Stress – biologische Grundlagen

Stress – biologische Grundlagen
Ruohan Li & Alessa Hörmann
28. 11. 2012
Gliederung
I.
II.
III.
IV.
V.
Begriffsbestimmung
Das sympathische Nervensystem
Die HPA - Achse
Das Immunsystem
Diskussion
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I. Begriffsbestimung
Stressor – Reize
aus der Umwelt
Stressreaktion –
Bewältigungsversuch
Befindlichkeitsveränderung mit
Stimuluscharakter
Stress = jede Art von Belastung, die den Organismus zu einer
Anpassungsleistung zwingt
3
Die Stressreaktion?
„ Fight or Flight“ – Reaktion ?
Heutige Stress-Situationen?
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Die Physiologie der Stressreaktion
HPA- Achse:
(HypothalamusHypophysenNebennierenrindenAchse)
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II. Das sympathische Nervensystem
Steuert
Aktivitätsvorgänge für
„Kampf-FluchtVerhalten“ :
Leistungssteigerung des
Herzens, Weitstellung
der Bronchien,
Veränderungen im
peripheren
Gefäßsystem, Transport
des Blutes mit
Nährstoffen zu den
Arbeitsmuskeln,…
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Adrenalin & Noradrenalin:
 Ausschüttung aus dem Nebennierenmark
 wirken an vielen inneren Organen
funktionssteigernd (Erhöhung der Herzarbeit/ des
Blutdrucks)
 Adrenalin: Eingriff in den Glukosestoffwechsel 
Förderung der Freisetzung energieliefernder
Substanzen
 Noradrenalin: zugleich Neurotransmitter im
Gehirn
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III. Die HPA-Achse
• Unter Stress: Aktivierung des Regelkreises von Hypothalamus,
Hypophyse und Nebennierenrinde  Sekretionsregulation
der Glukokortikoide in der Nebennierenrinde(z.B. Kortisol)
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(1) Schnittstelle Hypothalamus
• Informationen von
Sensorischen Inputs und
Eingeweidevorgängen
• Oberstes Integrationsorgan
vegetativer Funktionen
• Anpassung von Atmung,
Körpertemperatur, etc.
• Efferenzen zu Neuronen
des para-/ sympathischen
NS und zum
Hypophysenhinterlappen/
-vorderlappen
 Wichtige Schnittstelle
zwischen neuronalem und
endokrinem System
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(2) Hormonelle Umsetzung in der Hypophyse
CRH- Ausschüttung
 Kortikotropinreleasing-Hormon
ACTHSekretion
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(3) Wirkung an der Nebennierenrinde
• ACTH löst v.a. die
Sekretion von
Glukokortikioden aus (z.B.
Kortisol), die in der
Nebennierenrinde
gebildet werden
 Feinabstimmung der
HPA-Achse geschieht
durch
Rückkopplungsmechanis
men auf nahezu allen
Ebenen des Systems
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(4) Auswirkungen der Glukokortikoide und von
CRH
Allgemein (Glukokortikoide):
 Sind fettlöslich und können so Blut-Hirn-Schranke überschreiten  wirken im
Gehirn im Zusammenhang mit Lernen und Gedächtnis
 basale Regulationsmechanismen (z.B. morgendliche Aktivierung nach dem
Aufwachen)  zirkadianer Rhythmus
 Bei Stress Stabilisierung der Homöostase  schneller Anpassungsvorgang
(1) Glukokortikoide und die Stressreaktion:
 die Glukokortikoidausschüttung dient der
Energiebereitstellung  Bereitstellung von Glukose
 Wichtigster Vertreter: Kortisol
 Wichtiges Bindeglied zw. HPA-Achse und Immunsystem
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(4) Auswirkungen der Glukokortikoide und von
CRH
 Ablauf
der Energiebereitstellung (Glukose) durch die
Glukokortikoide
Glukoneogenese der Leber wird stimuliert
Aminosäuren werden in Glukose umgewandelt 
Abbau von Muskelproteinen
Hemmung der Muskelproteinsynthese,
Beeinflussung des Stoffwechsels
Spaltung von Triglyzeriden  Erhöhung des
Fettsäurespiegels im Blut
Hemmung der Glukoseaufnahme in Fettzellen  Hemmung
der Fettsynthese
Summe: Erhöhung des Blutzuckerspiegels  Diabetogene Wirkung
der Glukokortikoide bei ständiger Erhöhung des Kortisolspiegels
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(4) Auswirkungen der Glukokortikoide und von
CRH
(1)Glukokortikoide und die Stressreaktion:
Beeinflussung von Immunsystem und Gehirn:
 Suppression des Immunsystems durch Hemmung von
Entzündungsprozessen
 Hemmung von Immun- und
Entzündungsreaktionen
 Im Gehirn Modulation von Angst, depressiven
Verstimmungen und kognitive Prozesse wie Lernen und
Gedächtnis:
 Auf Dauer schädigende Wirkung auf Hippocampus 
Hippocampusatrophie durch langandauernde Überproduktion
von Glukokortikoiden
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Auswirkungen der Glukokortikoide und von CRH
(2) CRH und die Stressreaktion:
 Bei Tierversuchen: Injektion von CRH in die
Ventrikel
 reduzierte Nahrungsaufnahme, verminderte
sexuelle Aktivität, erhöhte Schreckhaftigkeit, Angst
 chronische Stressaktivierung:
verschlechtert Merkfähigkeit
 kurzfristige CRH-Gabe verbessert Lernleistungen
 Dysregulation im CRH-System: Beteiligung an
Störungen kognitiver und emotionaler Prozesse
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The level of physical activity affects adrenal and
cardiovascular reactivity to psychosocial Stress
(Rimmele et al., 2009)
• Hypothese:
1. der Grad der verschiedenen Aktivitätslevel
hat Einfluss auf die Reaktivität auf
psychosozialen Stress (Messung: Kortisolspiegel, Herzrate;
psycholog. Messungen: „State-Trait Anxiety Inventory“ (STAI) zur
Messung von Stimmung, Ruhe und Angstzustand)
http://www.youtube.com/watch?v=aYI6lCeeT5g
16
• Ergebnisse: (1) Kortisolfreisetzung
17
Ergebnisse: (2) Herzrate
18
Ergebnisse: (3) STAI
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Erklärung der Ergebnisse?
Ist es sinnvoll körperlichen mit psychischem Stress
gleichzusetzen?
Mögliche Erklärungen für die Dissoziation
zwischen HPA-Achse (Kortisol) und
sympathischem NS (Herzrate)?
Folgerungen für die Klinik?
Ergebnisse: (4)
„Competetiveness“
Hypothese: Perönlichkeitsmerkmal „Competitiveness“
mediiert/moduliert Stressreaktivität (Messung: Fragebogen
„Copetitiveness Index“ (CI))
Signifikanter Unterschied in „Competitiveness“ zwischen
einzelnen Gruppen, aber keine Mediation!
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Zusammenfassung: Sympathikus und
HPA-Achse
• Zusammenwirken von
Sympathikus und HPAAchse und anderen
Teilsystemen
• Sympathikus: Adrenalin
und Noradrenalin 
wirken in inneren
Organen
funktionssteigernd
 Steigerung der
Energiebereitstellung in
Zellen
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• HPA-Achse:
Über Hypothalamus wird die
Hormonauschüttung von
CRH und ACTH in der
Hypophyse reguliert
ACTH löst Sekretion von
Glukokortikoiden (z.B.
Kortisol) aus 
Energiebereitstellung
 bei chronischer
Kortisolausschüttung:
Bluthochdruck, Abbau von
Muskelgewebe,
Fertilitässtörungen,
Wachstumshemmung
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Netzwerk zw.
Nerven-, Hormon- u. Immusystem
23
Psychoneuroimmunologie
• 70er Jahre: Stress & Widerstandsfähigkeit
gegenüber Infektion.
• 80er Jahre: Entstehung eines Teilfachgebiets der
Biopsychologie
 Interaktion zwischen psychischen Faktoren,
Nervensystem und Immunsystem
24
Das Immunsystem
Quelle: Schedlowski & Tewes, 1996
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Immunmechanismen
• Unspezifische
Immunabwehr
(angeboren)
– Zelluläre
(Makrophagen)
– Chemische
(z.B. Lysozme)
– Physikalische
(z.B. Haut &
Schleimhäute)
• Spezifische
Immunabwehr
(erworben)
• AntigeneAntikörper
• Lymphozyten
• NK-Zell
– Humorale (BLym)
– Zelluläre (T-Lym)
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zelluläre & humorale Immunität
Quelle: Pinel & Pauli, 2007
28
Netzwerk zw.
Nerven-, Hormon- u. Immusystem
• Wie sie miteinander kommunizieren?
– HPA-Achse, Symatikus-Achse
– Hormone & Neurotransmitter: (Nor-)Adrenalin, Neuropeptide
– Zelluläre Basis: Rezeptoren für Neurotransmitter / Hormone auf
Immunzellen
– Produktion von Hormonen und Neuropeptiden in Immunzellen
– Produktion von Botenstoffen des Immunsystems auch im
Nervernsystem
– Rezeptoren für Botenstoffe des Immunsystems auf Neuronen
– Produkte des Immunsystems beeinflussen Aktivität der Neuronen
– …
(Vgl. Schedlowski, 1994; Schedlowski & Tewes, 1996; Hennig, 1998; Schandry, 2006; Pinel & Pauli, 2007)
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Wie sie miteinander kommunizieren?
ZNS
Produktion von
Botenstoffen des IS
in Nervernzellen
Rezeptoren für
Botenstoffe des IS
auf Neuronen
HPA-Achse
Symatikus-Achse
Hormone & Neurotransmitter:
(Nor-)Adrenalin, Neuropeptide
Rezeptoren für
Neurotransmitter
auf Immunzellen
Produktion von
Neuropeptiden in
Immunzellen
Produktion von Hormonen
in Immunzellen
HS
Rezeptoren für Hormone
auf Immunzellen
IS
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Einige Fakten
• (Nor)Adrenalin sind sowohl Neurotransmitter als auch Hormone
• Alle immunkompetenten Zellen exprimieren Rezeptoren für
Glucocorticoide
• Alle Lymphozyten exprimieren β2-Adrenozeptoren für Katecholamine
• Makrophagen der Milz exprimieren Rezeptoren für CRH
• T- und B-Lymphozyten exprimieren Rezeptoren für ACTH
• immunkompetente Zellen synthetisieren ACTH und CRH
• Mikrogliazellen und Astrozyten produzieren Zytokine
• Astrozyten bilden Zytokin-Rezeptoren
• Interferon und Interleukin beeinflussen Hirnaktivität
• Erhöhte Antikörperkonzentration beeinflusst die Entladungsraten
hypothalamischer Neuronen
• ...
31
Stress auf Immunfunktionen
Auswirkung von Stress auf Immunfunktionen
 bei Nagetieren
 bei nichtmenschlichen Primaten
 bei Menschen
Vgl. Schedlowski, 1994; Schedlowski & Tewes, 1996; Hennig, 1998
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Stress auf Immunfunktionen
bei Nagetieren
HPA-Achse
Sympathikus-Achse
• zentral appliziertes CRH
• T-, B- und NK-Zellen
reduziert:
exprimieren Rezeptoren für
Katecholamine
– Lymphozytenproliferationsrate
– Aktivität der NK-Zellen
– Antikörper-Produktion
• ...
– β-Adrenozeptoren vermindern,
– α-Adrenozeptoren fördern
Immunreaktionen
• ...
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Stress auf Immunfunktionen
bei nichtmenschlichen Primaten
Trennung
• Trennung von Spielkameraden
– Verringerung der
Lymphozytenproliferationsrat
e
Soziale Konflikte
• Gruppenbildung/Rückkehr
– Erhöhung des Cortisolspiegels
– Verringerung der CD4+- und
CD8+-T-Zellzahlen
• erhöhte soziale Affiliation
– assoziiert mit einer erhöhten
NK-Aktivität (Soziale
Unterstützung)
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Stress auf Immunfunktion
bei Menschen
•
•
•
•
Akute psychische Belastungen
Chronische psychische Belastungen
Depression
Körperliche Belastungen
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Akute psychische Belastungen
Emotionaler Stress
Mentaler Stress
• Fallschirmsprung
• Kopfrechnenaufgabe
– Anstiege der Lymphozytensubpopulationen
– der NK-Zellzahlen
– der NK-Aktivität.
– Anstiege der Lymphozytensubpopulationen
– der NK-Aktivität
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Akute psychische Belastungen
• Fallschirmspringerstudie:
– positive Korrelation zwischen NK-Zellzahlen nach dem Stressereignis und
Plasmakonzentrationen von Noradrenalin vor dem Sprung
• Pharmakastudie:
– Propranolol (ß-Adrenozeptoren-Blocker) vs. Blacebo vor Stressexpositon
– Nur bei Placebo:
• Anstiege in Herzfrequenz, Blutdruck
• Anstiege der NK-Zellzahlen und der NK-Aktivität
 NK-Zellen reagieren sensitiv auf akute Belastungen
 Katecholamine sind an Regulation der NK-Zellen ursächlich
beteiligt
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Chronische Belastungen
• Bei Verlusterlebnissen, Akademische Prüfungen, Pflege von chronisch
kranken Angehörigen usw. zeigen sich z.B.
–
–
–
–
verminderte Lymphozytenproliferationsrate
verminderte Lymphozytenreaktivität
verminderte NK-Aktivität
erhöhter Antikörpertiter gegen latenten Viren
(als verminderte Kontrolle über die latent Viren)
• uneinheitliche und widersprüchliche Befunde
– andere psy. Variablen (z.B. soziale Unterstützung, Coping, Bewertung usw.)
– U.a. Korrelationen zwischen wahrgenommener sozialer Unterstützung und
immunologischen Funktionstests
• Andauernd erhöhte Cortisolspiegel schägiden die negative Rückkopplung der
HAP-Achse  pathogene Effekte
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Metaanalyse
• Segerstrom & Miller, 2004
• Über 300 Studien über Beziehungen zwischen psychologischem
Stress und immonologischen Parameter bei Menschen
 Akute Stressoren: Verbesserungen der Immunfunktion v.a.
durch adaptive Upregulation von unspezifischen Immunbarrieren
 Chronische Stressoren: Suppresion der zellulären und
humoralen immunologischen Parametern
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Zusammenfassung
• Stressoren: Hypophysenvorderlappen-NebennierenrindeGlucocorticoide-System & SympathikusNebennierenmark-(Nor)adrenalin-System
• Akute Stressoren: eher förderliche und adaptive
• Chronische Stressoren: eher schädlich und pathogen
•
•
•
•
Schwierigkeiten bei Forschungen: ethisch, methodisch
uneinheitliche Befunde
kognitve, emotionle & andere persönliche Faktoren
viele offene Fragen (z.B. Allergie)
40
How Stress Affects
Our Immune System
http://www.youtube.com/watch?v=wyFPUvG-66E
41
Diskussionen
• Welche Erfahrungen habt ihr bezüglich der Auswirkung
von akuten / chronischen Belastungen auf Anfälligkeit für
Krankheit?
• Welche psychische Variablen könnten noch zur
Verbesserung von Immunfunktion beitragen?
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Literaturnachweis
•
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•
Hennig, J. (1998). Psychoneuroimmunologie. Göttingen: Hogrefe.
Segerstrom, S. & Miller, G. (2004). Psychological Stress and the Human Immune System: A
Meta-Analytic Study of 30 Years of Inquiry. Psychological Bulletin, 130 (4), 601-630.
Schandry, R. (2006). Biologische Psychologie. Weinheim:Beltz
Schedlowski, M. (1994). Streß, Hormone und zelluläre Immunfunktion. Heidelberg:
Spektrum.
Schedlowski, M. & Tewes, U. (1996). Psychoneuroimmunologie. . Heidelberg: Spektrum.
Pinel, J. & Pauli, P. (2007). Biopsychologie. Münschen: Pearson
Rimmele, U., Seiler, R., Marti, B., Wirtz, P. H., Ehlert, U., & Heinrichs, M. (2009). The level of
physical activity affects adrenal and cardiovascular reactivity to psychosocial stress.
Psychoneuroendocrinology, 34, 190-198.
Weimer, S., & Kraus, T. (2011). Herr L.: Diagnose Burn-out. [Mr. L.: Diagnosis burn-out].
Psychotherapeut, 56(3), 239-245.
Emack, J., & Matthews, S. G. (2011). Effects of chronic maternal stress on hypothalamo–
pituitary–adrenal (HPA) function and behavior: No reversal by environmental enrichment.
Hormones and Behavior, 60(5), 589-598.
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Vielen Dank für Eure
Aufmerksamkeit !
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