Eine neue Analyse des biologischen Alterungsprozesses im gesamten menschlichen Körper legt nahe, dass sowohl zu wenig als auch zu viel Schlaf mit einer schnelleren Alterung des Gehirns, des Herzens, der Lunge, des Immunsystems und anderer Organe in Verbindung stehen. Diese Schlafmuster wurden zudem mit einer Vielzahl von Erkrankungen in Verbindung gebracht.

„Frühere Studien haben gezeigt, dass Schlaf in hohem Maße mit dem Altern und der pathologischen Belastung des Gehirns zusammenhängt. Unsere Studie geht noch einen Schritt weiter und belegt, dass sowohl zu wenig als auch zu viel Schlaf mit einer beschleunigten Alterung in fast jedem Organ einhergehen. Dies untermauert die Annahme, dass Schlaf für die Erhaltung der Organgesundheit innerhalb eines koordinierten Netzwerks aus Gehirn und Körper wichtig ist, einschließlich des Stoffwechselgleichgewichts und eines gesunden Immunsystems“, sagte Studienleiter Junhao Wen, Assistenzprofessor für Radiologie am Vagelos College of Physicians and Surgeons der Columbia University. Die Forschungsergebnisse wurden in Nature veröffentlicht.

Biologische Uhren zeigen, wie Organe altern

Wissenschaftler nutzen zunehmend Alterungsuhren, um abzuschätzen, ob eine Person biologisch schneller oder langsamer altert als es ihrem chronologischen Alter entspricht. Diese Instrumente stützen sich auf maschinelles Lernen und biologische Informationen (z.B. Proteine aus einem minimalinvasiven Bluttest), um Muster zu berechnen, die mit dem Altern in Verbindung stehen. Viele Alterungsuhren liefern einen einzigen Messwert für den gesamten Körper. Allerdings können verschiedene Organe unterschiedlich schnell altern. Ein bekanntes Beispiel ist der Rückgang der Eierstockfunktion, der zur biologischen Uhr im Zusammenhang mit der weiblichen Fruchtbarkeit beiträgt.

Wen und seine Kollegen haben Alterungsuhren entwickelt, die sich auf einzelne Organe konzentrieren. Das Ziel ist es, detailliertere und potenziell personalisiertere Informationen über die Gesundheit einer Person zu liefern. „Alle sind begeistert von diesen Alterungsuhren und ihrer Fähigkeit, das Risiko für Krankheiten und die Sterblichkeit vorherzusagen“, sagt Wen. „Aber für mich ist die spannendere Frage: Können wir Alterungsuhren mit einem Lebensstilfaktor verknüpfen, der rechtzeitig verändert werden kann, um den Alterungsprozess zu verlangsamen?“

Das Konzept des biologischen Alters unterscheidet sich dabei vom chronologischen Alter. Zwei Menschen können beispielsweise beide 60 Jahre alt sein, während ihre Organe und Stoffwechselprozesse unterschiedlich stark vom Alterungsprozess betroffen sind. Faktoren wie Bewegung, Ernährung, Rauchen, chronische Erkrankungen, Stress und möglicherweise auch Schlaf können mit diesen Unterschieden zusammenhängen. Eine biologische Alterungsuhr versucht, solche Unterschiede anhand messbarer biologischer Merkmale abzubilden. Sie sagt also nicht einfach aus, wie alt eine Person ist, sondern versucht zu erfassen, wie stark bestimmte biologische Eigenschaften bereits altersbezogene Veränderungen zeigen. Besonders interessant ist dabei die Betrachtung einzelner Organe. Das Gehirn kann beispielsweise ein anderes biologisches Alter aufweisen als Herz, Lunge oder Leber. Ein Mensch könnte daher insgesamt gesund wirken, während bestimmte Organsysteme bereits stärker gealtert erscheinen als andere. Genau diese Unterschiede können Alterungsuhren sichtbar machen.

Die Suche nach dem optimalen Schlaf

Der Schlaf bot den Forschern eine ideale Möglichkeit, dieser Frage nachzugehen, da immer mehr Belege darauf hindeuten, dass Schlaf eine wichtige Rolle für die Gesundheit spielt. Wen hatte zudem ein persönliches Interesse an diesem Thema. „Ich schlafe selbst sehr leicht und machte mir langsam Sorgen über die Auswirkungen auf mich selbst“, so Wen.

Zur Erstellung der Alterungsuhren nutzte Wen Informationen von etwa einer halben Million Teilnehmern der UK Biobank. Mithilfe von maschinellem Lernen wurden biologische Signaturen identifiziert, die mit dem Altern in verschiedenen Organen in Verbindung stehen. Die Forscher erstellten Alterungsuhren anhand verschiedener Arten von Informationen, darunter strukturelle Messungen aus der medizinischen Bildgebung, Proteine, die mit bestimmten Organen assoziiert sind, und im Blut nachgewiesene Moleküle. „In der Leber haben wir zum Beispiel eine Alterungsuhr, die auf Proteindaten basiert, eine Alterungsuhr aus Stoffwechseldaten und eine Alterungsuhr aus Bildgebungsdaten“, sagt Wen. „Dadurch können wir erkennen, ob Schlaf in spezifischer Weise mit Alterungsuhren assoziiert ist, die aus verschiedenen Omics- und molekularen Ebenen abgeleitet wurden.“ Anschließend verglich das Team die Schlafdauer (wie von den einzelnen Biobank-Teilnehmern angegeben) mit Schätzungen des biologischen Alters anhand von 23 Alterungsuhren, die 17 Organsysteme abdecken.

Die Größe der Untersuchung ist dabei ein wichtiger Aspekt. Mit etwa einer halben Million Teilnehmern konnten die Forschenden eine sehr große Datenmenge auswerten und nach Mustern suchen, die in kleineren Studien möglicherweise nicht erkennbar wären. Gleichzeitig handelt es sich bei einer solchen Analyse um eine Beobachtungsstudie. Die Teilnehmer wurden also nicht zufällig verschiedenen Schlafdauern zugeteilt, sondern gaben an, wie lange sie normalerweise schlafen. Das ist für die Interpretation entscheidend. Wenn Menschen mit sehr kurzem oder sehr langem Schlaf biologisch älter erscheinen, bedeutet das zunächst nur, dass diese beiden Merkmale gemeinsam auftreten. Daraus lässt sich nicht automatisch ableiten, dass die Schlafdauer selbst die Ursache der beschleunigten Alterung ist.

Zu wenig und zu viel Schlaf stehen mit einer schnelleren Alterung in Verbindung

Im gesamten Körper zeigte sich ein deutliches U-förmiges Muster. Personen, die von kurzem Schlaf (weniger als 6 Stunden) und langem Schlaf (mehr als 8 Stunden) berichteten, wiesen tendenziell eine schnellere biologische Alterung auf. Die geringste Alterung wurde bei Menschen beobachtet, die angaben, täglich zwischen 6,4 und 7,8 Stunden zu schlafen. Das U-förmige Muster ist besonders interessant. Es deutet darauf hin, dass nicht einfach gilt: Je länger ein Mensch schläft, desto besser. Stattdessen lag der Zusammenhang mit dem geringsten biologischen Alter in einem mittleren Bereich. Sowohl sehr kurze als auch sehr lange Schlafzeiten waren mit höheren Alterungswerten verbunden.

Wichtig ist jedoch, dass die in der Studie ermittelten 6,4 bis 7,8 Stunden nicht als exakte persönliche Zielvorgabe verstanden werden sollten. Der individuelle Schlafbedarf kann sich unterscheiden und hängt unter anderem vom Alter, Gesundheitszustand und Lebensstil ab. Außerdem beschreibt die Untersuchung einen statistischen Zusammenhang innerhalb dieser großen Teilnehmergruppe und keine ideale Schlafdauer, die für jeden Menschen gleichermaßen gilt. Auch die Schlafqualität lässt sich aus der reinen Schlafdauer nicht vollständig ableiten. Zwei Menschen können beispielsweise beide sieben Stunden im Bett verbringen, aber einer schläft überwiegend durch, während der andere regelmäßig aufwacht. Die biologische Bedeutung dieser beiden Schlafmuster könnte unterschiedlich sein. Die aktuelle Analyse konzentrierte sich jedoch vor allem auf die angegebene Schlafdauer.

Wichtig ist, dass die Ergebnisse nicht belegen, dass die Schlafdauer an sich dazu führt, dass Organe schneller oder langsamer altern. Vielmehr deuten sie darauf hin, dass sowohl zu wenig als auch zu viel Schlaf ein Anzeichen für einen schlechteren Gesundheitszustand des gesamten Körpers sein könnte. Gerade der Zusammenhang mit langem Schlaf muss deshalb vorsichtig interpretiert werden. Länger zu schlafen kann beispielsweise eine Folge einer bereits bestehenden Erkrankung, von Erschöpfung oder einer schlechten Schlafqualität sein. In diesem Fall wäre nicht unbedingt der lange Schlaf die Ursache für die gesundheitlichen Veränderungen. Stattdessen könnte eine zugrunde liegende Erkrankung sowohl den Schlaf als auch die biologischen Alterungsmarker beeinflussen.

Warum Schlaf für alternde Organe wichtig sein könnte

Schlaf ist nicht einfach eine Zeit, in der der Körper inaktiv ist. Während verschiedener Schlafphasen verändert sich die Aktivität des Gehirns, und gleichzeitig laufen im gesamten Körper regulatorische Prozesse ab. Der Stoffwechsel wird angepasst, das Immunsystem verändert seine Aktivität und hormonelle Signale werden neu koordiniert. Auch das Gehirn durchläuft während des Schlafs charakteristische Prozesse, die mit der Verarbeitung von Informationen und der Aufrechterhaltung seiner normalen Funktion verbunden sind.

Ein dauerhaft gestörter oder verkürzter Schlaf könnte deshalb mehrere biologische Systeme gleichzeitig beeinflussen. Wenn solche Veränderungen über viele Jahre bestehen, wäre es denkbar, dass sie sich auch auf die langfristige Gesundheit verschiedener Organe auswirken. Das könnte erklären, warum die Studie nicht nur Zusammenhänge mit dem biologischen Alter des Gehirns, sondern mit Alterungsmarkern zahlreicher anderer Organsysteme fand. Schlaf könnte dabei als eine Art gemeinsamer Regulator verschiedener Körperfunktionen wirken.

Schlafdauer wird mit Erkrankungen im gesamten Körper assoziiert

Die Ergebnisse weisen zudem auf einen weitreichenden Zusammenhang zwischen Schlaf, dem Gehirn und dem restlichen Körper hin. Kurzer Schlaf war signifikant mit depressiven Episoden und Angststörungen assoziiert, was mit früheren Forschungsergebnissen übereinstimmt, die unzureichenden Schlaf mit psychischen Gesundheitsproblemen in Verbindung bringen. Er wurde außerdem mit Adipositas, Typ-2-Diabetes, Bluthochdruck, ischämischer Herzkrankheit und Herzrhythmusstörungen in Verbindung gebracht. Sowohl kurzer als auch langer Schlaf standen im Zusammenhang mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung und Asthma. Sie wurden zudem mit verschiedenen Verdauungsstörungen in Verbindung gebracht, darunter Gastritis und gastroösophageale Refluxkrankheit.

Diese breite Verteilung der Zusammenhänge ist einer der auffälligsten Aspekte der Untersuchung. Die Schlafdauer scheint nicht nur mit Erkrankungen eines einzelnen Organsystems verbunden zu sein. Stattdessen zeigten sich Beziehungen zu Erkrankungen, die das Herz-Kreislauf-System, die Atemwege, den Stoffwechsel, die Verdauung und die psychische Gesundheit betreffen. Wen sagte: „Das weitreichende Muster zwischen Gehirn und Körper ist wichtig, weil es uns zeigt, dass die Schlafdauer ein tief verwurzelter Bestandteil unserer gesamten Physiologie ist, mit weitreichenden Auswirkungen auf den gesamten Körper.“

Dabei sollte jedoch auch hier zwischen einem Zusammenhang und einer Ursache unterschieden werden. Menschen mit Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder chronischen Atemwegserkrankungen können beispielsweise schlechter schlafen oder einen erhöhten Schlafbedarf haben. Die Erkrankung selbst könnte also teilweise erklären, warum bestimmte Schlafmuster häufiger bei diesen Menschen vorkommen.

Schlaf, Altern und Depressionen im hohen Alter

Die organspezifischen Alterungsuhren könnten Wissenschaftlern auch helfen zu verstehen, wie Schlaf mit einzelnen Krankheiten zusammenhängt. Wen und seine Kollegen untersuchten diese Möglichkeit anhand von Depressionen im hohen Alter. Die Forscher konnten nicht feststellen, ob Unterschiede in der Schlafdauer Depressionen im hohen Alter verursachten oder ob die Depression selbst die Schlafdauer der Betroffenen veränderte. Um dies weiter zu untersuchen, wandte das Team eine „Mediationsanalyse“ an, um zu prüfen, ob biologisches Altern dazu beitragen könnte, den Zusammenhang zwischen kurzem oder langem Schlaf und Depressionen im Alter zu erklären.

Die Ergebnisse deuteten darauf hin, dass kurzer Schlaf möglicherweise direkter mit der Belastung durch Depressionen im Alter zusammenhängt. Langer Schlaf hingegen könnte Depressionen über Mechanismen beeinflussen, die sich in den Alterungsuhren des Gehirns und des Fettgewebes widerspiegeln. „Dies hat erhebliche Auswirkungen auf das künftige Schlafmanagement und zukünftige Therapieansätze“, sagte Wen. „Unsere Studie legt nahe, dass es bei Lang- und Kurzschläfern unterschiedliche biologische Wege geben könnte, die zum gleichen Ergebnis – einer Depression im Alter – führen, und dass wir sie nicht auf die gleiche Weise behandeln sollten.“

Dieser Unterschied könnte für die weitere Forschung besonders wichtig sein. Wenn kurzer und langer Schlaf tatsächlich über unterschiedliche biologische Mechanismen mit Depressionen verbunden sind, wäre es möglicherweise nicht sinnvoll, beide Schlafmuster auf dieselbe Weise zu behandeln. Bei einer Person, die chronisch zu wenig schläft, könnten beispielsweise Schlafmangel und eine gestörte Schlafroutine im Vordergrund stehen. Bei einer Person, die ungewöhnlich lange schläft, könnte dagegen eine zugrunde liegende Erkrankung, eine Depression selbst oder eine andere gesundheitliche Ursache untersucht werden müssen. Gerade im höheren Lebensalter können sich Schlafgewohnheiten zudem verändern. Manche Menschen schlafen leichter und wachen häufiger auf, während andere aufgrund gesundheitlicher Beschwerden oder Medikamente länger im Bett bleiben. Deshalb sollte eine Veränderung der Schlafdauer nicht isoliert betrachtet werden.

Was die Ergebnisse für gesundes Altern bedeuten

Die Studie liefert keinen Beweis dafür, dass man durch eine bestimmte Schlafdauer den Alterungsprozess des Körpers verlangsamen kann. Sie zeigt aber einen interessanten Zusammenhang zwischen Schlaf und biologischem Alter, der über das Gehirn hinauszugehen scheint. Für gesundes Altern könnte deshalb nicht nur die Ernährung oder körperliche Aktivität eine Rolle spielen, sondern auch ein möglichst stabiler und ausreichender Schlaf. Dabei dürfte es weniger darum gehen, jede Nacht eine exakt gleiche Zahl an Stunden zu erreichen. Viel wichtiger ist es, auf die eigenen Schlafgewohnheiten und mögliche dauerhafte Veränderungen zu achten.

Wer regelmäßig weniger als sechs Stunden schläft oder plötzlich deutlich länger schläft als früher, sollte die Veränderung nicht einfach als normale Begleiterscheinung des Älterwerdens abtun. Vor allem ein dauerhaft veränderter Schlaf kann ein Hinweis darauf sein, dass andere gesundheitliche oder psychische Faktoren eine Rolle spielen. Gleichzeitig sollte man sich von einzelnen Nächten mit wenig Schlaf nicht beunruhigen lassen. Die Studie untersucht langfristige Schlafmuster in einer großen Bevölkerungsgruppe und nicht die Auswirkungen einer gelegentlichen kurzen Nacht.