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08.10.2015 16:13:41
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Rätsel Schlaf: der kleine Tod als Helfer des Lebens

Wir erfahren, warum die Zwischenstufe zwischen Leben und Tod eine wichtige, unerlässliche und sehr produktive Phase unseres Lebens ist. Die Tag-Nacht-Uhr.

Vorwort der Redaktion

Nach einem Homer (ca. 850 v. Chr.) zugeschriebenen Text nannte er den Schlaf "Der kleine Bruder des Todes". Buddha (Siddhartha Gautama, ca. 500 v. Chr.) hat den Schlaf als "den kleinen Tod" bezeichnet und den Schlaf quasi als geistige Wiedergeburt gesehen. Im Koran ist der Schlaf eine Art Tod: "Allah nimmt die Seelen zu Sich zur Zeit ihres Todes, und diejenigen, welche nicht sterben, in ihrem Schlaf. Und diejenigen, über die Er den Tod verhängt hat, behält Er zurück, und sendet die andern zurück bis zu einem bestimmten Termin." Aus Sure 39, Vers 42 (43) Koranausgabe von Reclam Nr. 4206, 2008, S. 446.

Schlafendes Katzenbaby, männlich. Bild von Watchduck, Wikipedia, public domain.

Schlafstörungen können eine Person sehr einschränken. Man unterscheidet Aufwachstörungen, Störungen des Schaf-Wach-Übergangs, REM-Schlaf-assoziierte Parasomnien und andere Parasomnien.

Jedes Bild lässt sich gross klicken.

Aufwachstörungen sind. z.B. SchlaftrunkenheitSchlafwandeln oder Pavor nocturnus; zu Störungen des Schaf-Wach-Übergangs gehören stereotypische Bewegungsstörung, Einschlafzuckungen, Sprechen im Schlaf und nächtliche Wadenkrämpfe oder  Spasmen der Muskulatur; REM-Schlaf-assoziierte Parasomnien nennt man Albträume, Schlafparalyse (Narkolepsie und Kataplexie), Krankheiten des Penis, die sich in der Nacht zeigen, REM-Schlaf abhängige Asystolie (Sinus-Arrest) und Verhaltensstörung im REM-Schlaf; andere Parasomnien sind Bruxismus, Enuresis nocturna, somatoforme Störungen, nächtliche paroxysmale Dystonie, plötzlich eintretender Tod, primäres Schnarchen, kindliche Schlafapnoe, Plötzlicher Kindstod, Benigner neonataler Schlafmyoklonus etc.

"Der kleine Tod" (la petite mort) hingegen bedeutet zumindest heute den Orgasmus. In manchen Interpretationen ist aber der Schlaf der kleine Tod in dem das Unbewusste an die Oberfläche kommt. Beides hat mit Kontrollverlust zu tun, beides ist "produktiv". Hingegen kann das Gefühl "der kleine Tod" bei einem Ende einer Liebe oder tiefen Freundschaft aufkommen.

Rainer Maria Rilke hat in Das Stundenbuch geschrieben:

"Ich kann nicht glauben, daß der kleine Tod,
dem wir doch täglich übern Scheitel schauen,
uns eine Sorge bleibt und eine Not.
Ich kann nicht glauben, daß er ernsthaft droht;
ich lebe noch, ich habe Zeit zu bauen:
mein Blut ist länger als die Rosen rot."

Der Link zum Thema Schlaf bei Wikipedia ist sehr aufschlussreich und zeigt wie wichtig Schlaf für uns ist. Schlafentzug ist eine Folter. Was ist der Grund, dass selbst Insekten und Würmer den Schlaf brauchen? Wir wissen zwar nun, dass Gene dafür verantwortlich sind und haben auch schon einige Aufgaben solcher Gene entschlüsselt, doch das Rätsel ist nicht gelöst.

Trotzdem ist die nachfolgende Arbeit spannend. Sie zeigt uns auch wie wichtig "gesunder Schlaf" ist.

Wir danken Prof. Dr. Gottfried Schatz für die Zustellung seiner Arbeit zwecks Veröffentlichung bei uns - nach Erscheinung bei der NZZ.

Rätsel Schlaf: der kleine Tod als Helfer des Lebens

Ölgemälde Nachtmahr von Johann Heinrich Füssli.

Das Bild findet sich gemäss Wikipedia unter Nightmare im Detroit Institute of Arts und unter Albtraum anders ausgerichtet, kleiner und mit 1802 versehen sei es im Goethehaus (Frankfurt). Johann Heinrich Füssli war ein Maler aus der Schweiz, der seine längste Zeit als Henry Fuseli in England wirkte. Das Bild stammt ursprünglich von einer DVD 2002 von Directmedia Publishing GmbH.

Ölmalerei auf Leinwand von Johann Heinrich Füssli (1741-1825) aus 1781 genannt Nachtmahr. Das heisst Albtraum (Alptraum, Albdruck, Nachtschaden) oder Nightmare (engl.). Die Namen stehen für einen Traum, der von negativen Emotionen wie Angst und Panik begleitet ist.

Gemäss Hermann Alexander Diels (1848-1922) in Die Fragmente der Vorsokratiker (17. ed. 1974, S. 171) finden wir die folgende Aussage des griechischen Philosophen Heraklit von Ephesos: "Die Wachenden haben eine einzige und gemeinsame Welt, doch im Schlummer wendet sich jeder von dieser ab in seine eigene".  Für Heraklit war der Schlaf eine Zwischenstufe zwischen Wachen und Tod.

Schlaf ist eine der wichtigsten Verhaltensformen von Mensch und Tier, doch wir wissen noch immer nicht, warum wir schlafen. Selbst zweieinhalb Jahrtausende nach Heraklit bleibt Schlaf eines der grossen ungelösten Rätsel der Biologie.

Schlaf verringert die Reaktion auf Umweltreize, führt zu charakteristischen elektrischen Gehirnsignalen und lässt sich, im Gegensatz zu Ohnmacht (Synkope) oder Winterschlaf, leicht beenden. Verhindert man ihn, so entwickeln Menschen und Tiere ein Schlafdefizit (Link zu Spiegel), das sie so rasch als möglich durch längeres und intensiveres Schlafen zu tilgen versuchen. Da selbst Skorpione, Fliegen und Küchenschaben diesem Schlafgebot gehorchen, dürfte sich das Schlafbedürfnis bereits vor mehr als einer halben Milliarde Jahre entwickelt haben.

Doch woraus hat es sich entwickelt? Wahrscheinlich aus der jedem Lebewesen innewohnenden Tag-Nacht-Uhr, die Stoffwechsel und Verhalten an die Umdrehung der Erde koppelt. Diese Tag-Nacht-Uhr findet sich bereits in einfachen Bakterien und ruft sich jedes Mal in unser Bewusstsein, wenn wir mehrere Zeitzonen überflogen haben und deswegen am helllichten Tag todmüde sind.

Die zwei Regelkreise

Das Herzstück der Tag-Nacht-Uhr ist ein dicht gepacktes Nervenbündel tief in unserem Gehirn, in dem sich Gene im 24,4-Stundentakt gegenseitig an- und abschalten und so den Ausstoss von Schlafhormonen (Melatonin, Somatropin) aus dem Gehirn steuern. Diese „Zentraluhr“ tickt zwar etwas langsamer als ein Tag-Nacht-Zyklus, wird aber durch Lichtsignale aus unseren Augen täglich neu auf einen 24-Stunden Zyklus eingestellt. Unsere Tag-Nacht-Uhr ist dafür verantwortlich, dass wir nachts schlafen und tagsüber aktiv sind.

Das Ausmass unseres Schlafbedürfnisses steuert jedoch ein zweiter Regelkreis, von dem wir noch sehr wenig wissen. Er bestimmt, dass ein neugeborenes Menschenkind bis zu 17 Stunden täglich schläft, ein sechsjähriges Schulkind 9 bis 11 Stunden und ein Erwachsener durchschnittlich 7 bis 9 Stunden.

Im Alter nimmt das Schlafbedürfnis nicht ab, doch der Schlaf ist meist leichter und Wachperioden unterbrechen ihn öfters. Da in unserer westlichen Gesellschaft nur etwa jeder zweite Erwachsene sein Schlafpensum erfüllt, leiden viele Menschen an chronischem Schlafdefizit. Dieses beeinträchtigt Kommunikations-, Entscheidungs- und Lernfähigkeit, den Hormonstoffwechsel sowie die Wirksamkeit des Immunsystems.

Schlafentzug und Schlafgene

Bei Bienen führt Schlafentzug zu Unregelmässigkeiten im Tanz, der den Stockgenossinnen die Flugrichtung zu einer Futterquelle weist. Für Mensch und Tier sichert Schlaf also die Lebenskraft. Ein Schlafentzug von 2 bis 3 Wochen ist für Ratten und Fliegen tödlich, wobei die Tiere Wunden entwickeln und ihr Futter nicht mehr verwerten können. Mir sind aber keine gesicherten Hinweise dafür bekannt, dass längerer Schlafentzug auch für Menschen tödlich ist.

Schlafendes Kind, Foto durch Alessandro Zangrilli. Public domain. Auszug aus Wikipedia zu Schlaf: "Schlaf ist ein Zustand der äußeren Ruhe bei Menschen und Tieren. Dabei unterscheiden sich viele Lebenszeichen von denen des Wachzustands. Puls, Atemfrequenz und Blutdruck sinken bei Primaten und höheren Lebewesen im sogenannten NREM-Schlaf ab und die Gehirnaktivität verändert sich."
Fortsetzung Wikipedia: "Das Schließen der Augen sowie die Erhöhung der Spannung der Mittelohrmuskulatur während des NREM-Schlafs unterstützt diese FunktionIm sogenannten REM-Schlaf, auch als „paradoxer Schlaf“ bezeichnet, finden sich hingegen Zustände, die denen des Wach-Seins ähneln, insbesondere eine erhöhte Gehirnaktivität (an Träume aus dieser Phase erinnert man sich am häufigsten) und ein Anstieg von Herz- und Atemfrequenz sowie des Blutdrucks. Ausgenommen von diesem „aktiven Schlafzustand“ ist die Muskulatur, die im REM-Schlaf blockiert wird (Schlafparalyse)."

Das Schlafbedürfnis ist von Mensch zu Mensch stark verschieden und dürfte zum Teil von Genen gesteuert sein, denn genetisch identische eineiige Zwillinge gleichen sich in ihren Schlafgewohnheiten und der Art ihres Schlafes, während dies für zweieiige Zwillinge nicht zutrifft.

Siehe auch Zwillingsforschung und die Fälschungen durch den Psychologen Cyril Lodowic Burt (1883-1971). Aber auch die Kritik an ihm, die erst ab 1974 als Burt-Affäre begann, ist umstritten und nicht endgültig bewiesen.

Nur etwa 5 % aller Menschen kommen langfristig mit 6 Stunden Schlaf aus. Vor einigen Jahren fanden Forscher jedoch eine Familie, in der sowohl die Mutter als auch die Tochter nur 6,5 Stunden, die anderen Familienmitglieder hingegen die üblichen 8 Stunden schliefen. In Mutter und Tochter war ein Gen verändert, das die Forscher DEC2 (Link BHLHE41 in engl.) tauften. Pflanzt man diese menschliche Genvariante Mäusen ein, verringert es auch deren Schlafbedürfnis.

Ein dem DEC2 eng verwandtes Gen findet sich auch in Fruchtfliegen, bei denen es Teil der Tag-Nacht-Uhr ist. Deswegen vermuten Forscher, dass sich der Regelkreis für das Schlafbedürfnis aus der Tag-Nacht-Uhr entwickelt hat. Vielleicht war es für unsere fernen biologischen Vorfahren von Vorteil, dank diesem neuen Regelkreis die strenge Diktatur der Tag-Nacht-Uhr kurzfristig unterlaufen zu können.

Nicht nur DEC2 allein steuert das Schlafverhalten von Mensch und Tier, sondern sehr wahrscheinlich sind es Dutzende oder Hunderte von Genen, die das steuern. Zwei von ihnen beeinflussen in Fliegen die elektrische Signalübertragung in Nervenzellen. Verändert oder zerstört man diese Gene, verringert sich das Schlafbedürfnis der Fliegen bis hin zu völliger Schlaflosigkeit.

Das Geheimnis gilt es noch zu entziffern

Die Entdeckung von „Schlafgenen“ hat zwar die Tür zum Geheimnis des Schlafs einen Spaltbreit geöffnet, doch es wird wohl noch lange dauern, bis wir alle am Schlaf beteiligten Gene aufgespürt haben und ihre Wirkungsweise verstehen. Wissenschaft ist jedoch geduldig; hat sie einmal ihren Fuss in einer Tür, lässt sie nicht mehr locker, bis sie diese ganz geöffnet und die von ihr gehüteten Geheimnisse gelüftet hat.

Säugetiere des Meeres und Vögel schlafen abwechselnd mit nur einer Gehirnhälfte. Wale und Delphine können so auch während des Schlafs zum Atemschöpfen auftauchen und einige Vögel wahrscheinlich auch während des Fluges schlafen. Dabei öffnen diese Tiere nur das Auge, das mit der jeweils wachen Gehirnhälfte verbunden ist. Schlafende Delphine richten es gegen das Innere des Rudels, vielleicht um zu verhindern, dass einzelne Mitglieder es verlassen und in Gefahr geraten.

Foto junger Waschbär (Common Raccoon) von Dmytro S. in Indiana, USA. Public domain.

Winterruhe ist nicht zu verwechseln mit Winterschlaf. Winterruhe halten: Braunbär, Marderhund, Waschbär, Dachs, einige Fledermäuse und Eichhörnchen.

Zum Thema Tag-Nacht-Uhr bzw. Chronobiologie siehe circadiane Rhythmik zum Schlaf-Wach-Rhythmus bzw. Tag-Nacht-Zyklus. Wir gehören auch verschiedenen Chronotypen an.

Die meisten Tiere schlafen jedoch mit beiden Gehirnhälften und sind dabei vermehrt Bedrohungen ausgesetzt. Warum hat die Evolution dieses gefährliche Verhalten nicht ausgemerzt? Könnte es sein, dass unser Gehirn seine Energiereserven im Schlaf wieder aufstockt? Es ist unser energiehungrigstes Organ: Obwohl es nur 2 % unseres Körpergewichts ausmacht, verbraucht es 20 % unserer Körperenergie.

Dieser Erklärung steht allerdings entgegen, dass der Energieverbrauch unseres Gehirns während der Schlafphasen, in der wir am häufigsten träumen und unsere Augen hinter geschlossenen Lidern lebhaft bewegen, nicht absinkt, sondern ansteigt. Eine andere Möglichkeit wäre, dass das schlafende Gehirn schädliche Stoffwechselprodukte, die sich während des Wachens anhäufen, wieder entfernt. Im Schlaf vergrössert sich der Abstand zwischen den Gehirnzellen, was eine Spülung des Gehirns durch zirkulierendes Nervenwasser erleichtern könnte.

Die interessanteste Erklärung für das Schlafbedürfnis ist jedoch, dass ein schlafendes Gehirn im Wachzustand Erlebtes wiederholt und konsolidiert, Nebensächliches hingegen löscht und so Platz für neue Erinnerungen schafft. Wenn wir etwas erleben oder lernen, bilden die Nervenzellen unseres Gehirns untereinander neue Verknüpfungen aus, die sie dann mit jeder Wiederholung des Erlebten oder Erlernten verstärken.

Erlernt eine Ratte das Durchlaufen eines Labyrinths, tauschen in ihrem Gehirn Hunderte von Nervenzellen in einem bestimmten Rhythmus elektrische Signale aus und speichern so die erlernte Weg-Information. Schläft die Ratte dann, wiederholen die gleichen Nervenzellen das gleiche Zwiegespräch im gleichen Rhythmus immer und immer wieder - und teilweise viel schneller als im Wachzustand.

Am nächsten Morgen erinnert sich das ausgeschlafene Tier an das Gelernte und durchläuft das Labyrinth ohne Mühe. Weckt man es jedoch während des Konsolidierungsprozesses, vergisst es den Weg. Versuche an Menschen sind zwar weniger eindeutig, sprechen aber dennoch dafür, dass Schlaf es auch unserem Gehirn erlaubt, das im Wachen erworbene Wissen entweder zu löschen oder langfristig zu speichern.

Träume, ein weiteres Rätsel

Gemälde "Der Traum des Ritters" von Antonio de Pereda aus 1650. Bild Der Traum des Ritters (El sueño del caballero) von Antonio de Pereda (1611–1678) von 1650. Findet sich in der Royal Academy of Fine Arts of San Fernando.

Und wie steht es mit unseren Träumen? Sie beflügeln seit Urzeiten unsere Phantasie und bergen auch heute noch viele Rätsel. Der Begründer der Psychoanalytik, Siegmund Freud (1856-1939), sah in den Träumen einen Versuch, unbewältigte Erlebnisse und Sehnsüchte zu verarbeiten. Vielleicht entspringen die Träume aber nur zufälligen elektrischen Nervensignalen, die uns irrationale und phantastische Vorgänge vorspiegeln, welche unser Grosshirn (Telencephalon) dann so gut wie möglich zu einer zusammenhängenden Geschichte verarbeitet.

Schlaf ist ein Zufluchtsort, den wir oft herbeisehnen, wenn das Wachen uns bedrückt. Und das Niemandsland zwischen Wachen und Schlafen kann uns die Welt in wundersamer Verwerfung widerspiegeln und unerwartete Zusammenhänge offenbaren. Wird das Dunkel dieser Zufluchtsorte bald dem hellen Licht der Wissenschaft weichen müssen?

Der renommierte Schlafforscher William Charles Dement bezweifelt dies mit folgenden Worten: „Soweit ich weiss, gibt es nur einen einzigen wirklich gesicherten Grund, warum wir schlafen müssen: wir werden schläfrig.“ Das Reich des Schlafs wird sein geheimnisvolles Dunkel wohl noch lange bewahren.

Redaktion:

In etwas anderer Form ist dieser Beitrag bei der Neue Zürcher Zeitung (NZZ) am 24. August 2015 auf Seite 27 im Feuilleton erschienen. Der Titel heisst dort Rätsel Schlaf mit Untertitel: Nicht der "Bruder des Todes", sondern ein Helfer des Lebens.

Dr. Gottfried Schatz, geb. 1936, emeritierter Professor der Universität Basel, ist Biochemiker.
Wikipedia: "Gottfried Schatz war führend an der Aufklärung der Bildung von Mitochondrien beteiligt und ist Mitentdecker der mitochondrialen DNA.[4] Seine Erkenntnis, dass diese DNA jedoch nur für einige wenige Proteine kodiert, war ausschlaggebend für seine weiteren Forschungen, die sich mit den Import von Proteinen in die Mitochondrien und den Abbau von Proteinen innerhalb der Mitochondrien beschäftigten.

Etwas über seine Werke und Bücher finden Sie am Schluss des Beitrags Der Sinn des Lebens, Naturwissenschaft und Glaube-Religion. Ebenfalls finden Sie bei diet-health.info seinen Beitrag Epigenetik: Wir beeinflussen unsere Gene und die anderer.

Mit grossem Bedauern habe ich kurz vor der hier veröffentlichten Version seines Beitrages erfahren, dass Gottfried Schatz am 1. Oktober 2015 nach schwerer Krankheit verstorben ist. Er hatte sich bei meinen Zusatzfragen zu diesem Beitrag so ausgedrückt, dass er sich noch einer Therapie unterziehe, die ihm hoffentlich einige Monate weiteres Leben bescheren würde.

Wissenschaftliche Untersuchungen zum Schlaf

Professor Dr. med. Chiara Cirelli von der University of Wisconsin in Madison untersuchte als Neurowissenschaftlerin erfolgreich den Schlaf und publizierte ab 2003. Gemeinsam mit ihrem langfristigen Mitarbeiter, Dr. Giulio Tononi hat Dr. Cirelli eine umfassende Hypothese über die Funktion des Schlafes entwickelt. Danach renormiert Schlaf die synaptische Stärke als ein Gegengewicht zu einem Nettozuwachs von synaptischer Stärke aufgrund von neuronaler Plastizität im Wachzustand.

Sie entwickelte eine Kombination der molekularen und genetischen Verfahren und konnte hunderte von Genen finden, deren Expression im Schlaf Veränderungen in Neuronen und Gliazellen bewirkten. In einem zweiten, komplementären Ansatz fand Dr. Cirelli durch eine gross angelegte Mutagenese-Untersuchung verschiedene Phänotypen der Drosophila mit Resistenz gegen Schlafentzug. Siehe auch genetischer Fingerabdruck.

Mit ihrem Team hat sie an Mäusen untersucht, wie sich Schlaf- und Wachphasen auf Oligodendrozyten auswirken. Diese Helferzellen umhüllen im gesunden Gehirn und als Reaktion auf eine Verletzung die Zellfortsätze von Neuronen mit Myelin. Das ist eine Isolierschicht aus Fett und Protein, die erst eine schnelle Signalübertragung ermöglicht: Dank den sogenannten Myelinscheiden «hüpfen» die elektrischen Impulse den Zellfortsätzen entlang.

Cirelli und ihre Kollegen konnten mit ihrer neuartigen Methode namens Trap die Genaktivität in zuvor definierten Zelltypen untersuchen. Davor war bekannt, dass neben dem Schlaf-Wach-Zyklus auch die Tageszeit einen Effekt auf die Genexpression von Gehirnzellen hat. Deshalb verwendete das Team auch eine Kontrollgruppe mit Mäusen, die man in den üblichen Schlafenszeiten wach hielt. Dazu genügte ein Laufrad im Käfig. Es zeigte sich, dass bei den Oligodendrozyten von schlafenden Mäusen Gene für die Bildung von Myelin eingeschaltet waren. Das lässt vermuten, dass vor allem im Schlaf Myelinscheiden zum Aufbau kommen. Im Gegensatz dazu waren im Wachzustand Gene aktiv, die mit zellulärem Stress und Zelltod zusammenhängen. Siehe programmierter Zelltod und Apoptose.

Es zeigte sich zudem, dass während des Schlafs doppelt so viele Vorläuferzellen für Oligodendrozyten neu entstehen als während der Wachphasen. Zellen, die sich später zu Oligodendrozyten entwickeln, reproduzierten sich besonders stark während der REM-Schlafphase. Da finden auch die meisten Träume statt. Bereits nach wenigen Stunden Schlaf erhöhte sich die Zahl der Vorläuferzellen (Progenitorzelle). Bisher war man davon ausgegangen, dass dies ein viel langwierigerer Prozess sei.

Man wusste, dass sich die Aktivität von Neuronen während Schlaf- und Wachphasen verändern. Jetzt ist auch bekannt, dass auch die Weise, wie Helferzellen im Nervensystem arbeiteten, im Verlauf dieser Phasen variiert. Dr. Cirelli erkannte zudem, dass chronischer Schlafentzug Symptome der multiplen Sklerose (MS bzw. Encephalomyelitis disseminata, ED) verschlimmern kann. Bei MS attackiert und zerstört das körpereigene Immunsystem die Myelinscheide von Neuronen im Gehirn und im Rückenmark. Das führt zu verschiedenen neurologischen Störungen. Es ist noch nicht gesichert, ob bei MS-Patienten ein Zusammenhang zwischen Schlaf und der Stärke ihrer Beschwerden besteht.

Ob Disease Mongering (Krankheitserfindung) jemandem sozusagen den Schlaf stehlen kann, wäre interessant zu wissen. Das könnte man dann einen Teufelskreis nennen, den schlechter Schlaf in jedem Fall bewirkt.


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Autor
Gottfried Schatz, Bild vom Jahr 2015
Gottfried Schatz, Schweiz
Publikation

08.10.15 16:13

Geändert am

19.03.16 09:04

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