5.1 Eingesetzte Systeme und registrierte Parameter
5.2.1.1 Einzelhaltung
Der Schlaf-Wach-Rhythmus von Ratten in Einzelhaltung ist in zahlreichen Studien beschrieben worden. Untersuchungen zur circadianen Rhythmik von Wach-, NREM- und REM-Episoden wurden von Borbély und Neuhaus durchgeführt (BORBÉLY u. NEUHAUS 1978). Sie registrierten die Schlafparameter mit einem telemetrischen System über einen Zeitraum von 48 Stunden. Dabei konnten sie bestätigen, dass der Wachzustand während der
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Dunkelphase die vorherrschende Phase ist. Darüber hinaus konnten sie zeigen, dass die Schlafphasen innerhalb der Hell- und der Dunkelphase asymmetrisch verteilt sind. Zu Beginn der Hellphase ist die Gesamtschlafzeit am höchsten und weist im weiteren Verlauf eine abnehmende Tendenz auf. Dementsprechend weist der Wachzustand eine zunehmende Tendenz im Verlauf der Hellphase auf. Der Übergang von der Hell- zur Dunkelphase ist durch einen steilen Anstieg des Wachzustands gekennzeichnet. Auch im weiteren Verlauf war eine zunehmende Tendenz zu beobachten. Die beiden registrierten Schlafphasen, NREM und REM, verlaufen nicht parallel zueinander. Während NREM - ebenso wie die Gesamtschlafzeit - im Verlauf der Hellphase eine abnehmende Tendenz aufweist, kommt es zu einer Zunahme von REM mit den höchsten Werten im dritten Drittel der Hellphase. Eine ähnliche Verteilung der Schlafphasen innerhalb der Hell- und Dunkelphase wurde auch von Trachsel und Kollegen beschrieben (TRACHSEL et al. 1986).
Die im Rahmen der vorliegenden Studie durchgeführten Registrierungen lieferten vergleichbare Ergebnisse für die Hellphase und die zweite Hälfte der Dunkelphase. In den ersten 6 Stunden der Hellphase wurden eine geringere Gesamtschlafzeit und ein vermehrtes Wachsein der Tiere beobachtet. Eine mögliche Erklärung für diese Abweichungen liegt möglicherweise in den unterschiedlichen Methoden. Für die Studien von Borbély und Neuhaus sowie Trachsel und Kollegen wurden die Tiere in einem separaten Raum gehalten, der während der Registrierungen nur alle 3 Tage betreten wurden (BORBÉLY u. NEUHAUS 1978; TRACHSEL et al. 1986). Im Rahmen der NeuroLogger®-Registrierungen waren die Tiere nicht in einem separaten Raum untergebracht. Tägliche Kontrollen und Routinearbeiten in der Tiereinheit erfolgten vor allem in der ersten Hälfte der Dunkelphase. Sie können also zu einer Beeinflussung des Schlafverhaltens der Tiere geführt haben. Weiterhin wurde bei den Tieren einmal täglich, vor allem im Zeitintervall von 8:00 bis 12:00 Uhr, ein Austausch des NeuroLoggers® durchgeführt. Dies wurde zwar in der Dunkelphase, also der Aktivitätsphase der Tiere, durchgeführt, um die circadianen Rhythmen so wenig wie möglich zu beeinflussen, da jedoch auch während dieser Phase Schlafepisoden auftreten ist eine Störung der Tiere durch das experimentelle Prozedere nicht vollständig auszuschließen.
Weiterhin sind für Ratten Stamm-spezifische Unterschiede in der Ausprägung des Schlaf-Wach-Rhythmus beschrieben (ROSENBERG et al. 1987; OPP 1997), so dass auch eine genetische Komponente als Einflussgröße nicht ausgeschlossen werden kann.
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Die Analyse der Schlafstruktur in der Hellphase ergab für die Wachphase einen prozentualen Anteil von 35,13 %, für NREM von 50,94 % und für REM von 14,44 %. Im Verlauf der Aufnahmezeiträume kam es zu einer Abnahme des prozentualen Anteils der Wachphase, der durch eine Verkürzung der mittleren Episodendauer hervorgerufen wurde.
Parallel dazu war ein Anstieg des prozentualen Anteils von NREM zu beobachten.
Dass die beobachtete Variation der prozentualen Anteile vor allem durch eine Veränderung der Episodenlänge hervorgerufen wurde, deckt sich mit Ergebnissen von Tang und Kollegen. Die Autoren konnten bei Untersuchungen der individuellen Variation der Gesamtschlaflänge bei Ratten zeigen, dass diese vor allem durch eine Variation des NREM-Schlafs hervorgerufen wird, während die Anteile des REM-NREM-Schlafs sehr stabil sind. Dabei war die Variation vor allem durch eine Veränderung der Episodenlänge charakterisiert (TANG et al. 2007a).
Für die prozentualen Anteile an Wach-, NREM- und REM-Episoden in der Hellphase werden in der Literatur sehr unterschiedliche Werte angegeben. So fand Opp bei Registrierungen an Sprague Dawley Ratten für den Wachzustand 46,7 %, für NREM 40,9 % und für REM einen Anteil von 12,4 % (OPP 1997). Demgegenüber registrierten Trachsel und Kollegen mit einer Gesamtschlafdauer von 74,2 % einen deutlich geringeren Wachanteil und mit 13,8 % einen höheren REM-Anteil; der NREM-Anteil lag bei 60,4 % (TRACHSEL et al.
1986).
Die in dieser Studie ermittelten prozentualen Anteile können somit aufgrund der hohen Variabilität der Literaturwerte nicht abschließend beurteilt werden. Auch ist nicht abschließend zu beurteilen, ob die unterschiedlichen Werte zwischen den Zeiträumen als Veränderung während der Adaptation und Zeitraum 1, als Veränderung in Zeitraum 2 und 3 oder als normale physiologische Variation zu beurteilen sind. Als mögliche Einflussfaktoren sind die zum Austausch der NeuroLogger® notwendige Fixierung der Tiere sowie eine Veränderung der Schlafmuster durch das chirurgische Trauma im Rahmen der Transmitterimplantationen zu diskutieren.
Es ist bekannt, dass eine Fixierung von Ratten im Rahmen experimenteller Versuche zu einer Veränderung des Schlaf-Wach-Rhythmus führen kann. Dabei ist in der ersten Stunde eine Reduktion von NREM und REM zu beobachten. Anschließend kommt es zu einer Zunahme die sowohl in der Dunkelphase, als auch in der Hellphase auftritt. Dieser Effekt
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wird durch „Handling“ vermindert (TANG et al. 2007b). Bei den vorliegenden Versuchen war die Zunahme der NREM-Phasen im 2. und 3. Aufnahmezeitraum zu beobachten. Vor diesen Aufnahmezeiträumen lag jeweils eine zweiwöchige Aufnahmepause während der die Tiere ungestört waren. Diese Pause könnte zu einer Reduktion des Gewöhnungseffektes an das experimentelle Prozedere bei den Tieren geführt haben. Allerdings trat in diesen Phasen keine Zunahme der REM-Anteile auf. Auch eine initiale Abnahme von NREM und REM war nicht zu beobachten.
Im Anschluss an eine operative Implantation von telemetrischen Transmittern ist eine Veränderung des Schlaf-Wach-Rhythmus zu beobachten. Tang und Kollegen konnten zeigen, dass NREM-Schlaf und die Gesamtschlafzeit in den ersten 2 Tagen nach einem operativen Eingriff erhöht sind, während die REM-Anteile verringert sind. Während nach 3 Tagen eine Stabilisation des NREM-Schlafs zu beobachten ist, erfolgt dies für den REM-Schlaf erst nach mehr als 7 Tagen. Auch länger andauernde Effekte können, je nach Art des Eingriffs, nicht ausgeschlossen werden (TANG et al. 2007c). Da sich für den REM-Schlaf keine Unterschiede im Verlauf der Aufnahmezeiträume zeigten, kann davon ausgegangen werden dass keine Beeinflussung durch die Implantation der Transmitter mehr vorlag.
Da zwischen dem Adaptationszeitraum und Zeitraum 3 eine Zeitspanne von 7 Wochen liegt, ist auch ein Einfluss des zunehmenden Alters der Tiere denkbar. Allerdings sind die Veränderungen des Schlafs bei alten Ratten durch eine Zunahme des Anteils an Wachphasen sowie eine Reduktion von NREM und REM gekennzeichnet (VAN GOOL u. MIRMIRAN 1983), können also die in dieser Studie beobachteten Alterationen nicht erklären. Dennoch ist ein kombinierter Effekt nicht auszuschließen.
Des Weiteren ist auch ein Einfluss durch die parallel zu diesem Versuch in der Tiereinheit durchgeführten Experimente sowie die täglichen Routinearbeiten denkbar. In wieweit diese Faktoren einen Einfluss haben, sollte in weiteren Versuchen abgeklärt werden.