Abstract
The study of neuroendocrine and sleep abnormalities in major depressive disorders
has been the focus of major interest in the past few years. However, while sleep and
neuroendocrine research in neuropsychiatric disorders has progressed considerably
during the last few years, conceptional and methodological advances in sleep and neuroendocrine
physiology are still needed for further understanding of the basic aspects of sleep
and to clarify the control and significance of the temporal fluctuations of the neuroendocrine
systems. In particular, identification of the genetic mechanisms governing sleep regulation
are of interest. In this respect, twin studies constitute a powerful method for identifying
genetic influences on human physiological variables. In a first study, we explored
the sleep patterns of 26 pairs of noncohabiting normal male twins (both mono- and
dizygotic). The results indicate that a significant genetic effect is found for some
sleep variables. Stages 2, 4, and delta sleep as well as waking are substantially
determined by genetic factors, in contrast to stage REM which seems to be mainly affected
by nongenetic influences. These data thus provide consistent evidence that some aspects
of human sleep are genetically determined. In a second study we analyzed the 24-hour
profile of plasma cortisol in 21 pairs of male twins. The 24-hour profile of plasma
cortisol is the most widely used marker of the human circadian clock: Its study offers
the possibility of assessing the status of the human circadian clock and of determining
whether genetic factors affect human circadian rhythmicity. In the protocol, blood
was sampled every 15 min and circadian rhythmicity was characterized by measures of
amplitude, phase, and overall wave shape. A genetic control was demonstrated for the
timing of the nocturnal nadir and for the proportion of overall temporal variability
associated with pulsatiliy. Environmental effects were shown for the 24-hour mean
and the timing of the morning acrophase. Our data indicate that, despite the increased
impact of social inputs in man, genetic factors also control human circadian rhythmicity.
Zusammenfassung
Das Studium neuroendokriner und Schlaf-Anomalien bei typischer Depression war in den
letzten Jahren ein Schwerpunkt neuropsychiatrischer Forschung. Während jedoch die
Erforschung des Schlafs und neuroendokriner Vorgänge bei neuropsychiatrischen Erkrankungen
beträchtliche Fortschritte gemacht hat, mangelt es noch immer an neuen konezptionellen
und methodologischen Erkenntnissen, die ein tieferes Verständnis der grundlegenden
Aspekte des Schlafs ermöglichten und zur Klärung der Überwachung und Bedeutung der
zeitlichen Schwankungen des neuroendokrinen Systems beitrügen. Von besonderem Interesse
wäre die Identifizierung genetischer Mechanismen, welche die Schlafregulierung beherrschen.
In diesem Zusammenhang wären Studien an Zwillingen eine besonders eindrucksvolle Möglichkeit,
genetische Einflüsse auf physiologische Variable im Menschen nachzuweisen. - In einer
ersten Studie untersuchten wir die Schlafmuster von 26 Paaren normaler männlicher
Zwillinge (sowohl monozygotischer als auch dizygotischer Zwillinge), die nicht zusammen
lebten. Die Ergebnisse deuten daraufhin, daß für einige Schlafvariablen ein signifikanter
genetischer Effekt besteht. Die Stadien 2,4 und Deltaschlaf und der Wachzustand sind
substanziell durch genetische Faktoren bestimmt, im Gegensatz zum REM-Stadium, welches
in der Hauptsache durch nichtgenetische Einflüsse bestimmt zu sein scheint. Diese
Daten liefern daher stichhaltige Beweise dafür, daß einige Aspekte des menschlichen
Schlafs genetisch bedingt sind. In einer zweiten Studie analysierten wir das 24-Stunden-Profil
von Plasmakortison in 21 Paaren männlicher Zwillinge. Das-24stündige-Profil von Plasmakortison
ist der gebräuchlichste Marker der zirkadianischen Uhr im Menschen: sein Studium bietet
die Möglichkeit, den Status der zirkadianen Uhr im Menschen zu bewerten und festzustellen,
ob genetische Faktoren die zirkadiane Rhythmik beeinflussen. Im Versuchsprotokoll
wurde alle 15 Minuten eine Blutprobe entnommen und die zirkadiane Rhythmik durch Messungen
der Amplitude, der Phase und der gesamten Wellenform charakterisiert. Hin genetischer
Einfluß wurde nachgewiesen hinsichtlich der Zeitbestimmung des nächtlichen Nadir (Tiefpunkts)
und für die Proportion der gesamten zeitlichen Variabilität im Zusammenhang mit der
Pulsatilität. Umwelteinflüsse zeigten sich für das 24-Stunden-Mittel und den Zeitpunkt
der morgendlichen Akrophase. Unsere Daten deuten auch darauf hin, daß trotz des stärkeren
Hinflusses sozialer Faktoren beim Menschen dennoch die zirkadiane Rhythmik von genetischen
Faktoren gesteuert wird.
