Der Einfluss von Cortisol auf neuronale Metabolite: Eine magnetresonanzspektroskopische Untersuchung

Abstract

Einführung: Neurodegenerative Effekte des Stresshormons Cortisol sind bereits seit längerem bekannt. Der negative Einfluss auf kognitive Funktionen bei chronisch erhöhten Cortisolkonzentrationen wird hiermit in Verbindung gebracht. Insbesondere Beeinträchtigung von deklarativen hippocampus- assoziierte Gedächtnisleistungen sind hier mehrfach nachgewiesen worden. Magnetresonanspektroskopische Untersuchungen erlauben es in-vivo und nicht- invasiv, die Konzentration von verschieden neuronalen Metaboliten, die als Marker für bestimmte zellphysiologische Vorgänge gelten, lokal für verschiedene Hirnregionen zu bestimmen. Die wichtigsten messbaren Metabolite sind NAcetylaspartat, als Marker für neuronale Integrität, Cholinenthaltende Verbindungen, das Membranumbauprozesse anzeigt und (Phospho)-Creatin, als Ausdruck des Energiehaushalt der untersuchten Region. Die Ergebnisse der bisherigen Arbeiten, die den Effekt von Corticosteroiden auf die Konzentration spektroskopisch meßbarer Metabolite untersuchten, sind uneinheitlich und zum Teil widersprüchlich.Methoden: Die vorliegende Arbeit hat an gesunden Probanden den Effekt einer mittelfristigen Cortisolkonzentrationserhöhung auf die Konzentration von neuronalen Metaboliten untersucht. Hierfür wurden 21 Probanden in einem doppelblinden Cross-Over-Design inklusive zweifacher Baselinebestimmung untersucht. Spektroskopien wurden invier verschiedenen Hirnregionen (Gyrus cinguli posterior, rechte frontale weiße Substanz,linker und rechter anteriorer Hippocampus) vor und nach einer Placebo- bzw. Cortisolbehandlung (160 mg/d über 4 Tage) durchgeführt. Aufgrund der bekannten neurodegenerativen Effekte wurde eine Verminderung der NAA-Konzentration, insbesondere in Bereichen mit hoher Expression von Corticosteroidrezeptoren als Hypothese überprüft. Ergebnisse: Für keinen der untersuchten Metaboliten konnte eine Konzentrationsveränderung unter Cortisol im Vergleich zu Placebo sicher nachgewiesen werden. Signifikante Unterschiede zwischen Cortisol- und Placebobedingung beruhen zumindest zum Teil auf einer Konzentrationsveränderung auch unter Placebo. Es konnte, wie in der Literatur diskutiert, auch keine Veränderungen der Wasserkonzentration unter Corticosteroidexposition magnetresonanzspektroskopisch nachgewiesen werden. Diskussion: Aufgrund des fehlenden Nachweises einer Konzentrationsveränderung können die bisherigen Ergebnisse nicht unterstützt werden. Die vorgenommene Höhe und Dauer der Cortisolexposition war eventuell nicht ausreichend, um mit dieser Methode nachweisbare Konzentrationsveränderungen zu bewirken. Die zum Teil widersprüchlichen Ergebnisse in der Literatur zu diesem Thema machen deutlich, dass einheitliche Mess- und Analysestandards notwendig sind, um die Reliabilität und Vergleichbarkeit magnetresonanzspektroskopischer Untersuchungen zu verbessern.

Introduction: Known neurodegenerative effects of corticosteroids are thought to be responsible for the negative cognitive effects of chronic elevated concentrations of the stresshormone cortisol. Especially impairment of declarative hippocampus associated learning has been shown. With magnetic resonance spectroscopy it is possible to determine concentrations of some neuronal metabolites in-vivo, non-invasive and locally. These metabolites can give information on certain cellphysiologic properties of the region studied, e.g. N-Acetylaspartate, as a marker for neuronal integrity, choline containing compounds as a marker for membran turnover and (phospho)-creatine, as a marker for the energy metabolism. So far reported results on the effects of corticosteroid exposition on the concentration of these metabolites have been inconsistent and partly contradictory. Methods: The effect of a 4 day cortisolexposition (160 mg/d) in 21 healthy male volunteers on the concentration of neuronal metabolites was studied. The study design used was a double-blind Crossover-Design with baseline measurements under each condition. Spectroscopic measurements were performed in 4 distinct brain regions, i.e. gyrus cinguli posterior, right frontal white matter, left and right anterior hippocampus. Since the neurodegenerative effects a decrease of the NAA concentrations was expected, especially in those brainregions with a high expression of corticosteroid receptors, e.g. hippocampal areas. Results: For none of the investigated metabolites a corticosteroid induced increase or decrease of the metabolite concentration could be demonstrated. Statistically significant differences between the cortisol and placebo condition are at least partly due to a change during the placebo condition. Similar no cortisol induced change in water concentration, as it has been suggested in the literature, could be found. Discussion: None of the so far reported results on the effects of cortisol on neuronal metabolites can be supported. The corticosteroid exposure used could have been to low or to short to induce changes in the metabolite concentrations to be measurable by this method. The inconsistency of the reported results in the literature demonstrate the necessity of more standardized measure and analysis protocols to improve reliability and comparability of magnetic resonance spectroscopic measurements.