Einflüsse von Melatonin und Licht am Abend auf Parameter des Circadianen Systems

Abstract

Einleitung: Die vorliegende kumulative Promotionsschrift beinhaltet Ergebnisse aus drei Studien. Dabei wird den Fragen nachgegangen, 1) wie das circadiane System endogen durch Melatonin und exogen durch Licht und Melatonin beeinflusst wird und 2) wie man diese Einflüsse klinisch nutzen kann, um Störungen des circadianen Systems und den daraus folgenden Symptomen vorzubeugen oder diese zu lindern. Circadiane Rhythmen von Physiologie und Verhalten werden über Licht und Dunkelheit mit dem äußeren 24-Stunden Tag synchronisiert. Das Hormon Melatonin spielt dabei eine vermittelnde Rolle. Defizite in der nächtlichen Melatonin-Sekretion könnten somit an einer gestörten circadianen Steuerung beteiligt sein und klinische Symptome hervorrufen. Methoden: In Studie#1 wurden in einem doppelblinden, Placebo- kontrollierten, cross-over Studiendesign 14 Patienten mit neurologisch- psychiatrischen schlafbezogenen Störungen mit täglich 3mg exogenem Melatonin über vier Wochen behandelt. Einschlusskriterium war quantitativ reduzierter Rapid-Eye-Movement (REM) Schlaf. Studie#2 beinhaltet die Analyse der Melatonin-Konzentrations-Profile im Urin von 75 gesunden Probanden zwischen 20 und 84 Jahren. In Studie#3 wurde bei 9 gesunden Probanden der Einfluss von abendlicher, 30 Minuten dauernder Beleuchtung mit verschiedenen Alltags-Lampen auf die Melatonin-Ausschüttung und das subjektive Befinden untersucht. Ergebnisse: (#1) Das exogene Melatonin erhöhte den REM-Schlafanteil, verstärkte die physiologische Körpertemperaturabnahme während der Nacht, und verbesserte die REM-Schlaf- Kontinuität. Gleichzeitig verbesserten sich der Clinical-Global-Impression-Scale und die Subskala „daytime-dysfunction“ im Pittsburgh-Sleep-Quality-Index im Vergleich zur Placebo-Bedingung bei den Patienten, welche Placebo vor Melatonin erhielten. Wenn die Placebo-Bedingung nach der Melatonin-Bedingung stattfand, überdauerten die positiven Effekte die Melatonin-Einnahme sogar um vier Wochen. (#2) Es zeigte sich eine bis zu 20-fache Variabilität in der Sekretion des endogenen Melatonins und eine signifikante Altersabhängigkeit: die Menge des ausgeschütteten Melatonins nahm mit zunehmendem Alter ab. (#3) Alle abendlichen Beleuchtungssituationen mit Blauanteil reduzierten den normalen Anstieg der Melatonin-Sekretion im Gegensatz zur Kontrollbedingung und zu einer Beleuchtung ohne Blauanteil; drei von den Beleuchtungssituationen mit Blauanteil steigerten auch signifikant die subjektive Wachheit. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse der drei Studien zeigen zusammengefasst, dass (#1) exogenes Melatonin in der Lage ist, den bei Schlafstörungen manifestierten Störungen der circadianen Steuerung entgegenzuwirken; (#2) die Melatonin-Sekretion mit dem Alter abnimmt, aber aufgrund der hohen interindividuellen Variabilität kein geeigneter Indikator eines Melatonin-Defizits ist; und (#3) der abendliche Anstieg der Melatonin- Produktion durch allgemein gebräuchliche Beleuchtung unterdrückt wird, und diese Unterdrückung durch Gebrauch von Lampen ohne Blauanteil verhindert werden kann.

Introduction: This cumulative thesis comprises results of three studies. It pursues the questions of 1) how the circadian system is influenced endogenously by melatonin and exogenously by light and melatonin; and 2) how these influences can be used in clinical treatment to prevent or mitigate disturbances of the circadian system and resulting symptoms. Light and darkness synchronize physiological and behavioral circadian rhythms with the external diurnal rhythm. The hormone melatonin acts as a mediator. Irregularities in the nocturnal melatonin secretion can thus contribute to an impaired circadian regulation and cause clinical symptoms. Methodology: In study#1, 14patients suffering from neurological-psychiatric sleep disorders were treated with daily doses of 3mg exogenous melatonin over a period of four weeks in a double-blind, placebo-controlled, cross-over design. The inclusion criterion was a reduced quantity of rapid eye movement (REM) sleep. Study#2 analyses the melatonin concentration profiles in urine of 75healthy volunteers between the ages of 20and84. In study#3, 9healthy volunteers were exposed to light from various conventional lamps for 30minutes during the evening to determine the influence of the light on melatonin secretion and subjective feelings. Results: (#1) Exogenous melatonin increased the proportion of REMsleep, the physiological decline in body temperature during the night, and improved REMsleep continuity. Subjects who were given the placebo prior to the melatonin also showed improved ratings on the Clinical-Global-Impression-Scale and on the subscale “daytime-dysfunction” in the Pittsburgh-Sleep- Quality- Index compared to placebo conditions. If the placebo condition followed the melatonin condition, the beneficial effects even outlasted the melatonin intake by four weeks. Study#2 showed an up to twenty-fold variability in endogenous melatonin secretion as well as a significant age dependency: the amount of melatonin secreted decreases with increasing age. (#3) Evening exposure to all lighting conditions involving blue portions reduced the normal increase in melatonin secretion in contrast to both the control condition and the exposure to light without blue portion; three of the lighting conditions involving blue portions increased subjective alertness. Conclusion: The results of the three studies show that (#1) exogenous melatonin can counter the disturbances in the circadian regulation manifest in sleep disorders; (#2) though melatonin secretion decreases with increasing age, its variation between individual subjects is so high that it is inapplicable as an indicator of a melatonin deficit; and (#3) common lighting in the evening inhibits the increase of melatonin production while the use of lamps without blue light can prevent such an inhibition.