Laut neuen Studien beeinflussen Geschlecht und Sexualhormone die Schmerzreaktion des Gehirns und vieles mehr | 2020

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Anonim

"Das Verständnis des Einflusses von Hormonen auf die Geschlechtsunterschiede im Gehirn ist wichtig, um die menschliche Gesundheit und Krankheit zu verstehen", sagt die Biopsychologin Jill Becker von der University of Michigan, PhD. „Einige Zustände - beispielsweise anhaltende Schmerzsyndrome wie Fibromyalgie und Kiefergelenkssyndrom (Kiefergelenkssyndrom) - werden bei Frauen häufiger diagnostiziert als bei Männern. Mehr Frauen als Männer leiden auch unter Stimmungsstörungen wie Depressionen und Angststörungen. Andererseits entwickeln mehr Männer als Frauen Alkoholismus und missbrauchen Drogen. “

Die Untersuchung hormonbedingter Unterschiede zwischen männlichem und weiblichem Gehirn ist nicht so einfach, wie es zunächst scheinen mag. Ein direkter Vergleich von Männern und Frauen sei aufgrund der Zyklizität der Produktion von Reproduktionshormonen bei Frauen nicht möglich, betont Becker. Der Menstruationszyklus bei Menschen und anderen Primaten und der Östruszyklus bei Ratten und Mäusen beinhalten ständig wechselnde Niveaus von Fortpflanzungshormonen im Blut und im Gehirn. Obwohl die Entwicklung des Gehirns vor der Geburt beginnt, setzt sie sich bis in das junge Erwachsenenalter fort, und es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass Teile des Gehirns während der gesamten Lebensspanne weiter wachsen, absterben und sich verändern.

„Fortpflanzungshormone wirken sich auf alle diese Stadien des Gehirnwachstums und der Gehirnentwicklung aus“, sagt Becker. "Aus diesen und anderen Gründen ist das Studium der Geschlechtsunterschiede im Gehirn sowohl kompliziert als auch faszinierend."

An der Universität von British Columbia hat Liisa Galea, PhD, den Beitrag einer Form von Östrogen, Östradiol, zum Lernen und Gedächtnis untersucht. In kürzlich durchgeführten Tierstudien untersuchten Galea und ihre Kollegen die Auswirkung niedriger und hoher Östradiolspiegel auf das Arbeits- und Referenzgedächtnis. Das Arbeitsgedächtnis oder das Kurzzeitgedächtnis manipuliert und ruft Informationen ab, die für eine temporäre Aufgabe benötigt werden. es verfällt schnell. Das Referenzgedächtnis beinhaltet die Langzeitspeicherung von Informationen und ist über die Zeit stabil. „Wenn Sie sich erinnern, dass Ihr Auto an einem bestimmten Tag auf einem Parkplatz eines Einkaufszentrums steht, verwenden Sie den Arbeitsspeicher“, erklärt Galea. „Wenn Sie Tag für Tag auf den Parkplatz des Einkaufszentrums stoßen, verwenden Sie den Referenzspeicher.“

In ihrer Studie entfernten Galea und ihre Kollegen die Eierstöcke von erwachsenen weiblichen Ratten (um natürlich produzierte Östrogene zu eliminieren) und gaben den Ratten dann verschiedene Östradiolspiegel. „Wir haben festgestellt, dass niedrige Östradiolspiegel das Arbeitsgedächtnis der Tiere verbessern, aber hohe Spiegel sowohl das Arbeits- als auch das Referenzgedächtnis beeinträchtigen“, sagt Galea. Zusätzlich zur Modulation von Lern- und Gedächtnisformen beeinflusst Estradiol das Zellwachstum in vielen Bereichen des Gehirns - und, wie Galea und ihre Kollegen festgestellt haben, sind die Auswirkungen von Estradiol auf dieses Wachstum im Gehirn von Männern und Frauen unterschiedlich. In kürzlich durchgeführten Tierstudien stellten Galea und ihre Kollegen fest, dass ein hoher Östradiolspiegel bei Frauen zunächst die Produktion neuer Gehirnzellen im Gyrus dentatus des Hippocampus, einem Bereich des Gehirns, der an Lernen und Gedächtnis beteiligt ist, steigerte und anschließend unterdrückte und das produziert im Laufe des Lebens neue Neuronen. Das gleiche Muster scheint im männlichen Gehirn nicht ähnlich zu sein. Sobald die neuen Gehirnzellen gebildet wurden, verbesserte Estradiol jedoch ihr Überleben bei Männern und Frauen auf unterschiedliche Weise. "Bei männlichen Ratten erhöhte Estradiol das Überleben neuer Zellen nur über einen bestimmten Zeitraum", sagt Galea. "Bei weiblichen Ratten trat die Estradiol-induzierte Verstärkung neuer Neuronen in allen getesteten Zeiträumen auf."

Wie diese und andere Studien zeigen, hat Östradiol komplexe Wechselwirkungen mit Lernen und Gedächtnis sowie mit dem Wachstum von Gehirnzellen - und diese Wechselwirkungen sind im Gehirn von Männern und Frauen unterschiedlich. Diese Arbeit soll zu einem umfassenderen Verständnis der Wirkungen von Fortpflanzungshormonen im Gehirn führen. Insbesondere könnte es neue Einblicke in die verwirrenden und scheinbar widersprüchlichen Auswirkungen des Einsatzes von Östrogen bei Frauen nach der Menopause auf das Lernen und das Gedächtnis geben. Dies kann auch dazu beitragen, die Mechanismen zu erklären, die geschlechtsspezifischen Unterschieden in der Wahrnehmung und Anfälligkeit für psychische Erkrankungen zugrunde liegen.

An der Universität von Michigan haben Dr. med. Jon-Kar Zubieta und seine Kollegen die Wirkung von Sexualhormonen auf Schmerz- und Stressreaktionssysteme im Gehirn untersucht. Sie haben herausgefunden, dass Unterschiede zwischen Männern und Frauen in der Wahrnehmung und Erfahrung anhaltender Schmerzen - für sich genommen ein physischer und psychischer Stressfaktor - teilweise auf den Einfluss von Fortpflanzungshormonen auf das Gehirn zurückzuführen sein können. Diese Ergebnisse versprechen ein besseres Verständnis dafür, wie und warum bestimmte durch chronische Schmerzen gekennzeichnete Krankheiten wie Fibromyalgie und Kiefergelenkerkrankungen bei Frauen häufiger auftreten als bei Männern.

Zubietas Forschung konzentrierte sich auf einen bestimmten neurochemischen Weg im Gehirn - das Mu- Opioid-Neurotransmittersystem - das endogene Chemikalien, sogenannte Opioide (allgemein bekannt als Endorphine und Enkephaline) verwendet, um Signale zwischen Gehirnzellen zu senden, um das Schmerzempfinden zu unterdrücken. Wenn ein stressiger Reiz, wie anhaltender körperlicher Schmerz oder starker emotionaler Stress, das Wohlbefinden des Körpers gefährdet, setzt das Gehirn diese Opioidpeptide frei, die sich dann an Rezeptoren (sogenannte Mu-Opioidrezeptoren) binden, die sich in verschiedenen Regionen des Körpers befinden Gehirn. "Die schnelle Aktivierung dieses Systems unterdrückt die Wahrnehmung eines stressigen Ereignisses und die damit verbundenen Emotionen", erklärt Zubieta. "Schmerz und Stress werden dadurch erträglicher."

Um das Mu-Opioid-Neurotransmittersystem zu untersuchen, verwenden Zubieta und seine Kollegen die Positronenemissionstomographie (PET), mit der sie das System in Aktion beobachten können. Freiwillige werden über einen Zeitraum von 20 Minuten gescannt, da sie eine mäßig schmerzhafte, aber harmlose Injektion von Salzwasser in ihren Kiefermuskel erhalten.(Der Schmerz verschwindet innerhalb von Minuten nach Abschluss des Experiments und verursacht keinen Restschaden.) Die Studien sind doppelblind und placebokontrolliert.

In einer Studie mit 14 Männern und 14 Frauen stellte Zubieta signifikante Unterschiede in der Art und Weise fest, wie das Gehirn von Männern und Frauen auf Schmerzen reagiert. Die Männer verzeichneten während des schmerzhaften Zustands des Experiments eine Zunahme der in bestimmten Regionen ihres Gehirns freigesetzten Endorphine, während die meisten Frauen eine Abnahme zeigten. Die Teilnehmer wurden gebeten, die Intensität und Unannehmlichkeit der Schmerzen zu bewerten. Frauen gaben durchweg höhere Bewertungen für beide.

Alle Frauen in dieser frühen Studie befanden sich in der frühen Follikelphase ihres Menstruationszyklus (kurz nach der Regelblutung), wenn die Blutspiegel von Östrogen und Gestagen niedrig waren. Keiner nahm hormonelle Empfängnisverhütung und alle hatten im Monat zuvor Eisprung. Zubieta und seine Kollegen beschlossen für ihre jüngste Studie zu untersuchen, ob unterschiedliche Östrogenspiegel im Blut die Reaktion des Mu-Opioid-Systems bei Frauen beeinflussen. Unter Verwendung desselben Kieferschmerzmodells untersuchten die Wissenschaftler eine Gruppe von Frauen während der Follikelphase ihres Menstruationszyklus und erneut während der gleichen Phase in einem anderen Monat - jedoch nachdem die Frauen eine Woche lang ein Östrogen freisetzendes Hautpflaster getragen hatten. Die Ergebnisse waren bemerkenswert. Bei hohen Östrogenspiegeln zeigten die Frauen eine deutliche Steigerung ihrer Fähigkeit, Endorphine freizusetzen und die Mu- Opioid-Rezeptoren zu aktivieren - eine Steigerung, die mit der der Männer konkurrierte und diese sogar übertraf. Die Frauen bewerteten auch die Intensität und die Unannehmlichkeit der Schmerzen niedriger als bei niedrigen Östrogenspiegeln.

„Unsere Studien zeigen, dass einige der geschlechtsspezifischen Unterschiede in der Reaktion eines Menschen auf Schmerzen oder allgemeiner auf einen erheblichen Stressor durch bestimmte chemische Systeme im menschlichen Gehirn verursacht werden und dass diese Reaktionen durch die Blutspiegel der Sexualhormone moduliert werden “, Sagt Zubieta.

Die Verknüpfung von Schmerzempfindlichkeit und -regulation mit Fortpflanzungshormonen - insbesondere Östrogen - sei „evolutionär“ sinnvoll, sagt Zubieta. Frauen brauchen flexiblere, anpassungsfähigere Mechanismen, um sich während ihrer Fortpflanzungsjahre vor Verletzungen zu schützen und die Fortpflanzungsfunktion der Art zu erhalten, sagt er. Gleichzeitig müssen sich Frauen an die Veränderungen und Schmerzen während der Schwangerschaft und der Geburt anpassen - eine Zeit, in der die Hormone für die Fortpflanzung so hoch sind wie nie zuvor. "Deshalb müssen sie Mechanismen entwickeln, wie das Mu-Opioid-Neurotransmittersystem, die diese Art von Flexibilität fördern", sagt Zubieta. "Interessanterweise ist dieses Neurotransmittersystem auch am Bindungsverhalten von mütterlichen Nachkommen beteiligt, einem weiteren Bereich, in dem Östrogene eine Rolle spielen können."

An der McMaster University haben Dr. med. Meir Steiner und seine Kollegen untersucht, welche Rolle Östrogen und andere Fortpflanzungshormone bei geschlechtsspezifischen Unterschieden bei Depressionen spielen können. Frauen sind zwei- bis dreimal häufiger als Männer, die während ihres Lebens an einer schweren Depression leiden.

„Die zugrunde liegende Ursache für den geschlechtsspezifischen Unterschied bei Depressionen und anderen Stimmungsstörungen ist nicht ganz klar“, sagt Steiner. „Die Unterschiede, die ziemlich dramatisch in der Pubertät beginnen und nach den Wechseljahren weniger ausgeprägt werden, deuten stark auf einen Zusammenhang mit schwankendem Östrogen und Progesteron hin Obgleich die Hormone sowohl bei Männern als auch bei Frauen schwanken, sind die Schwankungen bei Frauen in den Wochen unmittelbar nach der Schwangerschaft (nach der Geburt) und in der Zeit vor der Menopause (Perimenopause), insbesondere um ihren Menstruationszyklus, viel ausgeprägter. Diese Schwankungen, so Steiner, verursachen Störungen entlang der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse, einem Teil des neuroendokrinen Systems, von dem angenommen wird, dass er eine primäre Rolle bei der Reaktion des Körpers auf Stress spielt.

Weil hormonelle Schwankungen bei allen Frauen auftreten, aber nicht bei allen Frauen eine klinische Depression auftritt, ist es wahrscheinlich, dass Frauen, die hormonelle Depressionen und Stimmungsstörungen entwickeln, eine genetische Veranlagung dafür haben, fügt Steiner hinzu. Weitere Forschungen seien erforderlich, um die spezifischen genetischen Marker zu identifizieren, die zu einem besseren Verständnis der Frage führen könnten, wie das Gleichgewicht zwischen Östrogen, Progesteron, Testosteron und anderen Fortpflanzungshormonen die Gehirnfunktion beeinflusst und die Anfälligkeit von Frauen für Depressionen erhöht.

In kürzlich durchgeführten Tierstudien haben Rebecca Craft, PhD, und ihre Kollegen an der Washington State University herausgefunden, dass Unterschiede in der Schmerzempfindlichkeit und Opiatanalgesie zwischen Männern und Frauen in erster Linie auf die Testosteron-Exposition während der frühen Entwicklung zurückzuführen sind. Unter Verwendung eines Rattenmodells, das als Reaktion auf die Opiatanalgesie besonders dramatische Geschlechtsunterschiede aufweist, manipulierten die Forscher die Hormone bei Ratten, als die Tiere noch sehr jung waren, und noch einmal, als die Ratten erwachsen waren. Die Schmerzschwellen der Tiere und ihre Reaktion auf Morphin-induzierte Analgesie wurden dann unter Verwendung von zwei verschiedenen Tests bewertet.

Craft und ihre Kollegen stellten fest, dass ein früher Testosteronmangel die Schmerzempfindlichkeit bei Männern erhöhte und sie eher zu „normalen“ Frauen machte. Überraschenderweise konnte dieser Effekt mit nur zweiwöchiger Testosteronbehandlung im Erwachsenenalter rückgängig gemacht werden. Frauen, die Testosteron als Neugeborene erhielten, zeigten andere Schmerzschwellen als unbehandelte Frauen - mit anderen Worten, sie wurden eher zu „normalen“ Männern. Anders als bei den männlichen Ratten hatte die Gabe von Testosteronpräparaten bei den weiblichen Ratten im Erwachsenenalter keine weitere Wirkung.

"Diese Ergebnisse legen nahe, dass die unterschiedliche Schmerzempfindlichkeit bei erwachsenen männlichen Ratten im Vergleich zu weiblichen Ratten hauptsächlich auf die Testosteron-Exposition während der Entwicklung zurückzuführen ist", sagt Craft.

Eine frühe Testosteron-Exposition beeinflusste auch die Empfindlichkeit der Ratten gegenüber Morphin-induzierter Analgesie im Erwachsenenalter. Die Männchen, denen Testosteron als Neugeborene entzogen wurde, reagierten weniger empfindlich auf Morphin als normale Männchen (dh eher wie „normale“ Weibchen), und die Weibchen, denen Testosteron als Neugeborene verabreicht wurde, reagierten empfindlicher auf Morphin als Kontrollweibchen (dh eher wie „normale“ Männchen) ). Interessanterweise könnten die Auswirkungen des Testosteronmangels bei Neugeborenen bei Männern in einigen Tests rückgängig gemacht werden, indem die Männer im Erwachsenenalter zwei Wochen lang Testosteron ausgesetzt werden. Im Gegensatz dazu zeigten Frauen, die kurz nach der Geburt und dann wieder im Erwachsenenalter Testosteron ausgesetzt waren, keinen weiteren Effekt durch die spätere Exposition.

"Somit kann der Schluss gezogen werden, dass eine Testosteron-Exposition vor der Geburt oder am ersten Tag nach der Geburt ausreicht, um Männern die Wiederherstellung ihres" männlichen Phänotyps "zu ermöglichen, solange sie im Erwachsenenalter Testosteron ausgesetzt sind", sagt Craft, "während Frauen exponiert werden Testosteron kurz nach der Geburt reicht nicht aus, um sie in Bezug auf ihre Schmerzempfindlichkeit und die Morphin-induzierte Analgesie vollständig in den männlichen Phänotyp umzuwandeln. “

Craft und ihre Kollegen versuchen nun, ihre Ergebnisse bei anderen Rattenstämmen zu wiederholen. "Insgesamt deuten unsere aktuellen Ergebnisse darauf hin, dass eine stärkere Schmerzempfindlichkeit erwachsener Frauen und eine geringere Empfindlichkeit für die schmerzstillenden Wirkungen von Morphin im Erwachsenenalter nur schwer durch eine einfache Hormonbehandlung - zum Beispiel mit Testosteron - gelindert werden können", sagt Craft. "Stattdessen scheinen diese Geschlechtsunterschiede sehr früh in der Entwicklung festgestellt zu werden."