Physiologische Messungen von Stress
In den letzten Jahrzehnten wurden viele Tests für die Laborforschung über akuten Stress beim Menschen entwickelt. Der wohl bekannteste ist der Trier Social Stress Test (TSST). Vor einem Publikum und unter Beobachtung einer Kamera und eines Tonbandgeräts werden die Versuchspersonen aufgefordert, eine motivierte Leistung zu erbringen.
In Tausenden von TSSTs, die in vielen verschiedenen Labors auf der ganzen Welt durchgeführt wurden, sind viele Daten gesammelt worden, die einen starken Anstieg von Stresshormonen, autonomen Messwerten, Immunparametern und empfundenem Stress bei der Mehrheit der Versuchspersonen zeigen. Interessanterweise korrelieren physiologische und psychologische Reaktionen nicht oder nur schlecht, was darauf hindeutet, dass sowohl psychologische als auch biologische Messgrößen für eine angemessene Bewertung der Stressreaktion herangezogen werden müssen.
Beim TSST wurden große intra- und interindividuelle Unterschiede in der Stressreaktion beobachtet. Es ist bekannt, dass u. a. Alter, Geschlecht, Ernährungs- und Drogenkonsum, medizinische Bedingungen und Interventionen, Persönlichkeitsfaktoren, soziale Unterstützung und soziale Hierarchie, Menstruationszyklus, Schwangerschaft und Stillzeit bei Frauen, Zeitpunkt der Prüfung, Gewöhnung, frühe Lebenserfahrung und genetische Faktoren die akute Stressreaktion beeinflussen. Diese Faktoren und die komplexe Interaktion zwischen ihnen bei einem bestimmten Individuum erklären schließlich solche Unterschiede.
Der TSST hat nachweislich robuste Auswirkungen auf mehrere psychobiologische Maße:
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Psychologische Maße: Angst, negative Stimmung und wahrgenommener Stress.
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Autonomische Messgrößen: Blutdruck, Herzfrequenz, Herzfrequenzvariabilität, elektrodermale Aktivität, Schweiß, Körpertemperatur, Epinephrin und Norepinephrin.
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Endokrine und metabolische Messgrößen: adrenocorticotropes Hormon (ACTH), Plasma- und Speichelcortisol, Prolaktin, Wachstumshormon und Glukose.
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Hämatologische Messungen: Hämatokrit, Hämoglobin und Plasmavolumen.
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Gerinnungsmessungen: Fibrinogen, von-Willebrand-Faktor-Antigen, D-Dimer und Gerinnungsfaktoren.
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Immunmessungen: Neutrophile, Eosinophile, Basophile, Lymphozyten, Interleukin-6 und Tumornekrosefaktor alpha (TNFα).
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Genetische Messungen: Repressions-/Induktionsprofile von Genen in Zielgeweben.
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Psychomotorische Messungen: Muskelaktivität (Elektromyogramm), Stimme (Spektralanalysen), Gliedmaßenbewegungen und Geschicklichkeit (Abbildung 1).
Abbildung 1. Endokrine und Herzfrequenz-Reaktionen bei 88 gesunden Freiwilligen unter drei wiederholten TSST-Expositionen (±SEM; 4-Wochen-Intervalle). Wiedergegeben mit Genehmigung von Schommer NC, Hellhammer DH und Kirschbaum C (2003) Dissoziation zwischen der Reaktivität der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse und des sympathischnebennierenrindenseitigen Systems auf wiederholten psychosozialen Stress. Psychosomatic Medicine 65(3): 450-460.
Dieses breite Spektrum an Reaktionsmaßen hat sich sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der klinischen Forschung als nützlich erwiesen. So konnte beispielsweise gezeigt werden, dass spezifische pharmakologische und psychologische Interventionen einzelne Profile verändern und vergleichbare Wirkungen in der klinischen Praxis vorhersagen.
Wie bereits erwähnt, sind Messungen des wahrgenommenen Stresses schlecht mit biologischen Messungen des Stresses verbunden. Dies gilt auch für die Bewertung von chronischem Stress. So wurde beispielsweise berichtet, dass sowohl erhöhte als auch erniedrigte Cortisolspiegel mit Depressionen, posttraumatischen Belastungsstörungen, Reizdarmerkrankungen, Burnout, chronischer Müdigkeit, Fibromyalgie usw. in Verbindung gebracht werden. Ein endokriner Status sagt also nicht unbedingt einen psychologischen Status oder spezifische stressbedingte Störungen voraus. Vielmehr scheint es, dass sich die HPA-Achse an chronischen Stress anpassen kann, indem sie zunächst hoch- und später herunterreguliert wird. In beiden Fällen können jedoch Corticotropin-Releasing-Faktor (CRF)/Arginin-Vasopressin (AVP)-Neuronen des Hypothalamus überaktiviert werden, was zunächst eine Hyperaktivität der HPA-Achse auslöst und später aufgrund niedriger Cortisolspiegel enthemmt wird.
Während ein hyperkortisolischer Zustand das metabolische Syndrom und Störungen des Immunsystems fördern kann, scheint Hypokortisolismus eher Schmerzen, Müdigkeit und Reizbarkeit zu begünstigen, wahrscheinlich durch Enthemmung proinflammatorischer Zytokine, der Prostaglandinsynthese und noradrenerger Neuronen im zentralen Nervensystem. Auswirkungen von chronischem Stress auf das sympathische Nervensystem scheinen vor allem bei Panikstörungen und essentieller Hypertonie beobachtet zu werden.
Ein weiterer Ansatz zur Verwendung von Biomarkern als Messgrößen für chronischen Stress ist das Konzept der „Allostase“ und der „allostatischen Belastung“. Die Grundannahme ist, dass die Allostase die Anpassung an chronischen Stress ermöglicht, indem sie die (homöostatische) Stabilität durch Veränderungen aufrechterhält. Es gibt vier Bedingungen, unter denen diese Art der Anpassung stattfindet: (1) Versagen der Gewöhnung an wiederholte Stressoren derselben Art; (2) Versagen der rechtzeitigen Abschaltung jeder Stressreaktion aufgrund einer verzögerten Abschaltung; (3) wiederholte Häufigkeit von Stressreaktionen auf mehrere neue Stressoren; und (4) unzureichende Reaktion, die zu einer kompensatorischen Hyperaktivität anderer Mediatoren führt. Allostatische Überlastung bezieht sich auf Dysregulationen mehrerer physiologischer Systeme, die eine kumulative Belastung für mehrere Organe und Gewebe darstellen. Messungen der allostatischen Belastung sagen eine gewisse Varianz verschiedener Gesundheitszustände voraus, darunter kognitive und körperliche Funktionen, Herz-Kreislauf- und Entzündungskrankheiten und sogar die Sterblichkeit. Die allostatische Belastung wird als zusammengesetzter Index anhand der Anzahl der Biomarker bewertet, für die eine Person ein Risiko aufweist.
Die physiologischen Pfade, die chronischen Stress mit gesundheitlichen Ergebnissen verbinden, werden jedoch durch das Zusammenspiel mehrerer Variablen beeinflusst: genetische und epigenetische Determinanten, Gehirnreifung während der prä- und postnatalen Entwicklung, Dauer, Qualität und Intensität von Lebensereignissen und Resilienz, sozioökonomische Bedingungen, Bewältigungsfähigkeiten, Organfunktionen usw. Chronischer Stress wirkt sich also ganz unterschiedlich auf Personen aus, und die individuellen Folgen von Stress sind sehr heterogen. Es liegt auf der Hand, dass eine sinnvolle Interpretation der Auswirkungen von Stress auf die Gesundheit solche individuellen Konstellationen berücksichtigen muss.
Aus einer solchen Sichtweise heraus müssen Maße für chronischen Stress anders definiert werden, insbesondere wenn sie einem diagnostischen Zweck dienen sollen. Hypothetisch könnte man Neuroendophänotypen definieren, die diskrete Gehirnsysteme beschreiben, die an der Stressreaktion beteiligt sind. Für jedes dieser Systeme könnte man psychologische, biologische und symptomatische Ergebnismaße entwickeln, die die Aktivität oder Reaktivität jedes Systems widerspiegeln. Darüber hinaus könnte man beschreiben, wie sich die Wechselwirkungen zwischen Genen und Umwelt auf diese Systeme auswirken. Eine diagnostische Bewertung der Auswirkungen von chronischem Stress würde dann eine Reihe von Messgrößen umfassen, die wahrscheinlich Aufschluss darüber geben könnten, welche dieser Neuroendophänotypen an den stressbedingten Störungen eines bestimmten Patienten beteiligt sind. Ist dies der Fall, könnten individualisierte pharmakotherapeutische und psychotherapeutische Behandlungen zugewiesen werden.
Ein erster Ansatz dieser Art wurde als Neuropattern bezeichnet. Um die Komplexität und Heterogenität zu reduzieren sowie die fehlende Kovarianz der psychologischen und biologischen Stressreaktion zu vermeiden, konzentriert sich dieser Ansatz ausschließlich auf die Schnittstellen, die am Cross Talk zwischen dem Gehirn und dem Rest des Körpers beteiligt sind. Es wurden Endophänotypen für die Aktivität und Reaktivität dieser Schnittstellen definiert, die anhand von Messungen der begleitenden psychologischen, biologischen und symptomatischen Ereignisse bewertet werden. In der Praxis kann jeder Arzt Neuropattern anwenden, um herauszufinden, ob und wie sich Stress auf die Gesundheit seiner Patienten auswirkt. Das Neuropattern-Kit enthält Fragebögen, ein kleines elektrophysiologisches Gerät und Röhrchen für die Speichelentnahme. In der Arztpraxis gibt der Arzt die Daten der Stammdaten an, erhebt eine kurze Anamnese und führt verschiedene Messungen durch, wie z. B. den Blutdruck, das Verhältnis von Taille zu Hüfte, den Body-Mass-Index usw. Zu Hause füllt der Patient Fragebögen aus, sammelt Speichelproben vor und nach einem Test mit niedrig dosiertem Dexamethason und benutzt ein tragbares Elektrokardiogramm. Sobald alle Daten gesammelt wurden, schickt der Patient das Kit an ein Unternehmen, das die Laboranalysen aller Daten durchführt und einen umfassenden medizinischen Bericht für den Arzt erstellt. Diese Strategie ermöglicht es, dem Arzt fachübergreifend Expertenwissen zu vermitteln, ohne dass der betreffende Arzt eine spezielle Ausbildung oder Fachkenntnisse haben muss.