Purpose: In today’s society sleep deprivation, sleep fragmentation and other sleep disorders are common. Becoming chronical, they influence health and well-being, because a disturbance of sleep could mean stress. The autonomic nervous system reflects this stress and the body’s ability to deal with it. Heart rate variability (HRV) is a common noninvasive tool to monitor the activity of sympaticus and parasympathicus and their balance. The goal of this work was to investigate and compare the influence of partial sleep restriction and sleep fragmentation on cardiac autonomic tone using HRV-measurements. Methods: Twenty male subjects participated in the cross-over study. They underwent polysomnography for eight nights in laboratory separated in two weeks: both weeks contained four nights (an undisturbed baseline night, one intervention night (either sleep restriction with five hours of sleep or sleep fragmentation with awakening every hour in a randomized order) and two undisturbed recovery nights) and were separated by a wash-out-period of eleven nights. Using the electrocardiogram, heart rate and parameters of HRV in time domain (SDNN, pNN50, RMSSD, SDSD) and frequency domain (LF, HF, LF/HF-ratio) were calculated and compared using non-parametric tests. Results: The comparison of intervention- and baseline-nights revealed no statistically significant difference between fragmentation and baseline. However, restriction showed in N1 significant higher heart rate and lower pNN50 and in wake-stage lower SDNN than during baseline night. Recovery regarding SDNN and HR was already found in the two recovery nights directly following the intervention night. Comparison of restriction and fragmentation showed a lower HF-Band in N1 and N2, a lower LF-Band in the entire night and a lower SDNN in wake-stage during sleep restriction than in fragmentation. Discussion: Sleep restriction increases sympathetic activation during sleep compared to undisturbed sleep. Thus, restriction means stress and fragmentation does not (in our setting). This can be confirmed by the higher vagal tone in fragmentation compared to restriction. Conclusion: Sleep fragmentation influences cardiac autonomic tone less than restriction does. Restriction stresses the body more than fragmentation does. Within night changes showed higher effects than the interventions, so that it can be concluded that the interventions in this setting did not affect cardiac autonomic modulation as much as expected.
Grund der Untersuchung: In der heutigen Gesellschaft sind verkürzter Schlaf, unterbrochener Schlaf und andere Schlafstörungen häufig; besonders langanhaltende Schlafstörungen beeinflussen die Gesundheit und das allgemeine Wohlbefinden negativ, da sie dem Körper Stress suggerieren. Das autonome Nervensystem spiegelt diesen Stress und die Fähigkeit des Körpers, mit ihm umzugehen, wider. Es ist üblich, die Herzratenvariabilität als noninvasiven Marker für sympathische und parasympathische Aktivität heran zuziehen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss von teilweisem Schlafentzug und Schlaffragmentierung auf den kardialen autonomen Tonus zu erforschen und die beiden Interventionen dahingehend zu vergleichen. Methoden: Zwanzig männliche Probanden nahmen an einer Cross-Over-Studie teil und unterzogen sich darin einer Polysomnographie während acht Nächten, aufgeteilt in zwei Wochen à vier Nächten im Schlaflabor: Jede Woche enthielt eine Baseline-Nacht mit ungestörtem Schlaf, eine Interventionsnacht (entweder Schlafrestriktion mit fünf Stunden Schlaf oder Schlaffragmentierung mit acht Stunden Schlaf und stündlichem Aufwachen in zufälliger Reihenfolge) und zwei Erholungsnächte. Aus dem Elektrokardiogramm wurde die Herzfrequenz und Parameter der Herzfrequenzvariabilität errechnet: In der Zeit-Domäne SDNN, pNN50, RMSSD, SDSD und in der Frequenz-Domäne LF, HF und der LF-HF-Quotient. Ergebnisse: Der Vergleich der Interventions- mit den Baseline-Nächten zeigte keinen statistisch signifikanten Unterschied zwischen Fragmentation und Baseline. Zwischen Restriktion und Baseline zeigten sich jedoch signifikante Unterschiede: Restriktion zeigte in N1 eine höhere Herzfrequenz und niedrigeres pNN50 und im Wach-Stadium ein geringeres SDNN als die Baseline-Nacht. Die Erholung bezüglich HR und SDNN trat bereits in den ersten beiden Nächten nach der Intervention auf. Der direkte Vergleich der Interventionen zeigte in N1 und N2 ein niedrigeres HF-Band, die gesamte Nacht betrachtend ein niedrigeres LF-Band und im Wach-Stadium ein geringeres SDNN während der Restriktion als während der Fragmentation. Diskussion: Schlaf im Restriktions-Modus hat eine erhöhte sympathische Aktivität während des Schlafs gegenüber ungestörtem Schlaf. Daraus wird gefolgert, dass Restriktion für den Körper mehr Stress darstellt als Schlaffragmentation (entsprechend unserer Bedingungen). Dies wird bestätigt durch den höheren parasympathischen Tonus in der Fragmentations-Nacht verglichen mit der Restriktions-Nacht. Conclusio: Fragmentation beeinflusst den kardialen autonomen Tonus mehr als Restriktion. Restriktion stresst den Körper hierbei mehr als Fragmentation. Der Verlauf der Herzratenvariabiliät während der Nacht hatte höhere Effekte als die Interventionen, so dass geschlussfolgert werden kann, dass die Interventionen zu unseren Bedingungen die kardiale autonome Modulation nicht so sehr beeinflussen wie erwartet.
