frauen Männer Frauen

EE -15 % -16 % -42 % -43 %

VE -22 % -17 % -53 % -51 %

PetCO2 -18 % -15 % -44 % -47 %

Rf -48 % -38 % -67 % -61 %

VT -32 % -13 % -51 % -34 %

VE/VCO2 -38 % -36 % -73 % -70 %

Ergebnisse

60

Tabelle 6 zeigt eine Zusammenfassung der Probanden, die eine Reduktion der Varia-

bilität erst vom Leichtschlaf zum Tiefschlaf aufwiesen.

Tabelle 6: Zusammenfassung der Probanden (x) mit Reduktion der Variabilität in den einzel-nen Variablen erst zum Tiefschlaf (gelb markiert: Probanden mit erhöhter Anzahl von Seuf-zern)

Probanden1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

VK EE x x x x x

VK VE x x x x

VK PetCO2 x x x x

VK Rf x

VK VT x x x

VK VE/VCO2 x x x x x x x

Ergebnisse

61

Seufzeratmung

Tabelle 7: Auflistung der Probanden nach Anzahl der Seufzer/Stunde, im Wachsein, Leicht-und Tiefschlaf (gelb markiert: Probanden mit Seufzer/Stunde > 15 im Leichtschlaf)

Nummer Geschlecht Seufzer/Stunde wach Leichtschlaf Tiefschlafm/w Durchschnitt Seufzer/Stunde Seufzer/Stunde Seufzer/Stunde

1 m 10,08 12,66 7,50 0,002 w 6,36 19,98 4,50 0,003 m 11,58 13,44 0,00 0,004 w 8,82 4,74 15,60 3,485 m 14,70 18,18 9,78 0,006 w 9,60 12,18 10,14 3,187 w 11,34 10,02 13,20 9,128 m 16,44 18,78 26,46 0,009 w 8,52 16,02 10,50 1,7410 m 16,92 19,38 27,30 4,6211 m 3,66 25,74 12,00 1,3812 m 0,00 0,00 0,00 0,0013 w 1,02 0,00 0,00 1,4414 w 0,00 0,00 0,00 0,0015 m 1,92 6,00 0,00 0,0016 m 8,94 27,30 51,42 1,7417 w 2,16 3,54 0,00 0,0018 w 25,14 30,00 26,64 8,10

Mittelwert 8,73 13,22 11,95 1,93Standardabweichung 6,78 9,51 13,67 2,82

Bei der Untersuchung der Instabilität der Atmung während der Einschlafphase in

Form von einer vermehrten Seufzeratmung (siehe Tabelle 7) zeigte sich, dass die

Anzahl der Seufzer pro Stunde vom Wachsein zum Leichtschlaf nur geringfügig

abnahm (13,22 ± 9,51 vs. 11,95 ± 13,67 Seufzer/Stunde). Vom Wachsein (13,22 ±

9,51 Seufzer/Stunde) bzw. vom Leichtschlaf (11,95 ± 13,67 Seufzer/Stunde) zum

Tiefschlaf (1,93 ± 2,82 Seufzer/Stunde) zeigte sich eine deutlich stärkere Reduktion,

jeweils P<0,001.

Bei vier der fünf Probanden mit einer Anzahl der Seufzer/Stunde > 15 zeigte sich

bereits bei der Analyse der Variationskoeffizienten der einzelnen Parameter, dass

eine Reduktion der Variabilität in mehr als zwei Messgrößen erst vom Leichtschlaf

Ergebnisse

62

zum Tiefschlaf stattfand. Bei den Probanden mit einer Zahl der Seufzer/Stunde < 15

im Leichtschlaf ließ sich dieser Unterschied im Verhalten der Variabilität in den

einzelnen Messgrößen nicht aufzeigen.

Diskussion

63

Diskussion

In dieser Untersuchung wurden die qualitativen und quantitativen Veränderungen des

CO2-Partialdrucks, des Stoffwechsels und der Ventilation während der Einschlafpha-

se im Vergleich zu ruhigem wachen Liegen untersucht. Hauptergebnisse dabei wa-

ren:

ein Anstieg der Mittelwerte des Energieumsatzes während einstündigem ru-

higen Wachsein um etwa 4 %, sowie eine Reduktion in der Einschlafphase

um 8 % bis zum Tiefschlaf, allerdings von einem höheren Ausgangsniveau,

so dass die gemessenen Werte für den Tiefschlaf denjenigen in ruhigem wa-

chen Liegen entsprachen. Die intraindividuelle Variabilität, gemessen in

Form des Variationskoeffizienten, nahm mit dem Einschlafen um 41 % vom

Wachsein zum Tiefschlaf ab.

ein konstanter Verlauf der Mittelwerte des Atemzeitvolumens in ruhigem wa-

chen Liegen, sowie eine Reduktion des Atemzeitvolumens in der Einschlaf-

phase um 16 %. Die intraindividuelle Variabilität verringerte sich in der Ein-

schlafphase bis zum Tiefschlaf-Stadium um 52 %.

ein Anstieg des PetCO2 in ruhigem wachen Liegen um 3 %, bzw. ein deutlich

stärker ausgeprägter Anstieg um 10 % mit dem Einschlafen. Der Variations-

koeffizient reduzierte sich mit dem Einschlafen bis zur Tiefschlafphase um

45 %.

eine nahezu konstante Atemfrequenz in der ersten Phase des Versuches und

eine leichte nicht-signifikante Reduktion um etwa 1,2 Atemzüge/min von der

Wachphase bis zur Tiefschlafphase im zweiten Teil des Versuches. Der Vari-

ationskoeffizienten sank um 64 % in der Tiefschlafphase.

ein nahezu konstanter Verlauf des Atemzugvolumens in ruhigem wachen

Liegen und eine deutliche Reduktion des Atemzugvolumens um etwa 14 %

vom Beginn der Einschlafphase über Leichtschlaf zu Tiefschlaf. Die Variabi-

Diskussion

64

lität des Atemzugvolumens nahm mit der Einschlafphase um 54 % deutlich

ab.

ein nahezu konstanter Verlauf des ventilatorischen Äquivalents für CO2 in

der ersten Phase des Versuches. Mit dem Einschlafen zeigte sich eine Reduk-

tion um 5,5 % bis zum Tiefschlaf. Der Variationskoeffizient, der im ruhigen

wachen Liegen um 37 % anstieg, sank in der Einschlafphase bis zum Tief-

schlafstadium um 72 %.

ein deutlich geringeres Atemzeitvolumen (-1,00 bis -1,30 l/min) und eine

deutlich verminderte Atemfrequenz (-5,10 bis -3,80 Atemzüge/min) der

männlichen Probanden im Vergleich zu den weiblichen Versuchspersonen.

Weiter zeigte sich bei der Betrachtung der intraindividuellen Variabilität ein

deutlich geringerer Variationskoeffizient des Atemzugvolumens der weibli-

chen Probanden (um etwa 18 Prozentpunkte).

eine nur geringe Abnahme der Anzahl der Seufzer/Stunde vom Wachsein

zum Leichtschlaf gegenüber einer deutlichen Reduktion vom Leichtschlaf

zum Tiefschlaf.

eine erhöhte Variabilität, gemessen in Form des Variationskoeffizienten, in

der Einschlafphase vom Wachsein zum Leichtschlaf bei einigen Probanden

korrelierend mit einer Anzahl der Seufzer/Stunde >15.

eine in dieser Studie bei keinem der Probanden zu detektierende erhöhte In-

stabilität der Atmung im Sinne von periodischen Atemmustern.

Ventilation und CO2

In seiner Untersuchung an 70 Probanden im Alter von 18–60 Jahren (30 Frauen und

40 Männer) konnte Bülow bereits 1963 zeigen, dass die Ventilation mit dem Ein-

Diskussion

65

schlafen reduziert wird. Dies konnte in späteren Versuchen (White et al., 1985, Krie-

ger et al., 1990, Trinder et al., 1992) und in dieser Untersuchung bestätigt werden. In

dem jetzigen Versuch wurden allerdings nicht nur die Einschlafphase und deren

Einfluss auf die Atmungsregulation betrachtet, sondern es wurde außerdem unter-

sucht, ob es bereits einen Unterschied hinsichtlich des Stoffwechsels und der Venti-

lation während einstündigen ruhigen Wachseins, also bereits während motorischer

Inaktivität gibt. White et al. untersuchten zwar auch das Verhalten von Ventilation

und Stoffwechsel während des Schlafes im Vergleich zur Wachphase, mit der Auf-

zeichnung der Messwerte wurde allerdings erst begonnen, nachdem die Probanden

schon 30 Minuten ruhig und wach im Bett lagen. Gerade in dieser Zeit zeigten sich

in der jetzigen Untersuchung bereits Veränderungen im Stoffwechsel und der Venti-

lation durch längere motorische Inaktivität. Anschließend wurden lediglich zehn

Minuten im Wachsein aufgezeichnet, bevor die Versuchspersonen einschlafen soll-

ten. Am Ende des Versuches von White wurden weitere zehn Minuten im Wachsein

aufgezeichnet. Die Messwerte dieser beiden Wachphasen wurden zu einer Wachpha-

se zusammengefasst. Die Messwerte eines Schlafstadiums wurden aus technischen

Gründen für maximal 25 Minuten aufgezeichnet, wenn eine 3-minütige Stabilisie-

rungsphase vorausging. Im jetzigen Versuch wurden diese Veränderungen, die bei

einem Schlafstadienwechsel auftreten, miterfasst. Außerdem wurden im jetzigen

Versuch die Wachphasen gerade nicht zusammengefasst, um eine mögliche Verfäl-

schung der Werte durch Einflüsse in der zentralen Atmungsregulation während der

Nacht und weitere zirkardiane Einflüsse auszuschließen.

Bei der Betrachtung der ersten Phase des Versuches zeigte sich, dass der PetCO2 in

ruhigem wachen Liegen leicht anstieg. Mit dem Einschlafen war dieser Anstieg

deutlich ausgeprägter. Diese Ergebnisse stehen in Einklang mit früheren Beobach-

tungen (Bülow, 1963; Gothe et al, 1981; Gothe et al., 1982). Als Erklärung dafür

wurde eine herabgesetzte Atmungsantwort auf CO2 angeführt.

In diesem Versuch wurde auch der Verlauf des ventilatorischen Äquivalents für CO2

als direktes Maß für den Atmungsantrieb untersucht. White et al., 1985, konnten

keine Reduzierung dieses Parameters während der Einschlafphase feststellen. In der

jetzigen Untersuchung jedoch fand sich in der Einschlafphase vom Wachsein zum

Diskussion

66

Tiefschlaf eine signifikante Reduzierung des ventilatorischen Äquivalents um etwa

5,5 %.

Auch Trinder et al., 1992, untersuchten die Atmung während der Einschlafphase. Als

Wachphase dienten allerdings nur fünf Minuten, in denen die Probanden mit ge-

schlossenen Augen bis 500 zählen sollten, bevor sie einschlafen durften. Anschlie-

ßend wurden sie nach 5-minütigem Leichtschlaf geweckt, um dann erneut einschla-

fen zu dürfen. Dieser Vorgang wurde im Mittel 11 mal wiederholt.

Im jetzigen Versuch bekamen die Probanden über Lautsprecher ein Hörspiel vorge-

spielt. Des Weiteren waren die Augen der Versuchspersonen in der ersten Stunde des

Versuches geöffnet. Zu einer Verfälschung der Messergebnisse kam es durch die

akustischen und visuellen Reize nicht, wie im Abschnitt „Energieumsatz“ dargestellt.

Einfluss von Atemzugvolumen und Atemfrequenz auf das Atemzeitvolumen

Um zu zeigen, welche der Größen, die das Atemzeitvolumen bestimmen, für die

Veränderungen der Ventilation verantwortlich sind, wurde das Atemzugvolumen und

die Atemfrequenz getrennt betrachtet. Hierbei zeigte sich, dass das Atemzugvolumen

signifikant vom Wachsein über Leichtschlaf zum Tiefschlaf abnimmt. Die Atemfre-

quenz reduzierte sich dagegen nur leicht. Die Veränderungen, die das Atemzeitvo-

lumen betreffen, scheinen also größtenteils auf einer Verringerung des Atemzugvo-

lumens zu beruhen. Zu diesem Ergebnis kamen auch White et al., 1985.

In diesem Versuch wurde auch der intraindividuelle Verlauf der Variabilität der

einzelnen Messparameter bestimmt. Dabei zeigte sich ein höherer Variationskoeffi-

zient für das Atemzugvolumen als für die Atemfrequenz sowohl in der ersten Phase

(ruhiges waches Liegen) als auch in der zweiten Phase (Einschlafphase) des Versu-

ches. Auch dies bestätigt die Annahme, dass die Größe des Atemzeitvolumens haupt-

sächlich durch Veränderungen im Atemzugvolumen und zu einem geringen Teil

durch Veränderungen der Atemfrequenz geregelt wird.

Diskussion

67

Instabilität der Atmung

Sowohl White et al., 1985, als auch Trinder et al., 1992, untersuchten zwar die Ver-

änderungen der Mittelwerte der entsprechenden Messgrößen, allerdings wurden die

intraindividuellen Veränderungen nicht betrachtet. Gerade diese intraindividuelle

Variabilität könnte aber Aufschluss über die Instabilität der Atmung und somit über

einen Zusammenhang mit den schlafbezogenen Atmungsstörungen geben.

Mahamed et al., 2005, untersuchten eine Gruppe von Probanden mit obstruktiver

Schlafapnoe (OSA) im Vergleich zu Probanden ohne obstruktive Schlafapnoe (Non-

OSA) und konnten Veränderungen in der Chemoreflexantwort über die Nacht nach-

weisen. Sie zeigten in ihrem Versuch mittels CO2-Antworten, dass in beiden Grup-

pen (OSA und Non-OSA) die Chemoreflexantwort über die Nacht hindurch anstieg,

allerdings aufgrund verschiedener Mechanismen: In der Gruppe der OSA fand ein

Ansteigen der Chemorezeptor-Sensitivität statt, in der Non-OSA-Gruppe zeigte sich

als Ursache eines solchen Anstiegs ein Abfallen der Chemorezeptor-Schwelle. Somit

scheine eine Instabilität der Atmung durch ein Ansteigen der Sensitivität hervorgeru-

fen zu werden, wohingegen ein Abfallen der Chemorezeptorschwelle einen stabili-

sierenden Einfluss ausübe. Weiterhin zeigten Mahamed et al., dass diese Verände-

rungen auf einer Umstellung des zentralen Chemorezeptors und nicht auf ein Zu-

sammenspiel von zentralem und peripherem Chemorezeptor beruhten.

Eine erhöhte Instabilität der Atmung im Sinne von periodischer Atmung ließ sich in

dieser Studie bei keinem der Probanden finden. Da die Versuchspersonen ein mittle-

res Alter von 25 Jahren hatten, steht dies durchaus in Einklang mit Tabachnik et al.,

1981, der zeigen konnte, dass sich eine periodische Atmung in jugendlichem Alter

äußerst selten finden lässt. Dennoch ließ sich eine erhöhte Variabilität der Atmung in

der Einschlafphase korrelierend mit der Anzahl der Seufzer/Stunde >15 vom

Wachsein zum Leichtschlaf bei einigen Probanden zeigen.

Diskussion

68

Energieumsatz

Es ist bekannt, dass der Energieumsatz mit dem Einschlafen sinkt (Buskirk et al.,

1960, Robin et al., 1958, White et al., 1985). Diese Ergebnisse konnten in dieser

Untersuchung bestätigt werden. Allerdings wurden die Messungen von Buskirk et

al., 1960 und von Robin et al., 1958 ohne EEG-Aufzeichnung durchgeführt, so dass

nicht genau gesagt werden konnte, wann die Probanden tatsächlich eingeschlafen

sind.

Um sicherzustellen, dass alle Probanden in der ersten Stunde des Versuches wach

blieben, wurde den Probanden ein ruhiges Hörspiel über Lautsprecher vorgespielt.

Die Versuchspersonen sollten die Augen geöffnet lassen und das Licht im Raum war

eingeschaltet. Zur Dokumentation des Wach-Zustandes diente das EEG.

Dietz et al., 1994 untersuchten den Effekt des Fernsehens auf den Energieverbrauch

an 27 Mädchen (davon 9 adipös und 18 normal gewichtig) im Alter von 10 ± 1 Jah-

ren. So beobachteten sie den Energieverbrauch während jeweils 15-minütigem Fern-

sehen, Lesen und ruhigem Sitzen ohne bestimmte Aktivität. Dabei kamen Dietz et al.

zu der Schlussfolgerung, dass das Fernsehen keinen Einfluss auf die Absolutwerte

des Energieverbrauchs in Ruhe habe, da sich dieser in den drei Aktivitäten nur mi-

nimal verändere (0,1-0,19 kcal/15 min).

Cooper et al., 1995 verglichen bei 12 Probanden im Alter von 18-45 Jahren den

Energieverbrauch in ruhigem wachen Liegen mit dem während Fernsehens von

verschiedenen Kategorien von Filmen (Humor, Thriller, Ruhig) mittels indirekter

Kalorimetrie. Sie konnten zeigen, dass es zwar zu kurzfristigen Schwankungen des

Energieverbrauchs abhängig von der Filmszene kam, aber im Mittel das Sehen von

Videofilmen einen nur geringen Einfluss auf die Messergebnisse anhand der indirek-

ten Kalorimetrie habe.

Lazzer et al., 2003 untersuchten an 27 adipösen und an 50 normal gewichtigen Pro-

banden im Alter von 12-16 Jahren den Gesamt-Energieverbrauch pro Tag und den

Einfluss einzelner Tätigkeiten (wie z.B. Schlafen, Essen und Musik-Hören) auf

diesen. Die Untersuchung erfolgte mittels Ganzkörper-Kalorimetrie und der Herzfre-

Diskussion

69

quenzaufzeichnung. Dabei konnte gezeigt werden, dass der Grundumsatz der Pro-

banden sowie der Energieverbrauch im Schlaf etwa 1,20 kcal/min betrug. Während

sitzenden Tätigkeiten aber war der Energieumsatz deutlich erhöht (1,90 kcal/min).

Diese Ergebnisse zeigen, dass der im jetzigen Versuch gemessene Energieverbrauch

(etwa 1,3 kcal/min) in ruhigem wachen Liegen (unter Einspielung eines Hörspiels

und eingeschaltetem Licht im Raum) nahezu mit dem Grundumsatz übereinstimmte

und nicht wie bei ruhigen sitzenden Tätigkeiten erhöht war.

Es ist zwar prinzipiell möglich, dass es in dieser Untersuchung zu Beeinflussungen

des Stoffwechsels in ruhigem wachen Liegen gekommen ist, hervorgerufen zum

einen durch akustische Reize des Hörspiels, zum anderen durch das eingeschaltete

Licht im Raum. Dennoch sind diese als vernachlässigbar gering anzusehen, wie die

oben genannten Untersuchungen zeigen konnten. Weiterhin ging es in dieser Unter-

suchung nicht um das Ermitteln von Absolutwerten, sondern um das Aufzeigen eines

qualitativen Verlaufs der einzelnen Messgrößen.

Unterschied zwischen männlichen und weiblichen Probanden

In den meisten Untersuchungen war entweder die Zahl der weiblichen im Verhältnis

zu den männlichen Probanden gering oder aber Frauen wurden gar nicht berücksich-

tigt. Trinder et al., 1992 und Corlain et al., 1990 zeigten, dass eine Tendenz zu größe-

ren Unterschieden in der Betrachtung der Messwerte bei Männern bestehe. In einigen

Studien zeigte sich eine erhöhte Atmungsantwort auf chemische Stimuli bei männli-

chen Probanden im Gegensatz zu weiblichen Probanden (Irsigler, 1976, Patrick &

Howard, 1972, Saunders et al., 1972, White et al., 1983). Andere Untersucher

(Douglas et al., 1982, Hirshman et al., 1975, Kunitomo et al., 1988) beobachteten

diese Unterschiede nicht. Auch in dieser Untersuchung konnten keine wesentlichen

Unterschiede zwischen männlichen und weiblichen Probanden im Verlauf der Mit-

telwerte bzw. Variationskoeffizienten der einzelnen Messgrößen festgestellt werden.

Allerdings zeigten sich unterschiedliche Absolutwerte für die Atemfrequenz und das

Atemzeitvolumen im Vergleich der männlichen und weiblichen Probanden.

Diskussion

70

Jordan et al., 2003 untersuchten an 13 Männern und an 13 Frauen, ob es Unterschie-

de hinsichtlich der Atmung nach einem Arousal zwischen Männern und Frauen gebe.

Sie zeigten, dass dabei der Anstieg der Ventilation nach einem spontanen Arousal bei

den männlichen Probanden ausgeprägter war als bei den weiblichen Probanden trotz

der vor dem Arousal beobachteten gleichen Veränderungen in PetCO2, Ventilation

und Widerstand der oberen Atemwege; dies steht in Einklang mit den Beobachtun-

gen von Irsigler, 1976, Patrick & Howard, 1972, Saunders et al., 1972, White et al.,

1983. Zurückzuführen sei die verstärkte Antwort auf das Arousal bei Männern auf

eine gesteigerte hyperkapnische Atmungsantwort oder auf einen verstärkten Auf-

wach-Reflex. Zu den gleichen Ergebnissen kamen Jordan et al., 2004 in einem weite-

ren Versuch an 22 Patienten mit obstruktivem Schlafapnoe-Syndrom. In diesem

Versuch konnten andere Erklärungsmöglichkeiten, wie zum Beispiel ein erhöhter

Atemwegswiderstand aufgrund einer optimalen CPAP-Therapie ausgeschlossen

werden. Auch ein verstärkter Startle-Reflex als Ursache für die geschlechtsspezifi-

schen Unterschiede (Kofler et al., 2001) in der Antwort auf ein Arousal sei nicht

wahrscheinlich. Trinder et al., 2003 zeigten, dass der Startle-Reflex und eine At-

mungsantwort auf ein spontanes Arousal unterschiedlich sind. Jordan et al., 2003

führten die Veränderungen des Atemzeitvolumens auf einen größeren Einfluss des

Atemzugvolumens gegenüber der Atemfrequenz zurück. Im Non-REM-Schlaf aller-

dings zeigten sie, dass sich die Atemfrequenz gegenüber dem Wachsein deutlich

reduziert und dass sich das Atemzugvolumen gegenüber dem Wachsein nicht verän-

dert. Dies steht in genauem Widerspruch zu den Ergebnissen des jetzigen Versuches:

hier zeigte sich, dass sich die Atemfrequenz in der Einschlafphase bei deutlich redu-

ziertem Atemzeit- und Atemzugvolumen nur gering veränderte. Jordan et al. zeigten

außerdem, dass das Atemzeitvolumen der Männer größer sei als das der Frauen.

Auch dieses steht in Gegensatz zu den Beobachtungen dieser Arbeit. Hier war die

Atemfrequenz und die Ventilation bei den männlichen Probanden signifikant

niedriger. Die höhere Atemfrequenz der Frauen in dieser Studie führte zu einem

höheren Anteil an Totraumventilation. Hierdurch erklärt sich zumindest ein Teil des

erhöhten Atemzeitvolumens der Frauen.

Goel et al., 2005 untersuchten 31 gesunde Probanden im Alter von 18-30 Jahren,

davon 16 Männer und 15 Frauen, auf geschlechtsspezifische polysomnographische

Veränderungen, die bisher nur an Probanden mittleren und höheren Alters untersucht

Diskussion

71

wurden. Sie konnten zeigen, dass Frauen eine bessere Schlafqualität als Männer

aufwiesen (kürzere Einschlafzeit und eine bessere Schlafeffizienz).

In diese Untersuchung wurden Frauen unabhängig ihres Menstruationszyklus einge-

schlossen. Liu et al., 2005 untersuchten den zirkadianen Schlaf-Wach-Rhythmus in

den unterschiedlichen Phasen des Menstruationszyklus bei 12 gesunden Frauen und

konnten zeigen, das der Zyklus der Frau keinen Effekt auf den Schlaf-Wach-

Rhythmus habe.

Dies steht in Einklang mit der Untersuchung von Baker et al., 2001. Sie untersuchten

Schlaf und 24-Stunden-Rektaltemperatur bei jeweils acht Frauen mit einem normalen

Menstruationszyklus und acht Frauen, die ein hormonelles Kontrazeptivum (Kombi-

nation aus Progestin und Ethinyl Östradiol) einnahmen und verglichen diese Ergeb-

nisse mit denen von acht jungen Männern. Sie zeigten, dass es zwar geschlechtsspe-

zifische Veränderungen in Bezug auf die Rektaltemperatur gebe (Männer erreichen

ihr nächtliches Temperaturminimum später als Frauen mit oder ohne Kontrazepti-

vum), sich die Schlafarchitektur aber im Großen und Ganzen gleich verhalte.

Ähnlich den Ergebnissen, die bei der geschlechtsspezifischen Analyse der polysom-

nographischen Parameter gezeigt werden konnten, war auch das Resultat einer Un-

tersuchung von Stahl et al., 1985 an elf Frauen im Alter von 22-38 Jahren. Die Pro-

banden wurden bezüglich ihrer Atmung im Schlaf in den einzelnen Phasen des

Menstruationszyklus (Analyse der Progesteron-Werte) untersucht. Als Messgrößen

für die Quantifizierung der Atmung diente der exspiratorische CO2-Fluss (gemessen

über eine Vollgesichtsmaske), sowie der Unterschied des intraösophagealen Drucks

mittels intraösophagealen Ballons zur Aufnahme der Atembewegungen. Es konnte

gezeigt werden, dass keine signifikanten Veränderungen der Atmung mit unter-

schiedlichen Werten von Progesteron auftreten, wenngleich die Zahl der obstruktiven

Apnoen mit niedrigeren Progesteron-Werten zunehme.

Diskussion

72

Versuchsgeräte

Zur Messung der für den Stoffwechsel und für die Ventilation relevanten Werte

wurde ein portables indirektes Kalorimeter, das K4b2 der Firma Cosmed verwendet.

McLaughlin et al., 2001, testeten die Genauigkeit der Messungen dieses Gerätes

gegenüber des Douglas-Sackes - einer Referenzmethode - an zehn gesunden Män-

nern vor und während Belastung. Bei der Messung des Sauerstoffverbrauchs zeigten

die beiden Messmethoden während der Ruhephase keinen signifikanten Unterschied

auf (0,33 ± 0,02 l/min beim K4b2 gegenüber 0,38 ± 0,02 l/min beim Douglas-Sack).

Dies gilt ebenfalls für die Messwerte des Atemzeitvolumens und der CO2-

Produktion. Für den respiratorischen Quotienten lagen die Werte, gemessen mit dem

K4b2 während des ganzen Versuches etwas unter denen des Douglas-Sackes. Dass

das K4b2 valide und reliable Messwerte für Sauerstoffaufnahme und für Kohlendi-

oxidproduktion von der Ruhephase bis zu großer Belastung liefert, zeigte auch eine

Studie von Hausswirth et al., 1997.

Maiolo et al., 2003 führten eine Studie an neun männlichen Fußballspielern durch, in

der sie die Messungen des K4 RQ, das die gleiche Sensorik verwendete, mit den

Messungen eines Massenspektrometers verglichen. Auch sie kamen zu dem Ergeb-

nis, dass das K4 ein präzises Messinstrument für den Energieverbrauch, die Sauer-

stoffaufnahme und die CO2-Produktion sei.

De Lorenzo et al., 2001 und Faina et al., 1996 konnten zeigen, dass das Flowmeter

des K4b2, eine bidirektionale digitale Turbine, ebenfalls präzise Daten messe.

Es gibt weitere Studien, die die Reliabilität und Validität des Cosmed K2, ein Vor-

läufer des K4b2, für die Messung des Energieverbrauchs und des Sauerstoff-

verbrauchs belegen (Crandall et al., 1994, Lothian et al., 1993, Lucia et al., 1993,

Kawakami et al., 1992, Peel & Utsey, 1993, Gayda et al., 2003). Bei diesem Gerät

wurde allerdings nur die Sauerstoffaufnahme gemessen, nicht aber die CO2-

Produktion. Das hier verwendete K4b2 konnte auch die CO2-Produktion messen, so

dass das K4b2 als Weiterentwicklung des K2 angesehen werden kann.

Diskussion

73

Als mögliche Fehlerquellen bei der indirekten Kalorimetrie kommen in Betracht:

zu kurzes Aufwärmen des Versuchsgerätes (Das Gerät wurde vor Versuchs-

beginn 45 min. aufgewärmt.)

eine fehlerhafte Kalibration (Luft, Gas, Delay, Turbine)

Der Nafion-Schlauch ist zu feucht (Der Schlauch wurde vor Beginn der Mes-

sungen auf Feuchtigkeit überprüft.).

Die Daten des Speichers werden überschrieben. Dies ist der Fall, wenn der

ID-Code bei der darauf folgenden Messung nicht verändert wurde (dies war

der Fall in einer der Messungen.)

Die Maske dichtet nicht gut genug ab und Luft geht verloren (Der korrekte

Sitz der Maske wurde jeweils vor Beginn der ersten und zweiten Phase des

Versuches überprüft.).

Die Temperatur verändert sich während der Aufwärmphase oder während des

Tests.

Die telemetrische Übertragung funktioniert nicht.

Durch die Körperbewegungen löst sich der Nafion-Schlauch vom Basisgerät

(es fehlen dann die Daten dieser jeweiligen Atemzüge).

Der Speicherplatz ist voll. Es werden dann keine Daten mehr gespeichert und

auch nicht telemetrisch auf den PC übertragen!

Bei der Versuchsdurchführung wurden die oben genannten Punkte laufend kontrol-

liert. So wurde sichergestellt, dass die Messungen nicht durch diese möglichen Feh-

lerquellen gestört oder verfälscht wurden.

Zur Durchführung des Versuches wurde eine Vollgesichtsmaske verwendet. Diverse

Studien zeigen, dass die Messung der Ventilation durch den Gebrauch von Mundstü-

cken, Gesichtsmasken, etc. beeinflusst wird (Askanazi et al., 1980, Gilbert et al.,

1972, Hirsch & Bishop, 1982). Diese Untersuchungen benutzten größtenteils ein

Mundstück. Dieses führte zu einem gesteigerten Atemzugvolumen und einer Ver-

langsamung der Atemfrequenz (Askanazi et al., 1980, Gilbert et al., 1972). Snacker

et al, 1980 zeigten ein gesteigertes Atemzugvolumen von 24 % bei Benutzung einer

Gesichtsmaske mit einem Totraumvolumen von 150 ml. Es ist möglich, dass die in

dieser Untersuchung verwendete Maske mit einem Totraumvolumen von 70 ml auch

Diskussion

74

einen leichten Anstieg des Atemzugvolumens zur Folge hat, aber hier sollen die

relativen Veränderungen, die die Ventilation im Wachen und im Schlaf betreffen,

dargestellt werden. Diese dürften durch den Gebrauch einer Vollgesichtsmaske nicht

beeinflusst worden sein.

Eine weitere Fehlerquelle könnte die Synchronisation der Daten des EEG mit denen

des indirekten Kalorimeters sein. Beide Geräte verfügten über eine interne Zeitmes-

sung und es wurde darauf geachtet, dass die Messung an beiden Versuchsgeräten zur

gleichen Zeit gestartet wurde. Dennoch sind minimale zeitliche Unterschiede nicht

auszuschließen, so dass einzelne Messdaten eines Schlafstadiums einem vorausge-

gangenen oder darauf folgenden Schlafstadium zugerechnet worden sein könnten.

Betroffen hiervon sind allerdings nur wenige Atemzüge, so dass der Einfluss dieses

Fehlers auf Grund der Mittelung der Messwerte für die einzelnen Schlafphasen als

vernachlässigbar gering angesehen werden kann.

In der Testphase der Versuchsreihe wurden beide Versuchsgeräte über Netzstecker

betrieben eingesetzt. Dies führte jedoch zu einem Artefakt im EEG, so dass während

der Versuchsphase auf Netzbetrieb verzichtet und auf Akkubetrieb umgestellt wurde.

Auch bei der Messung der Herzfrequenz mittels K4b2 zeigte sich eine Störung des

EEG. Dieses war nicht auswertbar. Im Versuch selbst wurde auf die Messung der

Herzfrequenz mittels telemetrischer Doppelelektrode POLAR verzichtet. Die Herz-

frequenz wurde stattdessen mittels Pulsoxymetrie des Sleep Screen erfasst.

Einfluss der Laborbedingungen auf das Schlafverhalten

Tamaki et al., 2005 untersuchten die polysomnographischen Veränderungen der

ersten Nacht gegenüber der darauf folgenden zweiten und dritten Nacht unter Schlaf-

laborbedingungen. Sie konnten eine vermehrte Alpha-Aktivität gegenüber der zwei-

ten und dritten Nacht feststellen, in der eine vermehrte Theta-Aktivität auftrat. In der

jetzigen Untersuchung konnten sich die Probanden in der ersten Stunde des ruhigen

wachen Liegens an die Labor-Umgebung gewöhnen, bevor sie einschlafen sollten.

Alle Probanden sind eingeschlafen und bis auf eine Versuchsperson erreichten alle

Probanden Tiefschlafphasen. In diesem Versuch wurden Schlafstadium I und II zu

Diskussion

75

Leichtschlaf zusammengefasst, weswegen eine Differenzierung bezüglich des

Schlafstadiums I nicht stattfand.Dennoch ist ein derartiger „First-night“- Effekt nicht

auszuschließen.

Zusammenfassung

76

Zusammenfassung

Diese Arbeit zeigt auf, dass wesentliche Veränderungen der Ventilation erst mit dem

Einschlafen und nicht schon während motorischer Inaktivität in ruhigem wachen

Liegen auftreten (Atemzeitvolumen, sowie Atemzugvolumen, Atemfrequenz und

ventilatorisches Äquivalent für CO2). Veränderungen des endexspiratorischen CO2-

Partialdrucks zeigen sich in deutlich geringerer Ausprägung bereits in ruhigem wa-

chen Liegen. Außerdem konnte gezeigt werden, dass die Veränderungen der Ventila-

tion größtenteils durch das geänderte Atemzugvolumen zustande kommen. Weiterhin

zeigt diese Arbeit, dass es zwar Unterschiede hinsichtlich der Ventilation und der

Atemfrequenz zwischen männlichen und weiblichen Probanden in den Absolutwer-

ten gibt, trotzdem ist der Verlauf der Veränderungen in allen Messgrößen nahezu

identisch. Dass sich das Atemzeitvolumen im Verhältnis zum Stoffwechsel überpro-

portional reduziert und der CO2-Partialdruck damit ansteigt, lässt auf einen vermin-

derten Atmungsantrieb während der Einschlafphase zurück schließen. Dies zeigt sich

auch in einer Reduktion des ventilatorischen Äquivalents für CO2. Diese Tatsache

steht auch in Einklang mit den Veränderungen in Ventilation, Stoffwechsel und CO2,

die sich erst mit dem Einschlafen und nicht schon in ruhigem wachen Liegen aufzei-

gen lassen. Eine erhöhte Instabilität der Atmung im Sinne von periodischer Atmung

ließ sich in dieser Studie zwar bei keinem der Probanden finden, jedoch zeigen sich

vermehrt Unregelmäßigkeiten der Atmung in Form von Seufzern im Leichtschlaf,

die mit dem Tiefschlaf abnehmen. Dies steht in Einklang mit Vigilanzschwankun-

gen, die für den Leichtschlaf typisch sind.

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Danksagung

86

Danksagung

Mein Dank gilt in besonderer Weise Frau Prof. Dr. med. M. E. Schläfke und Herrn

PD Dr. med. T. Schäfer für die stets konstruktive Zusammenarbeit und die motivie-

rende Unterstützung auf dem Weg meiner ersten wissenschaftlichen Arbeit.

Weiterhin danke ich all denen, die sich in bereitwilliger Weise als Proband/Innen zur

Verfügung gestellt haben und so zu einer schnellen Durchführung der Versuche

beigetragen haben.

Lebenslauf

87

Lebenslauf

Persönliche Daten

Name: Marc Szczyrba

Geburtsdatum: 06. März 1980

Geburtsort: Dortmund

Anschrift: Provinzialstr. 187, 44388 Dortmund

Eltern

Brigitta Szczyrba, geb. Gräwe; Hausfrau

Walter Szczyrba; Rentner

Geschwister

Thorsten Szczyrba; Personalsachbearbeiter

Ausbildung

1986–1990 Marienborn-Grundschule, Dortmund

1990–1999 Adalbert-Stifter-Gymnasium, Castrop-Rauxel; Abitur

1999–2000 Zivildienstleistender im Rettungsdienst der Stadt Dort-

mund beim DRK-Dortmund

2000–2001 Ausbildung zum Rettungsassistenten an der Berufsfach-

schule Rettungsdienst des DRK-Dortmund; Staatliche Prü-

fung

seit WS 00/01 Studium der Medizin an der Ruhr-Universität Bochum

- 09/2002: Ärztliche Vorprüfung

- 08/2003: 1. Abschnitt der Ärztlichen Prüfung

- 09/2005: 2. Abschnitt der Ärztlichen Prüfung

Lebenslauf

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