Hintergrund und Fragestellung

Im Leistungssport sind für das Erbringen von Höchstleistungen neben optimalen Trainingsmodalitäten auch die gezielte und individuelle Gestaltung von Erholungs- und Ruhezeiten notwendig. Den größten Anteil dieser Regenerationsphase hat der nächtliche Schlaf, weshalb eine gute Schlafqualität maßgebend für das Erreichen der sportlichen Ziele ist [1, 2]. Es gibt Hinweise, dass Leistungssportlerinnen und Leistungssportler gehäuft eine Insomniesymptomatik aufweisen [3] und an Schlafproblemen leiden [1]. Die dadurch entstehenden Beschwerden, wie Erschöpfung und Müdigkeit, wirken sich negativ auf die Leistungsfähigkeit aus. Dies ist insbesondere vor wichtigen Wettkämpfen, während intensiver Trainingsphasen sowie nach langen Reisen und unter Jetlag-Bedingungen der Fall [3]. Eine Untersuchung konnte auch bei subjektiv gleichbleibender Schlafqualität eine objektive Verschlechterung der Schlafqualität vor einem wichtigen Leistungsabruf nachweisen [4]. Ähnliche Befunde erhoben Fietze et al. [4] im Rahmen einer Studie bei Balletttänzerinnen und -tänzern im Zeitraum von zwei Monaten vor der Premiere einer Aufführung.

Auch das Verletzungsrisiko steht im Zusammenhang mit einer verringerten Schlafdauer [5]. Eine besonders hohe Wahrscheinlichkeit einer Verletzung wurde in Fällen verringerter Schlafdauer plus erhöhtem Trainingspensum beobachtet [6]. Im Gegensatz dazu kann die Optimierung von Schlafzeiten und der Schlafqualität zu einer Verbesserung der Ausdauer, der Präzision und Reaktionsfähigkeit [7] sowie zu einer allgemeinen Leistungssteigerung führen [8].

Eine besondere Bedeutung für die Erholungsfunktion bei Leistungssporttreibenden könnte auch die kardiale autonome Regulation im Schlaf haben, welche bei Schlafgesunden neben einer zirkadianen Modulation mit zunehmender Schlaftiefe durch eine Abnahme der Sympathikusaktivität und gleichzeitig erhöhter Vagusaktivität gekennzeichnet ist. Ein nichtinvasives Messverfahren dafür im Schlaf ist die Analyse der Herzfrequenz und der Herzfrequenzvariabilität (HRV). Generell wird vermutet, dass eine verringerte HRV im Schlaf zu einem erhöhten Mortalitätsrisiko beiträgt [9], mindestens jedoch scheint das Risiko für das Auftreten von kardiovaskulären Ereignissen dabei erhöht zu sein [10]. Eine erhöhte sympathische Aktivität, objektiviert durch eine erniedrigte HRV, wird auch als Prädiktor für die Entwicklung eines metabolischen Syndroms vermutet [11]. Im Gegensatz dazu konnten bei einer erhöhten HRV positive Effekte auf die Regulation von Glukose, Stresshormonen sowie inflammatorischen Enzymen nachgewiesen werden [9].

Sportliche Aktivität kann die HRV verbessern, nicht nur bei Gesunden, sondern auch bei Patienten. So wiesen Caruso et al. bei Betroffenen mit koronarer Herzkrankheit (KHK) nach, dass acht Wochen zusätzliches Training eine Steigerung der HRV bewirkten [12]. Ein Review von Routledge et al. schlussfolgerte, dass verschiedene Trainingsmodelle, trotz bestehender Unterschiede in Form, Betreuung und Dauer, zu einer Erhöhung der HRV bei Patientinnen und Patienten mit KHK führten. Auch wenn die genauen Mechanismen des Einflusses von sportlicher Betätigung auf die HRV nicht abschließend geklärt sind, so bestätigte sich der positive Effekt von Sport auf das mit einer niedrigen HRV assoziierte erhöhte Morbiditäts- und Mortalitätsrisiko [13] sowie auf die Stressreduktion [14].

Auch im Leistungssportbereich spielt die Analyse der HRV zum besseren Verständnis der Regulation der autonomen Balance eine wichtige Rolle [15]. Leistungssporttreibende weisen eine erhöhte HRV aufgrund stärkerer parasympathischer und niedrigerer sympathischer Modulation auf, wobei dieser Effekt stärker in den Ausdauer- als bei den Kraftsportarten ausgeprägt scheint [16]. Ein HRV-Monitoring erweist sich als hilfreich bei der Bewertung des langfristigen Trainingserfolgs und der Leistungsentwicklung [17, 18]. Dadurch wird deutlich, dass die HRV im Leistungssport nicht nur bei der Kontrolle des Langzeittrainingserfolgs, sondern auch zur optimalen und vor allem individuellen Anpassung des Trainingspensums geeignet zu sein scheint [19, 20]. Obwohl Leistungssporttreibende auch häufig an Schlafproblemen leiden, scheint physisches Training an sich einen positiven Effekt auf bereits bestehende Schlafprobleme zu haben [21].

In der vorliegenden Studie wurde bei Leistungssporttreibenden und in einer Referenzgruppe im Rahmen einer vereinfachten häuslicher Schlafmessung die Schlafqualität inklusive Bestimmung von Parametern des kardialen autonomen Tonus objektiviert und die erhobenen Daten verglichen.

Methoden

Probanden/Stichprobe

Die prospektive Pilotstudie wurde durch die Ethikkommission der Charité-Universitätsmedizin Berlin genehmigt (Antragsnummer EA1/232/17). Die Rekrutierung einer Gruppe von Leistungssporttreibenden (LS) erfolgte durch die Ambulanz der Abteilung für Sportmedizin der Charité-Universitätsmedizin Berlin, die gesunde Kontrollgruppe (GK) wurde per Annonce rekrutiert.

Einschlusskriterien zur Studienteilnahme waren ein Alter von 18–35 Jahren, ein Body-Mass-Index (BMI) < 30 kg/m2 und für die Gruppe LS die aktive Ausübung einer Profi-Sportart (Ausdauer- oder Kraftsport) bzw. für die Gruppe GK ein Maximum von 5 h/Woche für die Ausübung einer Sportart oder andere aktive sportliche Betätigung.

Ausschlusskriterien waren bekannte oder während der Studie auftretende psychiatrische oder neurologische Erkrankungen oder psychische Störungen, chronische oder während der Studie auftretende akute klinisch signifikante Erkrankungen, chronische Schlaferkrankungen, Substanz‑/Drogenabusus und Schichtarbeitstätigkeit.

Es wurden in der Gruppe LS n = 15 Probanden und in der Gruppe GK n = 20 Probanden in die Studie eingeschlossen.

Untersuchungsablauf/experimentelles Design/Studiendesign

Es wurden die Fragebögen Epworth Sleepiness Scale (ESS), Restless-Legs-Syndrom-Diagnose-Index (RLS-DI), Aktualisierter STOP-Bang-Fragebogen (aSBF) und Insomnia Severity Index (ISI) erhoben. Es schlossen sich eine Körperfettanalyse (mittels Calipometrie sowie digitaler Körperfettwaage) und eine Lungenfunktionsmessung (Spirometrie und Bodyplethysmografie) an.

Es wurde eine vereinfachte, ambulante Schlafmessung mit dem Gerät SOMNOtouch™ (Somnomedics GmbH, Randersacker) durchgeführt. Es wurden die Signale 1‑Kanal-Elektroenzephalogramm (EEG, modifizierte frontopolare Ableitung), 2‑Kanal-Elektrookulografie (EOG), 1‑Kanal-Elektrokardiogramm (EKG), SpO2 und Puls aufgezeichnet.

Die nächtlichen Aufzeichnungen wurden durch einen geschulten Scorer manuell ausgewertet und die Parameter Gesamtschlafzeit (TST), Schlafeffizienz (SE), Einschlaflatenz (ESL), sowie prozentualer Anteil der einzelnen Schlafphasen (REM-Schlaf, Leichtschlaf, Tiefschlaf) bestimmt.

Aus dem EKG wurde mittels automatischer Detektion der QRS-Komplexe eine Zeitreihe der Schlag-zu-Schlag(RR)-Abstände berechnet. Mittels Zeitreihenanalyse wurden der Mittelwert, Minimum und Maximum der Herzfrequenz sowie die HRV mit den Parametern HRV-Standardabweichung (HRV-SD), HRV-SD1 und HRV-SD2 berechnet (Software Domino light ver. 2.6.0, Somnomedics GmbH, Randersacker). Dabei ist HRV-SD die Standardabweichung aller RR-Intervalle. HRV-SD1 ist die Standardabweichung über die Streuung der Punkte orthogonal zur Identitätslinie des Poincaré-Plots der Werte RR+1 gegen RR. Sie beschreibt kurzfristige Änderungen der Herzschläge und ist ein Maß vagaler Modulation der HRV. HRV-SD2 ist die Standardabweichung über die Streuung der Punkte entlang der Identitätslinie des Poincaré-Plots. HRV-SD2 beschreibt kurz- und langfristige Änderungen der Herzschläge und ist ein Maß der Gesamt-HRV [22].

Statistik

Die statistische Auswertung erfolgte mithilfe des Programms IBM SPSS Statistics, Version 27 (SPSS, Inc., Chicago, IL, USA). Die erhobenen Daten waren nicht normalverteilt. Durch Anwendung deskriptiver Statistik wurden für Gruppencharakteristika und Schlafparameter Häufigkeit, Mittelwert und Standardabweichung (SD) bestimmt. Für die konfirmatorische Statistik wurde ein Niveau p < 0,05 festgelegt. Zur Untersuchung von Gruppenunterschieden wurde der Mann-Whitney-U-Test für nichtverbundene Stichproben verwendet.

Ergebnisse

Gruppencharakteristika

Es konnte in der Gruppe LS bei 12 Probanden (w = 3, m = 9; Alter 25,1 ± 4,3 Jahre) und in der Gruppe GK bei 17 Probanden (w = 5, m = 12; Alter 26,1 ± 3,2 Jahre) eine ambulante Schlafmessung erfolgreich durchgeführt und ausgewertet werden. Der mittlere BMI unterschied sich zwischen der Gruppe LS und der Gruppe GK nicht (21,4 ± 2,4 kg/m2 vs. 23,0 ± 2,5 kg/m2).

Fragebögen

Zwischen den Gruppen gab es keine Unterschiede für die Fragebögen ESS und aSBF. Dagegen war der ISI bei der Gruppe LS gegenüber GK im Mittel um 3,3 Punkte erhöht (Tab. 1).

Tab. 1 MW ± SD für die Fragebögen Epworth Sleepiness Scale (ESS), aktualisierter STOP-Bang (aSBF) und Insomnia Severity Index (ISI) für die untersuchten Gruppen Gesunde Kontrollen (GK) und Leistungssporttreibende (LS)
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Dabei wiesen in der Gruppe LS 25 % (in der Gruppe GK keine/r) der Untersuchten einen ISI im Bereich von 8–14 Punkten auf. ISI-Werte > 14 traten in keiner der untersuchten Gruppen auf.

Ambulante Schlafmessung

In der Gruppe LS war die Bettzeit (Time in Bed, TIB) im Mittel um 57,7 min höher als in der Gruppe GK (p < 0,02). Basierend auf dem Schlafscoring unterschieden sich die Parameter Gesamtschlafzeit (Total Sleep Time, TST), Schlafeffizienz (SE), Einschlaflatenz (ESL) sowie die prozentualen Anteile des REM-Schlafes (REM), des Leichtschlafes (N1 + N2) und des Tiefschlafes (N3) nicht zwischen den Gruppen GK und LS (Tab. 2).

Tab. 2 MW ± SD für Bettzeit (TIB), Gesamtschlafzeit (TST), Schlafeffizienz (SE), Einschlaflatenz (ESL) sowie die prozentualen Anteile an der TST für REM-Schlaf (REM), Leichtschlaf (N1 + N2) und Tiefschlaf (N3) für die untersuchten Gruppen Gesunde Kontrollen (GK) und Leistungssporttreibende (LS)
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HRV

Im Gruppenvergleich wies die Gruppe LS im Vergleich zu GK eine verringerte Herzfrequenz (HF) (p < 0,01), HF-max (p < 0,03), HF-min (p < 0,03) und RR (p < 0,01) auf (Tab. 3).

Tab. 3 Mittelwerte und Standardabweichungen (MW ± SD) für die mittlere Herzfrequenz (HF), maximale Herzfrequenz (HF-max), minimale Herzfrequenz (HF-min), mittlere Herzperiodendauer (RR) sowie für die Herzfrequenzvariabilität (HRV) die Parameter HRV-SD, HRV-SD1 und HRV-SD2 für die untersuchten Gruppen Gesunde Kontrollen (GK) und Leistungssporttreibende (LS)
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Die Auswertung der HRV wies für die Gruppe LS eine höhere mittlere HRV-SD (Range 110,1–207,2 ms) gegenüber GK (Range 91,4–255,0 ms, p < 0,04) auf. Ebenfalls höher waren im Mittel in der Gruppe LS gegenüber GK die HRV-SD1 (Range 64,8–100,2 ms vs. 26,3–166,6 ms, p < 0,01) und die HRV-SD2 (Range 140,9–283,0 ms vs. 125,8–319,8 ms, p < 0,05) (Tab. 3, Abb. 1).

Abb. 1
figure 1

Parameter der Herzfrequenzvariabilität (HRV) HRV-Standardabweichung (HRV-SD), HRV-SD1 und HRV-SD2 für die Gruppen Gesunde Kontrollen (GK) und Leistungssporttreibende (LS)

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Diskussion

Es wurden in einer Pilotstudie parallel die Schlafqualität, Schlafstruktur und der kardiale autonome Tonus bei professionellen Leistungssporttreibenden in Ausdauer- und Kraftsportarten und in einer Referenzgruppe Gesunder – jeweils beiden Geschlechts – untersucht. In einem ambulanten Setting wurde dazu neben der Selbstbeurteilung mittels Fragebögen eine vereinfachte Schlafmessung einschließlich SpO2- und EKG-Aufzeichnung durchgeführt.

In der Gruppe der Leistungssporttreibenden, welche regelmäßig sportmedizinisch von der Charité-Universitätsmedizin Berlin betreut werden, wurden in der Selbstbeurteilung der Tagesmüdigkeit im Mittel subklinische Werte in der ESS festgestellt, es wiesen allerdings 25 % der Untersuchten eine ESS von ≥ 10 auf, was Hinweise auf eine eingeschränkte Vigilanz bei einigen Sportlerinnen und Sportlern gibt. Ursache dafür können ein stressinduzierter Schlafmangel vor der Messnacht, ein chronisches Schlafdefizit, eine Hypersomnie oder sonstige Schläfrigkeit verursachende Umstände sein, welche jedoch im Rahmen der Studie nicht erhoben werden konnten. Die Selbstbeurteilung der Insomniesymptomatik mittels ISI war in der Gruppe LS sogar signifikant gegenüber der untersuchten Referenzgruppe erhöht; bei 25 % der Untersuchten traten Werte > 7 auf, jedoch wiesen diese nur eine milde Ausprägung (Werte bis max. 14) auf. Dennoch ist dieses Ergebnis bemerkenswert. Eine milde Insomnie gibt Hinweise auf einen nicht – mehr – erholsamen Schlaf, der durch Trainingsstress, Wettkampfstress oder mangelnden Schlafkomfort in fremder Umgebung zusätzlich getriggert sein könnte. Keiner der in der Studie untersuchten Sportlerinnen und Sportler hatte im Vorfeld schlafmedizinische Beratung in Anspruch genommen oder war in einer speziellen Betreuung. Das Ergebnis unterstreicht die Bedeutung der Aufklärung über Schlaf und Schlafstörungen bei Sportlerinnen und Sportlern, insbesondere aus dem Leistungs‑/Kaderbereich.

Die aus einer vereinfachten häuslichen Messung mittels 1‑Kanal-EEG und 2‑Kanal-EOG bestimmte Schlafstruktur wies keine Unterschiede in der Schlafmenge (jeweils im Mittel 6,8 h) zwischen beiden untersuchten Gruppen auf. Auch wenn dieser Befund keinen expliziten negativen Effekt der Ausübung von Leistungssport auf die Schlafmenge vermuten lässt, so spiegelt dieses Ergebnis doch eine unzureichende Schlafmenge sowohl bei der gesunden Vergleichsgruppe als auch bei den Leistungssporttreibenden wider. Die von den Fachgesellschaften American Academy of Sleep Medicine (AASM), Sleep Research Society (SRS) und National Sleep Foundation (NSF) empfohlene gesunde Normalschlafmenge sollte bei jungen Erwachsenen zwischen mindestens 7 und bis 9 h betragen [23]. Ob die in der Studie erhobenen Befunde einer Schlafzeit von weniger als 7 h Folge mangelnder Aufklärung oder aber von extern verursachten Limitationen von Bett- und somit Schlafenszeit sind, konnte im Rahmen dieser Studie jedoch nicht untersucht werden. Sie sind jedoch in jedem Fall ein Argument dafür, die Aufklärung zu den Themenkomplexen Schlafhygiene und Schlafgesundheit – insbesondere in der Gruppe junger Erwachsener – fortzusetzten bzw. noch zu verstärken.

Die Schlafeffizienz unterschied sich ebenfalls nicht signifikant zwischen den Gruppen, wenngleich in der Gruppe LS diese im Mittel um 9 % niedriger war. Die Ursache dafür könnte die signifikant längere Bettzeit der Leistungssporttreibenden sein. Sie könnte ein Beleg dafür sein, dass diese bereits Anstrengungen unternehmen, eine ausreichende Schlafmenge zu erlangen, und dafür eine adäquate Bettzeit (im Mittel 8,4 h) einhalten. Ebenfalls ohne Unterschiede waren die Anteile von Leicht‑, Tief- und REM-Schlaf bezogen auf die TST. Zusammenfassend kann geschlussfolgert werden, dass die untersuchte Gruppe von Leistungssporttreibenden objektiv eine Schlafstruktur aufweist, die der untersuchten Gruppe von altersentsprechenden Gesunden, welche keinen Leistungssport betreiben, entspricht, jedoch eine größere Schlafmenge wünschenswert wäre.

Die Parameter des kardialen autonomen Tonus basierend auf der Aufzeichnung und Auswertung des EKG konnten Unterschiede in der nächtlichen kardiovaskulären Regulation zwischen den untersuchten Leistungssportlern und den Gesunden nachweisen. So waren in der Gruppe LS die nächtlichen Herzfrequenzen verringert; der Mittelwert um 7,6 Schläge/Minute, das Maximum um 12,3 Schläge/Minute und das Minimum um 4,0 Schläge/Minute.

Des Weiteren war die HRV in der Gruppe LS erhöht, was auf eine insgesamt bessere kardiovaskuläre Regulation schließen lässt, was sich insbesondere in den signifikant erhöhten Werten von RR-SD und RR-SD2 ausdrückt. Darüber hinaus deutet selektiv der ebenfalls signifikant erhöhte Parameter RR-SD1 auf eine höhere vagale Modulation bei den Leistungssportlern hin.

Unsere Ergebnisse aus der Messung der HRV im Schlaf sind übereinstimmend mit Befunden aus 24-Stunden-Holter-EKG-Messungen, welche ebenfalls eine erhöhte HRV bei Leistungssportlerinnen und Leistungssportlern im Vergleich zu einer Gruppe von Nicht-Sportlern als Ergebnis hatte [24]. Dies unterstreicht die Machbarkeit und Reliabilität der Messung von Parametern des kardialen autonomen Tonus im Schlaf.

Limitationen

Da es sich um eine Pilotstudie handelt, sind die Fallzahl und die Aussagekraft der Ergebnisse noch limitiert. Daher konnte auch kein Gruppenvergleich Ausdauer- vs. Kraftsport durchgeführt werden.

Die Rekrutierung von Sportlerinnen und Sportlern aus dem Profi‑/Kaderbereich war eine große Herausforderung, da diese durch ihr Training und Wettkämpfe intensiven zeitlichen, physischen und mentalen Anforderungen ausgesetzt sind. Ähnliche Erfahrungen diesbezüglich wurden bereits in der Vergangenheit bei der Untersuchung von Balletttänzerinnen und -tänzern gesammelt [4].

Des Weiteren erfolgte die Schlafmessung im häuslichen Umfeld der Probanden, was zwar wahrscheinlich einen First-Night-Effekt reduzierte, jedoch aufgrund der Nichtüberwachung eine wesentliche Ursache für eine Mess-Ausfallrate von 20 % in der Gruppe LS und 15 % in der Gruppe GK gewesen sein dürfte. Auch erfolgte die Schlafmessung mit einem reduzierten Elektrodensetup, welches die Validität des Schlafscorings gering reduziert. So erschwert z. B. das Fehlen einer okzipitalen EEG-Ableitung die Differenzierung zwischen den Stadien „Wach“ und „N1“, was insbesondere für die Bestimmung der Einschlaflatenz eine wichtige Rolle spielt. Auch kann nicht ausgeschlossen werden, dass andere Faktoren wie Umgebungslärm und Umgebungslicht in der häuslichen Messumgebung einen Einfluss auf die Ergebnisse hatten.

Zusammenfassung

Aus den Ergebnissen der in dieser Studie untersuchten Kollektive kann geschlussfolgert werden, dass bei Leistungssportlerinnen und Leistungssportlern insomnische Symptome auftreten können, die Schlafmenge im Vergleich zu empfohlenen Referenzwerten häufig zu kurz ist, jedoch die nächtliche kardiale autonome Regulation im Vergleich zu altersentsprechenden, gesunden Nicht-Leistungssporttreibenden besser ist.

Die weitere Entwicklung mobiler und belastungsarmer Messverfahren wird zukünftig die objektive Messung der Schlafstruktur und charakteristischer vegetativer Parameter in unterschiedlichen ambulanten Settings vereinfachen, was einen wichtigen Beitrag für ein personalisiertes Gesundheits- und Leistungsmanagement bei Leistungssporttreibenden sein kann.