Störungen des Schlafes und des zirkadianen Rhythmus können sich auf den Stoffwechsel auswirken. Das Ziel der Studie bestand darin, die Wirkung von akutem Schlafentzug auf die Plasmaspiegel von Melatonin, Cortisol und Metaboliten zu untersuchen, um das Verständnis der Stoffwechselwege zu verbessern, die an den Prozessen im Rahmen der Schlaf-/Wachregulation beteiligt sind.
Zwölf gesunde junge Teilnehmerinnen blieben über etwa 92 Stunden unter kontrollierten Laborbedingungen in Bezug auf Körperhaltung, Mahlzeiten und Umgebungslicht (18:00 – 23:00 Uhr und 07:00 – 09:00 Uhr < 8 Lux; 23:00 - 07:00 Uhr 0 Lux (Schlafmöglichkeit) oder < 8 Lux (ununterbrochener Wachzustand); 09:00 - 18:00 Uhr ~ 90 Lux). Über 70 Stunden wurden regelmäßige Blutproben zur Messung des Plasma-Melatonins und -Cortisols sowie für eine gezielte Analyse der Metabolomik mittels Flüssigkeitschromatographie und Massenspektrometrie genommen. Es wurden Zeitpunkte zwischen 00:00 und 06:00 Uhr an Tag 1 (Baseline-Schlaf), Tag 2 (Schlafentzug) und Tag 3 (Erholungsschlaf) analysiert. Eine Bestimmung der Rhythmizität erfolgte mittels Cosinor- und MetaCycle-Analyse. Die nächtlichen Melatoninspiegel waren während des Schlafentzugs signifikant erhöht und kehrten während des Erholungsschlafs auf die Ausgangswerte zurück.
Bei den Cortisolwerten wurden keine signifikanten Unterschiede beobachtet. Von 130 quantifizierten Metaboliten im Plasma waren 41 Metaboliten über die Studiennächte hinweg signifikant verändert. Bei der Mehrheit sanken die Spiegel während des Schlafentzugs, vor allem die Phosphatidylcholine. In der Cosinor-Analyse behielten 58 Metaboliten ihre Rhythmizität über die Studientage hinweg bei, wobei bei der Mehrzahl die Phase während des akuten Schlafentzugs vorverschoben war. Diese Beobachtung unterscheidet sich von den vorherigen Beobachtungen bei Männern. Unsere Studie ist die erste, bei der ein metabolisches Profil bei Frauen während Schlafentzug und Erholungsschlaf erstellt wurde. Sie ermöglicht eine neue Sicht auf die menschliche Schlaf-/Wachregulation und die geschlechtsspezifischen Unterschiede.