Eine Reise durch die Physiologie - Wie der Körper des Menschen funktioniert
 

  
Integration der Organsysteme
 
Integrierte Auswirkungen von Stress auf Gehirn und Körper
© H. Hinghofer-Szalkay
Adaptation: ad-aptare = anpassen
Allostase: ἄλλως = anders, στάσις = Stand

Eustress: εὖ = gut,
wohl, richtig, leicht
Homöostase: ὁμοιοστάσις = Gleichstand
Stress: Druck, Anspannung, von stringere = anspannen
subkortikal: sub = unter(halb), cortex = (Hirn)Rinde
Sympathikus: συμ-πάθεια = Mit-Empfindung
Yerkes-Dodson-Kurve: Robert Yerkes, John D. Dodson


Stress ist eine Belastung, die auf ein biologisches System einwirkt. Dieses reagiert auf den Stressor im Sinne einer Anpassung; Blutzuckerspiegel und Blutdruck nehmen zu. Eustress ist für das System förderlich und steigert seine Widerstandskraft; Disstress überfordert das System und wirkt krankmachend.

Kurze Stresseinflüsse wirken sich anders aus als solche von längerer Dauer. Zu kurzfristigen Stressantworten gehören Adrenalinanstieg im Blut, erhöhter Serotoninumsatz im Gehirn (chonische Belastung hingegen senkt ihn), Glykogenolyse und gesteigerte Aufmerksamkeit. Länger anhaltender Stress hebt den Kortisolspiegel und stimuliert Fett- und Eiweißabbau.

Systemischer ("physiologischer") Stress führt zu unmittelbaren Reaktionen wie Blutdruckanstieg bei körperlicher Belastung. Neurogener ("psychischer") Stress aktiviert das limbische System, das den Stressor auf sein Bedrohungspotenzial prüft; Emotionen (wie Angst) treten auf.

Das Frontalhirn passt das Verhalten an die Situation an, es kann stressbedingte Emotionen zügeln. Umgekehrt kann intensiver Stress über das limbische System diese Kontrollwirkung des Präfrontalhirns überspielen (reziproke Hemmwirkung).

Der Hypothalamus hat Zugriff auf neuronale (somatomotorische, vegetative) und endokrine Efferenzen (Liberine, Statine) und ist ein Zentrum zur Koordination der Stressantworten.

Klassischerweise unterscheidet man im Rahmen des stressbedingten allgemeinen Adaptationssyndroms eine Alarmreaktion (Mobilisierung), eine Widerstands- und schließlich eine Erschöpfungsphase. Diese Antwortmuster treten weitgehend unabhängig von der Art des Stressors auf.


Definitionen
Neuro-endokrine Reaktionen Angst "Adaptationssyndrom"

Core messages
 
Belastungssituationen provozieren homöostatische und adaptive Reaktionen des Körpers
 
'Stress' ist ein Reizmuster, auf das das Gehirn

      automatisierte Gegenmaßnahmen zur Stabilisierung lebenswichtiger Zustandsgrößen (z.B. Blutverlust) ergreift ("systemischer Stress")
 
      oder unter Einbindung des limbischen Systems die erlebte Reizmenge als exzessiv oder die Reizqualität als bedrohlich einstuft ("neurogener Stress")

und mit einer generalisierten Stressreaktion antwortet.



>Abbildung: Stress und Stressor: Begriffe und Einflüsse

Homöostase bedeutet, dass physiologische Zustandsgrößen stabil gehalten werden (von Allostase spricht man, wenn solche Zustandsgrößen auf ein neues Niveau eingestellt werden).
  
Der Stressor kann als System-Input gesehen werden, die einwirkende Irritation wirkt auf das physiologische Systen ("Stress-System") ein und bewirkt als System-Output adaptive Reaktionen ("Stress-Antwort") mit unterschiedlichen Zeitverläufen


So wird z.B. Schmerz als Stress empfunden und löst dementsprechende Reaktionen aus.

     Sofortreaktionen - die unmittelbar das Überleben sichern sollen (Alarmreaktion - Adrenalinflut, gesteigerte Atmungs-und Kreislaufleistung) werden von
 
     chronischen Stressantworten unterschieden (Widerstandsphase, Erschöpfung - s. unten).
 
Man unterscheidet neurogenen (psychischen - z.B. Angst) von systemischem (physischem - z.B. Blutverlust, Hypoglykämie, Zytokine) Stress. Beides regt die Freisetzung von Kortikoliberin (CRH) an, die darüber hinaus unter einem starken zirkadianen Einfluss steht..

Wirkt ein Stresseinfluss auf das Stress-System fördernd (resilienzsteigernd), handelt es sich um einen Eustress
; gefährdet er hingehen die Funktionsfähigkeit des Systems überfordert (und pathogen wirken kann), spricht man von Disstress. Eustress (wörtlich "guter Stress") bewirkt "physiologische", gesundheitserhaltende adaptive Antworten des Organismus, Disstress (ein Zustand unzulänglicher Adaptation an den Stressor) überfordert sein Anpassungsvermögen.
   

<Abbildung: Stress löst humorale und autonom-nervöse Antworten aus
Nach Glaser R, Kiecolt-Glaser JK, Stress-induced immune dysfunction: implications for health. Nature Reviews Immunology 2005; 5, 243-251

Empfindet das Gehirn Reize / Situationen als belastend / bedrohlich, werden die hypothalamisch - hypophysär - adrenale und die sympathisch - adrenomedulläre Achse aktiviert.
  
ACTH triggert die Bildung von Glukokortikoiden, die - wie auch GH und Prolaktin - das Immunsystem beeinflussen. Anregung des Sympathikus führt zur Freisetzung von Adrenalin / Noradrenalin aus dem Nebennierenmark, sympathische Fasern stimulieren auch direkt lymphatisches Gewebe, Zytokine werden freigesetzt.
  
Leukozyten verfügen über Rezeptoren für Stresshormone und werden durch diese moduliert. Umgekehrt aktivieren Zytokine den das neuroendokrine System (Hypothalamus)

 
  CRH, corticotropin-releasing hormone    IL-1, Interleukin-1    NK, natural killer cell


Die Auswirkungen von kurz- und langdauerndem Stresseinfluss sind unterschiedlich, können sogar entgegengesetzt sein:

      Akuter
Stress bewirkt eine Beschleunigung des Serotonin-Umsatzes im Gehirn,

      chronischer Stress hingegen senkt die Freisetzung und den Umsatz von Serotonin.

Auch die Funktion und Verteilung von Serotoninrezeptoren hängt von der Stressdauer ab. Serotonin regt die Freisetzung von CRH im Hypothalamus an.


Man unterscheidet (>Abbildung oben)

     Stressoren: Reize, die auf das Stress-System einwirken (externe und interne; physische und psychische; etc)
 
     Stress-System: Das physiologische (belastete und reagierende) System, z.B. Zelle, Organ, Mensch
 
     Stress-Effekte: biologische Reaktionen bzw. Veränderungen infolge der Einwirkung des jeweiligen Stressors
 
Ziel der Stressreaktion ist die Stabilisierung der Körperfunktionen. Als Homöostase bezeichnet man die Fähigkeit des Körpers, durch Regelung entgegen äußeren und inneren "Störgrößen" (Stressoren) Stabilität biologischer Zustandsgrößen zu wahren. Die betreffende Zustandsgröße (z.B. Blutdruck) wird als Regelgröße bezeichnet, diese wird stabil gehalten oder entsprechend angepasst (Allostase : Anpassung an veränderte Herausforderungen durch physiologische Strategiewechsel mit dem Ziel erhaltener Stabilität).
 
Neuro-endokrine Reaktionen
 
Stress löst die Ausschüttung zahlreicher Hormone aus, z.B. aus der Hypophyse (Prolaktin, Somatotropin, Vasopressin, Oxytozin). Insbesondere führt akuter Stress zur Aktivierung der Sympathikus - Nebennieren- Achse (Katecholamine, Glukokortikoide). Die Sekretion einiger Hormone wird durch Stress typischerweise unterdrückt (Insulin, Schilddrüsenhormone, Gonadotropine, Geschlechtshormone).
 
   
>Abbildung: Hormonelle Stressantworten
Nach Lee DY, Kim E, Choi MH. Technical and clinical aspects of cortisol as a biochemical marker of chronic stress. BMB Rep. 2015; 48: 209-16
Die Effekte kurzfristig einwirkender Stressoren unterscheiden sich von denen durch chronischen Stress: Akute Kampfbereitschaft wird durch Katecholamine aus dem Nebennierenmark mediiert - ausgelöst durch sympathische Nervenimpulse -, Anpassung an persistierende Belastung durch Mineral- und Glukokortikoide, angeregt durch ACTH

Der Sympathikus kann Stressreaktionen im Stoffwechsel in Sekundenschnelle mediieren (z.B. Substratmobilisierung, Kreislauf- und Atemanregung).

Hormonelle Stressantworten können in akute (kurzfristige) und längerfiristige unterteilt werden (>Abbildung):

     Kurzfristig, d.h. innerhalb von Sekunden bis Minuten (Katecholamine) kommt es zur Mobilisierung von Glukose (Leber), zur Steigerung der Kapazität in den Transportsystemen (Atmung und Kreislauf), erhöhtem Energieumsatz und Umverteilung des Herzzeitvolumens vom Splanchnikus (Darm, Niere etc) zum Gehirn (Aufmerksamkeit).

     Längerfristig - weil über Transskriptionsanregung im Zellkern wirkend, über Minuten und bis zu Stunden hinweg - steigern Mineralkortikoide (Aldosteron) das extrazelluläre Flüssigkeitsvolumen und damit die Kreislaufstabilität, während Glukokortikoide (Kortisol) Eiweiß- und Fettreserven zur Glukosebildung mobilisieren sowie im Immunsystem den Aminosäureverbrauch auf Sparflamme drehen.
  
  
    Der stressinduzierte Anstieg des Glukokortikoidspiegels wirkt als negative Rückkopplung auf Gehirn und Immunsystem - er bremst die Aktivität des hypothalamisch-hypophysär-adrenalen Sytems und schützt den Körper vor überschießenden endokrinen und immunologischen Reaktionen.
  
    Chronisch erhöhte Glukokortikoidspiegel können Glukoseaufnahme und Proteinsynthese so stark verringern, dass die mentale Performance abnimmt und degenerative Veränderungen (Neuronenverlust) auftreten.

Die Tabelle gibt typische Werte für den Anstieg des Adrenalin- und Noradrenalinspiegels im Blut bei verschiedenene Formen der Belastung (100% bei Ruhe und liegender Position):
 

Adrenalin
Noradrenalin
Wechsel zu stehender Position
< +50%
~ +100%
körperliche Belastung (mittelschwer)
< +100%
~ +400%
psychische Belastung (Vortrag)
> +100%
~ +50%
Hypoglykämie (<30 mg/dl Glukose)
> +2000%
~ +300%
Hämorrhagischer Schock
bis +2500%
≥ +800%
 
 


<Abbildung: CRH-Neurone im Mittelpunkt von Stresseinflüssen
Nach einer Vorlage in Melmed S, Polonsky K., Larsen PR, Kronenberg HM (eds.): Williams Textbook of Endocrinology, 12th ed., Saunders, 2011

CRH-Neurone können über neurogenen ("psychischen") und systemischen ("physiologischen") Stress beeinflusst werden - die neurophysiologische Verarbeitung erfolgt mittels Interneuronen, die verschiedene Transmitter bilden.
  
Kortisol vermittelt negative Rückkopplungseffekte auf der Ebene von Hypothalamus, Hypophyse, und Immunzellen


Systemischer ("Physiologischer") Stress wird vom Hypothalamus unmittelbar beantwortet, z.B. Änderungen der Körpertemperatur, des Blutdrucks, des Blut-pH, der Atemgaswerte, der Osmolalität, des Blutzuckerspiegels etc. Diese internen Störungen werden reflektorisch beantwortet, es bedarf keiner Beurteilung durch den Hippokampus.

Neurogener ("Psychologischer") Stress hingegen ergibt sich durch (imaginierte oder reale) Änderungen von Umweltgrößen und -reizmustern; hier erfolgt eine Alarmierung des
limbischen Systems (Mandelkerne, Hippokampus, Parahippokampus).

CRH-Neurone im Hypothalamus erhalten von verschiedenen übergeordneten Neuronenverbänden (die Stresseinflüsse bearbeiten) sowie aus der Peripherie (Störeinflüsse, Rückkopplung) Informationen in Form exzitatorischer und inhibitorischer Impulse und reagieren mit entsprechender CRH-Freisetzung und damit Modulierung der ACTH-Ausschüttung
(<Abbildung).


Dopamin und Noradrenalin in hoher Konzentration öffnen an Neuronen des präfrontalen Kortex dendritische Ionenkanäle, was hier die synaptische Signalübertragung beeinträchtigt.

 

>Fight or flight?


Stress ist also geeignet, Frontalhirnfunktionen wie Planung, Aufmerksamkeit, Situationsanalyse, Urteilskraft, Entscheidungsfindung, Fehlerbehebung und Konfliktkontrolle durcheinanderzubringen - stereotype Alarmreaktionen im Sinne von "freeze, fight or flight" (erstarren, kämpfen oder flüchten) setzen sich durch, was in einer technisierten Umwelt kontraproduktiv sein kann (was hilft einem Piloten Totstellreaktion oder erhöhter Blutdruck bei eingeschränktem Denkvermögen in einer gefährlichen Flugsituation?).
 

Wesentlich für die Stressreaktion ist dann außer Art, Intensität und Dauer des Stressors, wie dieser bewertet wird (teils angeboren, teils erlernt). Das limbische System verleiht der über sensorische Hirnrindengebiete zugeleiteten Information (Temporalhirn) entsprechende Bedeutung (positiv? neutral? bedrohlich? etc).

Amygdala-Kerne mediieren im Tierversuch insgesamt eine aktive ('bejahende') Antwort auf Herausforderungen, das Hippokampus-Areal eher eine passive ('verweigernde').
 
  24 warning signs of stress
© Matt Groening
 
  Stress aktiviert den Sympathikus ('Kampfbereitschaft') und die hypothalamisch-hypophysär-adrenale Achse, was zur Aktivierung der Nebennierenrinde führt. Die Zellen im Hippokampus verfügen über zahlreiche Kortisolrezeptoren, und der Hippokampus kann die Antwort der hypothalamisch-hypophysär-adrenalen Achse auf Stresseinwirkung dämpfen.

Kortisolanstieg bei akutem Stress schwächt vorübergehend das Kurzzeitgedächtnis über Hemmung der entsprechenden Funktion von Hippokampus und Temporalhirn; chronischer Stress kann zum Absterben von Neuronen im Hippokampus führen.

  Längerfristige Auswirkungen auf den Stoffwechsel stellen sich abhängig vom Zeitrahmen dar. Stress hat vielfache Auswirkungen auf das Immunsystem: Einerseits werden akute zelluläre Immunantwort gedämpft, andererseits unterstützt akuter Stress - kortisolbedingt - die Zuweisung von Leukozyten ('Trafficking') in entzündetes Gewebe.
 

>Abbildung: Funktionsgleichgewicht Frontalhirn - "subkortikales" System

Das Frontalhirn ermöglicht "rationale" Situationsanalyse und überlegte Reaktionen - das limbische System im Verein mit dem Hirnstamm produziert hingegen stressbedingt "Alarmreaktionen"


Der präfrontale Kortex kontrolliert unser Verhalten auf der höchsten Ebene - er leitet uns durch einen sozialen, ethischen und emotionskontrollierten Kontext.

Im ungestressten Zustand sendet der präfrontale Kortex Efferenzen an tiefergelegene Areale wie Striatum (Verhalten), Hypothalamus (Hunger, Aggression, Sexualantrieb) und Mandelkerne (Emotionen, Angst) und hemmt unangebrachte Impulse. So reguliert er auch Stresssignale - inklusive noradrenerge und dopaminerge -
aus dem Hirnstamm und hält deren Aktivität auf einem mäßigen Niveau, was über Unterstützung synaptischer Aktivität die Forntalhirnkontrolle stärkt.

Das "subkortikale"
System (>Abbildung) kann entspannend oder mobilisierend wirken und dementsprechend Aufmerksamkeit und vegetative Lage (Kreislauf, Atmung, Hormone..) steuern. So umfasst die Mobilisierung für eine Fight-or-flight-Situation die Aktivierung von Kreislauf, Atmung und Muskelsystem.

Akuter, intensiver Stresseinfluss verschiebt das Funktionsgleichgewicht, und die Mandelkerne
veranlassen eine überschießende Freisetzung von Dopamin und Noradrenalin. Dies unterdrückt die Wirkung des Forntalhirns, über postsynaptische Löschung der Afferenzimpulse werden die präfrontalen Kontrollfunktionen geschwächt, Emotionalität und Impulsivität laufen im akuten Stress aus dem Ruder.
 

<Abbildung: Verlagerung von Frontalhirn- auf limbische Kontrolle bei Stresseinwirkung
Nach Arnsten AF, Stress signalling pathways that impair prefrontal cortex structure and function. Nature Rev Neurosci 2009; 10: 410-22

Im entspannten Zustand kann sich das Frontalhitn ingestört seinen Funktionen widmen (links). Kommen akut bedrohliche Impulse dazu, erzeugen die Mandelkerne Stressreaktionen mit vegetativen und motorischen Mustern, die von Frontalhirn schwer beherrschbar werden können (rechts)


Fight-or-flight-Reaktionen sind vom Gehirn generierte, komplexe Muster, die erhöhte sensorische Aufmerksamkeit, verstärkte Muskelansprechbarkeit und eine Reihe peripherer Umstellungen umfassen:

     Erhöhte Muskeldurchblutung (Adrenalin, evt. autoregulativ - bei starker Muskelaktivität)

     Erhöhte Hautdurchblutung (mit Schweißsekretion)

     Herabgesetzte Durchblutung im Splanchnikusgebiet und in den Nieren (Umleitung zu akut lebenswichtigen Organen)

     Kontraktion der meisten Venen (hoher Sympathikustonus → Mobilisierung von Blut für den zentralen Kreislauf)

     Erhöhte Herzfrequenz und -kontraktilität (gesteigertes Herzzeitvolumen)
 

>Abbildung: Wie sich Belastung auf die Förderleistung des Herzens auswirkt

Das Herzminutenvolumen steigt sowohl mit dem durchschnittlichen Schlagvolumen als auch mit der Herzfrequenz. Erhöhung / Erniedrigung von Blutvolumen und Blutdruck wird durch entsprechende Gegenregulation ausgeglichen (Stabilisierung durch negative Rückkopplung)


Die Erhöhung des Herzzeitvolumens beruht letztlich auf Steigerung des Schlagvolumens (etwa von ~70 auf über 100 ml), andererseits auf Zunahme der Herzfrequenz (auf etwa das Dreifache des Ruhewertes). Auf diese Weise kann das Herzminutenvolumen insgesamt auf das 3-4fache steigen. Dabei können verschiedene Zwischenglieder wirksam sein, wie Muskelpumpe, Atempumpe, Nierenfunktion, hormonelle Adaptationen (>Abbildung).

Die meisten dieser Wirkungen sind durch hohe Aktivität im sympathischen Nervensystem bedingt. Diese ist eine Folge der anregenden Wirkung des Hypothalamus auf das Kreislaufzentrum sowie direkt auf präganglionäre sympathische Nervenzellen.

Vasovagale Synkope: Starker Stress kann aber auch eine plötzliche Aktivierung im
parasympathischen System auslösen (fainting), was zu einer Synkope führen kann ('Drop dead'-Reaktion). Ohnmachtsanfälle können bei extremer (psychischer) Belastung bei etwa jedem fünften Menschen auftreten, der in eine extreme Stress-Situation gerät. Unmittelbare Ursache ist ein Abfall der Hirndurchblutung auf <50% des Normalwertes, bedingt durch die Abnahme sowohl des Herzzeitvolumens als auch des peripheren Widerstandes (beides senkt den Blutdruck).
 
 Angst
 
Angst kann definiert werden als ein System neurophysiologischer Vorgänge, die den Organismus darauf vorbereiten, mit Bedrohungen (real oder empfunden) fertigzuwerden. Dazu gibt es Modellvorstellungen des Erlernens, der Konditionierung und auch des Löschens der Angst. Die erste Reaktion auf einen entsprechenden Außenreiz ist eine Emotion (unbewusst). Diese kann negativ (Angst) oder positiv gefärbt sein (Belohnung) und Umformungen durch Lernvorgänge unterliegen.

Als "Angstzentrum" gilt das Amygdalasystem (Mandelkerne), insbesondere der laterale und zentrale Kern - sind diese defekt, bleiben Reaktionen auf angstauslösende Schlüsselreize aus (bedrohliche Gesichtsausdrücke können z.B. nicht mehr gedeutet werden). Der laterale Kern empfängt sensorische Inputs vom Thalamus (direkt und indirekt, <Abbildung) und speichert diesbezügliche Erinnerungen (implizit erlernt), der zentrale aktiviert neurohumorale Reaktionen (Anstieg des Sympathikustonus, Bildung von Stresshormonen). Die Amygdalae koordinieren so Reaktionen auf externe Auslösereize (solche auf interozeptive Reize - z.B. Hyperkapnie / Azidose - liegen nicht im Einflussbereich des Amygdalasystems).

Die Mandelkerne kommunizieren u.a. mit dem Präfrontalhirn (Bewertung, Angstmanagement) sowie dem Hypothalamus (vegetative Antwortachse).
Stressbelastung aktiviert im Hirnstamm dopaminerge, noradrenerge, serotoninerge und cholinerge Projektionen, u.a. auf den präfrontalen Kortex, der seinerseits Signale zum limbischen System und den Basalganlien sendet und Emotionen zu kontrollieren hilft.
 
 
<Abbildung: "Angstschaltung"
Nach einer Vorlage bei Breedlove / Watson, Behavioral Neuroscience, 8th ed. Sinauer / Oxford 2018

Sinnesreize werden zunächst auf thalamische Kerne projiziert. Von hier können die Mandelkerne entweder direkt ("low road") und unbewusst, oder über den sensorischen Kortex (bewusst) und Hippokampus über angstmachende Muster informiert werden ("high road").
 
Letztlich aktiviert der Zentralkern der Amygdala angstprovozierte Verhaltensmuster, vegetative und hormonelle Stressantworten


Eine direkte Projektion von angstmachenden Sinnesreizen gelangt vom Thalamus unmittelbar zu den Mandelkernen, bevor der Vorgang überhaupt ins Bewusstsein gelangt - diese Schleife entzieht sich bewusster Kontrolle ("low road", <Abbildung).

Gleichzeitig wird der sensorische Kortex aktiviert, und über den Hippokampus wird die Amygdala nochmals stimuliert ("high road"). Hier ist die Antwort subtiler, bewusst verarbeitbar und inkludiert Gedächtnisinhalte.

Auf diesem Wege kann das System autonom-nervöse (über den lateralen Hypothalamus) und hormonelle Antworten (über den Kern der stria terminalis) sowie entsprechende Verhaltensmuster aktivieren (über das zentrale Höhlengrau). Angstauslösende Reize regen den Sympathikus an und können auch zu Vermeidungsverhalten führen (fight or flight). Die Verschaltungen in den Mandelkernen unterstützen auch konditionierte Reaktionen (z.B. Alarmsirenen). Insgesamt scheint die Amygdala auf  Bedrohungen von außen zu reagieren; Bedrohungen von innen (z.B. Sauerstoffmangel) aktivieren andere Angstmechanismen im Gehirn.

Hippokampus: Im Zustand der Angst kommt es über eine entsprechende Bewertung des Hippokampus über das angstauslösende Bedrohungspotential zu einer Aktivierung der Amygdalae, die eine zentrale Position einnehmen und Eingänge von assoziativen Kortexarealen, den nucll. parabrachiales sowie sensorischen Thalamuskernen erhalten. Der Hippokampus bewertet / erkennt eine Gefahr, die Amygdala löst entsprechende vegetativ-somatische Reaktionen aus. Das erklärt mögliche Dissoziationen:
 
      Ist der Mandelkern beschädigt, wird eine drohende Gefahr zwar erkannt (Hippokampus), die körperliche Reaktion bleibt aber aus.
 
      Bei Schädigung des Hippokampus kann hingegen das potentiell angstauslösende Muster nicht erkannt werden; Reizung des Mandelkerns löst körperliche Reaktionen aus, ohne dass eine Gefahr erkannt worden wäre.

Insel: Die Insel erkennt emotional beladene, stressartige Reizmuster und koordiniert autonom-nervöse (z.B. Herzrasen), endokrine (z.B. Kortisolausschüttung) und motorische Reaktionen (z.B. Fluchtbewegungen).

Frontalhirn: Schließlich kommt das Präfrontalhirn und der vordere gyrus cinguli ins Spiel. Durch Beteiligung dieser kortikalen Anteile werden erlernte und/oder sozial vermittelte Beurteilungsmuster in die Angstreaktion miteinbezogen. Erlernte Angstschleifen können unter Mitwirkung des Frontalhirns wieder "verlernt" werden (Angstabbau), wozu das Endocannabinoidsystem notwendig ist.

Angst wirkt über mehrere Transmittersysteme:
 
      GABA-erges System: Es gibt Hinweise, dass im Zustand der Angst weniger GABA wirksam ist, seine Hemmwirkung damit nachlässt und das Gleichgewicht der Transmitterwirkungen gestört ist (Verknüpfungen mit noradrenergen und serotoninergen Systemen). Das würde erklären, warum Benzodiazepine, die an GABA-A-Rezeptoren binden, angstlösend wirken.

       Noradrenerges System: Im locus coeruleus entspringenden Bahnen  haben Efferenzen in das gesamte Gehirn. Elektrische Reizung führt (tierexperimentell) zu Panikattacken.

       Serotonerges System (Raphe-Kerne): Wahrscheinlich ist auch seine Funktion im Angstzustand betroffen: Serotoninmangel kann angstauslösend wirken.

Funktionelle Schwerpunkte bei unterschiedlicher Nähe des Bedrohungspotentials: Während bei (zeitlich / örtlich) weiter entfernten Bedrohungen vorwiegend das Präfrontalhirn aktiv ist, spricht das Höhlengrau zunehmend auf nähere (unmittelbar drohende, existentiell herausfordernde) Gefahren an, wie Studien mit fMRI gezeigt haben.

"Adaptationssyndrom"
 
Nach dem Konzept von Hans Selye reagiert der Körper auf Stresseinwirkung mit einem allgemeinen Adaptationssyndrom, das er in drei Phasen eingeteilt hat:
 
     1) Alarmreaktion - nach anfänglicher reizbedingter "Verwundbarkeit" des Systems (Delle bei "1" in Abbildung links) steigt dessen Belastbarkeit. Während dieser akuten Reaktion reagiert das limbische System, wirkt über Freisetzung hypothalamischer Hormone auf die Hypophyse (ACTH,..) und bewirkt damit die Freisetzung energiemobilisierender Hormone: Glukokortikoide (Kortisol) fördern den Katabolismus in Bewegungssystem (Muskeln, Knochen) und Immunsystem (lymphatisches Gewebe - Entzündungshemmung). Dies setzt Aminosäuren ins Blut frei, die Leber verwendet diese zur Glukoneogenese - der Blutzuckerspiegel steigt an.

Weiters kommt es zu einer Aktivierung des Sympathikus: Katecholamine (Adrenalin, Noradrenalin) steigern Herzleistung und Ventilation. Dadurch kann mehr Sauerstoff und Glukose in die Muskulatur gelangen; das Gesamtmuster unterstützt eine Fight-or-flight-Reaktion.

      2) Widerstandsphase - bewirkt eine Stabilisierung mit erhöhter Ausschüttung von diversen Hormonen (ACTH, GH, Prolaktin, Kortikoide u.a.). In dieser Phase stellt der Organismus erfolgreich ein neues Gleichgewicht zwischen Belastung und körperlicher Reaktion auf die Belastung her. Bei andauernder Stresseinwirkung allerdings werden Reserven (Coping), über die der Organismus nicht unbegrenzt verfügen kann (z.B. endokrine Reagibilität) zusehends verbraucht; die Widerstandsphase kann nicht unbegrenzt aufrechterhalten werden.

      3) Erschöpfungsphase - das System ist überfordert, physiologische Reserven (Substrate, Regulationskapazität) sind aufgebraucht, die Funktion der Nebennieren nimmt ab (bis hin zur Atrophie), das Immunsystem bricht zusammen, es können Krankheitszeichen entstehen bis hin zu dauerhaften Schädigungen, Zusammenbruch des Organismus und letalem Ausgang.


Die allgemeine physiologische Performance (Funktionsfähigkeit) kann als Funktion des Belastungsgrades dargestellt werden, dabei ergibt sich eine glockenförmige Kurve, benannt nach den Erstautoren Robert Yerkes und John D. Dodson:

 


<Abbildung: Yerkes-Dodson-Kurve ("Aktivationsmodell")
Nach Yerkes RM, Dodson JD: The relation of strength of stimulus to rapidity of habit-formation. J Compar Neurol Psychol 1908; 18: 459-82

Das Muster der Stressverarbeitung hängt u.a. davon ab, wie die Erfolgsaussichten für eine aktive Beantwortung (fight) im Vergleich zu denen einer Konfrontationsvermeidung (flight / fright) eingeschätzt werden.
  
Unterforderung / Dekonditionierung: Ausbleibende Belastung senkt Alertheit und Spannkraft (links) und führt bei längerer Dauer zu adaptiver Verkümmerung physiologischer Reaktionssysteme.
  
Optimale Funktion (Mitte): Mit zunehmendem Herausforderungsdruck und absehbaren Folgen von Handlungen reagiert der Körper aktiv und effizient auf Belastungssituationen. Im Tiermodell sind besonders Amygdala und Sympathikus aktiv, die Konzentration von Katecholaminen und Gonadotropinen sowie Geschlechtshormonen nimmt zu, das Immunsystem arbeitet im optimalen Bereich.
  
Überforderung (rechts): Sind die Reize zu intensiv oder die Folgen eigener Handlungen nicht absehbar (Unberechenbarkeit), stellt sich das Reaktionsmuster auf Passivität um. Im Tiermodell rückt die Aktivität des Hippokampus und des hypophysär-adrenokortikalen Systems in den Vordergrund (ACTH, Glukokortikoide), die gonadotrop-sexuelle Achse wird zurückgefahren.
  
Bei längerer Dauer stellt sich ein Erschöpfungssyndrom ein


Die stressbedingte Aktivierung des subkortikalen Systems (Abbildung oben rechts) löst zwar eine Alarmreaktion aus, was für Kampf oder Flucht vorteilhaft ist; für rationale Reaktionen ist dieses Muster allerdings weniger günstig, da das Frontalhirn in dieser Situation eher gehemmt und eine nüchterne Analyse einer potentiell gefährlichen Akutsituation daher erschwert wird. Die Auslese hat hier offenbar insgesamt körperliche vor mentalen Überlebensstrategien begünstigt; andererseits kann eine gedämpfte körperliche Reaktion unter Umständen eine Erschöpfungsphase zu vermeiden helfen.

Situationsanalyse: Verschiedene experimentelle Daten dauten darauf hin, dass die Strategie einer Stressbeantwortung angesichts einer Bedrohung von der Beurteilung der Gesamtsituation abhängt, die von Großhirn zusammen mit dem limbischen System vorgenommen wird.

      Erscheint der Erfolg einer aktiven Beantwortung der Herausforderung wahrscheinlich, wird die "Kampfachse" aktiviert (mäßige Gefahr, Erfolg einer aktiven Abwehrreaktion absehbar: Die Amygdala aktiviert aggressiv-dominantes Verhalten; Sympathikus, Katecholamine, Gonadotropine werden aktiviert).

      Erscheint die Gefahr intensiv und der Erfolg eines Kampfes nicht absehbar, schaltet der Hippokampus eine passive Reaktion; die ACTH-Achse wird aktiviert, die Gonadotropinausschüttung gehemmt, eine Konfrontation vermieden.

  Menschen in kritischen Situationen sollten ihren Kampfgeist nicht verlieren. Positive Stressbeantwortung stärkt Psyche, Zuversicht und Immunsystem. Ihrer Psychostruktur entsprechend sind manche Personen geborene Fighter ("Optimisten"), andere neigen dazu, verzagt zu reagieren ("Pessimisten"). Von der Art und Weise, wie von ärztlicher Seite eine allenfalls folgenschwere Diagnose mitgeteilt und die Betreuung gestaltet wird, kann sehr viel abhängen - schaffen es die Patienten, stabil und belastbar zu bleiben (Resilienz), ist der Krankheitsverlauf günstiger (Mobilisierung von Reserven) als wenn sie mutlos und verängstigt sind (Immunsuppression).

 

 
      Stressoren (externe und interne; physische und psychische; etc) wirken auf das System (Zelle, Organ, Mensch) ein, Stress-Effekte sind biologische Reaktionen bzw. Veränderungen infolge der Einwirkung des jeweiligen Stressors
 
       Stress kann "psychisch" (neurogen) oder "physisch" (systemisch, z.B. bei Absinken des Blutdrucks oder des Blutzuckerspiegels) auftreten, beides bewirkt Sofortreaktionen wie die Freisetzung von CRH oder die Stabilisierung des Kreislaufs (Sympathikuseinfluss)
 
      Neurogener Stress alarmiert das limbische System. Die Mandelkerne fungieren als "Angstzentrum" und können im Hirnstamm die Dopamin- und Noradrenalinfreisetzung anregen. Diese hemmen den präfrontalen Kortex, der Emotionen kontrolliert und die Produktion von Katecholaminen ím Hirnstamm dämpft
 
      Eustress wirkt auf das Stress-System fördernd (resilienzsteigernd), während Disstress das System überfordert und pathogen wirken kann. Akuter Stress beschleunigt den Serotonin-Umsatz im Gehirn, chronischer Stress senkt ihn ab
 
      Stressinduzierter Anstieg des Glukokortikoidspiegels bremst die Aktivität des hypothalamisch-hypophysär-adrenalen Sytems und schützt den Körper vor überschießenden endokrinen und immunologischen Reaktionen
 
      Der präfrontale Kortex "überwacht" Verhalten (Aggression, Sexualantrieb) und Emotionen. Bei akuten Herausforderungen veranlassen die Mandelkerne starke Freisetzung von Dopamin und Noradrenalin, dies dämpft die Aktivität des Forntalhirns
 
      Fight-or-flight-Reaktionen bei akutem Stress erhöhen sensorische Aufmerksamkeit, Muskel- und Hautdurchblutung und senken die Durchblutung in Splanchnikusgebiet und Nieren (Umverteilung in unmittelbar überlebenswichtige Gebiete). Das Herzzeitvolumen steigt
 
      Das allgemeine Adaptationssyndrom nach Hans Selye wird in drei Phasen eingeteilt: 1) Alarmreaktion - das limbische System setzt energiemobilisierende Hormone frei und aktiviert den Sympathikus (Fight-or-flight-Reaktion); 2) Widerstandsphase - ein neues Gleichgewicht zwischen Belastung und körperlicher Reaktion wird hergestellt, das nicht unbegrenzt aufrechterhalten werden kann; 3) Erschöpfungsphase - Substrate und Regulationskapazität sind aufgebraucht, das System erschöpft
 

 

Eine Reise durch die Physiologie


  Die Informationen in dieser Website basieren auf verschiedenen Quellen: Lehrbüchern, Reviews, Originalarbeiten u.a. Sie sollen zur Auseinandersetzung mit physiologischen Fragen, Problemen und Erkenntnissen anregen. Soferne Referenzbereiche angegeben sind, dienen diese zur Orientierung; die Grenzen sind aus biologischen, messmethodischen und statistischen Gründen nicht absolut. Wissenschaft fragt, vermutet und interpretiert; sie ist offen, dynamisch und evolutiv. Sie strebt nach Erkenntnis, erhebt aber nicht den Anspruch, im Besitz der "Wahrheit" zu sein.