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Erschöpfung ist ein prominentes, unspezifisches Symptom mit vielfältigen Begleitsymptomen (z. B. Schmerzen, Schlafstörungen, Reizbarkeit, Niedergeschlagenheit). Gängige Konzepte erschöpfungsbezogener Erkrankungen und Syndrome werden häufig in Bezug auf ihre Differenzierungskraft oder Struktur kritisiert. Die Ursachen für die Entstehung von Erschöpfung sind vielfältig und die Behandlung kann nur mit gründlicher Differentialdiagnostik erfolgen. Anhand adaptionsbezogener Stressmodelle kann die Entstehung von Erschöpfung beschrieben und in drei Formen eingeteilt werden (I: reversibel, II: prädispositioniert und III: emotional-dysregulativ). Poststress-Symptome (z. B. "Wochenend-Migräne", "UrlaubsInfekte") stellen möglicherweise eine Erschöpfungsform dar, welche durch eine zentrale Entleerung der Noradrenalin-Spiegel bedingt ist. In der vorliegenden Arbeit wurden die Verlässlichkeit der Neuropattern-Erschöpfungsskala, sowie der Zusammenhang von Erschöpfung, Stress, dem Langzeit-Gesundheitsstatus und Poststress-Symptomen geprüft. Hierzu wurden Daten ambulanter und stationärer Patienten und Mitarbeitern verwendet, die an einer randomisierten klinischen Studie zur Neuropattern-Diagnostik teilnahmen. Zusätzlich wurden Daten von gesunden Personen zur Erhebung einer Normstichprobe verwendet. Die Neuropattern-Erschöpfungsskala zeigte sich als reliables und valides Maß. Sie war Indikator für direkte, indirekte und intangible Gesundheitskosten (z. B. erhöhte Arzt-, Therapeutenbesuche, Medikamenteneinnahme und Arbeitsunfähigkeit, reduziertes psychisches und physisches Wohlbefinden). Es zeigte sich, dass sowohl Stress, als auch Erschöpfung den Gesundheitszustand über den Verlauf von zwölf Monaten vorhersagt. Bemerkenswert ist, dass der Zusammenhang zwischen Stress und dem Langzeit-Gesundheitszustand vornehmlich durch Erschöpfung vermittelt wurde. Schließlich wurde die Prävalenz von Poststress-Symptomen bei gesunden Personen (2.9%), ambulanten (20%) und stationären Patienten (34,7%) bestimmt. Auch hier war nicht Stress der stärkste Prädiktor für das Auftreten von Poststress-Symptomen, sondern Erschöpfung. Modelle der psychophysiologischen Stressreaktion können die Entstehung von Erschöpfung erklären und die Diagnostik und Behandlung stressbezogener Gesundheitsstörungen verbessern. Die vorgestellte Neuropattern-Erschöpfungsskala ist dabei ein verlässliches und für die Praxis gut geeignetes Instrument, welches zur Indikation und Validierung präventiver und therapeutischer Maßnahmen eingesetzt werden kann. Je nach Erschöpfungsform bieten sich verschiedene Maßnahmen des regenerativen, instrumentellen oder kognitiven Stressmanagements, Nahrungsergänzungsmittel und Pharmakotherapie an.
Fast and Slow Effects of Cortisol on Several Functions of the Central Nervous System in Humans
(2014)
Cortisol is one of the key substances released during stress to restore homeostasis. Our knowledge of the impact of this glucocorticoid on cognition and behavior in humans is, however, still limited. Two modes of action of cortisol are known, a rapid, nongenomic and a slow, genomic mode. Both mechanisms appear to be involved in mediating the various effects of stress on cognition. Here, three experiments are presented that investigated fast and slow effects of cortisol on several functions of the human brain. The first experiment investigated the interaction between insulin and slow, genomic cortisol effects on resting regional cerebral blood flow (rCBF) in 48 young men. A bilateral, locally distinct increase in rCBF in the insular cortex was observed 37 to 58 minutes after intranasal insulin admission. Cortisol did not influence rCBF, neither alone nor in interaction with insulin. This finding suggests that cortisol does not influence resting cerebral blood flow within a genomic timeframe. The second experiment examined fast cortisol effects on memory retrieval. 40 participants (20 of them female) learned associations between neutral male faces and social descriptions and were tested for recall one week later. Cortisol administered intravenously 8 minutes before retrieval influenced recall performance in an inverted U-shaped dose-response relationship. This study demonstrates a rapid, presumably nongenomic cortisol effect on memory retrieval in humans. The third experiment studied rapid cortisol effects on early multisensory integration. 24 male participants were tested twice in a focused cross-modal choice reaction time paradigm, once after cortisol and once after placebo infusion. Cortisol acutely enhanced the integration of visual targets and startling auditory distractors, when both stimuli appeared in the same sensory hemi-field. The rapidity of effect onset strongly suggests that cortisol changes multisensory integration by a nongenomic mechanism. The work presented in this thesis highlights the essential role of cortisol as a fast acting agent during the stress response. Both the second and the third experiment provide new evidence of nongenomic cortisol effects on human cognition and behavior. Future studies should continue to investigate the impact of rapid cortisol effects on the functioning of the human brain.
In this thesis, three studies investigating the impact of stress on the protective startle eye blink reflex are reported. In the first study a decrease in prepulse inhibition of the startle reflex was observed after intravenous low dose cortisol application. In the second study a decrease in reflex magnitude of the startle reflex was observed after pharmacological suppression of endogenous cortisol production. In the third study, a higher reflex magnitude of the startle reflex was observed at reduced arterial and central venous blood pressure. These results can be interpreted in terms of an adaption to hostile environments.
There is a lot of evidence for the impact of acute glucocorticoid treatment on hippocampus-dependent explicit learning and memory (memory for facts and events). But there have been few studies, investigating the effect of glucocorticoids on implicit learning and memory. We conducted three studies with different methodology to investigate the effect of glucocorticoids on different forms of implicit learning. In Study 1, we investigated the effect of cortisol depletion on short-term habituation in 49 healthy subjects. 25 participants received oral metyrapone (1500 mg) to suppress endogenous cortisol production, while 24 controls received oral placebo. Eye blink electromyogram (EMG) responses to 105 dB acoustic startle stimuli were assessed. Effective endogenous cortisol suppression had no effect on short-term habituation of the startle reflex, but startle eye blink responses were significantly increased in the metyrapone group. The latter findings are in line with previous human studies, which have shown that excess cortisol, sufficient to fully occupy central nervous system (CNS) corticosteroid receptors, may reduce startle eye blink. This effect may be mediated by CNS mechanisms controlling cortisol feedback. In Study 2, we investigated delay or trace eyeblink conditioning in a patient group with a relative hypocortisolism (30 patients with fibromyaligia syndrome/FMS) compared to 20 healthy control subjects. Conditioned eyeblink response probability was assessed by EMG. Morning cortisol levels, ratings of depression, anxiety and psychosomatic complaints as well as general symptomatology and psychological distress were assessed. As compared to healthy controls FMS patients showed lower morning cortisol levels, and trace eyeblink conditioning was facilitated whereas delay eyeblink conditioning was reduced. Cortisol measures correlate significantly only with trace eyeblink conditioning. Our results are in line with studies of pharmacologically induced hyper- and hypocortisolism, which affected trace eyeblink conditioning. We suggest that endocrine mechanisms affecting hippocampus-mediated forms of associative learning may play a role in the generation of symptoms in these patients.rnIn Study 3, we investigated the effect of excess cortisol on implicit sequence learning in healthy subjects. Oral cortisol (30 mg) was given to 29 participants, whereas 31 control subjects received placebo. All volunteers performed a 5-choice serial reaction time task (SRTT). The reaction speed of every button-press was determined and difference-scores were calculated as a proof of learning. Compared to the control group, we found a delayed learning in the cortisol group at the very beginning of the task. This study is the first human investigation, indicating impaired implicit memory function after exogenous administration of the stress hormone cortisol. Our findings support a previous neuroimaging study, which suggested that the medial temporal lobe (including the hippocampus) is also active in implicit sequence learning, but our results may also depend on the engagement of other brain structures.
Studien zeigen, dass sowohl die genetische Prädisposition als auch Umweltfaktoren zu häufigen Erkrankungen - wie Schmerzerkrankungen oder psychiatrischen Störungen - beitragen. Molekulargenetische Studien legen nahe, dass ein Teil der Erblichkeit in häufigen genetischen Varianten zu finden ist. Die Untersuchung des Zusammenwirkens dieser Faktoren kann das Verständnis der Ätiologie dieser Erkrankungen erweitern, und neue Präventions- und Behandlungsansätze hervorbringen. In der vorliegenden Arbeit werden vier Studien präsentiert, in denen Umwelt- und genetische Risikofaktoren für psychische Erkrankungen und Schmerz untersucht wurden: In der ersten Studie (Kapitel II) wurden mögliche Wirkmechanismen von etablierten Risikofaktoren für psychiatrische Störungen " das Aufwachsen und Leben in städtischer Umgebung " mit bildgebenden Verfahren untersucht. Einen möglichen Mechanismus stellt der erhöhte soziale Stress in städtischer Umgebung dar. In dieser Studie unterliefen zwei Stichproben von gesunden Probanden zwei verschiedene soziale Stressparadigmen für die Anwendung im fMRT, wovon eines im Rahmen dieser Doktorarbeit entwickelt wurde (ScanSTRESS). Hierbei zeigte sich eine erhöhte Amygdalaaktivität bei Probanden, welche aktuell in der Stadt lebten, während die Aktivität des perigenualen anterioren Cingulums mit dem Aufwachsen in der Stadt assoziiert war. Diese Befunde legen nahe, dass die akute Stressverarbeitung durch Umweltfaktoren in sensiblen Phasen der Entwicklung des Nervensystems beeinflusst wird. In der zweiten Studie (Kapitel III), wurde die Modulierung des Einflusses der städtischen Umwelt auf die Stressverarbeitung durch eine Einzelnukleotid-Polymorphismus (SNP; rs324981) im Gen, welches für den Neuropeptid S (NPS) Rezeptor kodiert (NPSR1), untersucht. In einer Stichprobe, welche das ScanSTRESS-Paradigma absolvierte, konnte gezeigt werden, dass rs324981 " in Interaktion mit städtischem Aufwachsen " die Aktivität der rechten Amygdala beeinflusste. Diese Resultate legen nahe, dass das NPS-System in der menschlichen Stressreaktion involviert ist, und diese in Interaktion mit Umweltfaktoren beeinflusst. In der dritten Studie (Kapitel IV), wurde der Effekt der genetischen Variation von NPSR1 auf die zentralnervöse und endokrine Stressverarbeitung weitergehend untersucht. Da sowohl die Stressregulation, als auch psychiatrische Störungen stark geschlechtsspezifische Ausprägungen aufweisen, wurde die Interaktion von genetischer Variation in NPSR1 mit dem Geschlecht berücksichtigt. Hierfür wurde eine Stichprobe von 277 Probanden mit dem Trierer Sozialen Stresstest (TSST) und eine Stichprobe von 65 Probanden mit dem ScanSTRESS-Paradigma untersucht. Die Analyse zeigte die geschlechtsspezifische Assoziation einer Allel-Kombination (Haplotyp) von drei funktionalen SNPs (rs2530547, rs324981 und rs727162) mit der Cortisolantwort auf den TSST, und einen geschlechtsspezifischen Effekt von rs324981 auf die zentralnervösen Aktivierungsmuster. Diese Ergebnisse legen nahe, dass das Geschlecht die Effekte von genetischer Variation im NPS-System auf die Stressregulation moduliert. In der vierten Studie (Kapitel V), wurde der Einfluss der genetischen Prädisposition und Umweltfaktoren auf chronischen Schmerz nach einer Amputation untersucht. Hierfür wurde eine Studie an 122 Individuen durchgeführt, bei welchen zwei Gliedmaßen amputiert wurden. Das Auftreten und die Intensität von sowohl Phantom- als auch Stumpfschmerzen zeigten einen starken Zusammenhang mit der Ausprägung des selben Schmerztyps zwischen den beiden amputierten Körpergliedern, es waren aber nur moderate Zusammenhänge zwischen den beiden Schmerzarten zu beobachten. Dieses Ergebnis legt den Einfluss von sowohl spezifischen, als auch gemeinsamen (potentiell genetischen) Risikofaktoren für beide Schmerztypen nahe.
In der vorliegenden Arbeit wurden die regulatorischen Regionen der Gene für den Kaliumchloridtransporter 3 (KCC3, SLC12A6) und den Glukokortikoidrezeptor (NR3C1) untersucht. Hierbei handelt es sich um Gene, die bereits mit psychiatrischen Erkrankungen assoziiert worden sind. Die Promotorregionen beider Gene wurden in Abhängigkeit von bereits in der Literatur beschriebenen DNA-Polymorphismen und unter besonderer Berücksichtigung epigenetischer DNA-Modifikationen mittels bisulfitspezifischer Sequenzierung und Luciferase-Assay funktionell charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass DNA-Polymorphismen und epigenetische Veränderungen der Erbinformation - letztere können in Abhängigkeit unterschiedlicher Lebenserfahrungen entstehen - funktionelle Relevanz für die Promotoraktivität der untersuchten Gene haben. Strukturelle und modifikatorische DNA-Variationen sowie Gen-Umwelt Wechselwirkungen beeinflussen somit die Genregulation und können unter bestimmten Bedingungen krankheitsrelevant werden.
Background and rationale: Changing working conditions demand adaptation, resulting in higher stress levels in employees. In consequence, decreased productivity, increasing rates of sick leave, and cases of early retirement result in higher direct, indirect, and intangible costs. Aims of the Research Project: The aim of the study was to test the usefulness of a novel translational diagnostic tool, Neuropattern, for early detection, prevention, and personalized treatment of stress-related disorders. The trial was designed as a pilot study with a wait list control group. Materials and Methods: In this study, 70 employees of the Forestry Department Rhineland-Palatinate, Germany, were enrolled. Subjects were block-randomized according to the functional group of their career field, and either underwent Neuropattern diagnostics immediately, or after a waiting period of three months. After the diagnostic assessment, their physicians received the Neuropattern Medical Report, including the diagnostic results and treatment recommendations. Participants were informed by the Neuropattern Patient Report, and were eligible to an individualized Neuropattern Online Counseling account. Results: The application of Neuropattern diagnostics significantly improved mental health and health-related behavior, reduced perceived stress, emotional exhaustion, overcommitment and possibly, presenteeism. Additionally, Neuropattern sensitively detected functional changes in stress physiology at an early stage, thus allowing timely personalized interventions to prevent and treat stress pathology. Conclusion: The present study encouraged the application of Neuropattern diagnostics to early intervention in non-clinical populations. However, further research is required to determine the best operating conditions.
In this psycho-neuro-endocrine study the molecular basis of different variants of steroid receptors as well as highly conserved non steroidal receptors was investigated. These nuclear receptors (NRs) are important key regulators of a wide variety of different physiological and pathophysiological challenges ranging from inflammation and stress to complex behaviour and disease. NRs control gene transcription in a ligand dependent manner and are embedded in the huge interaction network of the neuroendocrine and immune system. Two receptors, the glucocorticoid receptor (GR) and the chicken ovalbumin upstream promoter-transcription factorII (Coup-TFII), both expressed in the immune and nervous system, were investigated regarding possible splice variants and their implication in the control of gene transcription. Both NRs are known to interact and modulate each other- target gene regulation. This study could be shown that both NRs have different splice variants that are expressed in a tissue specific manner. The different 5-´alternative transcript variants of the human GR were in silico identified in other species and evidence for a highly conserved and tightly controlled function was provided. Investigations of the N-terminal transactivation domain of the GR showed a deletion suggesting an altered glucocorticoid-dependent transactivation profile. The newly identified alternative transcript variant of Coup-TFII leads to a DNA binding deficient Coup-TFII isoform that is highly expressed in the brain. This Coup-TFII isoform alters Coup-TFII target gene expression and is suggested to interact with GR via its ligand binding domain resulting in an impaired GR target gene regulation in the nervous system. In this thesis it was demonstrated that NR variants are important for the understanding of the enormous regulatory potential of this receptor family and have to be taken into account for the development of therapeutic strategies for complex diseases such as stress related and neurodegenerative disorders.
Zurzeit werden gesundheitliche Auswirkungen von Mobilfunkstrahlung auf den Menschen kontroversiell diskutiert. Die vorliegende Arbeit untersuchte mögliche Auswirkungen auf Befindlichkeit und psychische Variablen in zwei Studien. Es zeigte sich ein Trend bei einer Variable, es gab jedoch keine signifikanten Effekte. Bei den nicht-experimentellen Befunden wiesen Anrainer von Mobilfunksendeanlagen (self-rater) höhere psychische Belastung auf.
Cortisol is a stress hormone that acts on the central nervous system in order to support adaptation and time-adjusted coping processes. Whereas previous research has focused on slow emerging, genomic effects of cortisol likely mediated by protein synthesis, there is only limited knowledge about rapid, non-genomic cortisol effects on in vivo neuronal cell activity in humans. Three independent placebo-controlled studies in healthy men were conducted to test effects of 4 mg cortisol on central nervous system activity, occurring within 15 minutes after intravenous administration. Two of the studies (N = 26; N = 9) used continuous arterial spin labeling as a magnetic resonance imaging sequence, and found rapid bilateral thalamic perfusion decrements. The third study (N = 14) revealed rapid cortisol-induced changes in global signal strength and map complexity of the electroencephalogram. The observed changes in neuronal functioning suggest that cortisol may act on the thalamic relay of non-relevant background as well as on task specific sensory information in order to facilitate the adaptation to stress challenges. In conclusion, these results are the first to coherently suggest that a physiologically plausible amount of cortisol profoundly affects functioning and perfusion of the human CNS in vivo by a rapid, non-genomic mechanism.