Stress ist ein allgegenwärtiges Phänomen im modernen Leben. Obwohl akuter Stress in bestimmten Situationen von Vorteil sein kann, kann chronischer Stress erhebliche Auswirkungen auf das Gehirn haben, insbesondere auf den Hippocampus, eine Region, die für Lernen und Gedächtnis unerlässlich ist. Dieser Artikel untersucht die komplexen Zusammenhänge zwischen Kortisol, der Hippocampus-Aktivität und den Folgen von chronischem Stress.
Einführung
Stress ist eine natürliche Reaktion des Körpers auf Herausforderungen und Bedrohungen. Diese Reaktion beinhaltet die Aktivierung der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse (HPA-Achse), die zur Freisetzung von Stresshormonen wie Kortisol führt. Kortisol spielt eine entscheidende Rolle bei der Mobilisierung von Energiereserven und der Steigerung der Aufmerksamkeit, um dem Körper bei der Bewältigung von Stressoren zu helfen. Allerdings können anhaltend erhöhte Kortisolspiegel schädliche Auswirkungen auf das Gehirn haben, insbesondere auf den Hippocampus.
Die Rolle von Neurotransmittern bei Stress
Neurotransmittersysteme spielen eine zentrale Rolle bei der Signalübertragung im Gehirn. Ein optimaler Neurotransmitterspiegel ist entscheidend für eine effiziente Signalübertragung. Neurotransmitter werden von der präsynaptischen Nervenzelle in den synaptischen Spalt freigesetzt und von den Rezeptoren der postsynaptischen Synapse aufgenommen. Der Körper reguliert die Neurotransmitterspiegel durch Downregulation und Upregulation, um ein Gleichgewicht zu gewährleisten.
Downregulation und Upregulation
Dauerhafter Stress kann zu einer verringerten Sensibilität von Rezeptoren führen (Downregulation). Dies ist ein Anpassungsmechanismus des Körpers, um überschießende Neurotransmitter- oder Hormonspiegel auszugleichen. Umgekehrt reagieren Rezeptorsysteme auf langfristig zu niedrige Spiegel mit einer Erhöhung der Rezeptoranzahl (Upregulation). Diese Mechanismen sind vergleichbar mit denen, die bei Nikotin-, Alkohol- oder Drogenmissbrauch auftreten.
Auswirkungen auf ADHS
Bei ADHS-Betroffenen kann chronischer Stress die Symptome verstärken. ADHS könnte in der Außenwirkung auch als extreme Überempfindlichkeit der Stresssysteme beschrieben werden. ADHS-Gene und zusätzlicher chronischer Stress können gemeinsam eine Verstärkung der Symptome bewirken. Es ist denkbar, dass ein subklinisches ADHS durch hinzutretenden chronischen Stress den Schweregrad einer ADHS-Störung erreicht. Die Entwicklung eines Bewusstseins, dass chronischer Stress ihr ärgster Feind ist, dürfte für ADHS-Betroffene therapeutisch hilfreich sein.
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Cortisol und Stresssymptome
Cortisol vermittelt nach seiner Ausschüttung zunächst die Stresssymptome, indem es viele Organe und Gehirnbereiche alarmiert. Bei lang anhaltendem Stress sind die (Gluco-)Corticoidrezeptoren aufgrund Downregulation weniger sensibel, wodurch die Abschaltung der Stresssysteme ausbleibt und die CRH-Werte dauerhaft überhöht bleiben.
Glutamat und GABA
Eine Downregulation von Glutamatrezeptoren deutet auf einen überhöhten Glutamatspiegel hin, was mit der Tatsache übereinstimmt, dass chronischer Stress den GABA-Spiegel verringert.
Anhedonie und Depression
Chronischer unvorhersehbarer milder Stress kann zu Anhedonie führen, einem typischen Depressionssymptom. Studien haben gezeigt, dass stressresiliente Ratten eine Downregulation von D2-Rezeptoren im gesamten Gehirn aufweisen, während stressempfindliche Ratten keine Veränderung der Rezeptor-mRNA-Expression zeigen.
Langzeitpotenzierung (LTP) und Stress
Wird eine Nervenzelle in bestimmter Weise synaptisch erregt, kann eine länger andauernde Potenzierung der synaptischen Übertragung entstehen (Long-term-potentiation = LTP). Bei Stress wird im Hypothalamus das Stresshormon CRH freigesetzt. Erhöhte Dosen von CRH über längere Zeit bewirken, dass die erregende Wirkung sich dauerhaft manifestiert. Eine dauerhaft erhöhte Menge an CRH entkoppelt jedoch die Noradrenalin-Freisetzung auf Dauer vom phasischen Stimulus. Daneben steigt die stressbedingte Noradrenalinausschüttung mit der Häufigkeit einer Stresserfahrung. Eine dauerhaft überhöhte Freisetzung von CRH und/oder Corticosteroiden (Cortisol) führt zugleich zu einer Rückbildung dieser Rezeptoren (Downregulation).
Auswirkungen von Stress auf die Genexpression
Stress hat je nach Dauer unterschiedliche Auswirkungen auf ein und dasselbe Gen. Bei Stress sind vornehmlich die Katecholamin-Neurotransmittersysteme betroffen. Das TYH-Gen reguliert die Tyrosinhydroxylase, die in den Nebennieren und im Gehirn produziert wird. Tyrosinhydroxylase (TYH) ist das Enzym, das die Umwandlung der Aminosäure L-Tyrosin in die Aminosäure Levodopa katalysiert, aus dem Adrenalin, Dopamin und Noradrenalin entstehen. Je nach Dauer des Stresses wird das TYH-Gen somit anders exprimiert. High-Stress-Responder und Low-Stress-Responder unterschieden sich weiter anhand der funktionellen Konnektivität in einem Netzwerk zwischen Hirnstamm und limbischen System.
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ΔFosB und chronische Stimulation der Belohnungsschaltkreise
ΔFosB (DeltaFosB) ist eine verkürzte Form des Transkriptionsfaktors FosB und gilt als molekularer Marker für eine chronische Stimulation der Belohnungsschaltkreise, stressbedingte Neuroplastizität und Sensibilisierung für Psychostimulanzien. Direkt nach singulärem Stress ist ΔFosB kaum nachweisbar, summiert sich aber aufgrund seiner Langlebigkeit nach wiederholtem sozialem Stress oder wiederholter Drogengabe erheblich auf.
Auswirkungen von Stress auf die Amygdala
Bei Dauerstress wird die Serinprotease “tissue-plasminogen factor” in der Amygdala vermehrt exprimiert. Es ist empirisch anerkannt, dass Stress eine (Mit-)Ursache von Angst- und Furchtstörungen ist.
Der Hippocampus: Eine zentrale Schaltstelle für Lernen und Gedächtnis
Der Hippocampus ist eine der empfindlichsten und formbarsten Regionen des Gehirns und sehr wichtig für Lern- und Gedächtnisprozesse. Innerhalb des Hippocampus werden Signale vom entorhinalen Cortex an den Gyrus dentatus durch die Verbindungen zwischen dem Gyrus dentatus und den pyramidalen Neuronen CA3 geroutet. Ein einzelnes Neuron adressiert im Durchschnitt 12 CA3-Neuronen, wobei jedes CA3-Neuron über Axon-Kollaterale im Schnitt 50 weitere CA3-Neuronen sowie 25 inhibitorische Zellen adressiert. Ein moderater Anstieg von Cortisol unterstützt die Gedächtnisbildung durch erhöhte Erregung des Hippocampus.
Auswirkungen von frühem Stress auf das Hippocampusvolumen
Erwachsene, die als Kinder frühe intensive Stresserfahrungen erlitten haben, zeigen eine Verringerung des Hippocampusvolumens. Langanhaltender massiver Stress bewirkt eine Verkleinerung des apikalen Dendritenbaums von Pyramidenzellen in den Regionen CA1 und CA3 des Hippocampus. Dauerstress verringert die Transkription des Zelladhäsionsmoleküls NCAM-140.
Glucocorticoide und Neurogenese
Glucocorticoide (Cortisol), exzitatorische Aminosäuren und N-Methyl-D-Aspartat (NMDA)-Rezeptoren sind an der Beeinträchtigung der Neurogenese von Zellen im Gyrus dentatus (Teil des Hippocampus) sowie am neuronalen Tod durch Anfälle und Ischämie von Zellen im Gyrus dentatus beteiligt. Der menschliche Hippocampus erleidet bei einer Reihe von Störungen, zu denen die genannten gehören, eine selektive Atrophie, begleitet von Defiziten in der deklarativen, episodischen, räumlichen und kontextuellen Gedächtnisleistung. Cortisol verstärkt die Wirkung des erregenden Neurotransmitters Glutamat an NMDA-Rezeptoren. Dieser Mechanismus verbessert grundsätzlich das Lernen.
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Weitere Auswirkungen von chronischem Stress
Serotoninausschüttung
Wiederholter chronischer Stress führt bei Mäusen zu Veränderungen der Serotoninausschüttung in den dorsalen Raphekernen bei akutem Stress.
Cortisolspiegel
Neben Veränderungen des dopaminergen und noradrenergen Systems zeigt lang anhaltender chronischer Stress auf Veränderungen im cortisolergen System. Chronischer Stress geht regelmäßig mit einem verringerten basalen Cortisolspiegel einher (leichter tonischer Hypocortisolismus). Bei ADHS ist der basale Cortisolspiegel ebenso verringert.
Allopregnanolon und HPA-Achse
Akuter Stress erhöht Allopregnanolon, das wiederum die HPA-Achse hemmt (wie auch Cortisol).
Circadiane Rhythmen
Wiederholter Stress führt zu Veränderungen des circadianen Rhythmus. Nur gelegentlicher Stress hat nur geringe Auswirkungen auf das Taktsystem. Es besteht offenbar eine wichtige Beziehung zwischen gestörten circadianen Rhythmen und allostatischer Belastung. Die circadiane Hauptuhr im SCN des Hypothalamus steuert alle circadianen Rhythmen in der Physiologie und im Verhalten. Daneben dienen “periphere” circadiane Uhren im ganzen Körper zur Einstellung der lokalen Zeit. Diese peripheren Uhren werden durch eine Vielzahl von Signalen (unter anderem Glucocorticoiden) mit dem SCN synchronisiert. Gestörte oder fehlende circadiane Muster können zu einer ungesunden Regulation der HPA-Achse führen und somit zur allostatischen Belastung beitragen.
Dopamin
Erhöhung des tonischen und phasischen Dopamins im Nucleus accumbens bei neuartigem unausweichlichem/unkontrollierbarem Stress. Bei chronischem Stress Abfall des tonischen Dopamins unter den Ausgangswert, bis der Stressor endet. Bei akutem (erstmaligem) Stress beginnt im Nucleus accumbens der Anstieg sofort, erreicht nach 30 bis 40 Minuten sein Maximum und kehrt nach 70 bis 80 Minuten zum Ausgangswert zurück. Bei wiederholtem oder chronischem Stress verringert sich der Anstieg im Nucleus accumbens bis auf Null und weiter hin zu einer Dopaminverringerung mit einem Maximum binnen 80 bis 120 Minuten. Im mPFC zeigte sich auf akuten Stress ein Dopaminanstieg während des Stresses und ein nochmaliger Anstieg ach Ende des Stressors. schon eine einmalige Stresserfahrung erhöht nicht nur einmalig die Dopaminausschüttung im ventralen Tegmentum (VTA), sondern erhöht zusätzlich die Bereitschaft der dopaminergen Zellen im VTA, bei künftigen Stresserfahrungen Dopamin auszuschütten. Dopamin kann die Blut-Hirn-Schranke nicht überwinden.
Mikroglia
Ein einzelner 8-stündiger Immobilitätsstress veränderte die Morphologie von Mikrogliazellen hin zu intensiveren und größeren Zellkörpern in Substantia nigra und Locus coeruleus. Diese Reaktion der Mikroglia blieb auch bei 16 Wochen andauerndem chronischem Stress bestehen.
Resilienz entwickeln
Resilienz ist die Fähigkeit, auf die kleinen und großen Belastungen des Lebens schnell, anpassungsfähig und flexibel zu reagieren. Sie ist von Natur aus in uns allen angelegt. Unsere inneren Stärken und Ressourcen bilden die Grundlage für unsere psychische Widerstandskraft. Es ist wichtig, sich auf positive Erfahrungen in schwierigen Situationen zu besinnen, wie Erfolge, Mut, Zufriedenheit, Ruhe, Freude, Sicherheit, Vertrauen, Mitgefühl, Anpassungsfähigkeit, Offenheit, Zuversicht, Kompetenz. Wir können nicht immer die äußere Situation ändern, aber mehr mentale Ressourcen und Stärken in uns identifizieren, die uns helfen, mit schwierigen Situationen besser umzugehen, so dass sie weniger belastend sind.
Stress und Gedächtnisfunktion bei Diabetes
Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass Störungen der Gedächtnisfunktion und eine Überaktivität des Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrindensystems (sog. HPA-Achse) häufige Befunde bei einer Diabeteserkrankung sind. Personen mit Typ 2 Diabetes wiesen im Durchschnitt höhere Cortisol-Spiegel auf. Dabei kletterten die Cortisol-Werte umso stärker, je höher der Blutzuckerlangzeitwert HbA1c lag. Parallel zur Erhöhung der Cortisol-Spiegel stellten die Forscher auch Störungen des Langzeitgedächtnis fest.
Neuronale Netzwerke und Stressreaktion
Zahlreiche ineinandergreifende neuronale Netzwerke im Gehirn kontrollieren die individuelle Anpassung auf belastende Situationen. Menschen, die unter stressbedingten Erkrankungen leiden, zeigen häufig Veränderungen in einer spezifischen Region im Gehirn, dem Hippocampus. Eine stärkere funktionelle Verbindung zwischen speziellen Regionen des limbischen Systems im Gehirn kann möglicherweise die hormonelle Stressreaktion unter Belastung bremsen.
Auswirkungen von Stress in verschiedenen Lebensphasen
Bereits vor der Geburt macht sich konstante Belastung bemerkbar. Litten Mütter während der Schwangerschaft unter Angstzuständen oder Depressionen, haben ihre Kinder häufiger eine hyperaktive Stressachse. Schlimme Erlebnisse und psychische Belastung in der Kindheit können also das Stresssystem entscheidend beeinflussen. "Chronischer Stress kann in diesem Areal dazu beitragen, dass Nervenzellen degenerieren, ja sogar abgetötet werden." In der Jugend ist die Hirnregion dann vorschnell ausgereift - ein Selbstschutzreflex, der vor weiterer psychischer Anspannung schützen soll. Auf Bedrohung programmiert Jede Hirnregion reagiert anders auf den psychischen Dauerstrom: Anders als der Hippocampus und der frontale Kortex vergrößert sich die Amygdala unter Stressbelastung.
Cortisolspiegel und kognitive Defizite
Studien haben gezeigt, dass Menschen mit hohen Cortisolwerten ein verringertes Großhirnvolumen aufweisen; betroffen waren vor allem Parietal- und Frontallappen. Allerdings ergaben sich signifikante Differenzen nur für Frauen. Beim Hippocampusvolumen sahen die Forscher weder für Frauen noch Männer Unterschiede in Abhängigkeit von den Kortisolspiegeln.
Die Stressreaktion und ihre Auswirkungen
Unser Körper ist darauf eingerichtet, uns so gut wie möglich vor Gefahren zu schützen. Das Gehirn spielt dabei eine maßgebliche Rolle. Die Amygdala steuert - zusammen mit anderen Hirnregionen - unsere psychischen und körperlichen Reaktionen auf stress- und angstauslösende Situationen. Um die Kampf- und Fluchtreaktion auszulösen, nutzt die Amygdala zwei Wege: den schnelleren Weg über das sympathische Nervensystem und den langsameren Weg über den Hypothalamus. Zusammen sorgen die Hormone und das sympathische Nervensystem dafür, dass unser Körper mehr Sauerstoff und Energie bekommt, um schnell zu handeln.
Stress und Gedächtnis
Die Amygdala setzt nicht nur die Stressreaktion in Gang, sondern veranlasst auch den Hippocampus, sich die stressauslösende Situation gut zu merken. Chronischer Stress kann die Zellfortsätze im Hippocampus schädigen, was sich negativ auf das Gedächtnis auswirkt. Chronischer Stress kann den präfrontalen Cortex verändern, so dass es schwieriger wird, sinnvolle Entscheidungen zu treffen.
Eingebaute Stressbremse
Zum Glück regen wir uns meistens nach Stress auch wieder ab. Dabei hilft eine eingebaute Stressbremse. Ist nämlich das Stresshormon Kortisol in ausreichendem Maß im Blut vorhanden, merken das bestimmte Rezeptoren im Drüsensystem und im Gehirn, die Glucocorticoidrezeptoren. Daraufhin stoppt die Nebennierenrinde die Produktion von weiterem Kortisol. Das parasympathische Nervensystem - der Teil des Nervensystems, der unseren Körper zur Ruhe kommen lässt - wird aktiv. Wir werden wieder ruhiger und entspannen uns.
Frühe traumatische Erfahrungen
Intensiver Stress in der frühen Kindheit kann die Arbeitsweise von Genen, die an der Stressreaktion beteiligt sind, so beeinflussen, dass Stresshormone schneller und intensiver ausgeschüttet werden. Dieser Effekt bleibt lebenslang bestehen.
Stress und Gedächtnisleistung
Stress beeinflusst durch die Ausschüttung von Hormonen die Gedächtnisleistung - und das je nach Situation positiv oder negativ. Moderater Stress kann das Lernen fördern, dauerhaft unter Strom zu stehen, mindert jedoch die Gedächtnisleistung. Ist der Stress zu stark, können sich Erlebnisse regelrecht ins Gedächtnis einbrennen. Unter Stress verstärkt das Hormon Cortisol den Effekt emotionaler Erinnerungen. Cortisol passiert die Bluthirnschranke und beeinflusst die Neurone im Gehirn direkt, die beiden anderen Hormone stimulieren den Vagusnerv, der wiederum die Noradrenalin-Ausschüttung im Gehirn verändert. Die Hormone beeinflussen so auch das Gedächtnis. Dabei kann Stress das Gedächtnis jedoch nicht nur blockieren und zu einem Blackout führen, sondern auch verbessern.
Chronischer Stress und das Gehirn
Läuft der Körper ständig auf Hochbetrieb, kann dies das Gehirn verändern. Dauerstress kann dazu führen, dass Neurone ihre Verbindungen abbauen, wodurch sich die Gedächtnisleistungen verschlechtern. Forscher untersuchen stattdessen Menschen in belastenden Berufen, um die Auswirkungen von chronischem Stress zu verstehen. Wer die Erkenntnisse der Stressforschung für sich nutzen möchte, tut also gut daran, dauerhaften Stress zu vermeiden. Auch wenn man versucht, sich an etwas zu erinnern, sollte man lieber einmal tief durchatmen, anstatt in Panik auszubrechen.
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