Schlaf und Kognition im Alter

Störungen des Schlafs wie auch der kognitiven Leistungsfähigkeit nehmen mit steigendem Alter zu. Schlaf und Kognition stehen in enger wechselseitiger Beziehung. Daher kommt im Hinblick auf eine gute Alltagsfunktionalität der Behandlung von Schlafstörungen im Alter ein hoher Stellenwert zu.

Mit zunehmendem Alter kommt es zu einer Abnahme der körperlichen und geistigen Leistungsfähigkeit. Hierfür sind Veränderungen in den Stoffwechselprozessen sowie das vermehrte Auftreten von Krankheiten verantwortlich. Beide Faktoren wirken sich sowohl auf den Schlaf als auch auf die kognitive Leistungsfähigkeit aus: Schlafstörungen nehmen mit dem Alter zu, während die geistige Fitness nachlässt. Der Schlaf – insbesondere dessen einzelne Anteile – hängt dabei eng mit dieser zusammen.

So verändert sich der Schlaf im Alter

Mit zunehmendem Lebensalter wird der Schlaf kürzer und leichter. Die Objektivierung dieser beobachtbaren Schlafstörungen durch eine Schlaf-EEG-Ableitung zeigt, dass die Schlafkontinuität durch eine geringere Schlafeffizienz mit einer längeren Einschlafzeit und häufigeren nächtlichen Wachphasen gekennzeichnet ist. Der Schlaf ist weniger tief als im jungen Erwachsenenalter, die leichten Schlafstadien des Non-REM-Schlafs (Stadien 1 und 2) treten häufiger auf und der Tiefschlaf wie auch der REM-Schlaf, wenngleich geringer ausgeprägt als der Tiefschlaf, nehmen im Alter ab [1,2] (Tab. 1).

Die Schlaf-Wach-Regulation sowie die Regulation des Non-REM- und des REM-Schlafs unterliegen neurochemischen und neuroendokrinen Prozessen, die an zirkadiane und homöostatische Prozesse gekoppelt sind. Für Erstere ist Cortisol von grosser Bedeutung, für Letztere das Wachstumshormon (GH). Beide Hormone werden zentral über Neuropeptide reguliert, zu denen das Wachstumshormon-freisetzende Hormon (GHRH), Somatostatin sowie CRH und Vasopressin gehören [3,4]. Mit zunehmendem Alter nimmt die sekretorische Aktivität der GH-GHRH-Komponente ab, wodurch der Non-REM-Schlaf weniger tief wird. Diese Veränderungen beider neuroendokriner Achsen sind mit einem leichteren und verkürzten Schlaf mit vermehrten Aufwachphasen sowie weniger Tiefschlaf im Alter verbunden (Abb. 1).

Auch die zirkadiane Komponente der Schlafregulation verändert sich mit dem Alter. Die zirkadianen Rhythmen der Körperkerntemperatur, des Melatonins und des Cortisols sind bei älteren Menschen um zirka eine Stunde nach vorn verschoben («phase advance») mit flacherer, um bis zu 30% reduzierter Amplitude  [5]. Dies führt ebenfalls zu einem leichteren und unruhigeren Schlaf mit frühem Erwachen. Als neuropathologische Grundlage dieser zirkadianen Veränderung wird eine Reduktion der neuronalen Aktivität im Nucleus suprachiasmaticus, dem endogenen zirkadianen Schrittmacher, angesehen [6].

Als Folge dieser altersbedingten Veränderungen der schlafassoziierten hormonellen Sekretion von Cortisol und Wachstumshormon sowie des veränderten zirkadianen Rhythmus‘ besteht eine erhöhte Anfälligkeit für Störungen des Schlafs durch exogene Faktoren (Stressoren).

Auch die kognitive «Fitness» lässt nach

Zu den kognitiven Leistungen gehören neben der reinen Gedächtnisfunktion auch die Funktionen der Aufmerksamkeit, sprachliche Fertigkeiten, exekutive Funktionen im Sinne von planendem und problem­lösendem Denken und Handeln sowie visuell-konstruktive beziehungsweise orientierende Fähigkeiten und die psychomotorische Geschwindigkeit [7].
Die Veränderung der kognitiven Leistungsfähigkeit betrifft im Rahmen des normalen Alterungsprozesses einzelne Komponenten der Kognition in unterschiedlicher Art: Die Leistung des Arbeitsgedächtnisses und des episodischen Gedächtnisses (Wissen über subjektiv Erlebtes) nimmt ab. Weniger betroffen sind das semantische Gedächtnis, das autobiografische Gedächtnis, das Wiedererkennen früher gelernter Information und emotionale Gedächtnisinhalte [8,9].

Der Zugriff auf semantische Gedächtnisinhalte, die das Faktenwissen bzw. das «Wissen über die Welt» betreffen, wie auch die Zugriffsgeschwindigkeit darauf, scheinen hingegen nicht beeinträchtigt zu sein [10]. Eine Ausnahme bildet semantische Information, die neu gelernt wird. Sie unterliegt ebenso wie die episodische Information einem Alterseffekt [11].

Als neuropathologisches Substrat für die kognitiven Veränderungen im Rahmen des gesunden Alterns wird eine verminderte Kapazität des front­o­stria­talen Kreislaufs angenommen, während Veränderungen des medialen temporalen Gedächtnissystems als Grundlage für die kognitiven Störungen bei der Alzheimer-Erkrankung gesehen werden [8,9]. Auf neurochemischer und neuroendokriner Ebene sind vor allem die Sekretion von Cortisol und Veränderungen der dopaminergen und cholinergen Neurotransmission eng mit der Funktion des deklarativen Gedächtnisses (umfasst das semantische, episodische und autobiografische Gedächtnis) bei älteren Menschen verbunden [9,12,13].

Im Gegensatz zum deklarativen Gedächtnis ist das prozedurale Gedächtnis – das Erlernen von komplexen automatischen Handlungsabläufen wie z.B. Skifahren – weitgehend unabhängig von hippocampalen Strukturen [14] und mit zunehmendem Alter nur gering beeinträchtigt, wenngleich der Erwerb langsamer erfolgt [11]. Neuropathologisch sind vor allem neostriatale und zerebelläre Hirnregionen von grosser Relevanz, die eine altersbezogene Reduktion des Volumens und der metabolischen Glukoserate aufweisen [15–18].

Die Leistungen in exekutiven Aufgaben, wie z.B. beim Trail-Making-Test, zeigen insbesondere hinsichtlich Geschwindigkeit einen deutlichen Alterseffekt [19]. Als generelles neurobiologisches Substrat wird hierfür insbesondere der präfrontale Cortex angesehen. Zudem kommt es im Alter zu einer generellen kontinuierlichen Geschwindigkeitsreduktion kognitiver Prozesse, vor allem ab dem sechzigsten Lebensjahr [20].

Wie hängen Schlaf und Gedächtnis zusammen?

Gestörter Schlaf führt zu einer Verschlechterung der kognitiven Leistungsfähigkeit [21,22]. Dies kann alle kognitiven Dimensionen betreffen, bevorzugt jedoch das episodische Gedächtnis, das Arbeitsgedächtnis und die exekutiven Funktionen [23].

Bereits frühere Studien an gesunden Probanden zeigten, dass die neurophysiologische Aktivität einzelner Schlafstadien eng mit spezifischen Aspekten kognitiver Funktionen verbunden ist [24,25]. Mit wenigen Ausnahmen wird insbesondere ein Zusammenhang zwischen Schlaf und deklarativer Gedächtnisleistung festgestellt. Dabei zeigt sich eine Korrelation zwischen der Häufigkeit von Schlafspindeln und Tiefschlaf mit der Gedächtniskonsolidierung [26,27]. Emotional getönte Gedächtnisinhalte scheinen von einem ungestörten Schlaf besonders zu profitieren, aber eher mit REM-Phasen als mit Tiefschlaf assoziiert zu sein [28]. Hier spielen vor allem Interaktionen zwischen präfrontalem Cortex und Hippocampus, die als Gedächtnistransfer vom Hippocampus zum Neocortex interpretiert werden können, eine Rolle [29].

Die Beobachtung, dass Schlafentzug zu einer Suppression der Langzeitpotenzierung und Neurogenese im Hippocampus führt [30], unterstützt diese Annahme. Auch ein kurzer Mittagsschlaf während des Tages hat positive Effekte auf die deklarative Gedächtniskonsolidierung [31,32].

Für das prozedurale Gedächtnis finden sich Assoziationen mit Schlafstadium 2 [33,34] und dem REM-Schlaf [35]. Nach Schlafentzug in der zweiten Nachthälfte zeigten gesunde Probanden eine schlechtere prozedurale Gedächtnisleistung als unter ungestörtem Schlaf. Schlafentzug in der ersten Nachthälfte hat demgegenüber keinen Effekt auf die prozedurale Gedächtnisleistung [26]. Ein positiver Effekt hat ein kurzer Mittagsschlaf [36,37], sofern dieser REM-Schlaf beinhaltet [38].

Diese Ergebnisse weisen auf eine aktive Rolle des Schlafs bei der Gedächtnisbildung – im Sinne einer die Gedächtniskonsolidierung fördernden Wirkung – hin.

Geistig fit durch Tiefschlaf

Im Rahmen einer grossen Longitudinalstudie (mehr als 6000 Personen über 65 Jahre ohne kognitive Einbussen), traten nach dreijähriger Beobachtungszeit vor allem bei jenen Personen kognitive Störungen auf, die zur Baseline eine Schlafstörung angegeben hatten [39]. Vor allem exekutive Funktionen scheinen sich während des Alterungsprozesses zu verschlechtern. Sie können durch (experimentellen) Schlafentzug oder auch eine (chronisch bestehende) Schlafstörung zusätzlich verschlechtert werden [40].

Weitere schlafassoziierte Einbussen betreffen die Funktionen der Aufmerksamkeit und Vigilanz. Einzelne Studien geben Hinweise darauf, dass die schlafabhängige Gedächtniskonsolidierung mit zunehmendem Alter beeinträchtigt ist, konnten jedoch aufzeigen, dass ältere Personen, die einen gewissen Tiefschlafanteil aufweisen, auch eine Gedächtniskonsolidierung haben [41]. Daher wird angenommen, dass die Reduktion des Tiefschlafs mit der reduzierten kognitiven Leistungsfähigkeit, vor allem der Exekutivfunktionen, zusammenhängt [40].

Schlafstörung und reduzierte Kognition: einige Krankheitsbilder

Neben der Anfälligkeit für die Entwicklung primärer Insomnien mit zunehmendem Alter steigt auch das Auftreten von Insomnien als Folge anderer körperlicher (z.B. Schmerzsyndrome, Stoffwechselstörungen, respiratorische oder kardiovaskuläre Erkrankungen) und psychiatrischer Erkrankungen (z.B. Depressionen, Angststörungen) an. Zu berücksichtigen ist zudem, dass auch die medikamentöse Behandlung dieser Erkrankungen Auswirkungen auf den Schlaf haben kann (z.B. Theophylinpräparate bei Asthma bronchiale) [42].

Die Entwicklung von Insomnien im Alter konnte durch die Longitudinalstudie EPESE gezeigt werden. Nach einem dreijährigen Follow-Up gaben 57% der älteren Menschen mindestens eine chronische Schlafstörung, insbesondere eine Ein- und Durchschlafstörung, an [43]. Die weitere Datenanalyse zeigte einen engen Zusammenhang zwischen Insomnie und dem Auftreten von depressiver Stimmung, Atemstörungen, schlechter Gesundheit oder körperlicher Behinderung. Ähnliche Ergebnisse finden sich auch für die Schweiz [44]. Hinzu kommen spezifische primäre Schlafstörungen wie das Restless-Leg-Syndrom (RLS) oder schlafbezogene Atemstörungen [45,46], die zu weiteren Beeinträchtigungen der kognitiven Leistungsfähigkeit führen können [47].

Neben diesen primären oder sekundären Störungen des Schlafs finden sich in der älteren Bevölkerung auch psychiatrische, vor allem neuropsychiatrische Erkrankungen, bei denen sowohl Störungen der Kognition wie auch Störungen des Schlafs zur Symptomatik gehören. Hier sind in erster Linie die Depression, die verschiedenen Demenzen und der Morbus Parkinson, einschliesslich der REM-Schlafverhaltensstörung, zu nennen.

Altersdepression: Depressionen stellen neben De­men­zen das häufigste Krankheitsbild in der Alters- und Neuropsychiatrie dar. Schliesst man auch leichte depressive Episoden mit ein, werden in verschiedenen Studien Prävalenzen bis zu 25% angegeben [48]. Bei Depression findet sich eine charakteristische Veränderung des Schlafprofils, das durch eine verlängerte Einschlafzeit, eine Durchschlafstörung und ein Früherwachen gekennzeichnet ist. Die Schlafarchitektur weist eine Reduktion des Tiefschlafs und eine Zunahme und Vorverlagerung des REM-Schlafs auf [49,50].

Kognitive Störungen, die bei Patienten mit Altersdepression beschrieben wurden, sind Störungen der Aufmerksamkeit und der Psychomotorik, der exekutiven Funktionen sowie des verbalen und visuellen Lernens und Gedächtnisses [51]. Diese Störungen sind assoziiert mit höheren Rückfallraten und einem instabileren Verlauf [52]. Auch chronisch bestehende Schlafstörungen sind mit einem bis zu vierfach erhöhten Risiko für Depressionen assoziiert [53].

Es ist anzunehmen, dass die gestörte Schlafkontinuität und der reduzierte Tiefschlaf sich negativ auf die Kognition, hier überwiegend die schlafassoziierte Gedächtniskonsolidierung, bei Patienten mit Depression auswirken. Dies konnte in einer Studie zur schlafassoziierten Gedächtniskonsolidierung bei depressiven Patienten auch gezeigt werden, indem im Unterschied zu gesunden Probanden ein Lernzuwachs über die Nacht bei einer vor dem Schlaf gelernten Aufgabe ausblieb [54] (Abb. 2).

Leichte kognitive Störung (MCI) und Demenz: Auch Patienten mit Demenzen leiden häufig an Schlafstörungen. Am besten untersucht ist die Gruppe der Patienten mit Alzheimer-Demenz. Neben einer Störung der Schlafkontinuität finden sich als weitere charakteristische Merkmale eine Reduktion des REM-Schlafs über die gesamte Nacht, ein leichterer Schlaf und bei einigen dieser Patienten ein reduzierter Tiefschlaf sowie eine geringere Zahl an Schlafspindeln [55,56]. In Studien zum Zusammenhang zwischen Schlaf-EEG-Parametern und Kognition an dieser Patientengruppe wurde eine enge Assoziation zwischen einer schlechteren kognitiven Leistungsfähigkeit, vor allem im deklarativen Gedächtnis, und reduzierter Spindelaktivität [57] sowie reduziertem Stadium 2 [58] gefunden.

Zudem konnte gezeigt werden, dass lange bestehende Schlafstörungen nicht nur zu kognitiven Störungen, sondern auch zu einem erhöhten Auftreten von manifester Demenz führen [59,60]. Eine mögliche Grundlage dieser Beobachtung könnte der zuletzt gefundene Zusammenhang zwischen dem Auftreten von Amyloid-Beta (Aβ als neuropathologisches Substrat der Alzheimer-Demenz) mit einer über Jahre reduzierten Schlafdauer (<6 Stunden) bei älteren Menschen sein [61]. Als ein möglicher Mechanismus wird diskutiert, dass durch die Schlafstörung das Gehirn nachts nicht mehr seiner Clearance-Funktion für toxische Stoffwechselprodukte wie Aβ und Tau über das glymphatische System A nachkommen kann [62].

Parkinson und REM-Schlaf-Verhaltensstörung (RBD): Die RBD ist durch eine fehlende Hemmung des physiologisch verminderten Muskeltonus im REM-Schlaf und einer damit einhergehenden erhöhten Muskelaktivität charakterisiert. Als Folge treten motorische Bewegungen während des REM-Schlafs auf. Dadurch kommt es zum Ausagieren von Trauminhalten bis zu fremd- oder selbstschädigendem Verhalten [63]. Die RBD, die zu den Parasomnien zählt, kann als Symptom eines Morbus Parkinson oder einer Lewy-Körper-Demenz gesehen werden. Sie kann aber auch symptomatisch bei weiteren Hirnschädigungen jeglicher Art (Isch­ämien, Tumore, MS), durch entzündliche Prozesse oder auch unter der Gabe bestimmter Medikamente (z.B. Antidepressiva) auftreten. Ferner ist sie als isoliertes Krankheitsbild im Sinne einer idiopathischen RBD (iRBD) beschrieben [64].

Zusätzliche Schlafprobleme treten bei RBD eher im fortgeschrittenen Krankheitsverlauf auf und sind durch eine signifikant verminderte Gesamtschlafzeit charakterisiert. Darüber hinaus treten kognitive Defizite vor allem auf der Ebene des deklarativen Gedächtnisses und der Visuokonstruktion sowie bei exekutiven Funktionen auf [65]. Neben dem möglichen Vorliegen einer RBD hängen die bei Patienten mit Morbus Parkinson auftretenden Schlafstörungen sowohl von der Dauer als auch der Ausprägung und Progredienz der Krankheit ab [64]. Dabei tritt neben einer Reduktion der Schlafeffizienz beziehungsweise der Gesamtschlafzeit auch eine Störung der Schlafarchitektur auf [66,67]. Auf kognitiver Ebene entwickeln Patienten mit Morbus Parkinson regelmässig Defizite in Teilen der exekutiven Funktionen, des Arbeitsgedächtnisses sowie des deklarativen Gedächtnisses. Bei bis zu 50% der Pa­tien­ten entwickelt sich im Verlauf der Erkrankung eine Demenz [68,69].

Da bei beiden Erkrankungen schlafsensitive Domänen der kognitiven Leis­tungs­fähigkeit beeinträchtigt sind, ist anzunehmen, dass hier ein Zusammenhang besteht.

Schlussfolgerungen und Ausblick

Der enge Zusammenhang zwischen Schlaf und kognitiver Leistungsfähigkeit legt eine bessere kognitive Leistungsfähigkeit bei guter Schlafkontinuität und ungestörter Schlafarchitektur mit physiologischer und ausreichender Verteilung von Tiefschlaf, REM-Schlaf und weiteren Strukturen des Schlafs wie Schlafspindeln nahe.

Störungen des Schlafs wie auch der kognitiven Leistungsfähigkeit nehmen im Alter insgesamt zu. Die Schlafstörung kann ein relevanter Faktor für die Entwicklung kognitiver Störungen bis hin zu einer Demenz, Depression und anderen somatischen Erkrankungen (Stoffwechselstörungen, metabolisches Syndrom) sein. Aus diesem Grund sollten Schlafstörungen bei älteren Menschen schnell entdeckt und konsequent behandelt werden. Dies gilt auch für Patienten mit den zuvor beschriebenen Erkrankungen, die Störungen des Schlafs und der Kognition als Symp­tome aufweisen.

Take-Home-Messages

• Der Einfluss von Schlaf auf die kognitive Leistungsfähigkeit ist empirisch belegt. Nicht nur die Ein- und Durchschlafphase sondern auch Tiefschlaf- und REM-Phasen sowie Mikroelemente wie Schlafspindeln und K-Komplexe stehen mit spezifischen kognitiven Funktionen in engem Zusammenhang.
• Verschiedene Parameter des Schlafes verändern sich im Rahmen des Alterungsprozesses. Es gibt Hinweise darauf, dass dies in Wechselwirkung steht mit einer alterskorrelierten Abnahme der kognitiven Leistungsfähigkeit.
• Von besonderer Relevanz sind jene Störungen des Schlafs, die bei im Alter gehäuft auftretenden Krankheitsbildern mit Beeinträchtigung kognitiver Funktionen, wie Demenz und Altersdepression, eine Rolle spielen.

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PD Dr. med. Dr. phil. Ulrich Michael Hemmeter