Neurophysiologische Korrelate von Stress

Stress korreliert mit spezifischen neurophysiologischen Mustern. Die Veränderungen von Neurotransmittern und anderen Botenstoffen erklären Verhaltensveränderungen durch Stress.

Unsere Hypothese lautet, dass ADHS eine Störung der Stressregulationssysteme verursacht, bei der die Stresssysteme dauerhaft aktiviert sind (ADHS-HI, ADHS-C) oder überreagieren (ADHS-I), ohne dass ein adäquater Stressor vorhanden ist. Zumindest vermittelt ADHS seine Symptome auf dieselbe oder eine sehr ähnliche Art und Weise wie chronischer Stress, nämlich durch eine verringerte Dopamin- und Noradrenalinwirkung.
Wir halten fast alle ADHS-Symptome für funktionale Stresssymptome, also für reguläre Folgen der Aktivierung der Stresssysteme, wie sie zum Überleben in einer lebensbedrohlichen Situation (in den letzten Jahrmillionen) nützlich waren.

Wenn unsere Hypothese, dass ADHS eine dauerhafte Aktivierung der Stresssysteme verursacht, richtig ist, müssten sich in der Fachliteratur über (schwere) Stressreaktionen dieselben neurophysiologischen Veränderungen im Gehirn finden lassen wie zu den ADHS-Symptomen. Um dies zu überprüfen, sammeln wir in diesem Beitrag die neurophysiologischen Korrelate von Stress, wie sie sich aus der einschlägigen wissenschaftlichen Fachliteratur zu Stress ergeben.

Als Ergebnis können wir feststellen, dass die neurophysiologischen Korrelate von ADHS beeindruckend genau den neurophysiologischen Korrelaten von chronischem Stress ähneln, insbesondere von chronischem sozialem Stress in der Jugend.
Akuter kurzfristiger Stress hat demgegenüber abweichende neurophysiologische Muster.

Welche Stressoren in einem Individuum auf welchem (neuronalen/neurobiologischen) Weg welche Stressreaktionen auslösen, hängt von Genen, epigenetischen Veränderungen und Umweltfaktoren ab.¹
Stress zeigt sehr unterschiedliche Folgen je nach Dauer, Art des Stressors, ob es sich um bestehende oder befürchtete Stressoren handelt, Geschlecht und Alter des Betroffenen.
Mehr hierzu unter ⇒ Stresszeitpunkt bestimmt Art der psychischen Störung und ⇒ Stressart bestimmt Ort der neurologischen Veränderungen im Beitrag ⇒ Stressschäden durch frühen / langanhaltenden Stress.

Dieser Beitrag orientierte sich ursprünglich an einem Artikel von Arnsten (2009).²

• 1. PFC
  • 1.1. Stressarten
    • 1.1.1. Akuter starker Stress
    • 1.1.2. Chronischer starker Stress
      • 1.1.2.1. Dopaminverringerung durch chronischen Stress
        • 1.1.2.1.1. Dopaminverringerung im PFC durch chronischen Stress
        • 1.1.2.1.2. Dopaminverringerung im Striatum durch chronischen Stress
        • 1.1.2.1.3. Verringerung dopaminerger Zellen in Substantia nigra durch chronischen Stress
      • 1.1.2.2. Weitere Wirkungen von chronischem Stress
        • 1.1.2.2.1. Verringerung noradrenerger Zellen im Nucleus coeruleus durch chronischen Stress
        • 1.1.2.2.2. Veränderte Phosphorylierung und oxidativer Stress
    • 1.1.3. Milder Stress
  • 1.2. Verhaltensauswirkungen von Stress im PFC
    • 1.2.1. Aufmerksamkeit
    • 1.2.2. Arbeitsgedächtnis
      • 1.2.2.1. Akuter starker Stress deaktiviert Arbeitsgedächtnis via Noradrenalin
      • 1.2.2.2. Stress deaktiviert das Arbeitsgedächtnis via Dopamin
        • 1.2.2.2.1. Akuter Stress und Dopamin im PFC
        • 1.2.2.2.2. Chronischer Stress und Dopamin im PFC
    • 1.2.3. Zusammenwirken von Noradrenalin und Dopamin bei der Stressreaktion
    • 1.2.4. Neurophysiologische Korrelate von akutem Stress und ADHS
      • 1.2.4.1. Dopamin und Noradrenalin-Rezeptor-Antagonisten zur Behandlung von ADHS
      • 1.2.4.2. ADHS: niedriger DA-Spiegel im PFC.
  • 1.3. Lernverhalten: automatische Reaktionen statt kontrollierter Schlussfolgerungen
  • 1.4. Impulsivität durch Kontrollverlust
  • 1.5. Sucht durch Kontrollverlust
• 2. Striatum
• 3. Amygdala
• 4. Neurophysiologische Korrelate von Stressempfindlichkeit und Stressresilienz
  • 4.1. Asymmetrische Aktivität der Gehirnhemisphären
  • 4.2. Neurotransmitter und Stressempfindlichkeit
  • 4.3. Bereits einmaliger akuter Stress erhöht die Stressempfindlichkeit
• 5. Dopamin und Stress

1. PFC¶

Grundsätzlich muss zwischen den Folgen von akutem und chronischem Stress unterschieden werden. Während akuter Stress Dopamin- und Noradrenalinspiegel im PFC erhöht, verringert chronischer Stress den Dopaminspiegel im PFC. Erhöhungen wie Verringerungen von Dopamin- und Noradrenalinspiegel beeinträchtigen das Arbeitsgedächtnis.

Frühkindlicher Stress kann Dopamin im PFC verringern oder erhöhen.³

1.1. Stressarten¶

1.1.1. Akuter starker Stress¶

Stress beeinträchtigt Prozesse des PFC, die zielgerichtetes Verhalten unterstützen, nicht aber wohl Prozesse des oPFC⁴ wie das Reversal learning.
Während der PFC im Nicht-Stress-Zustand seine Noradrenalin- und Dopaminpegel selbst so steuern kann, dass er optimal funktioniert, werden bei akutem Stress durch die Amygdala via Hypothalamus und Mittelhirn (Mesencephalon, Teil des Hirnstamms) der Dopaminspiegel⁵ und Noradrenalinspiegel so stark angehoben, dass die PFC-Funktion beeinträchtigt wird.²⁶⁷

Bei akutem Stress wird der Dopaminausstoß des VTA erhöht, was den Dopaminspiegel in PFC, basolatersaler Amygdala und Nucleus accumbens erhöht. Der mPFC hemmt den Nucleus accumbens, während die Amygdala den PFC hemmt und den Nucleus accumbens aktiviert. Entfällt aufgrund zu hoher Dopaminspiegel die hemmende Wirkung des PFC auf den Nucleus accumbens, kommt es zu starken Stresssymptomen.⁸

Werden (z.B. bei akutem Stress) D1-Rezeptoren zu stark aktiviert, erhöht dies cAMP, was das gesamte aufgabengerichtete Feuern der Nervenzellen in alle Richtungen des PFC-Netzwerks hemmt und das Arbeitsgedächtnis beeinträchtigt.⁸ Dies kann durch eine passende Gabe von D1-Antagonisten,⁹ cAMP-Inhibitoren oder PKA-Inhibitoren¹⁰ in den PFC verhindert werden. Dopamin- und Noradrenalinrezeptoren sind eng mit dem cAMP-PKA-Pfad verbunden.¹¹
Hohe Dosen von D1-/D5-Antagonisten oder D1-/D5-Agonisten beeinträchtigen das Arbeitsgedächtnis gleichermaßen, milde Gaben verbessern das Arbeitsgedächtnis.¹²

Der Dopaminspiegel zwischen PFC und Striatum soll nach einer Darstellung starr umgekehrt proportional miteinander verbunden sein: ein hoher Dopaminspiegel im PFC korreliert danach mit einem niedrigen Dopaminspiegel im Striatum und umgekehrt.¹³¹⁴ Nach anderer Darstellung führt ein Dopaminmangel im rechten mPFC zu einem ebenfalls verringerten Dopaminspiegel im Nucleus accumbens des Striatums.¹⁵ Dieses Modell könnte ADHS, das das mit verringerten Dopaminspiegeln im PFC und im Striatum einhergeht, besser erklären.

Stress verändert die Reaktionsmuster des Gehirns von einer langsamen, durchdachten Steuerung durch den PFC zu einer reflexiven und schnellen emotionalen Steuerung durch die Amygdala und verwandte subkortikale Strukturen.²

Akuter, unkontrollierbarer Stress beeinträchtigt PFC-vermittelte kognitive Funktionen bei Mensch und Tier und verlagert die Verhaltens- und Emotionskontrolle auf primitivere posteriore Hirnschaltungen.²

Glucocorticoid- und Dopaminrezeptoren wirken in Bezug auf Stress im PFC zusammen. Bei Stress werden durch die HPA-Achse Glucocorticoide ausgeschüttet, die die Blut-Hirn-Schranke überwinden und im gesamten Gehirn Glucocorticoidrezeptoren adressieren.¹⁶

• Direkt in den PFC gegebene Glucocorticoide erhöhen den Dopaminspiegel im PFC und verstärken stressbedingte Beeinträchtigungen von Exekutivfunktionen des PFC. Umgekehrt verringern in den PFC gegebene Glucocorticoid-Antagonisten den stressbedingten Dopaminspiegel des PFC.¹⁷ Ebenso stimuliert die Aktivierung der HPA-Achse das ventrale Tegmentum, das wie der PFC viele Glucocorticoidrezeptoren aufweist, und korreliert mit einer Dopaminerhöhung im PFC.¹⁸ Da eine Glucocorticoidgabe in das ventrale Tegmentum den Dopaminspiegel im PFC bei Stress nicht erhöht, scheint dieser nicht unmittelbar vom ventralen Tegmentum gesteuert zu werden.
  Eine hohe Cortisolgabe ins Blut beeinträchtigt ebenfalls das Arbeitsgedächtnis, nicht aber das deklarative Gedächtnis.¹⁹
• Das Glucocorticoid Corticosteron blockiert die auf Gliazellen sitzenden dopaminergen OTC2-Transporter im PFC, die Dopamin aus dem synaptischen Spalt entfernen. Dadurch erhöht Corticosteron den extrazellulären Dopaminspiegel.²⁰²¹

Im Ergebnis können durch Stress ausgeschüttete Glucocorticoide im PFC eine Überstimulation der D1-Rezeptoren bewirken und dadurch zur Abschaltung des PFC beitragen.

Sofern, wie wir annehmen, bei ADHS-I (ohne Hyperaktivität) häufig die Cortisolstressantwort überhöht und bei ADHS-HI (mit Hyperaktivität) die Cortisolstressantwort eher abgeflacht ist, müsste dies dazu führen, dass bei ADHS-I Probleme des Arbeitsgedächtnis etwas weniger stark auftreten.
Da bei ADHS aufgrund von chronischem Stress die tonischen Dopaminspiegel im PFC verringert sind, müsste eine stärkere Cortisolstressantwort, die die Dopaminspiegel erhöht, in der Summe eine weniger starke Dopaminverringerung im PFC bewirken. Anders formuliert: die überhöhte phasische Dopamin- und Noradrenalin-Stressantwort könnte das tonische Dopamin- und Noradrenalindefizit ein kleines bisschen kompensieren – wobei jedoch die zeitlichen Abläufe zu berücksichtigen sind, da die Cortisolstressantwort ca. 20 Minuten nach dem Stressor eintritt. Im Ergebnis wäre zu erwarten, dass ADHS-I eine etwas geringere Beeinträchtigung der Exekutivfunktionen zeigt als ADHS-HI.
Zumindest deckt sich dies mit den Ergebnissen unseres Onlinetests. Von rund 1400 Teilnehmen hatten diejenigen, die angaben, ADHS-I zu haben, insgesamt eine etwas geringere Symptomschwere angegeben als diejenigen, die angaben, vom ADHS-HI/ADHS-C zu sein. ADHS-HI hatte durchgehend in allen Symptombereichen stärkere Symptome als ADHS-I, also auch ausserhalb der Hyperaktiv/impulsiven Symptomatiken. Insbesondere wurden von ADHS-HI-Betroffenen auch Denkblockaden und Entscheidungsschwierigkeiten häufiger bzw. stärker berichtet als von ADHS-I-Betroffenen.

1.1.2. Chronischer starker Stress¶

1.1.2.1. Dopaminverringerung durch chronischen Stress¶

1.1.2.1.1. Dopaminverringerung im PFC durch chronischen Stress¶

Chronischer Stress über 4 Wochen bewirkte bei Ratten verringerte Dopaminspiegel im PFC, was das Arbeitsgedächtnis beeinträchtigte.²²
Die durch 4 Wochen chronischen Stress ausgelösten Veränderungen (depressives Verhalten, eine negative Rückkopplungsresistenz im Dexamethason-Suppressionstest, Abnahme des extrazellulären Dopamins im PFC) blieben noch 3 Monate danach bestehen.²³ Lediglich die Abnahme des extrazellulären Serotonins im PFC hatte sich bis dahin bereits zurückgebildet.
Etliche weitere Untersuchungen bestätigen, dass chronischer Stress den Dopaminspiegel im PFC verringert. Chronischer Stress in der Jugend verringert den Dopaminspiegel im PFC nicht nur in der Jugend, sondern auch über das gesamte Erwachsenenalter.²⁴

Chronischer Stress erhöhte die Noradrenalintransporter im PFC, während der Noradrenalinspiegel unverändert blieb.²⁵
Noradrenalintransporter nehmen im PFC vor allem Dopamin wieder auf. Erhöhte Noradrenalintransporter bewirken damit einen verringerten Dopaminspiegel.²⁶

Stress während der Geburt scheint die basalen Dopaminspiegel im PFC zu verringern und zugleich im Nucleus accumbens wie im Striatum zu erhöhen,²⁷ beispielsweise Sauerstoffmangel während der Geburt.²⁸²⁹

Vorgeburtlicher Stress kann den Dopaminspiegel im PFC lateral beeinflussen.³⁰ Bei ADHS ist der basale Dopaminspiegel in der rechten Hemisphäre des PFC verringert, während er in dem genannten Experiment rechtshemisphärisch im PFC erhöht war.

Bekamen Rattenmütter im letzten Schwangerschaftstrimester Glucocorticoide verabreicht, zeigte der Nachwuchs verringerte Dopaminspiegel im Nucleus accumbens und anderen mesolimbischen Strukturen, ein verändertes Verhältnis von Dopamin-D1- zu D2-Rezeptoren und eine Suchtneigung.³ Eine anderer Untersuchung fand ebenfalls eine Suchtneigung nach pränatalem Stress.³¹

Mit Mobbing vergleichbarer wiederholter sozialer Stress in der Jugend bewirkte bei Nagern im Erwachsenenalter verringerte Dopaminspiegel im PFC durch erhöhte D2-Wiederaufnahme und erhöhten Dopaminabbau.³² Sozialer Stress in der Jugend erhöhte die Aktivität der DAT, die Dopamin abbauen.³³ Wiederholter sozialer Stress in der Jugend verringerte die D2-Rezeptoren im Erwachsenenalter,³⁴ während soziale Isolation in der Jugend die D2-Rezeptoren im Erwachsenenalter erhöhte.³⁵ Wiederholter sozialer Stress über 5 Tage bei jugendlichen Nagern verringerte den Dopaminspiegel im mPFC im Erwachsenenalter³⁶³⁷ sowie erhöhte Noradrenalin- und Serotoninspiegel im ventralen Gyrus dentatus und verringerte Noradrenalinspiegel in den dorsalen Raphekernen.³⁶
Die Verringerung des mPFC-Dopaminspiegels im Erwachsenenalter kann im selben jugendlichen Zeitraum auch durch wiederholte pharmakologische Aktivierung der D2 Autorezeptoren im mPFC hervorgerufen werden.³⁷

Chronischer Verteidigungsstress bei Mäusen zeigte zwei unterschiedlich empfindlich reagierende Gruppen. Bei beiden Gruppen wurde eine erhöhte Expression von D2S-, D2L- und D2R-Rezeptor-Dimeren im PFC beobachtet. Signifikant verringert war die D2S-Rezeptor mRNA-Expression in der Amygdala.³⁸

1.1.2.1.2. Dopaminverringerung im Striatum durch chronischen Stress¶

Lang anhaltender (einmaliger) Stress, wie er zur Provokation von PTSD bei Nagetieren verwendet wird, verringert den Dopaminspiegel und die D2-Rezeptoren im Striatum und erhöhte die DAT im Striatum. Die D1-Rezeptoren im Striatum blieben unverändert.³⁹ Er verringerte weiter Dopamin im infralimbischen Cortex.⁴⁰

1.1.2.1.3. Verringerung dopaminerger Zellen in Substantia nigra durch chronischen Stress¶

Chronische Bewegungsbeeinträchtigung (Fesseln) von Nagetieren (8 von 24 Stunden an 5 von 7 Tagen) bewirkte einen mit der Dauer ansteigenden Verlust dopaminerger Zellen in der Substantia nigra von bis zu 61 % nach 16 Wochen. Ebenso reduzierten sich die noradrenergen Zellen im Locus coeruleus. Zugleich erfolgte eine deutliche Erhöhung der Aktivierung der Mikroglia und ein Anstieg von Nitrotyrosin in der Substantia nigra und dem Locus coeruleus. Dies deutet auf oxidativen Stress hin, der die Verringerung der dopaminergen und noradrenergen Zellen auslösen könnte.⁴¹

1.1.2.2. Weitere Wirkungen von chronischem Stress¶

1.1.2.2.1. Verringerung noradrenerger Zellen im Nucleus coeruleus durch chronischen Stress¶

Chronische Bewegungsbeeinträchtigung (Fesseln) von Nagetieren (8 von 24 Stunden an 5 von 7 Tagen) reduzierte die noradrenergen Zellen im Locus coeruleus, ebenso wie einen mit der Dauer ansteigenden Verlust dopaminerger Zellen in der Substantia nigra.⁴¹

Ein einmalige langanhaltener Stressor, wie er zur Induzierung von PTSD verwendet wird, bewirkte bei Ratten in den noradrenergen Zellen des Locus coeruleus⁴²

• eine geringere spontane Aktivität, aber höhere evozierte Reaktionen, die zu einem erhöhten Signal-Rausch-Verhältnis der Locus coeruleus-Neuronen führten
• eine beeinträchtigte Erholung nach der Stimulationshemmung.
• eine überhöhte Tyrosinhydroxylase-mRNA-Expression im Locus coeruleus

Eine umfassende Untersuchung mehrerer Stressarten als einmalige oder lang anhaltende Stressoren fand bei Ratten:⁴³

• Einmalige Stressoren wirkten je nach Stressor unterschiedlich
  • Immobilisierungsstress
    • erhöhte Tyrosinhydroxylase-mRNA-Expression
      • in Hirnstamm A1, A2, A5 und Locus coeruleus
    • unveränderte NET-mRNAs und VMAT2-mRNAs
  • Glycolysehemmung durch 2-Desoxy-D-Glucose
    • erhöhte Tyrosinhydroxylase-mRNA-Expression
      • in Hirnstamm A1, A2, A5 und Locus coeruleus
    • unveränderte NET-mRNAs und VMAT2-mRNAs
  • Kälte
    • erhöhte Tyrosinhydroxylase-mRNA-Expression
      • in Hirnstamm A2 und Locus coeruleus
    • unveränderte NET-mRNAs und VMAT2-mRNAs
  • Insulin
    • unveränderte Tyrosinhydroxylase-mRNA-Expression
    • unveränderte NET-mRNAs und VMAT2-mRNAs
• chronischer Stress wirkte je nach Stressor unterschiedlich
  • Immobilisierungsstress, täglich 2 Stunden über 41 Tage
    • erhöhte Tyrosinhydroxylase-mRNA-Expression
      • gleiche Erhöhung wie durch einmalige Immobilisierung
        • in Hirnstamm A1, A2, A5 und
      • Erhöhung geringer als durch einmalige Immobilisierung
        • in Locus coeruleus
      • weitere Steigerung der erhöhten Tyrosinhydroxylase-mRNA-Expression durch einmaligen Kältestress oder 2-Desoxy-D-Glukose
        • nur in Locus coeruleus
      • keine Veränderung durch neue einmalige Immobilisierung
    • erhöhte NET-mRNAs und VMAT2-mRNAs
      • nur in Hirnstamm A1- und A2
  • Glycolysehemmung durch 2-Desoxy-D-Glukose
    • erhöhte Tyrosinhydroxylase-mRNA-Expression
      • in Hirnstamm A1, A2, A5 und Locus coeruleus
  • Kälte
    • erhöhte Tyrosinhydroxylase-mRNA-Expression
      • nur in Hirnstamm A2 und Nucleus coeruleus
  • Insulin
    • keine erhöhte Tyrosinhydroxylase-mRNA-Expression

1.1.2.2.2. Veränderte Phosphorylierung und oxidativer Stress¶

Chronischer Stress (elektrische Fußschocks) an Mäusen

• verringerte die Phosphorylierung von Extracellular-signal Regulated Kinase (ERK1 / 2) und
• verringerte die Phosphorylierung von cyclic AMP-responsive element binding protein (CREB-1),
• erhöhte die Phosphorylierung des N-Methyl-d-Aspartat (NMDA) -Rezeptors (Typ 1) im Hippocampus

Diese Wirkungen wurde durch eine Gabe von (-)-Sesamin (einem Polyphenol, das u.a. in Sesamöl vorkommt) vor dem Stress verhindert.⁴⁴

1.1.3. Milder Stress¶

Eine milde akute Stressbelastung beeinträchtigt die Gedächtniskonsolidierung durch Hippocampus und Amygdala nicht und kann sie sogar verbessern. Der vmPFC reguliert die durch die Amygdala vermittelten Angstreaktionen.⁸⁴⁵
Schwerere akute Stressoren beeinträchtigen dagegen die Funktionen des Hippocampus, stärken aber weiterhin die emotionalen motorischen Funktionen von Amygdala und Striatum.

Milder Stress, z.B. wenn die Mutter nach kurzer Trennung zurückkehrt, fördert die Stressverarbeitung im Erwachsenenalter und verringert die Impulsivität und die basalen Stresshormone der HPA-Achse im Blut.⁴⁶. Rattenbabys, die nur kurz wiederholt der Mutter entzogen oder in die Hand genommen wurden, zeigten im Alter eine geringere Reaktion der HPA-Achse auf Stress, indem die Expression von Glucocorticoidrezeptoren (GR) im PFC und Hippocampus erhöht wurde. GR sind die Rezeptoren, über die Cortisol (bei Nagetieren Corticosteron) am Ende der Stressreaktion die HPA-Achse wieder herunterfährt. Bei länger anhaltendem Entzug von der Mutter, Endotoxingabe oder Traumata, die schweren oder chronischen Stress auslösen, war die Empfindlichkeit der HPA-Achse im Erwachsenenalter dagegen erhöht⁴⁷ und die GR-Expression im dlPFC (und – deutlich geringer – im ventrolateralen PFC) verringert.⁴⁸ Die (sehr viel corticoidaffineren, den Tagesablauf steuernden) Mineralocorticoidrezeptoren (MR) blieben unverändert, was das Verhältnis von MR zu GR verschlechterte. Erfolgte der Stress erst im Erwachsenenalter, verringerte sich stattdessen die Expression von GR in CA1 des Hippocampus und von MR im ventrolateralen PFC.

Chronischer milder Stress wird von der überwiegenden Fachliteratur mit depressiven Reaktionsmustern assoziiert, die mit einer Unteraktivität des mesolimbischen Dopaminsystems und einer erhöhten Bindung an corticale beta-adrenerge Rezeptoren verknüpft ist. Für eine kleinere Gruppe wird eine abweichende Reaktion auf chronischen milden Stress beschrieben, die mit einer erhöhten Aktivität des mesolimbischen Dopaminsystem und einer verminderten Bindung an corticale beta-adrenerge Rezeptoren verknüpft ist.⁴⁹ Es wäre interessant zu erfahren, ob es ich hierbei um die Subtypen der melancholischen Depression und der atypischen Depression handelt.

1.2. Verhaltensauswirkungen von Stress im PFC¶

1.2.1. Aufmerksamkeit¶

Stress verändert die Aufmerksamkeitssteuerung.² Dabei wechselt die Aufmerksamkeitsregulierung von einer nach Relevanz für die Zielerreichung priorisierenden Top-Down-Kontrolle durch den PFC zu einer Reiz-priorisierten Bottom-Up-Kontrolle durch die sensorischen Cortizes. Die Aufmerksamkeitslenkung wechselt dadurch von einer willentlichen Steuerung durch den PFC zu einer automatischen Reaktion auf Reize durch posteriore Gehirnregionen.⁵⁰
Dies entspricht recht genau der Veränderung der Aufmerksamkeitssteuerung bei ADHS.

Stress beeinträchtigte die selektive Aufmerksamkeit in einem Tierversuch nur, wenn er unkontrollierbar war.²

Stress beeinträchtigt die Aufmerksamkeitskontrolle und die Konnektivität innerhalb eines frontoparietalen Netzwerks, das Aufmerksamkeitswechsel (Taskwechsel) vermittelt.⁵¹
Taskwechsel werden durch den mPFC gesteuert.⁵²

Stress beeinträchtigt Taskwechsel, was mit einem Rückgang von apikalen dendritischen Dornen im mPFC korreliert.⁵³

Bei ADHS ist die Aufmerksamkeitssteuerung in genau dieser spezifischen Art und Weise verändert: bei ADHS sind weder die Aufmerksamkeit selbst noch die Lenkbarkeit der Aufmerksamkeit an sich beeinträchtigt, vielmehr unterliegt die Aufmerksamkeitslenkung einem eigenen, spezifischen Muster: Taskwechsel sind erschwert, Ablenkung ist erleichtert. Die Aufmerksamkeit unterliegt vermehrt einer intrinsischen Steuerung.

1.2.2. Arbeitsgedächtnis¶

Stress beeinträchtigt das Arbeitsgedächtnis im dlPFC² und erhöht die Konditionierung für negative, nicht aber für positive Stimuli⁵⁴ sowie die Aktivität des Default Mode Netzwerks.⁵⁵

1.2.2.1. Akuter starker Stress deaktiviert Arbeitsgedächtnis via Noradrenalin¶

Das Arbeitsgedächtnis benötigt einen mittleren Noradrenalinspiegel für eine optimale Funktion. Zu niedrige wie zu hohe Noradrenalinspiegel beeinträchtigen das Arbeitsgedächtnis. Diese Steuerung erfolgt mittels unterschiedlich affiner Noradrenalinrezeptoren: den hochaffinen α2-adrenergen Rezeptoren und den geringer affinen α1- und β-adrenergen Rezeptoren.^{58596061626364} Dieser Steuerungsmechanismus entspricht dem der Abschaltung der HPA-Achse nach erfolgter Stressreaktion durch Cortisol mittels den hochaffinen Mineralocorticoidrezeptoren und den niedrigaffinen Glucocorticoidrezeptoren.
Die Abwesenheit von Noradrenalin beruhigt damit den PFC und ermöglicht Schlaf. Noradrenalin in mittlerer Dosis aktiviert das Arbeitsgedächtnis und erhöht die kognitive Leistungsfähigkeit. Hohe Noradrenalinspiegel bei Stress beeinträchtigen das Arbeitsgedächtnis und damit die kognitive Flexibilität. Die Stimulation von α1- und β-adrenergen Rezeptoren durch sehr hohe Noradrenalinspiegel beeinträchtigt nicht nur das (räumliche) Arbeitsgedächtnis, sondern erhöht auch die Tätigkeit von posterioren und subkortikalen Funktionen, die bei Stress anstelle des PFC die Verhaltenssteuerung übernehmen.⁵⁸⁶⁵ α1-Rezeptor-Antagonisten verhindern die Beeinträchtigung des PFC durch Stress.⁶⁶ In der Praxis sind α1-Adrenozeptor-Antagonisten bei der Behandlung von PTSD hilfreich.⁶⁷⁶⁸ Ebenso verhindern β-Adrenozeptor-Antagonisten eine stressinduzierte Beeinträchtigung des PFC,⁶⁹ z.B. Propanolol.⁷⁰
Guanfacin, das bei ADHS nach MPH und AMP als Mittel dritter Wahl eingesetzt wird, ist ein α2-Adrenozeptor-Agonist. ⇒ Guanfacin bei ADHS

1.2.2.2. Stress deaktiviert das Arbeitsgedächtnis via Dopamin¶

1.2.2.2.1. Akuter Stress und Dopamin im PFC¶

Dopamin zeigt vergleichbare Wirkungen auf den PFC wie Noradrenalin. Akuter Stress induziert einen sehr hohe Dopaminspiegel im PFC. Sowohl sehr hohe Dopaminspiegel (via D1-Rezeptoren) wie auch sehr niedrige Dopaminspiegel beeinträchtigen die Funktion des PFC, insbesondere das (räumliche) Arbeitsgedächtnis.⁷¹⁷²⁷³ Die Beeinträchtigung des Arbeitsgedächtnisses durch Stress kann durch D1-Antagonisten vermieden werden.⁶

Wie bei D1 stärkt eine mittlere D2-Rezeptorstimulation im PFC das Arbeitsgedächtnis, während eine sehr starke D2-Rezeptorstimulation im PFC das Arbeitsgedächtnis beeinträchtigt.^{74 7576}

Die selben Effekte von Dopamin sind bereits von verschiedenen COMT-Gen-Polymorphismen bekannt. COMT steuert den Dopaminabbau im PFC. Diejenigen COMT-Varianten, die Dopamin langsamer abbauen, sind mit einer erhöhten Anfälligkeit für stress- oder stimulierungsbedingte Beeinträchtigungen des Arbeitsgedächtnisses verbunden.⁷⁷ Siehe hierzu auch ⇒ COMT-Gen-Variante beeinflusst geschlechtsspezifisch Stressempfinden

1.2.2.2.2. Chronischer Stress und Dopamin im PFC¶

Chronischer Stress verringert den Dopaminspiegel im PFC.⁷⁸

Die Veränderung der Dopamin- oder Noradrenalinspiegel auf akuten Stress nach vorhergehendem durch 5-wöchigen chronischen Kältestress bei Ratten änderte sich dagegen nicht grundlegend. Vorangegangener chronischer Stress verringert hier lediglich die durch akuten Stress verursachte Dopaminerhöhung etwas, während die Noradrenalinerhöhung auf akuten Stress bei vorangegangenem chronischem Stress fast verdoppelt wurde.⁷⁹

1.2.3. Zusammenwirken von Noradrenalin und Dopamin bei der Stressreaktion¶

Dopamin und Noradrenalin ergänzen sich bei der Vermittlung von Stressreaktionen und Stresssymptomen.
Noradrenalin erhöht bei mittlerem Niveau via α2A-Rezeptoren die Signalstärke auf alle Eingänge,⁶⁴ während hohe Noradrenalinspiegel die Feuerung reduzieren.
Dopamin dagegen verbessert die Signalqualität (verringertes Rauschen) indem es via D1-Rezeptoren die neuronale Aktivierung/Adressierung von nicht präferierten Eingängen verringert.⁷¹ Hohe D1-Rezeptorstimulation unterdrückt das Feuern der Neuronen jedoch für alle Richtungen. Das Neuron verliert dadurch sowohl seine räumliche Ausrichtung als auch seine Reaktionsfähigkeit.⁷¹

Proteinkinase C beeinträchtigt ebenfalls den PFC.⁸⁰ Proteinkinase-γ und -ε spielen eine Rolle als Stresssensoren im Gehirn.⁸¹

Diese Beeinträchtigung des Arbeitsgedächtnis ist eine quantitative Änderung der Gedächtnisfunktionen.

Bei ADHS ist das Arbeitsgedächtnis beeinträchtigt.

1.2.4. Neurophysiologische Korrelate von akutem Stress und ADHS¶

1.2.4.1. Dopamin und Noradrenalin-Rezeptor-Antagonisten zur Behandlung von ADHS¶

Antagonisten von D1- oder D2-Dopaminrezeptoren werden bislang kaum zur Behandlung von ADHS eingesetzt.
Guanfacin, das insbesondere bei ADHS-betroffenen Kindern und Jugendlichen, die auf Stimulanzien nicht ansprechen, eingesetzt wird, wirkt als α2-Adrenozeptor-Agonist. Guanfacin deckt damit die hochaffinen α2-Rezeptoren ab, sodass weniger Noradrenalin erforderlich ist, um den PFC zu aktivieren – oder nach vollständiger Abdeckung der α2-Adrenozeptor nun über die α1- oder β-Adrenozeptoren den PFC zu deaktivieren. Im Ergebnis wirkt Guanfacin dadurch wie ein mittelbarer α1- und β-Adrenozeptor-Agonist.

1.2.4.2. ADHS: niedriger DA-Spiegel im PFC.¶

Bei ADHS ist der Dopaminspiegel im PFC (und im Striatum) verringert.
Ebenso erhöhen Methylphenidat und Amphetaminmedikamente den Noradrenalinspiegel und Dopaminspiegel im PFC.⁸²²⁶
Stimulanzien wirken bei ADHS-HI ebenso wie bei ADHS-I.

Wie oben dargestellt ist die Funktionalität des PFC gleichermaßen bei zu niedrigen wie bei zu hohen Noradrenalin- und Dopaminspiegeln beeinträchtigt. Zu wenig Noradrenalin oder Dopamin aktiviert den PFC nicht ausreichend, um das Arbeitsgedächtnis vollständig in Gang zu setzen.

Die Probleme des Arbeitsgedächtnisses bei ADHS scheinen daher aus einer Unteraktivierung des PFC zu resultieren, die durch passend dosierte Stimulanzien behoben werden kann.

Akuter Stress ist von einem Anstieg von Dopamin (und Noradrenalin) im PFC gekennzeichnet.

Chronischer Stress dagegen kann verringerte Dopaminspiegel im PFC auslösen, die ebenso das Arbeitsgedächtnis beeinträchtigen.⁸³ Da ADHS eine jahrzehnte- bis lebenslange Störung ist, verwundert es nicht, dass die Folgen einer chronischen Stressbelastung vorzufinden sind.

Dass sich bei chronischem Stress die Dopaminspiegel im PFC gegenüber akutem Stress drastisch verändern, entspricht den Veränderungen in Bezug auf die Cortisolspiegel bei chronischem, anhaltendem Stress: während bei akutem Stress, insbesondere bei nicht stressvorbelasteten gesunden Menschen, Cortisol auf Stress ansteigt, zeigen sich bei chronischem Stress (je nach Stressphänotyp) vergleichsweise abgeflachte oder überhöhte Cortisolstressantworten. Der basale Cortisolspiegel (der Cortisol-Tagesverlauf) ist bei chronischem Stress bei beiden Stressphänotypen verringert.
In diesem Zusammenhang wäre rein theoretisch denkbar, dass Glucocorticoide, die zur Erhöhung des Dopaminspiegels im PFC bei Stress beitragen, insbesondere beim externalisierenden Stressphänotyp (ADHS-HI/ADHS-C), der eine abgeflachte Cortisolstressantwort aufweist, nicht mehr hoch genug sind, um eine Dopaminerhöhung im PFC auszulösen.

ADHS-Betroffene, die mehrere Wochen in einer äußerst reizarmen Umgebung leben (Almhütte ohne Internet) sollen ihre ADHS-Symptome verlieren, auch wenn dies nur so lange anhält, wie die Reizarmut fortbesteht. Schon normales Alltagsleben ohne besondere Stressoren stellt danach die ADHS-Symptomatik wieder her.
Es wäre interessant zu erfahren, ob in diesem Zustand eine Stimulanziengabe dann die Symptomatik verschlechtert. Dies könnte darauf hindeuten, dass bei Beruhigung der Stresssysteme in extrem reizarmer Umgebung eine Rückkehr zu einer normalen Stressreaktion und eine Normalisierung der Dopaminspiegel im PFC einträte.

Ein Bericht über eine Almhüttenveranstaltung für Kinder mit ADHS ist wenig positiv.⁸⁴

1.3. Lernverhalten: automatische Reaktionen statt kontrollierter Schlussfolgerungen¶

Stress (z.B. Angst) verändert das Lernverhalten von Säugetieren dahin gehend, dass das durch den Hippocampus gesteuerte Lernen durch ein von Striatum gesteuertes Reizreaktionslernen ersetzt wird.⁸⁵⁸⁶
Dieser Wechsel der involvierten Gedächtnisnetzwerke ist eine qualitative Änderung der Gedächtnisfunktionen.

Stress verursacht weitere qualitative Wechsel, z.B. in Bezug auf das visuelle Gedächtnis.⁸⁵

Stress verringert die Spiegel von BDNF und anderer neurotropher Faktoren. Diese sind erforderlich für die Neuroplastizität des Gehirns, also das Ausbilden neuer Synapsen, insbesondere im Hippocampus – “Gedächtnisbildung” oder “Lernen” genannt.

ADHS ist von Lernproblemen gekennzeichnet und korreliert mit verringerten Spiegeln von BDNF und anderen neurotrophen Faktoren. ADHS-Medikamente normalisieren die Spiegel der neurotrophen Faktoren.

1.4. Impulsivität durch Kontrollverlust¶

Der PFC ist eine Kontrollinstanz gegenüber impulsivem und emotional getriebenem Verhalten. Stress reduziert diese Kontrolle des PFC und erhöht damit Impulsivität.
Impulsivität ist eines der zentralen Symptome von ADHS.⁸⁷

1.5. Sucht durch Kontrollverlust¶

Der PFC ist eine Kontrollinstanz gegenüber impulsivem und emotional getriebenem Verhalten. Eine durch Stress beeinträchtigte Impulskontrolle durch den PFC korreliert z.B. mit Drogenabhängigkeit, Rauchen, Alkoholkonsum und übermäßiges Essen^88899091

Neben dem PFC sind in Suchtsymptome der anteriore cinguläre Cortex (ACC), die Amygdala und das Striatum involviert.⁸⁸

ADHS korreliert mit deutlich erhöhten Suchtproblemen und die genannten Gehirnregionen sind sämtlich in Bezug auf die Symptome von ADHS involviert.

2. Striatum¶

Der mPFC scheint die Stressreaktionen auch dadurch zu kontrollieren, indem er die Stressreaktion des mesoaccumbischen Dopaminsystems reguliert. Ratten zeigten unter 240 Minuten Festhaltestress¹⁴

• anfänglich
  • einen kurzen Anstieg von Noradrenalin im mPFC
  • einen kurzen Anstieg von Dopamin im Nucleus accumbens (einem Teil des Striatums)
• anschließend
  • einen anhaltenden Anstieg von Dopamin im mPFC
  • einen anhaltenden Abfall von Dopamin im Nucleus accumbens, bis unter den Ruhespiegel
• eine selektive Beseitigung (Depletion) von Noradrenalin im PFC
  • verhinderte den Anstieg von Noradrenalin im mPFC und
  • verhinderte den Anstieg von Dopamin im mPFC und im Nucleus accumbens
• eine selektive Beseitigung (Depletion) von mesokortikalem Dopamin
  • eliminierte die Erhöhung des Dopamins im mPFC und
  • eliminierte die Verringerung von Dopamin im Nucleus accumbens
  • die basalen Katecholamine blieben unbeeinträchtigt

Demnach bestimmen die gegensätzlichen Einflüsse von Noradrenalin und Dopamin im mPFC die stressbedingte Reaktion von Dopamin im Nucleus accumbens.

Wiederholte Alkoholexposition in der Jugend verringerte den Dopaminspiegel im Nucleus accumbens (Striatum) bei erwachsenen Nagetieren.⁹² und Affen.⁹³

Im Nucleus accumbens wird der Dopaminspiegel durch lang anhaltenden Stress ebenfalls verändert. Je nachdem, ob es sich um kontrollierbaren Stress oder unkontrollierbaren Stress handelt, zeigt sich eine Erhöhung oder eine Verringerung des Dopaminspiegels. Kontrollierbarer Stress bewirkt einen tonischen Dopaminanstieg, unkontrollierbarer Stress einen tonischen Dopaminabfall.^94959697

Die Dopaminstressantwort im Nucleus accumbens scheint zweiphasig zu sein. Einem kurzfristiger Anstieg von Dopamin folgt eine zweite Phase, in der der Dopaminspiegel von der Kontrolle über den Stressor abhängt.⁹⁸ Während kurzfristiger Stress mit einem mesolimbischen Dopaminanstieg einhergeht, ist langfristiger Stress ist von einem Dopaminabfall geprägt.⁹⁹

3. Amygdala¶

Bei Stress wird durch die Amygdala der Noradrenalinspiegel erhöht.
Mittels hoher Noradrenalinspiegel moderiert die Amygdala Ängstlichkeit und Angstkonditionierung.¹⁰⁰
Während konditionierte Angst durch phasisch aktivierte Neuronen entsteht, wird Ängstlichkeit durch dauerhaft aktivierte Neuronen erzeugt.¹⁰¹

ADHS korreliert signifikant mit erhöhter Ängstlichkeit und komorbiden Angststörungen. Weiter erhöht ein unbehandeltes ADHS das Risiko für spätere Angststörungen erheblich.

4. Neurophysiologische Korrelate von Stressempfindlichkeit und Stressresilienz¶

So wie bestimmte Zustände und Abläufe im Gehirn mit Stressentstehung und Stresssymptomen korrelieren, gibt es auch neurophysiologische Abbilder von Stressempfindlichkeit und Stressresilienz.

4.1. Asymmetrische Aktivität der Gehirnhemisphären¶

Eine stärkere Aktivierung von Gehirnregionen korreliert mit einer intensiveren Wahrnehmung der in dieser Gehirnregion repräsentierten Emotionen. Die rechte Gehirnhemisphäre repräsentiert eher negative Wahrnehmungen und Empfindungen, die linke Gehirnhemisphäre eher positive. Menschen mit einer stärkeren linken als rechten Gehirnaktivität nehmen positive Emotionen intensiver wahr und Menschen mit einer stärkeren rechten als linken Gehirnaktivität empfinden negative Emotionen intensiver.^102103104 Eine Studie konnte dies nur für bestimmte Analysemethoden reproduzieren.¹⁰⁵ Eine aktuelle Übersichtsarbeit fasst den Stand zur Alpha-Asymmetrie zusammen.¹⁰⁶
Bei Menschen fand eine Studie bei ehemals depressiven Probanden eine niedrigere linksseitige anteriore und eine niedrigere rechtsseitige posteriore Alpha-Aktivierung als bei niemals depressiven Probanden. Dieses Muster ähnelt dem von akut depressiven Patienten.¹⁰⁷
Studien an Rhesusaffen zeigten, dass eine erhöhte rechtsfrontale Gehirnaktivität mit Angstverhalten und erhöhtem Blutplasma-Cortisolspiegel korreliert. Affen mit erhöhter rechtsfrontaler Gehirnaktivität haben – stabil über Jahre hinweg – erhöhte CRH-Spiegel in der Gehirnflüssigkeit.¹⁰⁸

Zugleich soll die relative Verteilung der Gehirnaktivität zwischen linker und rechter Hemisphäre ein recht konstantes Persönlichkeitsmerkmal darstellen.¹⁰⁹ Säuglinge mit 10 Monaten reagieren auf positive Gesichter mit einer stärkeren Aktivität von linken frontalen Gehirnregionen.¹¹⁰

4.2. Neurotransmitter und Stressempfindlichkeit¶

Eine Untersuchung verglich Mäuse, die auf chronischen Stress ausgeprägte Stressreaktionen zeigten, mit Mäusen, deren Reaktionen auf chronischen Stress nicht von denen ungestresster Kontrollmäuse zu unterscheiden waren.
Stressresiliente Mäuse zeigten:¹¹¹

• niedrigere Noradrenalinwerte im ventralen Tegmentum als stressanfällige Mäuse
• unveränderte Noradrenalinwerte in limbischen Arealen, im Nucleus accumbens und im PFC
• Noradrenalinwerte im ventralen Tegmentum korrelierten mit sozialer Interaktion
• unveränderte Erregbarkeit dopaminerger Nervenzellen im ventralen Tegmentum gegenüber Kontrollen

Stressanfällige Mäuse zeigten:

• erhöhte dopaminerge Reaktion im ventralen Tegmentum
• höhere Dopaminspiegel im Nucleus accumbens
• unveränderte Dopaminspiegel im PFC

Dies deutet auf eine höhere Dopaminfreisetzung aus dem ventralen Tegmentum hin, das dopaminerg in den Nucleus accumbens projiziert.

Stressanfällige Mäuse zeigten:

• eine verringerte Expression des Transkriptionsfaktors c-fos im Locus coeruleus im Vergleich zu Kontrollen und stressresilienten Mäusen. Diese erklärte sich vollständig durch noradrenerge Neuronen, die an das ventrale Tegmentum projizierten. Unverändert blieben jedoch die Anzahl der nicht-NE-aktivierten Zellen (TH-negativ), die an das ventrale Tegmentum projizierten und der NE-aktivierten Zellen (TH-positiv), die nicht an das ventrale Tegmentum projizierten.
• die verringerte Anzahl aktivierter noradrenerger Zellen im Locus coeruleus, die ins ventrale Tegmentum projizierten, korrelierte mit einer verringerten sozialen Interaktionszeit.

Dies deutet darauf hin, dass sowohl ein verringerter Aktivierungszustand noradrenerger Zellen im Locus coeruleus, die ins ventrale Tegmentum projizieren, als auch eine verringerte Menge des in das ventralen Tegmentum freigesetzten Noradrenalins mit der Anfälligkeit für emotionalen Stress korreliert.

4.3. Bereits einmaliger akuter Stress erhöht die Stressempfindlichkeit¶

Darstellung nach Holly, Miczek.¹¹²

Bereits ein einzelner (schwerer) akuter Stress kann (ähnlich wie es Drogenmissbrauch tut) langanhaltende neuroplastische Veränderungen in dopaminergen Zellen des ventralen Tegmentums (VTA) verursachen.^{113114 115}

VTA-Dopamin-Neuronen sind im Grundzustand (Baseline) relativ depolarisiert und damit typischerweise an oder sehr nahe an der Aktionspotentialschwelle.¹¹³

• Akuter Stress bewirkt an Dopamin-Neuronen im VTA¹¹³¹¹⁴
  • induzierte Langzeitpotenzierung an glutamatergen (= exitatorischen) Synapsen
    • Einbau neuer AMPA-Rezeptoren eingebaut¹¹⁶
    • dadurch Erhöhung Verhältnis AMPA zu NMDA-Verhältnis^113115116
      • Wo:
        • nur in medialen VTA-Dopamin-Neuronen, die in den mPFC projizieren (Gift als Stressor)¹¹⁷
        • nicht in VTA-Dopamin-Neuronen, die in die NAc-Hülle projizieren (Gift als Stressor)¹¹⁷
      • Wie lange:
        • tritt innerhalb von 2 h nach Stress auf¹¹⁸
        • besteht für mindestens 24 h¹¹⁸
      • Folgen:
        • erhöht Kalziumpermeabilität und verändert Kalziumdynamik
          • dadurch kann unterschwellige Stimulation eine robuste Langzeitpotenzierung induzieren¹¹⁹
          • dadurch Steigerung der künftigen Erregbarkeit des postsynaptischen Nervenzelle¹¹⁶
    • AMPA- und NMDA-Rezeptoren im VTA vermitteln erhöhte Dopaminausstoß im mPFC auf akuten Schmerzstress¹²⁰
      • Blockade der AMPA- und NMDA-Rezeptoren im VTA unterbindet den Dopaminausstoß im mPFC auf akuten Schmerzstress¹²⁰
      • Blockade der Glucocorticoidrezeptoren im mPFC unterbricht den Signalkreis, der (auf akuten Schmerzstress) den erhöhten Glutamatspiegel im VTA und den erhöhten Dopaminspiegel im mPFC vermittelt.¹²⁰
  • blockierte Langzeitpotenzierung an GABAergen (= inhibierenden) Synapsen¹¹³¹¹⁴

Dieser Verlust von Langzeitpotenzierung an inhibitorischen Synapsen auf VTA-Dopamin-Neuronen könnte die Bremse des Systems beseitigen und in Kombination mit der induzierten Langzeitpotenzierung an exzitatorischen (glutamatergen) Synapsen die Reaktionsbereitschaft von VTA-Dopamin-Neuronen auf zukünftige Stress- oder Belohnungs-Reize erhöhen.¹¹²

5. Dopamin und Stress¶

Mehr hierzu ausführlich unter Dopamin und Stress im Abschnitt Dopamin im Kapitel Neurologische Aspekte.