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Aus dem Institut für Neuroendokrinologie
der Universität zu Lübeck
Kommissarischer Leiter: Prof. Dr. Hendrik Lehnert
Der Einfluss von GHRH (Wachstumshormon-stimulierendem Hormon)
auf die deklarative und prozedurale Gedächtniskonsolidierung
und assoziierte endokrine Parameter
bei gesunden schlafdeprivierten Probanden
Inauguraldissertation
zur
Erlangung der Doktorwürde
der Universität zu Lübeck
– Aus der Sektion Medizin –
vorgelegt von
Christian Michel
aus Oldenburg (Oldb.)
Lübeck 2012
2
1. Berichterstatter: Prof. Dr. Boris Perras
2. Berichterstatter: Priv.-Doz. Dr. med. Hermann Heinze
Tag der mündlichen Prüfung: 16.01.2013
Zum Druck genehmigt. Lübeck, den 16.01.2013.
- Promotionskommission der Sektion Medizin -
3
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis ............................................................................................................ 6
1. Einleitung und Fragestellung ......................................................................................... 8
1.1. Das Gedächtnis .............................................................................................................. 8
1.2. Schlaf und Gedächtnis ................................................................................................. 10
1.3. Synaptische Plastizität, Gedächtnis und Schlaf ........................................................... 13
1.4. Hormonaktivitäten und Gedächtnis ............................................................................ 15
1.4.1. Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse (HPA-Achse) .................................. 16
1.4.2. Hypothalamus-Hypophysen-Wachstumshormon-Achse (HPS-Achse) ........................ 17
1.5. Intranasale Applikation von GHRH .............................................................................. 19
1.6. Fragen und Hypothesen .............................................................................................. 20
2. Material und Methoden ..............................................................................................22
2.1. Probanden ................................................................................................................... 22
2.1.1. Ein- und Ausschlusskriterien ........................................................................................ 22
2.1.2. Klinische Voruntersuchung .......................................................................................... 22
2.1.3. Probandenkollektiv ...................................................................................................... 23
2.2. Studiendesign .............................................................................................................. 23
2.3. Versuchsablauf ............................................................................................................ 24
2.3.1. Vorbereitungsphase .................................................................................................... 25
2.3.2. Enkodierung ................................................................................................................. 25
2.3.3. Substanzgabe ............................................................................................................... 26
2.3.4. Konsolidierungsintervall .............................................................................................. 26
2.3.5. Abruf und Schlussphase ............................................................................................... 27
2.4. Ablauf der einzelnen Tests .......................................................................................... 28
2.4.1. Wortpaare.................................................................................................................... 28
2.4.2. Wortflüssigkeitstest ..................................................................................................... 30
2.4.3. Fingertapping ............................................................................................................... 30
4
2.4.4. Vigilanztest................................................................................................................... 31
2.4.5. Stanford-Schläfrigkeits-Skala (SSS) .............................................................................. 32
2.4.6. MDBF-Kurzform A (MDBF) ........................................................................................... 32
2.4.7. Selbsteinschätzungen (Ratings) ................................................................................... 33
2.5. Blutentnahmen und Laboruntersuchungen ................................................................ 34
2.6. Auswertung und Statistik ............................................................................................ 35
3. Ergebnisse ...................................................................................................................36
3.1. Kognitive Maße ............................................................................................................ 36
3.1.1. Wortpaare.................................................................................................................... 36
3.1.2. Fingertapping ............................................................................................................... 39
3.1.3. Vigilanztest................................................................................................................... 40
3.1.4. Stanford-Schläfrigkeits-Skala (SSS) .............................................................................. 41
3.1.5. MDBF-Kurzform A (MDBF) ........................................................................................... 41
3.1.6. Selbsteinschätzungen (Ratings) ................................................................................... 44
3.2. Blutuntersuchungen .................................................................................................... 45
3.2.1. GH ................................................................................................................................ 45
3.2.2. Blutglukose .................................................................................................................. 47
3.2.3. Seruminsulin ................................................................................................................ 47
3.2.4. ACTH ............................................................................................................................ 48
3.2.5. Cortisol ......................................................................................................................... 48
3.2.6. Adrenalin ..................................................................................................................... 49
3.2.7. Noradrenalin ................................................................................................................ 50
3.2.8. Kleines Blutbild, Osmolalität und Natrium .................................................................. 50
3.3. Herzfrequenz und Blutdruck........................................................................................ 52
3.4. Wahrnehmung der Behandlung .................................................................................. 53
4. Diskussion ...................................................................................................................54
4.1. Zusammenfassung der Ergebnisse mit Bezug auf die aufgestellten Hypothesen ....... 54
4.2. Die experimentelle Einflussnahme auf die HPS-Achse ................................................ 54
5
4.3. GHRH und sein zentralnervöser Effekt ........................................................................ 55
4.4. GHRH und die hippocampusabhängige deklarative Gedächtniskonsolidierung ......... 57
4.5. GHRH und die Vigilanz ................................................................................................. 59
4.6. GHRH und die subjektive Stimmungslage ................................................................... 60
4.7. GHRH als Neuromodulator .......................................................................................... 60
4.8. GHRH und Ghrelin........................................................................................................ 61
4.9. GHRH, GH und LTP ....................................................................................................... 61
4.10. Limitationen der Studie ............................................................................................... 62
4.11. Ausblick und Vorschläge für zukünftige Studien ......................................................... 63
5. Zusammenfassung .......................................................................................................65
6. Literaturverzeichnis .....................................................................................................66
7. Anhänge ......................................................................................................................81
7.1. Verzeichnis der Abbildungen ....................................................................................... 81
7.2. Verzeichnis der Tabellen.............................................................................................. 83
8. Danksagungen .............................................................................................................84
9. Lebenslauf ...................................................................................................................85
6
Abkürzungsverzeichnis
ACTH Adrenocorticotropes Hormon
AMPA α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid
ANOVA Varianzanalyse (analysis of variance)
BMI Body Mass Index = Körpergewicht [kg]/Körperhöhe² [m²]
CRH Corticotropin-freisetzendes Hormon
(corticotripin-releasing hormone)
EDTA Ethylendiamintetraacetat
EEG Elektroenzephalogramm
GH Wachstumshormon (growth hormone)
GHRH Wachstumshormon-stimulierendes Hormon
(growth hormone-releasing hormone)
Hb Hämoglobin
Hk Hämatokrit
HPA-Achse Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse
(hypothalamus-pituitary-adrenal)
HPLC Hochleistungsflüssigkeitschromatograph
(high pressure liquid chromatograph)
HPS-Achse Hypothalamus-Hypophysen-Wachstumshormon-Achse
(hypothalamus-pituitary-somatotropin)
i.n. intra nasal
7
i.v. intra venös
KG Körpergewicht
LDL Lipoprotein niederer Dichte (low-density-lipoprotein)
LTP Langzeit-Potenzierung (long-term potentiation)
MCH Mittleres korpuskuläre Hämoglobin (mean corpuscular hemoglobin)
MCHC Mittlere korpuskuläre Hämoglobinkonzentration
(mean corpuscular hemoglobin concentration)
MCV Mittleres Erythrozyten-Volumen (mean corpuscular volume)
MPV Mittleres Thrombozyten-Volumen (mean platelet volume)
MRT Magnetresonanztomographie
MW Mittelwert
NaCl Natriumchlorid
NMDA N-Methyl-D-Aspartat
NREM-Schlaf Schlafstadien 1-4 (non-rapid-eye-movement)
REM-Schlaf Schlafstadium mit schnellen Augenbewegungen
(rapid-eye-movement)
SEM Standardfehler des Mittelwertes (Standard Error of the Mean)
SWS Tiefschlafphase mit vorwiegend Deltawellen (Slow-wave sleep)
TSH Thyreoidea-stimulierendes Hormon
γ-GT Gammaglutamyltransferase
ZNS Zentralnervensystem
8
1. Einleitung und Fragestellung
1.1. Das Gedächtnis
„Das Gedächtnis ist das Tagebuch, das wir immer mit uns herumtragen.“ (Oscar Wilde
1895. The Importance of Being Earnest. 2. Act, Part 1, Miss Prism)
Unter Gedächtnis versteht man die Fähigkeit, Informationen zu speichern, zu ordnen und
wieder abzurufen. Insofern unterscheidet sich der Begriff Gedächtnis nicht wesentlich in
biologischen und technischen Gebieten. Doch gerade die Fähigkeit des Menschen
Informationen zu verarbeiten, ermöglicht erst die Ausprägung des Phänomens
Bewusstsein. Ohne weiter auf den Begriff Bewusstsein eingehen zu wollen, denn dieser
stellt nach wie vor eines der größten ungelösten Probleme von Philosophie und
Naturwissenschaft dar, ist Bewusstsein ohne Gedächtnis sicherlich nicht vorstellbar. Erst
die bindende Macht des Gedächtnisses verhindert, dass unser Bewusstsein nicht in so
viele Splitter, als es Augenblicke zählt, zerfällt (61).
Nach der Dauer der Informationsspeicherung kann man drei Gedächtnissysteme
unterscheiden. Das sensorische Gedächtnis verarbeitet unbewusst alle verfügbaren
Informationen und hält sie für Millisekunden bis Sekunden vor. Das Kurzzeitgedächtnis,
auch Arbeitsgedächtnis genannt, kann eine sehr begrenzte Anzahl von 7 ± 2
Informationseinheiten bewusst für einige Minuten speichern (102). Im Langzeitgedächtnis
können nahezu unbegrenzt viele Informationen dauerhaft gespeichert werden. Die
Grenzen der Speicherkapazität sowie der Speicherdauer des Langzeitgedächtnisses sind
aber bisher nicht bekannt. Das Langzeitgedächtnis, welches für das Bewusstsein
entscheidend ist, soll im Fokus dieser Untersuchung stehen.
Das Langzeitgedächtnis ist kein einheitliches Gebilde. Die neuropsychologische
Gedächtnisforschung unterscheidet nach Art des zu speichernden Inhalts drei
unterschiedliche funktionale Systeme des Gedächtnisses (158). Am besten beschrieben ist
die Differenzierung zwischen deklarativem und non-deklarativem Gedächtnis (144).
Das deklarative Gedächtnissystem speichert Fakten (semantisches Gedächtnis)
und Ereignisse (episodisches Gedächtnis) in den der Modalität entsprechenden
neokortikalen Arealen. Durch Studien an Patienten mit lokal begrenzten Hirnläsionen
konnte gezeigt werden, dass zudem der Hippocampus und der angrenzende temporale
9
Neokortex entscheidend an der Funktion des deklarative Gedächtnissystems beteiligt sind
(110; 145). Diese Gehirnstrukturen stellen eine Art Zwischenspeicher beim Überführen
von deklarativen Gedächtnisinhalten in das Langzeitgedächtnis dar (37; 97). Der Zugriff
auf gespeicherte Informationen im deklarativen Gedächtnis erfolgt explizit, d.h. bewusst
oder willentlich (89). Ein typischer Test des deklarativen Gedächtnisses ist z.B. das Lernen
von Wortpaar-Assoziationen.
Das non-deklarative Gedächtnis speichert sensorische bzw. motorische Fertig-
keiten (prozedurales Gedächtnis), Wiedererkennung von Reizen (Priming), Beurteilungen
wahrgenommener Reize (perzeptuelles Gedächtnis) sowie Ergebnisse von
Konditionierungsvorgängen v.a. im Bereich der Basalganglien, des Cerebellums und des
sensorischen bzw. motorischen Neokortex (145). Das prozedurale Gedächtnis
repräsentiert die wichtigste Komponente des non-deklarativen Gedächtnisses. Der Zugriff
auf gespeicherte Informationen im non-deklarativen Gedächtnis erfolgt implizit, d.h.
unbewusst oder ohne nachzudenken (89). Ein typischer Test des prozeduralen
Gedächtnisses ist z.B. das Lernen von Fingersequenzen.
Ein drittes funktionales Gedächtnissystem ist das emotionale Gedächtnis, das
emotional sehr aversiv oder positiv bewertete Informationen verstärkt speichert. Die
Nuclei Amygdalae spielen hierbei eine zentrale Rolle (22; 58; 90).
Allen funktionalen Systemen des Langzeitgedächtnisses gemein ist die Gliederung
in drei Teilfunktionen: Enkodierung, Konsolidierung und Abruf. Bei der Enkodierung, dem
Erlernen von Informationen, werden die zu speichernden Informationen einer neuronalen
Repräsentation oder auch Spur genannt erstmalig zugeordnet. Diese neuronale Spur ist
anfänglich sehr fragil und bedarf eines Prozesses zur Verfestigung des Gelernten, der
Konsolidierung (99). Beim Abruf werden die konsolidierten Informationen ins Bewusstsein
gerufen und damit erinnert. Das Gedächtnis wird somit an der Fähigkeit gemessen,
bestimmte Informationen zu erinnern.
Während Einflüsse auf die Enkodierung minimiert werden können, indem man die
Lernleistung unmittelbar nach dem Lernen überprüft, müssen Einflüsse auf den Abruf der
gespeicherten Informationen, auch weil man neuronale Gedächtnisspuren nicht direkt
messen kann, bislang noch als Störfaktoren betrachtet werden. Eine Differenzierung, ob
bestimmte Gedächtnisinhalte vergessen worden sind oder nicht abrufbar sind, ist bisher
nicht möglich. Ein Schwerpunkt der Gedächtnisforschung liegt daher auf der Gedächtnis-
10
konsolidierung, d.h. dem Überführen von Gedächtnisinhalten aus dem Kurzzeitgedächtnis
in das Langzeitgedächtnis und den dabei ablaufenden Prozessen, die bei der Verfestigung
von neuronalen Gedächtnisspuren eine Rolle spielen.
1.2. Schlaf und Gedächtnis
Schlaf verstärkt die Gedächtnisbildung (33; 62; 63; 91; 109). Unter der Annahme, dass die
Informationsverarbeitung im Wachzustand und die dauerhafte Speicherung von Infor-
mationen im Langzeitgedächtnis dieselben neuronalen Netzwerke verwenden, ist ein
Zustand der unterdrückten Reizverarbeitung, wie ihn der Schlaf darstellt, geradezu
notwendig. Der Schlaf ist somit wesentlich an der Bildung des Phänomens Bewusstseins
beteiligt und stellt damit eine vorteilhafte evolutionäre Errungenschaft dar (68).
Nachdem zunächst vermutet worden war, dass die Wirkung des Schlafes auf die
Gedächtniskonsolidierung auf eine verminderte Interferenz durch neue oder ähnliche
Informationen zurückzuführen sei (63), postulierte man, dass der Schlaf den Zerfall von
Gedächtnisspuren passiv verhindert (41). Aktuelle Untersuchungsergebnisse sprechen für
eine aktive Wirkung des Schlafs auf Konsolidierungsprozesse (42; 86; 148). Einen Indiz
hierfür liefern Untersuchungen mit funktionalen bildgebenden Verfahren, welche zeigen,
dass Hirnareale, welche beim Lernen aktiviert sind, im Schlaf reaktiviert werden (87; 174).
Diese im Schlaf ablaufenden Reaktivierungsprozesse führen nicht nur zur einer
Verfestigung von Gedächtnisinhalten, sondern offenbar auch zu einer Reorganisation von
neuronalen Gedächtnisrepräsentationen, welche einen Zugewinn an Gedächtnisleistung
beim Abruf über das Niveau bei der Enkodierung erzeugen kann. So konnte gezeigt
werden, dass Schlaf die Lernleistung steigert und sogar Einsicht generieren kann (45;
165).
Im Unterschied zum schnellen Lernzuwachs bei der Enkodierung („fast learning“)
handelt es sich bei der Konsolidierung („slow latent learning“) um einen langsamen
Lernprozess, der erst nach einer Latenz von einigen Stunden einsetzt (65; 66). Nachdem
zunächst angenommen wurde, dass Konsolidierungsprozesse nach einer Lernphase
automatisch ablaufen, konnte für einige prozedurale Gedächtnisaufgaben (z.B. Textur-
diskriminationsaufgaben) gezeigt werden, dass ohne Schlaf in der ersten Nacht unmittel-
bar nach der Enkodierung kein Konsolidierungsprozess und damit kein Lernzuwachs statt-
11
findet (52; 67; 100; 140). Schlaf ist somit für die Gedächtniskonsolidierung einiger
prozeduraler Aufgaben sogar notwendig. Die Schlafdauer korreliert dabei mit dem
Ausmaß des Lernzuwachses (149). Hingegen ist die reine Gedächtnisstabilisierung von
prozeduralen Aufgaben ohne Leistungszuwächse im Rahmen von Konsolidierungs-
prozessen auch ohne Schlaf möglich (16; 166).
Bei der Gedächtniskonsolidierung deklarativer Aufgaben liegen kontroverse
Untersuchungsergebnisse vor. Während die überwiegende Anzahl der durchgeführten
Studien einen positiven Effekt des Schlafes auf die deklarative Gedächtnisbildung zeigen
konnte, existieren auch Untersuchungen, die darauf hindeuten, dass Schlaf entweder
keinen Einfluss oder sogar einen negativen Einfluss hat (141; 171). Es gibt auch Beispiele
dafür, dass Konsolidierungsprozesse deklarativer Aufgaben mit einem signifikanten
Zuwachs der Gedächtnisleistung im Wachzustand stattfinden können (167).
Ein Erklärungsansatz für diese widersprüchlichen Ergebnisse ist das deklarative
Gedächtnissystem mit seinen spezifischen Besonderheiten. Gedächtnisinhalte in diesem
System werden zunächst im Hippocampus und dem angrenzenden temporalen Neokortex
für eine sehr variable Zeit von Stunden bis zu Jahren zwischengespeichert, bevor sie
langfristig in neokortikalen Gedächtnisrepräsentationen hippocampusunabhängig
gespeichert werden (37; 97). Dieser Zwischenspeicher ist einerseits von einem schnellen
Lernprozess und andererseits von einem schnellen Verfall von Gedächtnisinhalten
gekennzeichnet. So kann bereits die einmalige Konfrontation mit einem Ereignis,
insbesondere wenn diesem Ereignis eine emotionale Bedeutung beigemessen wird,
ausreichen, eine überdauernde hippocampale Gedächtnisspur zu induzieren (58). Im
Rahmen eines folgenden langsamen aktiven Konsolidierungsprozesses werden die
hippocampalen Gedächtnisrepräsentationen in ein neokortikal verankertes Langzeit-
gedächtnis offenbar nach dem Alles-oder-nichts-Prinzip übertragen. Erst nach einem
solchen Prozess sind Gedächtnisinhalte hippocampusunabhängig abrufbar, was in
tierexperimentellen Studien und klinischen Beobachtungen bei Patienten mit bilateraler
Hippocampusläsionen gezeigt werden konnte (131; 155). Dieser Prozess kann Tage bis
Wochen dauern und erstreckt sich somit über mehrere Schlafperioden, so dass
Schlafdeprivationseffekte durch Schlaf in den folgenden Nächten teilweise kompensiert
werden können (176). Neben einem quantitativen Effekt, der reinen Übertragung
deklarativer Gedächtnisinhalte, beinhaltet der Konsolidierungsprozess vor allem einen
12
qualitativen Effekt, die schlafabhängige Integration der neu erworbenen Gedächtnis-
inhalte in das bereits vorhandene Langzeitgedächtnis. Es konnte gezeigt werden, dass
Schlaf diese Integration und Reorganisation von Gedächtnisinhalten, gemessen am
Ausmaß einer qualitativ verbesserten Gedächtnisleistung, Einsicht für komplexe Probleme
zu erlangen, signifikant fördert (165).
Die einzelnen funktionalen Systeme des Langzeitgedächtnisses werden in unter-
schiedlicher Weise von Schlaf beeinflusst. Mit dem EEG kann man unterschiedliche
Wachheitsgrade und Schlafstadien differenzieren (Abbildung 1) (129): Im Wachzustand
mit offenen Augen lassen sich β-Wellen (f ≈ 20 Hz), mit geschlossenen Augen lassen sich
α-Wellen (f ≈ 10 Hz) ableiten. Je nach Amplitude, Frequenz und Dauer des Auftretens
unterscheidet man vier Schlafstadien. Beim Einschlafen (Stadium 1 und 2) lassen sich
niederfrequente θ-Wellen (f = 3-7 Hz) ableiten, welche zum Tiefschlaf (Stadium 3 und 4)
in noch langsamere δ-Wellen (f = 0,5-3 Hz) übergehen. Nach dem Tiefschlaf wird der
Schlaf wieder flacher und geht in den REM-Schlaf, geprägt von α-Wellen und schnellen
Augenbewegungen, über. Im Gegensatz zum REM-Schlaf werden die Schlafstadien 1-4
auch als NREM-Schlaf bezeichnet. Ein solcher Schlafzyklus wird pro Nacht etwa vier- bis
fünfmal durchlaufen. Dabei werden die Tiefschlafphasen morgens kürzer und flacher,
während die REM-Schlafphasen länger werden.
Abbildung 1: Schematische Darstellung eines Somnogramms.
Um den Einfluss von Schlaf auf das Gedächtnis zu untersuchen, wurden zunächst
Studiendesigns mit Schlafentzug verwendet. Es konnte gezeigt werden, dass selektiver
REM-Schlaf-Entzug einen Lernzuwachs bei prozeduralen Gedächtnisaufgaben verhindert
13
(67). Hingegen hat selektiver REM-Schlaf-Entzug im Vergleich zum selektiven
Tiefschlafentzug nur einen geringen negativen Einfluss auf die Gedächtnisleistung
deklarativer Aufgaben (156). Die Kritik an diesem Ansatz, Funktionen des Schlafes durch
Schlafentzug zu erforschen (12), und klinische Beobachtungen bei Patienten mit
Hirnläsionen, welche keinen REM-Schlaf mehr aufweisen, sowie medikamentöse Unter-
drückung von REM-Schlaf bei erhaltender Gedächtnisleistung (138; 161), stellten jedoch
einen Einfluss von Schlaf auf das Gedächtnis generell in Frage.
Aktuelle Studien sprechen für zwei getrennte aktive schlafassoziierte Konsoli-
dierungsprozesse. Die langsamen δ-Wellen des Tiefschlafs (SWS) in der ersten
Nachthälfte haben vornehmlich einen Einfluss auf die hippocampusabhängige deklarative
Gedächtnisbildung (41; 46; 51; 91; 93; 124; 175). REM-Schlaf in der zweiten Nachthälfte
hat vornehmlich einen Einfluss auf die nicht-hippocampusabhängige prozedurale
Gedächtnisbildung (123; 124; 149; 170).
Der durch REM-Schlaf vermittelte positive Effekt auf die Lernleistung prozeduraler
Gedächtnisaufgaben korreliert auch mit den vorangegangenen Tiefschlafanteilen, was
zudem einen synergistischen Effekt beider Schlafstadien im Sinne aufeinander
aufbauender Funktionen bei der Gedächtnisbildung vermuten lässt (52; 53). Es liegen
auch Befunde vor, dass REM-Schlaf einen Einfluss auf die Konsolidierung von
episodischen deklarativen Gedächtnisinhalten hat (128). REM-Schlaf hat zudem einen
signifikanten Einfluss auf die emotionale Gedächtniskonsolidierung (38; 43; 55; 88; 163;
164).
Umgekehrt hat die Art der zu lernenden Gedächtnisaufgabe offenbar einen
Einfluss auf den Schlaf. Bei Probanden, welche prozedurale Aufgaben intensiv trainierten,
konnte ein erhöhter Anteil an REM-Schlaf in der folgenden Nacht nachgewiesen werden,
welcher mit dem Ausmaß ihres Trainings korrelierte (18; 29).
1.3. Synaptische Plastizität, Gedächtnis und Schlaf
Die Bildung von Gedächtnis basiert auf adaptiven plastischen Prozessen, d.h. Vorgängen
der Gedächtniskonsolidierung, die zur Persistenz der neuen Gedächtnisspuren und deren
Integration in bestehende neuronale Netzwerke führen. Ein gängiges neurophysio-
logisches Modell von Konsolidierungsprozessen postuliert die wiederholte Reaktivierung
14
neuronaler Netzwerke, aus der eine langandauernde Verstärkung synaptischen
Übertragung und damit eine Verfestigung der Gedächtnisinhalte resultieren (60). Für das
deklarative Gedächtnis konnte in Tierexperimenten gezeigt werden, dass Zellverbände,
welche beim Lernen aktiviert sind, in den darauffolgenden off-line-Phasen und
insbesondere im Tiefschlaf spontan reaktiviert werden (78; 98; 151; 174). Für das
prozedurale Gedächtnis konnte eine solche Reaktivierung insbesondere im REM-Schlaf
gezeigt werden (81; 87). Ein kausaler Zusammenhang zwischen den nachgewiesenen
Reaktivierungsprozessen und der Gedächtnisbildung wird daher angenommen. Unter-
stützung erhält diese Annahme durch Humanexperimente, in denen deklarative
Gedächtnisinhalte während des Lernens an einen Geruchsstimulus gekoppelt wurden
(127). Die erneuerte Darbietung des Geruchs während des Tiefschlafs führte zu einer
Verbesserung der Gedächtniskonsolidierung, was darauf hindeutet, dass schlafabhängige
Reaktivierungsprozesse verstärkt wurden.
Eine Form der synaptischen Plastizität stellt die LTP dar (80). Je nach Hirnregion
und ablaufendem Prozess sind unterschiedliche elektrophysiologische Muster
beschrieben worden. Bei der Enkodierung deklarativer Gedächtnisaufgaben, d.h. beim
Transfer von Informationen vom Neokortex über die Area entorhinalis zum Hippocampus,
und im REM-Schlaf werden Theta- (6-9 Hz) und Gammaoszillationen (40-100 Hz) im
Hippocampus beobachtet (19; 20). Spontane Reaktivierungen in off-line Phasen und der
Tiefschlaf, in denen deklarative Konsolidierungsprozesse, d.h. ein Transfer von Infor-
mationen vom Hippocampus zum Neokortex, angenommen werden, gehen hingegen mit
kurzen 40-120 ms andauernden Oszillationen mit spitzen Wellen („sharp wave bursts“)
und „Ripples“ (140-200 Hz) im Hippocampus einher (19; 21). Diese hippocampalen
Reaktivierungsmuster setzten ein niedriges acethylcholinerges Erregungsniveau voraus
(59). Durch Gabe von acethylcholinergen Substanzen können eine Unterdrückung
hippocampaler Reaktivierungen und damit eine Blockierung deklarativer Gedächtnis-
konsolidierung erreicht werden (49).
Tierexperimentell konnte gezeigt werden, dass in hippocampalen Netzwerken
induzierte LTPs weitere Prozesse synaptischer Plastizität, z. B. durch Expression von
Genen, vorantreiben. Diese Prozesse werden durch Schlaf gefördert (130).
Ein weiteres wichtiges elektrophysiologisches Muster im Rahmen der LTP sind
langsame Oszillationen, „slow oscillations“ (<1 Hz), welche im Neokortex während des
15
Tiefschlafes spontan auftreten. Diese langsamen Oszillationen führen einerseits zu einer
gesteigerten Erregbarkeit thalamokortikaler Netzwerke (146) und anderseits zur
Induktion von schnellen Oszillationen („Ripples“) mit spitzen Wellen im Hippocampus und
haben somit offenbar einen Einfluss auf die hippocampusabhängige deklarative
Gedächtniskonsolidierung (139). Es liegen Befunde vor, die zeigen, dass die langsamen
neokortikalen Oszillationen die thalamo- und hippocampokortikalen Oszillationen nicht
nur induzieren, sondern auch gruppieren und zeitlich koordinieren (104; 105).
Tierexperimentelle Untersuchungen konnten bereits zwischen den neokortikalen und
hippocampalen Oszillationen einen zeitlichen Zusammenhang nachweisen (137). Es
konnte zudem gezeigt werden, dass sich schnelle hippocampale Oszillationen auch
artifiziell durch extern induzierte langsame neokortikalen Oszillationen auslösen lassen
und zu einer Verbesserung der deklarativen Gedächtnisleistung führen (93; 103).
Untersuchungen haben ergeben, dass das Lernen hippocampusabhängiger deklarativer
Gedächtnisaufgaben zu einer Zunahme von Oszillationen während des NREM-Schlafes
führen (51), welche in einem funktionellen Zusammenhang mit den vorausgegangenen
Enkodierungsprozessen stehen (3; 106).
Es konnte gezeigt werden, dass Oszillationen auf exzitatorische Neurone wirken,
die Glutamat als Transmitter benutzen (84). Glutamat wirkt postsynaptisch zunächst auf
NMDA-Rezeptoren und induziert einen Calcium-Einstrom, der über Second-Messenger-
Systeme die LTP aufrecht erhält (39). Die Aktivierung von NMDA-Rezeptoren führt
langfristig zu einer Aktivierung von AMPA-Rezeptoren (85), welche einen NMDA-Rezeptor
unabhängigen Calciumeinstrom generieren (44). Auf diese Weise wird die LTP
neurochemisch potenziert.
1.4. Hormonaktivitäten und Gedächtnis
Parallel zur somnographischen Schlafarchitektur im EEG ist eine endokrine Schlaf-
architektur mit mehreren zirkadianen Rhythmen beschrieben worden. Hierbei haben
insbesondere zwei hormonelle Regelkreisläufe Einfluss auf den Schlaf und das
Gedächtnis: Die HPA- und die HPS-Achse (32; 48).
16
1.4.1. Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse (HPA-Achse)
Das im Hypothamalus gebildete Hormon CRH stimuliert die Freisetzung von ACTH im
Hypophysenvorderlappen über eine pfortaderähnliche Verbindung. Das freigesetzte ACTH
stimuliert über den peripheren Blutkreislauf die Produktion und Freisetzung von Cortisol
in der Nebennierenrinde. Alle Hormone wirken dabei über eine negative Rückkopplung
inhibitorisch auf die übergeordneten Signalgeber (Abbildung 3).
Die zirkadianen Verläufe von Cortisol und ACTH sind bei gesunden Probanden
ähnlich. Bereits vor dem Schlafen sind die Konzentrationen niedrig und erreichen im
Verlauf der ersten Nachthälfte einen Tiefpunkt. Mit Beginn der zweiten Nachthälfte
steigen die Konzentrationen steil an, bis sie zum Zeitpunkt des morgendlichen Erwachens
ein Maximum erreichen (Abbildung 2).
Abbildung 2: Schematische Darstellung der Profile der Cortisol- und GH-Plasmakonzentrationen.
Die physiologische Unterdrückung der HPA-Achse während der ersten Nachthälfte,
gemessen an einer niedrigen Cortisolaktivität, ist eine Grundvoraussetzung für das
Auftreten von SWS (40) und die deklarative Gedächtniskonsolidierung (125; 126). Es
liegen Befunde vor, die zeigen, dass Schlaf und insbesondere NREM-Schlaf die Aktivität
der HPA-Achse aktiv hemmt (10; 11), wobei ein hypothalamischer ACTH-inhibierender
Faktor postuliert wird. Hingegen scheint die physiologisch ansteigende Cortisol-
konzentration während der zweiten Nachthälfte vor einer übermäßigen
Gedächtniskonsolidierung emotional bewerteter Gedächtnisinhalte zu schützen (14).
17
1.4.2. Hypothalamus-Hypophysen-Wachstumshormon-Achse (HPS-Achse)
Die im Hypothamalus gebildeten Hormone GHRH und Somatostatin agieren als
Gegenspieler stimulierend beziehungsweise inhibitorisch auf die Freisetzung von GH in
der Hypophyse. Dosisabhängig können GHRH und Somatostatin ihre eigne
hypothalamische Sekretion hemmen (82; 83). Somatostatin inhibiert zudem u.a. auch die
Freisetzung von ACTH in der Hypophyse. Insofern stellen die HPA- und die HPS-Achse
keine eigenständigen hormonellen Regelkreisläufe dar, sondern zeigen Interaktionen. Das
GH stimuliert über den peripheren Blutkreislauf die Produktion und Freisetzung von
Somatomedinen in der Leber, u.a. IGF-1 und andere Insulin-like-growth-factors, welche
wachstumsfördernd wirken und langfristig den Blutglukosespiegel steigern. Die
Somatomedine und der Blutglukosespiegel wirken dabei über eine negative
Rückkopplung inhibitorisch auf die Hypophyse (Abbildung 4).
Abbildung 3: Schematische Darstellung der HPA-Achse.
Abbildung 4: Schematische Darstellung der HPS-Achse.
Der zirkadiane Verlauf von GH zeigt einen steilen Anstieg der Konzentration zu Beginn des
Schlafens mit einem Maximum um den Zeitpunkt der ersten Tiefschlafphase. Danach fällt
die GH-Konzentration ebenso steil ab, bis sie in der zweiten Nachthälfte einen Tiefpunkt
erreicht (Abbildung 2). Es konnte gezeigt werden, dass dieser Verlauf auch bei jungen
18
gesunden Männern während eines Schlafentzuges messbar ist und offenbar mit
steigendem Alter abnimmt (108). Der physiologische steile Anstieg der GH-Konzentration
in der ersten Nachthälfte ist jedoch während eines Schlafentzuges deutlich geringer
ausgeprägt, während die kumulativen GH-Konzentrationen innerhalb einer 24-Stunden-
Periode mit normalen Nachtschlaf und mit Schlafdeprivation ähnlich sind (15; 79; 143).
Die Tatsache, dass die GH-Konzentration parallel zum SWS in der ersten
Nachthälfte ein physiologisches Maximum erreicht, lässt nicht nur einen Zusammenhang
zwischen HPS-Aktivität und SWS, sondern auch einen dem SWS ähnlichen positiven
Einfluss der HPS-Achse auf die hippocampusabhängige deklarative Gedächtnis-
konsolidierung vermuten (48). Aktuell liegen jedoch unterschiedliche Befunde vor.
Während einige Studien keinen Zusammenhang zwischen HPS-Aktivität und SWS
nachweisen konnten (70), andere Studien lediglich einen applikations- und dosis-
abhängigen Effekt annahmen (92; 94), haben weitere Untersuchungen in der Tat zeigen
können, dass zwischen der peripher gemessenen GH-Konzentration und SWS eine
zeitliche und quantitative reziproke Korrelation vorliegt (56; 135; 152; 160). Ein
Erklärungsansatz für die Diskrepanz der Befunde ist das komplizierte Regelsystem der
HPS-Achse, welches auf mehreren Funktionsebenen einen Einfluss ausübt und somit von
mehreren Variablen, u.a. auch vom Wachheits- bzw. Schläfrigkeitszustand abhängig ist.
Darüber hinaus haben die Blut-Hirn-Schranke und die Verteilung von zentralnervösen
Rezeptoren offenbar maßgeblich Einfluss auf das jeweilige Applikationsschema, z.B. von
Somatostatin und GHRH.
Nachdem für das Kurzzeitgedächtnis beim Lernen deklarativer Gedächtnis-
aufgaben ein die Gedächtnisleistung verstärkender Effekt der HPS-Achse durch
intravenöse Applikation von GHRH (150 μg) bereits gezeigt werden konnte (2), wurde
auch ein solcher Einfluss der HPS-Achse auf das Langzeitgedächtnis in mehreren
Übersichtsarbeiten postuliert (19; 116; 141). Klinische Beobachtungen bei Patienten mit
Wachstumshormonmangel und jahrelanger GH-Substitution erhärteten den Verdacht,
dass die HPS-Achse einen verstärkenden Einfluss auf die Langzeitgedächtnisleistung hat
(4; 5; 9; 30; 95). Zudem ergaben einige tierexperimentelle Studien Hinweise darauf (72;
77; 111; 115). So konnte z.B. gezeigt werden, dass GH in den Hippocampi von Ratten nach
intensiver kognitiver Stimulation signifikant vermehrt exprimiert wird (34) und dass
intracerebroventricular appliziertes GHRH das Auftreten von SWS signifikant steigert (40).
19
Auch konnte ein Zusammenhang zwischen der im Alter abnehmenden Aktivität der HPS-
Achse und altersabhängigen kognitiven Veränderungen nachgewiesen werden (162).
Bisher gibt es aber nur wenige Studien, die den Einfluss der HPS-Achse auf die
Gedächtnisleistung systematisch untersucht haben (172). Zudem wurde bei den
genannten Studien das Langzeitgedächtnis nach einem sehr kurzen zeitlichen Abstand
von lediglich etwa einer Stunde nach der Enkodierung getestet, wobei Einflüsse eines
langsamen und mit einer Latenz von mehreren Stunden ablaufenden Konsolidierungs-
prozesses sicherlich nicht erfasst werden konnten.
Durch die vollständige Unterdrückung der physiologischen GH-Sekretion in der
ersten Nachthälfte, gemessen an der Höhe der GH-Konzentration im peripheren Blut,
mittels intravenöser Somatostatingabe konnte bereits ein Einfluss der HPS-Achse auf das
Langzeitgedächtnis auf hypophysärer Ebene abwärts ausgeschossen werden (50). Es
konnte gezeigt werden, dass diese Hemmung des hypophysären Anteils der HPS-Achse
keinen Effekt auf die Gedächtniskonsolidierung der jeweils zuvor gelernten deklarativen
und prozeduralen Gedächtnisaufgaben hatte. Der Einfluss des zentralnervösen Anteils der
HPS-Achse auf das Langzeitgedächtnis wurde bisher nicht systematisch untersucht. Hier
knüpft die vorliegende Studie an.
1.5. Intranasale Applikation von GHRH
Um einen Einfluss des zentralnervösen Anteils der HPS-Achse auf das Langzeitgedächtnis
zu untersuchen, bieten sich Studiendesigns mit GHRH und seinem Gegenspieler
Somatostatin an. In tierexperimentellen Studien konnte gezeigt werden, dass beide
Hormone bei zentralnervöser Applikation scheinbar paradox auf die GH-Sekretion wirken.
Während nach intracerebroventriculärer Applikation von GHRH bei Ratten eine scheinbar
paradoxe verminderte GH-Sekretion beobachtet worden war (83), wurde nach
intracerebroventriculärer Applikation von Somatostatin eine scheinbar paradoxe
vermehrte GH-Sekretion beobachtet (82). Es liegt bei beiden Hormonen offenbar ein
zentralnervöser selbstregulatorischer Effekt im Sinne einer ultra-kurzen negativen
Rückkopplung vor.
In Anbetracht dieser Befunde wurde ein Studiendesign mit GHRH gewählt, um den
zu untersuchenden zentralnervösen Effekt von GHRH auf die Gedächtnisbildung mit dem
20
Ausmaß der angenommenen Hemmung der physiologischen GH-Sekretion in der ersten
Nachthälfte in Beziehung setzen zu können. Umgekehrt wäre bei einem Studiendesign
mit Somatostatin eine weitere Stimulation der GH-Sekretion über das Maß der
physiologischen GH-Sekretion in der ersten Nachthälfte hinaus vermutlich weniger
aussagekräftig.
Aufgrund der Tatsache, dass beide Hormone intravenös appliziert die Blut-Hirn-
Schranke nur eingeschränkt bzw. überhaupt nicht passieren können (7; 101), musste ein
alternativer Applikationsweg mit unmittelbarem Zugang zum ZNS gewählt werden. Eine
solche Methode stellt die intranasale Applikation mittels eines Zerstäubers dar. In
mehreren Studien konnte für einige Hormone (Insulin, Cholecystokinin, CRH und
Vasopressin) bereits gezeigt werden, dass durch intranasale Applikation die Blut-Hirn-
Schranke wesentlich leichter überwunden werden kann, gemessen an der Konzentration
des jeweiligen Hormons im Liquor, als dies durch intravenöse Applikation möglich ist (71;
121; 122; 132). Zudem können durch diese Methode im Vergleich zu systemischer
Applikation durch z. B. intravenöse Applikation pharmakodynamische (systemische
hormonelle Nebeneffekte) und pharmakokinetische Störfaktoren (Distribution und
Metabolisierungsprozesse) minimiert werden. Somit kann eine optimale Dosis-Wirkungs-
Beziehung erreicht werden (8; 13; 57; 71; 118; 121; 122; 132).
Vor diesem Hintergrund wurde bei der vorliegenden Studie die intranasale GHRH-
Applikation gewählt, um den direkten zentralnervösen Effekt von GHRH auf die HPS-
Achse untersuchen zu können.
1.6. Fragen und Hypothesen
In dieser Studie soll der Einfluss des zentralnervösen Anteils der HPS-Achse auf
Konsolidierungsprozesse im deklarativen und prozeduralen Gedächtnis bei jungen
gesunden schlafdeprivierten Probanden untersucht werden. Es wurde ein Setting mit
Schlafdeprivation gewählt, um den Einfluss von endogenen Wachstumshormonaktivitäten
zu minimieren (15; 143), und um den bereits bekannten Einfluss von Schlaf auf die
Gedächtnisbildung ausklammern zu können.
Erste Hypothese: Intranasal appliziertes GHRH hemmt auf zentralnervöser Ebene
über eine ultra-kurze negative Rückkopplungs-Wirkung die HPS-Achse und verhindert
21
damit den physiologisch in der ersten Nachthälfte vorkommenden hypophysären GH-
Anstieg.
Zweite Hypothese: Intranasal appliziertes GHRH hemmt, nach dem Lernen von je
einer deklarativen und einer prozeduralen Gedächtnisaufgabe, die Gedächtnis-
konsolidierung der deklarativen Gedächtnisaufgabe, gemessen an der Anzahl der nach
einem elf Stunden dauernden Intervall des Wachbleibens richtig erinnerten Wortpaare.
Die Gedächtniskonsolidierung der prozeduralen Gedächtnisaufgabe, gemessen an der
Anzahl der nach dem gleichen Intervall des Wachbleibens richtig abgetippten
Fingersequenzen, wird nicht beeinträchtigt.
Zusammengefasst soll durch die Hemmung der HPS-Achse auf zentralnervöser
Ebene durch intranasal appliziertes GHRH und die dadurch resultierende beeinträchtigte
deklarative Gedächtnisleistung gezeigt werden, dass GHRH auf zentralnervöser Ebene
einen Einfluss auf die hippocampusabhängige deklarative Gedächtnisbildung hat.
22
2. Material und Methoden
2.1. Probanden
2.1.1. Ein- und Ausschlusskriterien
Es wurden gesunde, männliche Probanden im Alter zwischen 18 und 35 Jahren
untersucht. Frauen wurden ausgeschlossen, da sonst auch zyklusbedingte hormonelle
Schwankungen als Variablen hätten berücksichtigt werden müssen. Ein Proband wurde
als gesund betrachtet, wenn die klinische Voruntersuchung keinen pathologischen Befund
ergab und regelmäßige Medikamenteneinnahmen sowie der Konsum von Nikotin oder
sonstigen Drogen verneint wurden. Die Probanden sollten normalgewichtig sein, d.h.
einen BMI zwischen 20 und 25 kg/m² haben, nicht in Schichtarbeit beschäftigt sein und in
den vier Wochen vor einer Versuchsnacht einen normalen Schlaf- und Wachrhythmus
haben. Darüber hinaus war Bedingung, dass die Probanden die verwendeten
Gedächtnistests (Wortpaare und Fingertapping) nicht kennen.
Alle Probanden wurden sowohl schriftlich als auch mündlich über die Versuche
und die möglichen Risiken aufgeklärt und gaben ihr schriftliches Einverständnis zur
Teilnahme an den Experimenten. Für ihre Teilnahme wurden die Probanden finanziell
entschädigt.
2.1.2. Klinische Voruntersuchung
Alle Probanden wurden vor den Versuchen nach einem Protokoll klinisch untersucht. Es
wurden nicht nur Blutdruck und Puls gemessen, sondern auch der BMI bestimmt und Blut
abgenommen, aus dem ein kleines Blutbild (Erythrozyten, Leukozyten, Thrombozyten,
Hb, Hk, MCV, MCH, MCHC und MPV), klinisch-chemische Parameter (Glucose, Kreatinin,
Harnsäure, LDL-Cholesterin, Triglyceride, und γ-GT) und die Hormone TSH und
Testosteron bestimmt wurden. Im Rahmen einer kurzen Anamnese wurden alle wichtigen
Organsysteme im Hinblick auf bisher bekannte Erkrankungen, Operationen und
Verletzungen abgefragt. Es wurde auch nach Gewohnheiten bzgl. der Ernährung, des
Schlafens, des Konsums von Alkohol und anderen Drogen sowie der regelmäßigen
23
körperlichen Aktivität gefragt. Bei auffälligen Parametern wurde der Proband aus der
Studie ausgeschlossen.
2.1.3. Probandenkollektiv
An den Versuchen nahmen insgesamt 16 Probanden teil. Davon wurden zwölf in die
endgültige Auswertung der Versuche übernommen. Vier Probanden wurden aus der
Auswertung herausgenommen, weil während einer Versuchsnacht ein neuer venöser
Katheter gelegt werden musste (n=2), körperliche Symptome wie Übelkeit und Erbrechen
auftraten (n=1) und die Versuche aus eigener Entscheidung abgebrochen wurden (n=1).
Die zwölf Probanden waren zwischen 19 bis 28 Jahre alt (MW ± SEM: 23,3 ± 1,0 Jahre)
und hatten einen BMI zwischen 20,2 und 24,9 kg/m² (MW ± SEM: 23,5 ± 0,5 kg/m²). Alle
waren gesund, Rechtshänder und hatten bis auf eine Ausnahme Abitur.
2.2. Studiendesign
Die Probanden nahmen an einer placebokontrollierten, randomisierten und
doppelblinden Studie an jeweils zwei Versuchsnächten teil. Die beiden Versuchsnächte
fanden im Abstand von mindestens 14 Tagen statt, um eventuell länger anhaltende
Effekte der GHRH-Gabe auszuschließen. Am Abend mussten die Probanden
Gedächtnisaufgaben lernen, die nach einem Konsolidierungsintervall von elf Stunden, in
dem die Probanden wachblieben, abgefragt wurden (Abbildung 5).
Lernen
GHRH Wachbleiben Abruf
Placebo
20:30 21:30 22:00 09:00 10:00 Uhr
Abbildung 5: Schematische Darstellung des Versuchsablaufs.
Während der Versuchsnacht wurden in regelmäßigen Abständen die Befindlichkeit, die
Schläfrigkeit, die Vigilanz sowie Hunger und Durst der Probanden ermittelt und es wurden
Blutentnahmen zur Bestimmung der Blutglukose, der Hormone ACTH, Cortisol, Insulin,
GH, und der Katecholamine Adrenalin und Noradrenalin vorgenommen.
24
2.3. Versuchsablauf
Die Versuche fanden in den Räumen des Instituts für Neuroendokrinologie der Universität
zu Lübeck statt. Eine detaillierte Übersicht über den Verlauf einer Versuchsnacht ist
Tabelle 1 zu entnehmen.
Tabelle 1: Übersicht über den Ablauf einer Versuchsnacht.
Uhrzeit Ablauf Tests Blutentnahme
19:25 Ankunft Proband 19:30 Legen eines i.v. Zuganges 20:25 Blutdruck und Puls 1 20:30
Enkodierung MDBF, SSS, Vigilanz, Ratings,
Wortpaare, Fingertapping
21:25 2 21:30 Substanzgabe 22:00 Blutdruck und Puls 3 22:05 MDBF, SSS, Vigilanz, Ratings 22:15 4 22:35 5 22:55 6 23:15 7 23:30 MDBF, SSS, Vigilanz, Ratings 23:45 8 00:00 Snack 00:15 9 00:45 10 01:00 MDBF, SSS, Vigilanz, Ratings 01:45 11 02:30 MDBF, SSS, Vigilanz, Ratings 02:45 12 03:45 13 04:00 MDBF, SSS, Vigilanz, Ratings 04:45 14 05:30 MDBF, SSS, Vigilanz, Ratings 05:45 15 06:15 Snack Blutdruck und Puls 06:45 16 07:00 MDBF, SSS, Vigilanz, Ratings 07:45 17 08:30 MDBF, SSS, Vigilanz, Ratings 08:45 18 09:00
Abruf MDBF, SSS, Vigilanz, Ratings, Wortpaare, Fingertapping, Wortflüssigkeit
10:00 Versuchsende Blutdruck und Puls 19 SSS: Stanford-Schläfrigkeits-Skala; MDBF: Mehrdimensionale Befindlichkeitsfragebogen
25
2.3.1. Vorbereitungsphase
An den Versuchsnächten trafen die Probanden im Labor um 19:25 Uhr ein. Pro
Versuchsnacht wurde nur ein Proband alleine untersucht. Die Probanden durften an
diesen Tagen keine koffein- und alkoholhaltigen Getränke zu sich nehmen. Sie waren
instruiert, am Morgen der jeweiligen Versuchsnacht zwischen 07:00 und 08:00 Uhr
aufzustehen, sich im Laufe des Tages nicht übermäßig körperlich zu betätigen und in
einem gesättigten Zustand, d.h. nach Einnahme eines normalen Abendessens gegen etwa
18:00 Uhr, im Labor zu erscheinen. Zu Beginn wurde der Proband zum Schlaf in der
letzten Nacht, wann er normalerweise zu Bett gehe und zu Nachtwachen und
Schichtarbeit in den letzten vier Wochen gefragt. Es wurde nochmals nach dem Alkohol-
und Koffeinkonsum an diesem Tag gefragt und ermittelt, wann und was zu Abend
gegessen wurde. Schließlich musste der Proband sein subjektives Wohlbefinden auf einer
fünfstufigen Skala von 1 = schlecht bis 5 = sehr gut einschätzen (MW ± SEM: 4,44 ± 0,15).
Der Name des Probanden wurde nun für den weiteren Verlauf der Versuchsnacht
pseudoanonymisiert (z.B. 12-B für Proband Nr. 12 und seine zweite Versuchsnacht).
Entsprechend dem zugeteilten Pseudoanonym wurde die jeweilige Testsubstanz zum
Auftauen aus einem Tiefkühlfach genommen. Zur Durchführung der Blutentnahmen
wurde um 19:30 Uhr ein i.v. Zugang auf der Seite der dominanten, rechten Hand gelegt
(18 GA Adyste Pro, Becton Dickinson, Heidelberg) und die Anzahl der Versuche notiert
(MW ± SEM: 1,17 ± 0,47). An diesen Katheter wurde 0,9%ige NaCl-Lösung
(Natriumchlorid-Infusionslösung 154, Berlin-Chemie, Berlin) als Infusion mit einem Drei-
Wege-Hahn (Discofix, Braun, Melsungen) angeschlossen, um einen Verschluss des
Katheters mit geronnenem Blut zu verhindern. Der durchschnittliche Verbrauch an
Infusionslösung pro Versuchsnacht lag bei etwa 300 bis 400 ml. Vor der Enkodierung um
20:25 Uhr wurden Blutdruck und Puls des Probanden gemessen.
2.3.2. Enkodierung
Um 20:30 Uhr fand das Lernen (Enkodierung) der Gedächtnisaufgaben in einem
reizabgeschirmten Versuchslabor statt. Zunächst wurden die Probanden mit dem MDBF-
Test und mit der Stanford-Schläfrigkeits-Skala subjektiv zu ihrer Befindlichkeit und ihrer
Schläfrigkeit befragt. Danach wurde mittels eines computerunterstützten Vigilanztests
26
objektiv der Grad der Wachheit festgestellt und schließlich wurde ein Rating
durchgeführt, bei dem die Probanden ihren Hunger, Durst und Müdigkeit auf einer
zehnstufigen Skala selbst einzuschätzen hatten. Die Enkodierung begann, nachdem
mittels eines standardisierten Textes dem Proband die Aufgaben detailliert erläutert und
ggf. Unklarheiten beseitigt wurden. Entsprechend dem Pseudoanonym des Probanden
wurden randomisiert computerunterstützte Testaufgaben gestartet. Als erstes wurde
eine Aufgabe gestellt, die das deklarative Gedächtnis testet (Wortpaare). Danach wurde
eine Aufgabe gestellt, die das prozedurale Gedächtnis testet (Fingertapping). Zwischen
den beiden Aufgaben durfte der Proband eine kurze Pause einlegen. Die Dauer der
Aufgaben war zum Einen durch das jeweilige Programm vorgegeben, zum Anderen
abhängig von der Lernleistung des Probanden. Insgesamt dauerte das Lernen etwa 30 bis
40 Minuten.
2.3.3. Substanzgabe
In der einen Versuchsnacht wurde den Probanden 600 µg GHRH (Bachem, Heidelberg,
Deutschland) gelöst in 6 ml 0,9%iger NaCl-Lösung i.n. verabreicht. In der anderen
Versuchsnacht wurde den Probanden 6 ml 0,9%ige NaCl-Lösung als Placebo i.n.
verabreicht. Die Applikation der Testsubstanzen erfolgte mittels eines Zerstäubers, indem
von 21:30 Uhr an einmal pro Minute über eine Zeit von 30 Minuten jeweils ein 100 µl-
Sprühstoß pro Nasenloch verabreicht wurde. Sowohl der Proband als auch der
Versuchsleiter waren in Bezug auf die verabreichte Testsubstanz verblindet. Direkt im
Anschluss an die Substanzgabe um 22:00 Uhr wurden Blutdruck und Puls des Probanden
gemessen.
2.3.4. Konsolidierungsintervall
Im Zeitraum von 22:00 Uhr, dem Ende der Substanzgabe, bis 09:00 Uhr, dem Beginn der
Abfrage der Gedächtnistests, mussten die Probanden wach bleiben. Ihnen wurden hierzu
die Möglichkeiten gegeben, nicht aufregende Spielfilme aus einer standardisierten und
randomisierten Auswahl A oder B (Tabelle 2), anzusehen oder mit dem Versuchsleiter
nonverbale Brett- und Kartenspiele zu spielen (z.B. Schach, Mühle, Kniffel, Mensch ärgere
dich nicht, usw.).
27
Tabelle 2: Auswahl A und B der verwendeten Spielfilme.
Auswahl A Auswahl B
Die Geisha Jackie Brown Die nackte Kanone 33⅓ Kopps Der Dicke und das Warzenschein Nirgendwo in Afrika Herr Lehmann Tricks Im Juli Werner – Gekotzt wird später
Lesen, Schreiben, Surfen im Internet oder sonstige Beschäftigungen mit Beanspruchung
des sprachlichen Vermögens wurden für das Konsolidierungsintervall nicht zugelassen.
Schwere körperliche Anstrengungen waren zu keinem Zeitpunkt erlaubt. Um gegen
extreme Anfälle von Müdigkeit anzukämpfen, durften die Probanden jedoch stehen,
mäßig umhergehen und sich zum Durchatmen vor die Tür des Labors begeben. Zu jeder
Zeit wurde die Wachheit der Probanden durch den Versuchsleiter kontrolliert und
sichergestellt. Den Probanden wurden durchgehend Mineralwasser und Tees und um
00:00 Uhr und 06:15 Uhr ein leichter Snack, bestehend aus je drei Scheiben Vollkornbrot
mit Wurst und Käse und einer Tomate, angeboten, um einen eventuellen Einfluss von
Durst und Hunger auf die Gedächtnisleistungen zu minimieren. Es wurde hierzu
protokolliert, wie viel jeweils gegessen wurde und ob dies für die Probanden sättigend
war. Zu Beginn des zweiten Snacks um 06:15 Uhr wurden Blutdruck und Puls des
Probanden gemessen. In regelmäßigen Intervallen von 90 Minuten wurden die
Probanden mit dem MDBF-Test, mit der Stanford-Schläfrigkeits-Skala und mit den Ratings
zur Befindlichkeit und Schläfrigkeit befragt, und der Vigilanztest wurde im Versuchslabor
durchgeführt (22:05 Uhr, 23:30 Uhr bis einschließlich 08:30 Uhr).
2.3.5. Abruf und Schlussphase
Ähnlich zum Lernen am Abend erfolgte der Abruf am Morgen um 09:00 Uhr unter den
gleichen räumlichen Bedingungen. Zunächst wurden der MDBF-Test, die Stanford-
Schläfrigkeits-Skala, der Vigilanztest und die Ratings bezüglich Hunger, Durst und
Müdigkeit ein letztes Mal durchgeführt. Vor der Abfrage des am Abend zuvor Gelernten
mussten die Probanden im Rahmen der Tests interferierende neue Inhalte erlernen.
Durch diese Interferenz sollte erreicht werden, dass bei der Abfrage nur
Gedächtnisinhalte vom Abend erinnert wurden, die durch den elfstündigen
28
Konsolidierungsprozess resistent gegenüber Interferenzen geworden waren. Nach der
Abfrage aller gelernten Aufgaben wurde ein Wortflüssigkeitstest randomisiert
durchgeführt. Insgesamt dauerte der letzte Teil der Versuchsnacht mit erneutem Lernen
und anschließender Abfrage 50 bis 60 Minuten. Zum Schluss wurde der i.v. Zugang des
Probanden entfernt und Blutdruck und Puls wurden ein letztes Mal gemessen. An dieser
Stelle wurde der Proband gefragt, welche Substanz er nach eigner Einschätzung
bekommen hatte (GHRH oder ein Placebo).
2.4. Ablauf der einzelnen Tests
2.4.1. Wortpaare
Das deklarative Gedächtnis wurde mittels eines computerunterstützten Tests
(Wortpaare) untersucht (übernommen von (42)). Die Probanden mussten bei diesem Test
20 verschiedene unassoziierte Wortpaare lernen. In einer Sitzung wurden randomisiert
Wortpaare der Listen AB und AC verwendet (Tabelle 3). Am Abend wurde die eine
Wortpaarliste AB gelernt, am darauffolgenden Morgen wurde die andere interferierende
Wortpaarliste AC gelernt. In der zweiten Sitzung wurden balanciert entsprechende
Parallelversionen verwendet. Die Wortpaare wurden den Probanden dazu nacheinander
für je vier Sekunden auf einem Bildschirm in Großbuchstaben präsentiert. Die angezeigte
Reihenfolge der zu lernenden Wortpaare war bei allen Versuchsnächten stets dieselbe. Im
Anschluss an die jeweilige Lernphase wurden alle Wörter der Liste A nacheinander zufällig
präsentiert und die Probanden mussten das gelernte dazugehörige Wort der Liste B (am
Abend) bzw. C (am Morgen) mit einer PC-Tastatur eingeben und mit der Taste ENTER
bestätigen. Rechtschreibung und Groß- und Kleinschreibung waren dabei egal.
Unmittelbar nach ihrer Eingabe, spätestens jedoch nach 30 Sekunden, wenn keine
Eingabe erfolgte, wurde das korrekte zusammenhängende Wortpaar für 4,5 Sekunden
angezeigt und die Probanden konnten ihre eigene Antwort mit der richtigen Antwort
vergleichen. Der Lernerfolg oder Misserfolg musste mittels Tastendruck bestätigt werden.
Somit gaben die Probanden sich selbst eine Rückmeldung. Der Test endete, sobald mehr
als 90 % richtige Antworten gegeben worden waren. War dies nicht der Fall, wiederholte
sich der Ablauf und die Wortpaare wurden nochmals nacheinander für je vier Sekunden
präsentiert usw., bis 90 % richtige Antworten erreicht wurden.
29
Tabelle 3: Version 1 und 2 mit den jeweils zusammengehörigen unassoziierten Wortpaarlisten AB und AC.
Version 1 Version 2
Liste A Liste B Liste C Liste A Liste B Liste C
Blume Joghurt Malaria Besteck Audi Hafer Fisch Tasche Canasta Bett Vogel Plastik Geburt Orange Rubel Elektrik Tablette Graf Gewicht Abteil Fluss Gebäck Strand Fichte Gewürz Trompeter Segel Hafen Monat Tee Hirsch Biathlon Melone Handwerker Weg Stall Kamera Schmid Regal Hörsaal Indonesien Volvo Kirche Schnaps Pudel Indianer Biologie Hotel Kultur Dackel Slalom Klima Restaurant Fell Märchen Ruder Stickstoff Nachricht Garage Ufer Möbel Bach Wein Schach Jacke Thailand Planet Darm Flasche Spargel Tastatur Pfad Politik Spaghetti Koffer Spiegel Feder Pullover Putz Gulden Bassist Stiefel Axt Panther Regisseur Masern Gang Supermarkt Tiger Diskette Schiff Helium Leber Tante Beton Dolch Sprache Poker Fleischer Tanz Roggen Salbe Stimmung Glas Wolke Telefon Ahorn Jahr Werkzeug Nebel Makkaroni Verein Baron Chemie Winter Schublade Quark Verkehr Saft Insekt
Die gemeinsame Abfrage der beiden interferierenden Wortpaarlisten erfolgte jeweils am
Morgen einer Versuchsnacht nach dem erfolgreichen Erlernen der interferierenden
Wortpaarliste AC, indem alle Wörter der Liste A nacheinander in der Reihenfolge, in der
sie gelernt worden waren, auf einem Bildschirm präsentiert wurden. Die Probanden
mussten das angezeigte Wort A in Spalte 1 auf einem Blatt Papier aufschreiben und
entsprechend das dazugehörige Wort B vom Abend in Spalte 2 und das dazugehörige
Wort C vom Morgen in Spalte 3 aus ihrem Gedächtnis hinzufügen. Die Probanden
konnten sich bei der Abfrage der gelernten Wortpaare so viel Zeit nehmen wie sie
benötigten. Sie waren instruiert, ein Feld frei zu lassen, wenn ihnen ein Wort nicht einfiel,
und ein Wort mit einem Sternchen zu markieren, wenn sie sich nicht sicher waren, ob sie
ein Wort am Abend zuvor oder am Morgen gelernt hatten. Rechtschreibfehler wurden bei
der Abfrage vernachlässigt. Nur solche Wörter, die korrekt erinnert und in die richtige
Tabellenspalte zugeordnet wurden, wurden als korrekt gewertet. Die Anzahl der Wörter,
die korrekt erinnert aber nicht richtig einer Tabellenspalte zugeordnet wurden, sowohl
30
mit als auch ohne Sternchenmarkierung, stellte sich als gering ein (n=10) und wurde nicht
weiter analysiert.
2.4.2. Wortflüssigkeitstest
Der Regensburger Wortflüssigkeits-Test (RWT) (6) dient zur Erfassung der verbalen
Wortflüssigkeit. Bei diesem hier angewendeten Untertest wurde nur die
formallexikalische Wortflüssigkeit erfasst. Die Probanden wurden dabei gebeten,
innerhalb einer vorgegebenen Zeit (zwei Minuten) möglichst viele verschiedene Wörter
aufzuschreiben, die mit einem bestimmten randomisierten Anfangsbuchstaben (M oder
P) beginnen. Den Probanden wurde zu Beginn anhand von konkreten Beispielen erklärt,
dass nur deutsche Wörter ohne Doppelt- oder Mehrfachnennungen und keine
Eigennamen gewertet werden. Dieser Test gilt losgelöst von vielen komplexen
neuronalen Funktionen zum Einen als ein guter Indikator für die kognitive Flexibilität. Zum
Anderen wird mit dem Abruf von Wörtern nach einem bestimmten Anfangsbuchstaben
eine Bezugsgröße zum Abruf der gelernten Wortpaare am Morgen erstellt, indem die
Abrufleistung an sich, unabhängig von spezifischen Inhalten gemessen wurde.
2.4.3. Fingertapping
Das prozedurale Gedächtnis wurde mittels eines computerunterstützten Tests
(Fingertapping) untersucht (übernommen von (168)). Die Probanden mussten bei diesem
Test mit den Fingern ihrer nicht-dominanten, linken Hand eine vorgegebene fünfstellige
Zahlenreihenfolge so oft und fehlerfrei wie möglich in einem Zeitraum von 30 Sekunden
abtippen. In den Sitzungen wurden balanciert die parallelisierten Zahlenreihenfolgen 4-1-
3-2-4 und 2-3-1-4-2 verwendet, die jeweils am Abend gelernt wurden. Die
Zahlenreihenfolge wurde dazu ohne Unterbrechung auf einem Bildschirm präsentiert.
Zum Abtippen wurde eine einfache PC-Tastatur verwendet. Die Finger zwei bis fünf des
Probanden lagen dabei gleichmäßig auf den Tasten 1, 2, 3 und 4 verteilt. Jeder
Tastendruck des Probanden erzeugte unter der entsprechend zu drückenden Zahl einen
Stern, um so keine Rückmeldung über die Richtigkeit der Eingabe zu gewähren. Insgesamt
wurde ein solcher 30 Sekunden dauernder Übungsdurchgang zwölfmal wiederholt. Jeder
31
Durchgang war von einer ebenso langen Pause unterbrochen, so dass der gesamte Test
zwölf Minuten dauerte.
Bei der Abfrage der eingeübten Zahlenreihenfolgen am Morgen mussten die
Probanden ihre Leistung in drei 30 Sekunden dauernden Testdurchgängen zeigen. Als
Leistung wurde die Anzahl vollständig abgetippter Zahlenreihenfolgen (Geschwindigkeit)
und die Anzahl korrekt abgetippter Zahlenreihenfolgen (Richtigkeit) gemessen. Aus den
jeweils drei Testdurchgängen wurden die Leistungsdurchschnitte berechnet und mit den
Leistungsdurchschnitten der jeweils letzten drei Übungsdurchgänge als Bezugsgröße
verglichen.
2.4.4. Vigilanztest
Das Wort Vigilanz beschreibt den Grad der Wachheit bzw. umgekehrt das Ausmaß der
Schläfrigkeit. Betont man den operationalen Aspekt, so bedeutet Vigilanz den Zustand der
Funktionsbereitschaft des Organismus, auf zufällige, selten auftretende Ereignisse kritisch
zu reagieren. In diesem Sinne kann man die Vigilanz eines Probanden objektiv messen,
wenn man die Reaktionszeiten und Beobachtungsfehler im Rahmen von einem Test, der
eine andauernde Aufmerksamkeit erfordert, misst. Diese Daueraufmerksamkeitsleistung
der Probanden wurde hier mittels eines computerunterstützten Vigilanztests gemessen.
Bei diesem Test mussten die Probanden sich fünf Minuten lang auf einen schwarzen
Bildschirm konzentrieren. In zufällig vom Computer ausgewählten Abständen von 2, 4, 6,
8 oder 10 Sekunden erschien ein roter Kreis (10 mm Durchmesser) entweder auf der
rechten oder auf der linken Seite des Bildschirms. Die Probanden waren instruiert,
entsprechend der Seite, auf der der rote Kreis erscheint, die Taste X für links oder M für
rechts auf einer PC-Tastatur so schnell wie möglich zu drücken. Unmittelbar auf ihre
Reaktion erhielten die Probanden ein Feedback in Form der gemessenen Reaktionszeit
[ms], wenn die richtige Taste gedrückt wurde, oder in Form des Wortes falsch, wenn die
falsche Taste gedrückt wurde. Insgesamt wurden in den fünf Minuten 40 Reaktionszeiten
(20 pro Bildschirmseite) gemessen. Anhand dieser Messwerte wurden die mittlere
Reaktionszeit, die Fehlerrate sowie die Anzahl der Versäumnisse (Reaktionszeit > 500 ms)
bestimmt.
32
2.4.5. Stanford-Schläfrigkeits-Skala (SSS)
Die Stanford-Schläfrigkeits-Skala ist ein weitverbreitetes Fragebogenverfahren zur
Erfassung von individuellen Schläfrigkeitszuständen, das sowohl in der klinischen Routine
als auch bei wissenschaftlichen Untersuchungen angewendet wird. Die Probanden
müssen zwischen sieben aufgelisteten Aussagen diejenige auswählen, welche am besten
Ihren momentanen Schläfrigkeitszustand beschreibt, und das entsprechende Kästchen
ankreuzen (Abbildung 6). Da aber immer noch eine Normierung von Schläfrigkeit
aussteht, ist eine interindividuelle Bewertung der Ergebnisse nur eingeschränkt möglich.
1 Aktiv und munter; aufmerksam; hellwach
2 Leistungsfähig auf hohem, aber nicht höchsten Niveau; fähig sich zu konzentrieren.
3 Entspannt; wach; nicht vollkommen aufmerksam; aufnahmefähig.
4 Ein wenig matt; nicht auf der Höhe; nachlassend.
5 Mattigkeit; das Interesse wach zu bleiben beginnt verlorenzugehen; verlangsamt.
6 Schläfrigkeit; ziehe es vor, mich hinzulegen; gegen den Schlaf anzukämpfen; dösig.
7 Fast schon träumend; kurz vor Schlafbeginn; Ringen um das Wachbleiben verloren.
Abbildung 6: Die Stanford-Schläfrigkeits-Skala.
2.4.6. MDBF-Kurzform A (MDBF)
Der Mehrdimensionale Befindlichkeitsfragebogen (MDBF) (147) wird sowohl in der
Therapieevaluation von Patienten als auch bei der Grundlagenforschung in der
Psychologie angewendet. Die Kurzform A (Abbildung 7) besteht aus zwölf Items mit
jeweils fünfstufiger Antwortskala zur Messung dreier bipolarer Dimensionen der aktuellen
psychischen Befindlichkeit: gute – schlechte Stimmung (gut, zufrieden - schlecht, unwohl),
Wachheit – Müdigkeit (munter, entspannt - müde, schlapp) und Ruhe – Unruhe
(ausgeruht, gelassen - ruhelos, unruhig). Die Dauer der Durchführung beträgt etwa ein bis
zwei Minuten.
33
Im Moment fühle ich mich
überhaupt nicht
sehr
1 2 3 4 5
1. zufrieden
2. ausgeruht
3. ruhelos
4. schlecht
5. schlapp
6. gelassen
7. müde
8. gut
9. unruhig
10. munter
11. unwohl
12. entspannt
Abbildung 7: Der MDBF-Kurzform A.
2.4.7. Selbsteinschätzungen (Ratings)
Die Probanden mussten ihren Hunger, Durst und Müdigkeit auf einer zehnstufigen Skala
selbst einschätzen. Stufe 1 entsprach der geringsten Ausprägung von Hunger, Durst und
Müdigkeit. Stufe 10 entsprach dem größtmöglich vorstellbarem Hunger, Durst und
Müdigkeit. Diese Ratings waren rein subjektiver Art und dienten als Ergänzung zum
MDBF-Test, zur Stanford-Schläfrigkeits-Skala und zum Vigilanztest.
34
2.5. Blutentnahmen und Laboruntersuchungen
Blutentnahmen wurden zur Bestimmung der Blutglukose, der Hormone ACTH, Cortisol,
Insulin, GH, und der Katecholamine Adrenalin und Noradrenalin vor der Substanzgabe
(20:25 Uhr und 21:25 Uhr) und in regelmäßigen Abständen danach vorgenommen
(Tabelle 1). Von 22:15 Uhr an wurden alle 20, ab 23:45 Uhr alle 30 und schließlich von
01:45 Uhr bis 08:45 Uhr alle 60 Minuten Proben entnommen. Jeweils zu Beginn und
gegen Ende einer Versuchsnacht wurden zusätzlich Proben zur Bestimmung eines kleinen
Blutbildes (Erythrozyten, Leukozyten, Thrombozyten, Hb, Hk, MCV, MCH, MCHC und
MPV), der Osmolalität und von Natrium entnommen (20:25 Uhr und 10:00 Uhr). In
unregelmäßigen Abständen von etwa drei Stunden wurden Kontrollproben zur
Bestimmung von Natrium entnommen (22:00 Uhr, 00:45 Uhr, 03:45 Uhr und 06:45 Uhr).
Blutzucker wurde direkt im Anschluss an eine Blutentnahme bestimmt (HemoCue B-
Glucose-Analyzer, Ängelholm, Schweden). Das HemoCue-Blutzuckermessgerät wurde vor
Beginn jeder Versuchsnacht mit entsprechenden Kontrolllösungen geprüft.
Der geschätzte Blutverlust eines Probanden pro Versuchsnacht betrug ca. 200 ml
inklusive der Blutmenge, die aufgrund des verwendeten Infusionssystems und der
dadurch entstehenden Verdünnung verworfen werden musste.
Die Blutprobenröhrchen zur Bestimmung des kleinen Blutbildes, der Osmolalität
und von Natrium (EDTA- und Serummonovetten, Sarstedt, Nürmbrecht) wurden sofort
nach Probenentnahme im Kühlschrank aufbewahrt und nach der Versuchsnacht zur
automatisierten Analyse ins Zentrallabor des UK-SH Campus Lübeck gebracht.
Die Serumprobenröhrchen (Sarstedt, Nürmbrecht) für die Bestimmung von
Cortisol, Insulin und GH, die EDTA-Probenröhrchen (Sarstedt, Nürmbrecht) für die
Bestimmung von ACTH und die Probenröhrchen für die Katecholamine (ClinRep-Sampling
System for Plasma-Catecholamines, Recipe, München) wurden ebenfalls sofort nach
Probenentnahme im Kühlschrank aufbewahrt oder beziehungsweise auf Eis gelagert.
Nach Beendigung einer Versuchsnacht wurden diese Probenröhrchen bei 4 °C und 4000
U/min für 10 Minuten zentrifugiert und Serum beziehungsweise Plasma wurde in
Eppendorf-Reaktionsgefäße pipettiert und bei -80 °C für spätere Analysen eingefroren.
Die ACTH-, Cortisol-, Insulin- und GH-Konzentrationen wurden zu einem späteren
Zeitpunkt mit handelsüblichen enzymmarkierten Immunoassays (Immulite, DPC, Los
Angeles, CA, USA), die Katecholaminkonzentrationen wurden mittels einer Standard-
35
HPLC-Apparatur (Chromosystems, München) mit elektrochemischer Detektion durch
medizinisch technisches Assistenzpersonal gesammelt gemessen. Die Intraassay- und
Interassay-Variationskoeffizienten (VK) und die unteren Bestimmungsgrenzen waren wie
folgt (Tabelle 4).
Tabelle 4: Darstellung der Intraassay- und Interassay-Variationskoeffizienten (VK) und unteren Bestimmungsgrenzen.
Messparameter VK untere Bestimmungsgrenze
ACTH <6,1% <9,4% 0,4404 pmol/l Cortisol <5,8% <6,3% 5,518 mmol/l Insulin <5,2% <6,1% 12,0 pmol/l GH <5,8% <5,5% 0,05 µmol/l Adrenalin <2,9% <4,2% 54,58 pmol/l Noradrenalin <2,6% <3,9% 59,11 pmol/l
2.6. Auswertung und Statistik
Die statistische Auswertung wurde mit Hilfe des Programmes SPSS durchgeführt. Wenn
nicht anders angegeben, werden alle Messwerte als MW ± SEM aufgeführt. Es wurde eine
Varianzanalyse (ANOVA) für wiederholte Messungen mit mehreren Faktoren
durchgeführt: dem Faktor Behandlung, der zwischen GHRH und Placebo unterscheidet,
dem Faktor Zeit, der die wiederholten Messungen im Verlaufe einer Versuchsnacht
unterscheidet und der Faktorenwechselwirkung Behandlung und Zeit im Verlaufe einer
Versuchsnacht. Die Freiheitsgrade wurden nach mit der Greenhouse-Geisser-Methode
korrigiert. Einzelmesswerte wurden mittels eines t-Tests für gepaarte Stichproben
miteinander verglichen. Ein p-Wert <0,05 wurde als signifikant angesehen.
36
3. Ergebnisse
3.1. Kognitive Maße
3.1.1. Wortpaare
Das Erlernen der Wortpaare am Abend war mit dem Erlernen der interferierenden
Wortpaare am Morgen sowohl in der Bedingung GHRH als auch in der Bedingung Placebo
in Bezug auf die Anzahl der richtig gelernten Wortpaare und der dafür benötigten Anzahl
an Lerndurchgängen, um die 90%-Schwelle zu erreichen, vergleichbar (Tabelle 5). Die
statistische Auswertung mittels t-Tests ergabt sowohl für die Anzahl richtig gelernter
Wortpaare (p>0,49 für alle Einzelvergleiche), als auch für die Anzahl benötigter
Lerndurchgänge (p>0,19 für alle Einzelvergleiche) keinen statistisch signifikanten Effekt.
Tabelle 5: Anzahl richtig gelernter Wortpaare und Anzahl der benötigten Lerndurchgänge (MW ± SEM) sowohl für abends als auch für morgens in den Bedingungen GHRH und Placebo.
GHRH Placebo
MW SEM MW SEM
Anzahl richtig gelernter Wortpaare
abends
19,33
± 0,26
19,17
± 0,24
Anzahl benötigter Lerndurchgänge
1,75
± 0,13
2,00
± 0,17
Anzahl richtig gelernter Wortpaare
morgens
19,08
± 0,26
19,09
± 0,25
Anzahl benötigter Lerndurchgänge
2,00
± 0,17
1,91
± 0,21
Beim Abruf der gelernten Wortpaare am jeweiligen Morgen einer Versuchsnacht
erinnerten die Probanden in beiden Bedingungen deutlich weniger Wortpaare vom
Abend als vom Morgen. In einer ANOVA für den Faktor Zeit wurde ein hochsignifikanter
Effekt nachgewiesen (F(1,11)=31,24; p<0,001). Während die Anzahl der morgens
gelernten und richtig erinnerten Wortpaare in beiden Bedingungen ähnlich hoch war
(p>0,15 für alle Vergleiche), unterschied sich die Anzahl der am Abend zuvor gelernten
und richtig erinnerten Wortpaare in den Bedingungen GHRH und Placebo deutlich
voneinander (Abbildung 8 und Tabelle 6). In einer ANOVA wurde für die
Faktorenwechselwirkung Behandlung und Zeit ein signifikanter Unterschied festgestellt
(F(1,11)=5,47; p=0,039).
37
Abbildung 8: Anzahl richtig erinnerter Wortpaare (MW ± SEM) bei der Enkodierung und dem Abruf in den Bedingungen GHRH (schwarz) und Placebo (weiß). * P<0,05.
Nach intranasal appliziertem GHRH wurden im Mittel mehr als zwei Wortpaare vom
Abend weniger erinnert als nach Placebo. In der Bedingung Placebo wurden 77,45 ± 6,24
% der abends gelernten Wortpaare richtig erinnert, in der Bedingung GHRH waren es nur
65,92 ± 5,4 %, was einer Verschlechterung um 11,5 ± 5,2 % entspricht. Eine ANOVA zeigte
für den Faktor Behandlung einen signifikanten Effekt (F(1,11)=4,86; p=0,05).
Tabelle 6: Anzahl richtig erinnerter Wortpaare (MW ± SEM) sowohl vom Abend als auch vom Morgen in den Bedingungen GHRH und Placebo.
GHRH Placebo
MW SEM MW SEM
Anzahl richtig erinnerter Wortpaare vom Abend zuvor
12,83
± 3,78
14,92
± 4,21
Anzahl richtig erinnerter Wortpaare vom Morgen
18,5
± 1,19
18,5
± 1,04
38
Dementsprechend größer war auch der Unterschied zwischen der Anzahl richtig gelernter
und richtig erinnerter Wortpaare vom Abend in der GHRH Bedingung. Während in der
Bedingung GHRH 6,5 ± 1,16 Wortpaare weniger erinnert wurden als am Abend zuvor
gelernt worden waren, waren es in der Bedingung Placebo nur 4,25 ± 0,99 Wortpaare
weniger. Auch hier zeigte eine ANOVA für den Faktor Behandlung einen signifikanten
Effekt (F(1,11)=5,47; p<0,05).
Beim Vergleich der Anzahl richtig wiedergegebener Wortpaare (im Vergleich zur
Anzahl der am Abend gelernten) in der Bedingung GHRH mit der Fläche unter der Kurve
für die GH-Konzentrationen im Zeitraum von 22:00 Uhr bis 00:45 Uhr (siehe Abbildung 9),
zeigte sich eine statistisch signifikante Korrelation (AUC 22:00-00:45Uhr: r=0,66; p=0,019).
Je geringer die Fläche unter der Kurve war, d.h. je stärker die GH-Konzentrationen durch
intranasal appliziertes GHRH supprimiert wurden, desto weniger Wortpaare wurden
richtig erinnert.
Abbildung 9: Differenz (Morgen-Abend) der Anzahl richtig wiedergegebener Wortpaare in der Bedingung GHRH aufgetragen gegen die Fläche unter der Kurve (AUC) für GH.
Als Kontrolltest zu den Wortpaaren wurde ein Wortflüssigkeitstest durchgeführt. In der
Bedingung GHRH wurden zwischen 13 und 23 Wörter erreicht (MW ± SEM: 18,25 ± 3,24
Wörter). In der Bedingung Placebo wurden zwischen 9 und 24 Wörter erreicht (MW ±
SEM: 17,92 ± 4,55 Wörter). Ein t-Test ergab keine statistische Signifikanz (p=0,615).
39
3.1.2. Fingertapping
Als Leistung wurden die Geschwindigkeit (Anzahl vollständig abgetippter
Zahlenreihenfolgen) und die Richtigkeit (Anzahl korrekt abgetippter Zahlenreihenfolgen)
gemessen. Sie wurden zusammengefasst als Anzahl korrekt abgetippter Zahlen-
reihenfolgen innerhalb einer je 30 Sekunden dauernden Sequenz angegeben. Bei der
Enkodierung zeigten beide Parameter einen kontinuierlichen Anstieg im Verlauf der zwölf
Übungsdurchgänge sowohl in der Bedingung GHRH als auch in der Bedingung Placebo
(Abbildung 10).
Abbildung 10: Anzahl korrekt abgetippter Zahlenreihenfolgen (MW ± SEM) innerhalb einer je 30 Sekunden dauernden Sequenz in den Bedingungen GHRH (schwarz) und Placebo (weiß).
Eine ANOVA zeigte für den Faktor Zeit einen hochsignifikanten Effekt (F(1,11)=44,48;
p<0,0001). Für den Faktor Behandlung (F(1,11)=0,06; p>0,80) und die
Faktorenwechselwirkung Behandlung und Zeit (F(1,11)=0,006; p>0,80) wurden keine
signifikanten Effekte gefunden.
Die Leistung der drei Testdurchgänge am Morgen knüpfte an die Leistung der
letzten drei Übungsdurchgänge vom Abend ohne einen statistisch signifikanten
Unterschied zwischen den Bedingungen GHRH und Placebo an (Tabelle 7). In der
Bedingung GHRH wurden 1,05 ± 0,63 Zahlenreihenfolgen mehr, in der Bedingung Placebo
40
wurden 0,5 ± 0,91 Zahlenreihenfolgen weniger im Vergleich zu den jeweils letzten drei
Übungsdurchgängen abgetippt. In einer ANOVA zeigte sich sowohl für den Faktor Zeit
(F(1,11)=0,24; p>0,63) als auch für die Faktorenwechselwirkung Behandlung und Zeit
(F(1,11)=2,12; p>0,17) kein signifikanter Effekt.
Tabelle 7: Anzahl korrekt abgetippter Zahlenreihenfolgen innerhalb einer je 30 Sekunden dauernden Sequenz (MW ± SEM) sowohl für die ersten und die letzten drei Übungsdurchgänge als auch für die drei Testdurchgänge im Mittel in den Bedingungen GHRH und Placebo.
GHRH Placebo
MW SEM MW SEM
Übungsdurchgänge 1 bis 3 11,19 ± 1,33 11,36 ± 1,08
Übungsdurchgänge 10 bis 12 15,53 ± 1,61 15,75 ± 1,31
Testdurchgänge 1 bis 3 16,58 ± 1,57 15,25 ± 1,32
3.1.3. Vigilanztest
Der Grad der Wachheit, die Vigilanz, gemessen an den mittleren Reaktionszeiten, der
Anzahl der Fehler sowie der Anzahl der Versäumnisse (Reaktionszeit > 500 ms), sank im
Laufe der Versuchsnächte in den beiden Bedingungen, GHRH und Placebo, kontinuierlich
ab (Abbildung 11). Es zeigten sich keine signifikanten Effekte (p>0,55 für alle
entsprechenden Vergleiche).
Abbildung 11: Mittlere Reaktionszeiten [ms] in den Bedingungen GHRH (schwarz) und Placebo (weiß).
41
3.1.4. Stanford-Schläfrigkeits-Skala (SSS)
Der Grad der Schläfrigkeit, der mit Hilfe der Stanford-Schläfrigkeits-Skala subjektiv
gemessen wurde, stieg im Laufe der Versuchsnächte sowohl in der Bedingung GHRH als
auch in der Bedingung Placebo kontinuierlich an (Abbildung 12). Von den
Ausgangswerten (GHRH vs. Placebo: 1,83 ± 0,21 vs. 1,75 ± 0,22) vor der Substanzgabe um
21:30 Uhr stieg die Schläfrigkeit auf ein Maximum um 08:30 Uhr an (GHRH vs. Placebo:
4,83 ± 0,30 vs. 5,42 ± 0,27). Eine ANOVA zeigte für den Faktor Zeit (F(3,33)=49,31;
p<0,0001) einen hochsignifikanten Effekt. Die Behandlung hatte keinen signifikanten
Einfluss (F(1,11)=0,30; p>0,54).
Abbildung 12: Ergebnisse der Stanford-Schläfrigkeits-Skala (MW ± SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo.
3.1.5. MDBF-Kurzform A (MDBF)
Die subjektiven Ergebnisse des MDBF-Tests wurden nach den drei zu messenden
bipolaren Dimensionen der aktuellen psychischen Befindlichkeit, gute – schlechte
Stimmung (Abbildung 13), Wachheit – Müdigkeit (Abbildung 14) und Ruhe – Unruhe
(Abbildung 15), getrennt ausgewertet.
In der Dimension gute – schlechte Stimmung war ein Absinken der Werte im
Verlauf der Versuchsnächte in den beiden Bedingungen festzustellen. Jedoch war das
Absinken der Werte in der zweiten Hälfte der Versuchsnächte ab 04:00 Uhr morgens in
der Bedingung GHRH signifikant geringer ausgeprägt als in der Bedingung Placebo, was
sich in einer statistisch signifikanten Faktorenwechselwirkung Behandlung und Zeit zeigte
1
2
3
4
5
6
7
No
min
alw
erte
Uhrzeit
Schläfrigkeit (SSS)
GHRH Placebo
42
(F(3,35)=3,39; p<0,03). Am deutlichsten war dieser Effekt um 08:30 Uhr ausgeprägt
(p=0,013).
Abbildung 13: Ergebnisse der Dimension gute – schlechte Stimmung des MDBF-Tests (MW ± SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo. * P<0,05.
Aufgrund dieser statistisch signifikanten Effekte, wurden die einzelnen Items dieser
Dimension isoliert betrachtet. Dabei konnten für die positiven Items (gut und zufrieden)
statistisch signifikante Werte erhoben werden (für die Einzelvergleiche um 08:30 Uhr
p=0,013 und p=0,0007). Eine ANOVA zeigte für das Item gut bei der
Faktorenwechselwirkung Behandlung und Zeit (F(5,53)=2,42; p=0,05) und für das Item
zufrieden sowohl für die Faktorenwechselwirkung Behandlung und Zeit (F(5,50)=4,59;
p=0,002) als auch für den Faktor Behandlung (F(1,11)=11,56; p=0,006) statistisch
signifikante Effekte. Die Stimmungsverbesserung gegen Ende des Versuchszeitraumes in
der GHRH-Bedingung korrelierte nicht mit der deklarativen Gedächtniskonsolidierung,
gemessen an der Anzahl der richtig erinnerten Wortpaare vom Abend (p>0,15 für alle
Vergleiche der Items der Dimension Stimmung mit der Anzahl der richtig erinnerten
Wortpaare vom Abend um 08:30 Uhr und 09:00 Uhr).
In der Dimension Wachheit – Müdigkeit (Abbildung 14) war ein kontinuierliches
Absinken der Werte im Verlauf der Versuchsnächte in beiden Bedingungen festzustellen.
Eine ANOVA zeigte für den Faktor Zeit (F(4,41)=54,37; p>0,0001) einen hochsignifikanten
Effekt. Für den Faktor Behandlung (F(1,11)=0,51; p=0,49) und die
*
12
13
14
15
16
17
18
19
20
No
min
alw
erte
Uhrzeit
gute - schlechte Stimmung (MDBF)
GHRH Placebo
43
Faktorenwechselwirkung Behandlung und Zeit (F(5,50)=0,77; p=0,57) waren keine
statistisch signifikanten Unterschiede festzustellen.
Abbildung 14: Ergebnisse der Dimension Wachheit - Müdigkeit des MDBF-Tests (MW ± SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo.
In der Dimension Ruhe - Unruhe (Abbildung 15) war ein mäßiges Absinken der Werte im
Verlauf der Versuchsnacht in beiden Bedingungen festzustellen. Eine ANOVA zeigte auch
hier nur für den Faktor Zeit (F(2,25)=10,09; p<0,0001) einen signifikanten Effekt (p>0,50
für den Faktor Behandlung und die Faktorenwechselwirkung Behandlung und Zeit).
Abbildung 15: Ergebnisse der Dimension Ruhe - Unruhe des MDBF-Tests (MW ± SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo.
4
6
8
10
12
14
16
18
20
No
min
alw
erte
Uhrzeit
Wachheit - Müdigkeit (MDBF)
GHRH Placebo
12
13
14
15
16
17
18
19
20
No
min
alw
erte
Uhrzeit
Ruhe - Unruhe (MDBF)
GHRH Placebo
44
3.1.6. Selbsteinschätzungen (Ratings)
Es wurden die subjektiven Ergebnisse der Selbsteinschätzungen getrennt nach den Items
Hunger (Abbildung 16), Durst (Abbildung 17) und Müdigkeit (Abbildung 18) ausgewertet.
Für die Items Hunger und Durst zeigten sich keine signifikanten Behandlungseffekte
(p>0,46 für alle entsprechenden Vergleiche und p>0,10 für alle Einzelvergleiche). Beim
Item Hunger zeigte sich wie zu erwarten ein zweigipfliger Verlauf (F(3,33)=25,00;
p<0,0001 für den Faktor Zeit). Die Nominalwerte des Items Hunger befanden sich zur Zeit
des Lernens am Abend und der Abfrage am Morgen jeweils auf einem ähnlich niedrigen
Niveau.
Abbildung 16: Ergebnisse der Selbsteinschätzungen zum Item Hunger (MW ± SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo.
Abbildung 17: Ergebnisse der Selbsteinschätzungen zum Item Durst (MW ± SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
No
min
alw
erte
Uhrzeit
Hunger
GHRH Placebo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
No
min
alw
erte
Uhrzeit
Durst
GHRH Placebo
45
Für das Item Müdigkeit zeigte sich der zu erwartende starke Anstieg über die Zeit hinweg
(F(2,24)=42,00; p<0,0001), allerdings kein Behandlungseffekt (p>0,46 für alle Vergleiche
und p>0,05 für alle Einzelvergleiche, Ausnahme zum Zeitpunkt 09:00 Uhr p=0,05).
Abbildung 18: Ergebnisse der Selbsteinschätzungen zum Item Müdigkeit (MW ± SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo.
3.2. Blutuntersuchungen
Mit Hilfe der zwei vor der Substanzgabe erhobenen Messwerte um 20:25 Uhr und 21:25
Uhr wurden die Ausgangswerte eines jeden Messparameters als Bezugsgröße für die
folgenden Bestimmungen ermittelt. Es wurden keine Unterschiede zwischen den
Ausgangswerten in den beiden Bedingungen, GHRH und Placebo, gefunden (p>0,38 für
alle Vergleiche).
3.2.1. GH
Physiologischer Weise findet man in der ersten Nachthälfte, unabhängig davon ob man
schläft oder wacht, einen zirkadianen Anstieg der GH-Konzentration (108). Diese
Erhöhung wurde auch während des Wachbleibens im Zeitraum zwischen 22:00 Uhr und
00:45 Uhr, in welchem die größten Behandlungseffekte zu erwarten waren (124; 13; 117),
in der Bedingung Placebo beobachtet. Nach i.n. Applikation von GHRH blieb der Anstieg
der GH-Konzentration jedoch völlig aus (F(1,11)=10,18; p=0,009 für den Faktor
Behandlung). Es ergaben sich folgende GH-Konzentrationen: GHRH vs. Placebo = 1,89 ±
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
No
min
alw
erte
Uhrzeit
Müdigkeit
GHRH Placebo
46
0,67 vs. 6,57 ± 1,88 μg/l (p=0,022). Entsprechend fiel der Vergleich der Flächen unter der
Kurve zwischen 22:00 Uhr und 00:45 Uhr aus (Placebo vs. GHRH: 201,04 ± 65,12 vs. 56,70
± 21,15 ng/ml*min; p=0,046). Die Wechselwirkung zwischen Behandlung und Zeit war
nicht signifikant (F(2,25)=2,00; p=0,16).
Ab
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47
3.2.2. Blutglukose
Die Blutglukose (Abbildung 20) wurde nicht von i.n. appliziertem GHRH beeinflusst. In
einer ANOVA zeigte sich sowohl für den Faktor Behandlung (F(1,11)=0,01; p=0,93) als
auch für die Faktorenwechselwirkung Behandlung und Zeit (F(5,56)=1,23; p=0,31) kein
signifikanter Effekt. Der Verlauf der Kurve zeigte die zwei zu erwartenden deutlichen
Spitzen unmittelbar nach dem Verzehr der kleinen Zwischenmahlzeiten gegen 01:00 Uhr
und 07:00 Uhr.
Abbildung 20: Zeit gegen die Blutglukosekonzentrationen [mmol/l] (MW ± SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo.
3.2.3. Seruminsulin
Das Seruminsulin (Abbildung 21) wurde nicht von i.n. appliziertem GHRH beeinflusst.
Abbildung 21: Zeit gegen die Seruminsulinkonzentrationen [pmol/l] (MW ± SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo.
0
1
2
3
4
5
6
7
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mm
ol/
l
Uhrzeit
Blutglukose
GHRH Placebo
0
50
100
150
200
250
300
350
pm
ol/
l
Uhrzeit
Insulin
GHRH Placebo
48
In einer ANOVA zeigte sich sowohl für den Faktor Behandlung (F(1,11)=0,01; p=0,95) als
auch für die Faktorenwechselwirkung Behandlung und Zeit (F(4,48)=1,49; p=0,22) kein
signifikanter Effekt. Parallel zum Verlauf der Kurve der Blutglukosekonzentrationen zeigte
auch diese Kurve die zwei zu erwartenden deutlichen Spitzen unmittelbar nach dem
Verzehr der kleinen Zwischenmahlzeiten gegen 01:00 Uhr und 07:00 Uhr.
3.2.4. ACTH
Das ACTH (Abbildung 22) wurde nicht von i.n. appliziertem GHRH beeinflusst. In einer
ANOVA zeigte sich sowohl für den Faktor Behandlung (F(1,11)=2,34; p=0,15) als auch für
die Faktorenwechselwirkung Behandlung und Zeit (F(3,38)=0,58; p=0,67) kein signifi-
kanter Effekt. In beiden Bedingungen zeigten die ACTH-Konzentrationen den erwarteten
und typischen zirkadianen Kurvenanstieg in der zweiten Nachthälfte.
Abbildung 22: Zeit gegen die ACTH-konzentrationen [pmol/l] (MW ± SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo.
3.2.5. Cortisol
Das Cortisol (Abbildung 23) wurde nicht von i.n. appliziertem GHRH beeinflusst. In einer
ANOVA zeigte sich sowohl für den Faktor Behandlung (F(1,11)=0,002; p=0,97) als auch für
die Faktorenwechselwirkung Behandlung und Zeit (F(4,39)=0,53; p=0,70) kein signifi-
kanter Effekt. Parallel zu den ACTH-Konzentrationen zeigten auch die Cortisol-
konzentrationen in beiden Bedingungen den erwarteten und typischen zirkadianen
Kurvenanstieg in der zweiten Nachthälfte.
0
1
2
3
4
5
6
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9
pm
ol/
l
Uhrzeit
ACTH
GHRH Placebo
49
Abbildung 23: Zeit gegen die Cortisolkonzentrationen [nmol/l] (MW ± SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo.
3.2.6. Adrenalin
Das Adrenalin (Abbildung 22) wurde nicht von i.n. appliziertem GHRH beeinflusst. In einer
ANOVA zeigte sich sowohl für den Faktor Behandlung (F(1,9)=0,93; p=0,36) als auch für
die Faktorenwechselwirkung Behandlung und Zeit (F(4,38)=0,62; p=0,65) kein signifi-
kanter Effekt. Allerdings ist zu beachten, dass bei einigen Probanden der überwiegende
Teil der Messergebnisse unterhalb der Nachweisgrenze lag und nicht berücksichtigt
werden konnte.
Abbildung 24: Zeit gegen die Adrenalinkonzentrationen [pmol/l] (MW ± SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
nm
ol/
l
Uhrzeit
Cortisol
GHRH Placebo
0
50
100
150
200
pm
ol/
l
Uhrzeit
Adrenalin
GHRH Placebo
50
3.2.7. Noradrenalin
Das Noradrenalin (Abbildung 25) wurde nicht von i.n. appliziertem GHRH beeinflusst. In
einer ANOVA zeigte sich sowohl für den Faktor Behandlung (F(1,11)=0,03; p=0,87) als
auch für die Faktorenwechselwirkung Behandlung und Zeit (F(5,58)=0,84; p=0,54) kein
signifikanter Effekt.
Abbildung 25: Zeit gegen die Noradrenalinkonzentrationen [nmol/l] (MW ± SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo.
3.2.8. Kleines Blutbild, Osmolalität und Natrium
Jeweils zu Beginn und gegen Ende einer Versuchsnacht wurden Proben zur Bestimmung
eines kleinen Blutbildes, der Osmolalität und von Natrium entnommen (Tabelle 8).
Darüber hinaus wurden über eine Versuchsnacht verteilt zusätzliche Kontrollproben zur
Bestimmung von Natrium entnommen. Diese Bestimmungen dienten vornehmlich der
Kontrolle für alle weiteren Blutkonzentrationsbestimmungen und blieben bis auf eine
leichte basale Absenkung der Erythrozytenkonzentrationen, die in der GHRH-Bedingung
um 20:25 Uhr, also vor Substanzgabe, gemessen wurde (p=0,038), ohne signifikante
Unterschiede zwischen den Bedingungen.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
nm
ol/
l
Uhrzeit
Noradrenalin
GHRH Placebo
51
Tabelle 8: Messwerte des kleinen Blutbildes (Erythrozyten [1/pl], Leukozyten [1/μl], Thrombozyten [1/nl], Hb [g/l], Hk [l/l], MCV [fl], MCH [pg], MCHC [g/l], MPV [fl]), der Osmolalität [mosm/kg] und von Natrium [mmol/l] (MW ± SEM) für die Bedingungen GHRH und Placebo zu Beginn (20:25 Uhr) und gegen Ende (10:00 Uhr) der Versuchsnächte.
20:25 Uhr 10:00 Uhr GHRH Placebo GHRH Placebo
MW SEM MW SEM MW SEM MW SEM
Erythrozyten 4,7 ± 0,09 4,8 ± 0,10 4,7 ± 0,09 4,8 ± 0,09
Leukozyten 6164 ± 301 6226 ± 304 5565 ± 234 5404 ± 188
Thrombozyten 220,8 ± 13,9 210,2 ± 9,3 225,2 ± 14,9 210,4 ± 8,8
Hb 141,8 ± 2,40 144,5 ± 2,44 139,8 ± 2,36 143,5 ± 2,28
Hk 0,4 ± 0,01 0,4 ± 0,01 0,4 ± 0,01 0,4 ± 0,01
MCV 86,5 ± 0,89 86,1 ± 0,92 86,3 ± 0,89 86,1 ± 0,92
MCH 30,3 ± 0,38 30,1 ± 0,41 30,08 ± 0,40 30,2 ± 0,45
MCHC 349,6 ± 1,70 349,5 ± 2,01 348,4 ± 2,36 350,8 ± 2,01
MPV 9,9 ± 0,38 10,3 ± 0,47 8,8 ± 0,25 9,1 ± 0,28
Natrium 138,3 ± 0,61 138,2 ± 0,34 138,9 ± 0,37 139,6 ± 0,42
Osmolalität 297,6 ± 2,60 298,2 ± 2,07 289,3 ± 1,23 293,6 ± 2,36
Die sechsfach gemessenen Natriumkonzentrationen wurden gesondert untersucht
(Abbildung 26). Eine ANOVA zeigte sowohl für den Faktor Behandlung (F(1,10)=0,001;
p=0,97), als auch für die Faktorenwechselwirkung Behandlung und Zeit (F(4,36)=1,11;
p=0,37) keinen signifikanten Effekt und ergab lediglich einen leichten Anstieg der
Natriumkonzentrationen in beiden Bedingungen zum Morgen hin (F(3,27)=6,82; p=0,002).
Abbildung 26: Zeit gegen die Natriumkonzentrationen [mmol/l] (MW ± SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo.
135
136
137
138
139
140
141
mm
ol/
l
Uhrzeit
Natrium
GHRH Placebo
52
3.3. Herzfrequenz und Blutdruck
Die Herzfrequenz (Abbildung 27) und der Blutdruck, sowohl systolisch (Abbildung 28) als
auch diastolisch (Abbildung 29), wurden nicht von i.n. appliziertem GHRH beeinflusst. Mit
Hilfe von t-Tests konnte für die Herzfrequenz (p>0,34 für alle Einzelvergleiche), für den
systolischen Blutdruck (p>0,19 für alle Einzelvergleiche) und für den diastolischen
Blutdruck (p>0,12 für alle Einzelvergleiche) keine statistisch signifikanten Effekte
nachgewiesen werden.
Abbildung 27: Zeit gegen die Herzfrequenz [1/Min] (MW ± SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo.
Abbildung 28: Zeit gegen den systolischen Blutdruck [mmHg] (MW ± SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo.
54
56
58
60
62
64
66
68
70
1/M
in
Uhrzeit
Herzfrequenz
GHRH Placebo
114
116
118
120
122
124
126
128
130
mm
Hg
Uhrzeit
systolischer Blutdruck
GHRH Placebo
53
Abbildung 29: Zeit gegen den diastolischen Blutdruck [mmHg] (MW ± SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo.
3.4. Wahrnehmung der Behandlung
Am Ende einer Versuchsnacht wurde jeder Proband gefragt, welche Substanz er
vermutete bekommen zu haben, GHRH oder ein Placebo. In der Bedingung GHRH
glaubten acht von zwölf Probanden GHRH bekommen zu haben. In der Bedingung
Placebo vermuteten sechs von zwölf Probanden GHRH bekommen zu haben. Ein Chi-
Quadrat-Test ergab keine statistische Signifikanz (p=0,41).
68
70
72
74
76
78
80
82
84
mm
Hg
Uhrzeit
diastolischer Blutdruck
GHRH Placebo
54
4. Diskussion
4.1. Zusammenfassung der Ergebnisse mit Bezug auf die aufgestellten Hypothesen
In dieser Studie konnten zwei wesentliche Effekte von intranasal appliziertem GHRH (600
μg) gezeigt werden. Zum einen verminderte intranasal appliziertes GHRH, vermutlich über
eine ultra-kurze negative Rückkopplungs-Wirkung auf den zentralnervösen Anteil der
HPS-Achse, den in der Placebo-Bedingung beobachteten und physiologisch in der ersten
Nachthälfte auftretenden GH-Anstieg (108). Damit konnte die erste Hypothese bestätigt
werden. Zum anderen verschlechterte die intranasale Applikation von GHRH, nach dem
Lernen von je einer deklarativen und einer prozeduralen Gedächtnisaufgabe, die
Gedächtniskonsolidierung der deklarativen Gedächtnisaufgabe, gemessen an der Anzahl
der nach einem elf Stunden dauernden Intervall des Wachbleibens richtig erinnerten
Wortpaare. Die Konsolidierung der prozeduralen Gedächtnisaufgabe, gemessen an der
Anzahl der nach dem gleichen Intervall des Wachbleibens richtig eingegebenen
Fingersequenzen, wurde nicht beeinträchtigt. Damit konnte die zweite Hypothese
bestätigt werden.
Zusammengefasst kann aus den beiden durch intranasal appliziertes GHRH
induzierten Effekten geschlossen werden, dass die Hemmung des zentralnervösen Anteils
der HPS-Achse die hippocampusabhängige deklarative Gedächtnisbildung beeinträchtigt,
was im Umkehrschluss die Annahme zulässt, dass die Aktivierung der HPS-Achse auf
zentralnervöser Ebene die hippocampusabhängige deklarative Gedächtnisbildung fördert.
4.2. Die experimentelle Einflussnahme auf die HPS-Achse
Bisher gibt es nur eine Studie, die den Einfluss der HPS-Achse auf die Gedächtnisbildung
systematisch untersucht hat. Dabei konnte durch intravenös appliziertes Somatostatin
kein Einfluss der HPS-Achse auf das Langzeitgedächtnis festgestellt werden. Nach
Somatostatin-Applikation wurde der physiologische GH-Anstieg in der ersten Nachthälfte,
gemessen an der Höhe der GH-Konzentration im peripheren Blut, vollständig inhibiert.
Diese Hemmung der HPS-Achse hatte jedoch keinen Effekt auf die
Gedächtniskonsolidierung der jeweils zuvor gelernten deklarativen und prozeduralen
Gedächtnisaufgaben (50).
55
Aufgrund der Tatsache, dass intravenös appliziertes Somatostatin nicht die Blut-
Hirn-Schranke passiert, sondern nur auf den hypophysären Anteil der HPS-Achse wirkt (7;
101), kann nur ein zentralnervöser Einfluss der HPS-Achse auf die Gedächtnisbildung
vermutet werden. Hier knüpfte die vorliegende Studie an, indem durch intranasal
appliziertes GHRH der Einfluss der HPS-Achse auf zentralnervöser Ebene auf die
Gedächtniskonsolidierung untersucht wurde.
In mehreren Studien konnte für einige Hormone (Insulin, Cholecystokinin, CRH
und Vasopressin) bereits gezeigt werden, dass durch intranasale Applikation die Blut-Hirn-
Schranke wesentlich leichter überwunden werden kann, gemessen an der Konzentration
des jeweiligen Hormons im Liquor, als dies durch intravenöse Applikation möglich ist (71;
121; 122; 132). Vor diesem Hintergrund wurde bei der vorliegenden Studie die intranasale
GHRH-Applikation gewählt, um den direkten zentralnervösen Effekt von GHRH auf die
HPS-Achse untersuchen zu können. Ein nicht-zentralnervöser Effekt von GHRH kann dabei
nach intranasaler Applikation ausgeschlossen werden, weil intranasal appliziertes GHRH
nachweislich nicht im peripheren Blut akkumuliert (119).
4.3. GHRH und sein zentralnervöser Effekt
Das im Hypothalamus gebildete Hormon GHRH stimuliert die Freisetzung von GH im
Hypophysenvorderlappen über eine pfortaderähnliche Verbindung. Diese hypophysäre
GH-Freisetzung lässt sich auch nach peripher intravenöser GHRH-Applikation beobachten
(2; 134; 142), wobei in den genannten Studien Dosierungen von 1 μg/kgKG bis 150 μg
GHRH verwendet wurden. Nach intracerebroventriculärer Applikation von GHRH bei
Ratten war jedoch dosisabhängig entweder die zu erwartende vermehrte oder eine
scheinbar paradoxe verminderte GH-Sekretion beobachtet worden (83). In einer
humanexperimentellen Studie mit ähnlichem Studiendesign wie in dieser vorliegenden
Studie wurde nach intranasaler Applikation von 300 μg GHRH im Vergleich zu Placebo
eine signifikant verminderte GH-Sekretion gemessen (117). Insgesamt sprechen diese
Studien dafür, dass zwischen hypophysären und vermutlich hypothalamischen Effekten
von GHRH-Gaben unterschieden werden muss. Der zentralnervöse Effekt von GHRH
beruht dabei offenbar auf einen selbstregulatorischen Effekt im Sinne einer ultra-kurzen
negativen Rückkopplung. Ein solcher ultra-kurzer Regelkreislauf innerhalb der HPS-Achse
56
wurde in mehreren Übersichtsarbeiten über die HPS-Achse bereits in Erwägung gezogen
(47; 54; 107). Parallel zu GHRH konnte bei seinem Gegenspieler, Somatostatin, ein ähnlich
selbstregulatorischer zentralnervöser Effekt im Sinne einer ultra-kurzen negativen
Rückkopplung bereits nachgewiesen werden. Nach intracerebroventriculärer Applikation
von Somatostatin bei Ratten war eine scheinbar paradoxe vermehrte GH-Sekretion zu
beobachten (82). Zudem gibt es nach einer In-vitro-Studie Hinweise darauf, dass neben
einem selbstregulatorischen GHRH-Effekt im Sinne einer ultra-kurzen negativen
Rückkopplung auch eine GHRH-induzierte vermehrte Somatostatin-Sekretion eine Rolle
spielen könnte (1).
Die endogene GHRH-Sekretion tritt physiologischerweise in der ersten Nachthälfte
auf. Bei einer intranasalen Applikation von 600 μg GHRH unmittelbar vor dem Zeitraum
der stärksten endogenen GHRH-Sekretion, wie in der vorliegenden Studie, war unter der
Annahme einer ultra-kurzen negativen Rückkopplung auf die hypothalamische endogene
GHRH-Sekretion eine scheinbar paradoxe nahezu vollständige Hemmung der hypo-
physären GH-Sekretion zu erwarten (113). Die gemessene Hemmung der hypophysären
GH-Sekretion in dieser Studie war somit Ausdruck einer zentralnervösen Hemmung der
HPS-Achse.
Die Annahmen, dass zwischen hypophysären und vermutlich hypothalamischen
Effekten von GHRH-Gaben unterschieden werden muss und dass der zentralnervöse
Effekt von GHRH auf einem ultra-kurzen Regelkreislauf innerhalb der HPS-Achse beruht,
konnten auch indirekt anhand der Ergebnisse des deklarativen Gedächtnistests bestätigt
werden. Nach intranasaler Applikation von GHRH erinnerten die Probanden mehr als zwei
Wortpaare (etwa 12 %) weniger als nach Gabe von Placebo. Dabei wurde folgende lineare
Abhängigkeit beobachtet: Je stärker die periphere GH-Konzentration durch intranasal
appliziertes GHRH auf zentralnervöser Ebene supprimiert wurde, desto weniger
Wortpaare wurden richtig erinnert. Im Vergleich dazu konnte in der Studie mit intravenös
appliziertem Somatostatin, in der die periphere GH-Konzentration auf hypophysärer
Ebene supprimiert wurde, keine Beeinträchtigung der Gedächtniskonsolidierung
festgestellt werden. Der beobachtete GH-Anstieg und die signifikant bessere deklarative
Gedächtnisleistung in der Placebo-Bedingung können somit nur durch endogen
zentralnervös sezerniertes GHRH erklärt werden. In der GHRH-Bedingung wurde offenbar
57
dieses endogene GHRH durch exogenes GHRH über eine ultra-kurze negative
Rückkopplung gehemmt.
4.4. GHRH und die hippocampusabhängige deklarative Gedächtniskonsolidierung
Die höchste GH-Konzentration tritt physiologischerweise in der ersten Nachthälfte auf,
von der bekannt ist, dass der während dieser Nachthälfte vornehmlich auftretende
Tiefschlaf (SWS) einen positiven Einfluss auf die hippocampusabhängige deklarative
Gedächtnisbildung hat (91; 93; 124). Somit liegt die Schlussfolgerung nahe, dass auch die
HPS-Achse einen Einfluss auf die hippocampusabhängige deklarative Gedächtnisbildung
hat.
In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass intranasal appliziertes GHRH
spezifisch die hippocampusabhängige deklarative Gedächtnisbildung, gemessen an der
nach einem elf Stunden dauernden Intervall des Wachbleibens richtig erinnerten
Wortpaare, signifikant beeinträchtigt. Die prozedurale Gedächtnisbildung, gemessen an
der Anzahl der nach dem gleichen Intervall des Wachbleibens richtig abgetippten
Fingersequenzen und der entsprechenden Geschwindigkeit, wurde durch intranasal
appliziertes GHRH nicht beeinträchtigt. Es zeigte sich in beiden Bedingungen lediglich eine
leichte Leistungsverbesserung in Bezug auf die abgetippten Fingersequenzen am Morgen,
wie sie in ähnlichen Studien bereits beschrieben worden ist (127; 173). Die für
prozedurale Gedächtnisaufgaben typische schlafabhängige Leistungsverbesserung zeigte
sich in dieser Wachstudie nicht (75; 169).
Beim Abruf der gelernten Wortpaare am jeweiligen Morgen einer Versuchsnacht
erinnerten die Probanden in beiden Bedingungen deutlich weniger Wortpaare vom
Abend als vom Morgen, obwohl die Lernleistung unmittelbar nach dem Lernen am
Abend, gemessen an der Anzahl richtig gelernter Wortpaare, mehr als 90 % betragen
hatte. Während in beiden Bedingungen im Mittel 18,5 Wortpaare (93 %) der am Morgen
gelernten 20 Wortpaare richtig erinnert wurden, wurden im Mittel lediglich 12,8 bis 14,9
Wortpaare (64-75 %) der am Abend gelernten 20 Wortpaare richtig erinnert.
Dieser relativ schnelle Verfall von Gedächtnisspuren nach einem Zeitintervall, den
wir als „Vergessen“ beschreiben, vollzog sich wahrscheinlich während der
Gedächtniskonsolidierung. Einflüsse auf die Enkodierung konnten dadurch minimiert
58
wurden, dass die Lernleistung unmittelbar nach dem Lernen am Abend überprüft wurde.
Störfaktoren beim Abruf, wie z.B. mögliche Einflüsse durch das applizierte GHRH, konnten
durch den gut funktionierenden Abruf der am Morgen gelernten interferierenden
Wortpaare in beiden Bedingungen nahezu ausgeschlossen werden.
Nach dem zweistufigen Modell der deklarativen Gedächtnisbildung müssen
neuronale Gedächtnisspuren zunächst im Hippocampus im Rahmen der Enkodierung
(„fast learning“) angelegt werden, um dann in einem zweiten Schritt im Rahmen eines
Konsolidierungsprozesses („slow latent learning“) in den Neocortex überführt und
verfestigt werden zu können (37; 97). Gelingt dies nicht, kann es zu einem relativ
schnellen Verfall der hippocampalen Gedächtnisspuren kommen, was sich hier offenbar
anhand der signifikant weniger erinnerten Wortpaare vom Abend in beiden Bedingungen
gezeigt hat.
Nun ist nach diesem Modell schwer zu differenzieren, auf welcher Ebene des
Gedächtnisses sich die hier abgerufenen deklarativen Gedächtnisinhalte befunden haben,
auf Ebene des Hippocampus oder auf Ebene des Neokortex. Tierexperimentell kann eine
solche Differenzierung durch selektive Ausschaltung der Hippocampi nach der
Enkodierung erfolgen, was beim Menschen derzeit allein aus ethischen Gründen nicht
durchführbar ist.
Um möglichst nur die bereits im Neokortex gefestigten neuronalen
Gedächtnisspuren abzurufen, mussten die Probanden am Morgen kurz vor dem Abruf der
am Abend zuvor gelernten Wortpaare interferierende Wortpaare in der Annahme lernen,
dass dadurch die noch auf Ebene des Hippocampus befindlichen Gedächtnisspuren
gestört oder überschrieben werden. Auf diese Weise kann angenommen werden, dass die
richtig erinnerten Wortpaare vom Abend auch am ehesten neokortikal gefestigten
neuronalen Gedächtnisspuren entsprechen, wohingegen die unmittelbar nach der
Enkodierung wiedergegebenen interferierenden Wortpaare vom Morgen am ehesten
hippocampalen Gedächtnisspuren zu zuordnen sind.
Die durch intranasale Applikation von GHRH gehemmte endogene GHRH-Aktivität
hatte somit entweder einen störenden Effekt auf die hippocampusabhängige deklarative
Gedächtniskonsolidierung oder machte die am Abend gelernten Wortpaare anfälliger
dafür, von den interferierenden Wortpaaren am Morgen überschrieben zu werden.
Insgesamt kam der falsche Abruf eines Morgen- statt eines Abend-Wortes aber nur in
59
wenigen Einzelfällen vor, dreimal in der Bedingung GHRH und viermal in der Bedingung
Placebo. Dabei deuteten die Probanden ihre eigene Unsicherheit mit entsprechender
Sternchenmarkierung zweimal in der Bedingung GHRH und dreimal in der Bedingung
Placebo an. In einem Einzelfall in der Placebo-Bedingung wurde das Wortpaar vom
Morgen mit dem interferierenden Wort vom Abend überschrieben. Insgesamt sprechen
diese Ergebnisse nicht für einen Überschreibungseffekt der hier angenommenen
neokortikal gefestigten neuronalen Gedächtnisspuren durch Interferenzen. Im Regelfall
wurde das abgefragte Wortpaar nach einem über elf Stunden dauernden
Konsolidierungsintervall richtig oder nicht erinnert. Es muss jedoch eingeräumt werden,
dass das Lernen der Interferenzliste an sich den Abruf der am Abend zuvor gelernten
Wortpaare beeinträchtigt haben könnte.
Vor dem Hintergrund dieser Ergebnisse scheint die hippocampusabhängige
deklarative Gedächtniskonsolidierung im Ergebnis offenbar Erinnerungen mit einem
hohen Maß an Stabilität zu generieren, welche, einmal gefestigt, nur schwer
überschrieben werden können. Der Einfluss der endogenen GHRH-Aktivität auf die
hippocampusabhängige deklarative Gedächtniskonsolidierung ist dabei hervorzuheben.
4.5. GHRH und die Vigilanz
Der hemmende Effekt von intranasal appliziertem GHRH auf die hippocampusabhängige
deklarative Gedächtniskonsolidierung war unabhängig vom Ausmaß der Vigilanz-
minderung und vom erwarteten subjektiven Anstieg der Schläfrigkeit im Verlauf einer
Versuchsnacht. Auch ergaben sich keine Hinweise darauf, dass intranasal appliziertes
GHRH einen direkten Einfluss auf die Vigilanz oder die subjektive Schläfrigkeit einer
durchwachten Nacht hat. Hingegen wurden sowohl nach intravenöser (69; 92) als auch
nach intranasaler (117) Applikation von GHRH schlafvertiefende Effekte während des
Nachtschlafes beobachtet, die vor allem den SWS förderten (74; 113). Insofern scheint die
HPS-Achse offenbar in zweifacher Hinsicht die hippocampusabhängige deklarative
Gedächtniskonsolidierung zu fördern: Einerseits indirekt durch die Förderung von SWS
und andererseits direkt durch den von den vorliegenden Daten angedeuteten
schlafunabhängigen Einfluss auf die deklarative Gedächtniskonsolidierung.
60
4.6. GHRH und die subjektive Stimmungslage
Die gegen Ende der Versuchsnächte abgefragte subjektive Stimmungslage war in der
GHRH-Bedingung im Vergleich zur Placebo-Bedingung signifikant verbessert. Der
hemmende Effekt von intranasal appliziertem GHRH auf die hippocampusabhängige
deklarative Gedächtniskonsolidierung war jedoch davon unabhängig. In klinischen
Beobachtungen bei Patienten mit Wachstumshormonmangel und jahrelanger GH-
Substitution wurden entweder subjektive Stimmungsverbesserungen (5) oder keine
subjektiven Veränderungen der Stimmungslage (30) festgestellt. Bislang fehlen
systematische Untersuchungen von Effekten der HPS-Achse auf die subjektive Stimmung.
4.7. GHRH als Neuromodulator
Es stellt sich nun die Frage, über welche neuphysiologischen zentralnervösen Prozesse
das endogen gebildete Peptid GHRH Einfluss auf die hippocampusabhängige deklarative
Gedächtniskonsolidierung nimmt. Wie alle Releasing-Hormone wird auch GHRH in einem
Teil der mittleren Kerngruppe des Hypothalamus im Tuber cinereum, v.a. im Nucleus
arcuatus, gebildet und über die Eminentia mediana am Übergang in den Hypophysenstiel
in den hypophysären Pfortaderkreislauf ausgeschüttet. Tierexperimentell konnten
afferente und efferente Projektionen des Hypothalamus mit anderen Hirnarealen,
insbesondere Teilen des limbischen System, v.a. dem Hippocampus und dem Corpus
amygdaloideum, nachgewiesen werden (120; 133). Auch konnte gezeigt werden, dass
GHRH außerhalb des Hypothalamus in diversen anderen Hirnarealen u.a. im Corpus
amygdaloideum, im Hippocampus, in Kernen der Area septalis an der medialen
Hemisphäre unterhalb der Commissura anterior und mehreren kortikalen Arealen wie z.B.
in der Substantia innominata, einem Teil des basalen Vorderhirns, gebildet wird (28; 96;
134; 136). Zudem lässt die Tatsache, dass GHRH-Rezeptoren in mehreren Hirnregionen
nachgewiesen werden konnten (96; 159), darauf schließen, dass GHRH neben seiner Rolle
als Regulator der hypophysären GH-Sekretion auch eine Rolle als Neurotransmitter und/
oder Neuromodulator besitzt. Insofern wäre es denkbar, dass endogenes GHRH einen
direkten Einfluss auf die hippocampusabhängige deklarative Gedächtniskonsolidierung
hat.
61
4.8. GHRH und Ghrelin
Ein solcher direkter Einfluss auf die hippocampusabhängige deklarative Gedächtnis-
konsolidierung konnte tierexperimentell bereits für das vornehmlich in der
Magenschleimhaut gebildete Peptidhormon Ghrelin nachgewiesen werden. Ghrelin weist
in vielerlei Hinsicht funktionelle Ähnlichkeiten zu GHRH auf. So konnte gezeigt werden,
dass es neben den beiden hypothalamischen Hormonen GHRH und seinem Gegenspieler
Somatostatin maßgeblich an der Regulation der hypophysären GH-Sekretion beteiligt ist
(154; 73). Ghrelin bindet an GHRH-Neurone und verstärkt über einen endogenen GHRH-
abhängigen Signalweg die hypophysäre GH-Sekretion. Zudem teilen sich Ghrelin und
GHRH mehrere Rezeptoren, z.B. einige GH-sekretionsfördernde Rezeptoren und den
Ghrelin-Rezeptor GHS-R1a (23), und deren Signalwege. In einigen tierexperimentellen
Studien konnte gezeigt werden, dass Ghrelin auch an GH-sekretionsfördernde Rezeptoren
in den Regionen CA3 und CA1 des Hippocampus bindet und über einen Phosphoinositid-
3-Kinasen-Signalweg die Langzeit-Potenzierung an Synapsen von Nervenzellen und damit
die Gedächtnisbildung fördert (27; 31). Ähnliche Untersuchungen mit GHRH wurden
bislang nicht beschrieben, lassen aber einen vergleichbaren direkten hippocampus-
abhängigen Einfluss vermuten.
4.9. GHRH, GH und LTP
Andere Untersuchungen haben das primär peripher vorkommende GH in den Fokus
gestellt und zeigen können, dass GH nicht nur die Blut-Hirn-Schranke passieren kann
(114), sondern auch an GH-Rezeptoren in einigen Hirnarealen, wie z.B. im Plexus
choroideus, im Hippocampus und im Hypothalamus, bindet (112). Zudem konnte gezeigt
werden, dass GH auch endogen im Hippocampus gebildet wird (36; 150; 35).
Tierexperimentell induzierte GH altersabhängig nicht nur die Expression von GH-
Rezeptoren, sondern auch von glutamatergen NMDA-Rezeptoren, insbesondere die des
Subtyps NR2B, im Hippocampus (76; 115). Nachdem bereits Befunde vorliegen, dass
glutamaterge NMDA-Rezeptoren eine Rolle bei der Gedächtniskonsolidierung im Rahmen
der LTP spielen (24; 157), konnte gezeigt werden, dass insbesondere eine Überexpression
des NMDA-Rezeptor Subtyp NR2B im Hippocampus die Gedächtnisleistung fördert (153).
Insofern wäre ein indirekter Einfluss von endogenem GHRH vermittelt über einen
62
zentralnervösen Effekt von GH auf die hippocampusabhängige deklarative
Gedächtnisbildung denkbar.
Zusammengefasst ist die vorliegende Studie die erste, welche einen Einfluss des
zentralnervösen Anteils der HPS-Achse auf die hippocampusabhängige deklarative
Gedächtniskonsolidierung nachweist, indem durch intranasal appliziertes GHRH
vermutlich über eine ultra-kurze negative Rückkopplung die endogene GHRH-Aktivität
gehemmt wurde, wodurch die deklarative Gedächtnisleistung signifikant beeinträchtigt
wurde.
4.10. Limitationen der Studie
Vor der Durchführung der Experimente war die Dosis-Wirkungsbeziehung von intranasal
appliziertem GHRH auf die Hemmung der endogenen GHRH-Aktivität nicht hinreichend
bekannt. Insofern wäre es denkbar gewesen, dass bei der hier verwendeten Dosis von
600 μg GHRH kein signifikanter Effekt auf die hippocampusabhängige deklarative
Gedächtniskonsolidierung gefunden worden wäre. Ein Studiendesign mit mindestens
einer weiteren unterschiedlichen GHRH-Dosis wäre sinnvoll gewesen, um den zu
untersuchenden Einfluss von intranasal appliziertem GHRH auf die
hippocampusabhängige deklarative Gedächtniskonsolidierung dosisabhängig beurteilen
zu können.
Es wurde ein Studiendesign mit Schlafdeprivation gewählt, um zwischen dem
bereits bekannten Einfluss von SWS und dem zu untersuchenden Einfluss der HPS-Achse
auf die Gedächtniskonsolidierung unterscheiden zu können. Insofern können die hier
beschriebenen Ergebnisse nur begrenzt auf die Gegebenheiten während des normalen
Nachtschlafes übertragen werden. Es kann angenommen werden, dass die HPS-Achse
während des NREM-Schlafs einen zum Einfluss von SWS entweder additiven oder sogar
potenzierenden Effekt auf die deklarative Gedächtniskonsolidierung haben könnte.
Es wurde keine Positivkontrolle durchgeführt. So hätte man zudem ein
Studiendesign wählen können, das durch eine Aktivierung des zentralnervösen Anteils der
HPS-Achse, z.B. durch eine geringere oder noch höhere intranasale GHRH-Dosierung,
63
einen verstärkenden statt einen verschlechternden Effekt auf die hippocampusabhängige
deklarative Gedächtniskonsolidierung hätte zeigen können.
Es wurde ein Studiendesign mit dem Lernen einer Interferenz gewählt, um die auf
Ebene des Hippocampus befindlichen Gedächtnisspuren zu stören und somit möglichst
nur die bereits im Neokortex gefestigten neuronale Gedächtnisspuren zu messen.
Inwieweit die Interferenz allein neuronale Gedächtnisspuren geschwächt hat, bleibt
unklar.
4.11. Ausblick und Vorschläge für zukünftige Studien
In zukünftigen Studien sollte der Einfluss des zentralnervösen Anteils der HPS-Achse auf
die hippocampusabhängige deklarative Gedächtniskonsolidierung weiter systematisch
untersucht werden. Einerseits sollten Positivkontrollen mit GHRH durchgeführt werden,
andererseits sollte auch der Einfluss von Somatostatin, dem Gegenspieler von GHRH, auf
zentralnervöser Ebene, z.B. durch intranasale Applikation, untersucht werden. Darüber
hinaus sollten auch Studiendesigns mit Schlaf gewählt werden, um einen möglicherweise
synergistischen Effekt von SWS und dem zentralnervösen Anteil der HPS-Achse weiter zu
erforschen.
Nach wie vor kann beim zweistufigen deklarativen Gedächtnissystem nicht
differenziert werden, auf welcher Ebene sich enkodierte neuronale Spuren befinden: auf
hippocampaler oder auf neocortikaler Ebene. Wenn es in Zukunft durch eine ethisch
vertretbare Methode, z.B. durch eine medikamentöse Intervention oder
Magnetstimulation, möglich sein sollte, die hippocampale Funktion gezielt temporär
auszuschalten, dann wären Studiendesigns möglich, welche ohne Lernen von
Interferenzen auskommen. Damit könnten exaktere Aussagen über den Einfluss des
zentralnervösen Anteils der HPS-Achse auf die hippocampusabhängige deklarative
Gedächtniskonsolidierung gemacht werden.
Ein wichtiger Neurotransmitter innerhalb des Hippocampus ist Glutamat, welcher
über NMDA-Rezeptoren entscheidend an der LTP, einer Form der synaptischen Plastizität,
und damit der Gedächtnisbildung beteiligt ist (17). Störungen in diesem System haben für
psychiatrische Erkrankungen, bei denen es zum Teil zu erheblichen Denkstörungen
kommt, eine große Bedeutung. Während bei Erkrankungen des schizophrenen
64
Formenkreises eine Unteraktivität glutamaterger Neurone eine Rolle spielt (64), spielt
eine Überaktivität glutamaterger Neurone bei dissoziativen Störungen und
posttraumatischen Belastungsstörungen eine Rolle (25). Tierexperimentell konnte gezeigt
werden, dass Schlaf für die normale Funktion von NMDA-Rezeptoren im Hippocampus
notwendig ist und dass Schlafdeprivation dieses System stört (26). Weiter konnte gezeigt
werden, dass wiederholte Applikationen von GH während eines Schlafentzuges den
Funktionsverlust der NMDA-Rezeptoren im Hippocampus verhindern können (72). GH
stellt somit einen Mediator zwischen Schlaf und der Hippocampusfunktion dar. In der
vorliegenden Studie konnte erstmals gezeigt werden, dass die HPS-Achse auf
zentralnervöser Ebene schlafunabhängig einen direkten Einfluss auf die
hippocampusabhängige deklarative Gedächtnisbildung hat. Hier stellt sich die Frage,
inwieweit die HPS-Achse an den neurophysiologischen Prozessen der Gedächtnisbildung
im Hippocampus, d.h. an der LTP und dem glutamatergen System, beteiligt ist. Weitere
Untersuchungen auf diesem Gebiet können nicht nur Aufschlüsse über die Mechanismen
der Gedächtnisbildung, sondern auch über die Pathogenese von psychiatrischen
Erkrankungen bringen.
65
5. Zusammenfassung
Der förderliche Effekt des Tiefschlafs der ersten Nachthälfte (SWS) auf die
hippocampusabhängige deklarative Gedächtnisbildung könnte entscheidend von der
Aktivität der HPS-Achse abhängen. Diese Annahme wurde in mehreren
Übersichtsarbeiten, tierexperimentellen Studien und klinischen Beobachtungen bereits
postuliert, aber bisher noch nicht systematisch untersucht. Nachdem in Vorarbeiten ein
direkter Einfluss von GH nach Hemmung der HPS-Achse auf hypophysärer Ebene auf die
Gedächtniskonsolidierung ausgeschlossen werden konnte, wurde hier der Einfluss des
zentralnervösen Anteils der HPS-Achse untersucht.
In dieser Studie wurde der Einfluss von GHRH 600 μg i.n. vs. Placebo auf die
Gedächtnisbildung untersucht. Mit der intranasalen Applikation wurde ein direkter
Zugang zum Gehirnkompartiment gewählt. Unter der Annahme, dass i.n. appliziertes
GHRH die endogene GHRH-Ausschüttung im Rahmen eines ultra-kurzen negativen
Regelkreislaufes supprimiert, wurde die im peripheren Blut zirkulierende GH-
Konzentration gemessen.
Eine Stunde vor der Substanzgabe im Zeitraum von 21:30 bis 22:00 Uhr lernten
zwölf junge Männer (MW ± SEM: 23,3 ± 1,0 Jahre) deklarative und prozedurale
Gedächtnisaufgaben (Wortpaare und Fingertapping), welche nach elf Stunden
Schlafdeprivation um 09:00 Uhr abgefragt wurden. Innerhalb von drei Stunden nach der
Substanzgabe zeigte sich in der GHRH-Bedingung ein völliges Ausbleiben des
physiologischen Anstieges der GH-Konzentration. Zudem wurden in der GHRH-Bedingung
beim Abruf der am Abend gelernten Wortpaare mehr als zwei Wortpaare weniger
erinnert als nach Placebo (etwa 12 %; p<0,05). Die Verminderung der Anzahl der
erinnerten Wortpaare korrelierte direkt mit der Supprimierung der GH-Konzentration
(p<0,05). Im Gegensatz zum deklarativen Gedächtnis zeigte sich im prozeduralen
Gedächtnis kein Effekt.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass intranasal appliziertes GHRH nicht nur die
zentralnervöse Aktivität der HPS-Achse mindert, indem es die endogene GHRH-
Ausschüttung supprimiert, sondern auch die hippocampusabhängige deklarative
Gedächtnisbildung beeinträchtigt. Damit liefern die Ergebnisse erstmals einen Beleg
dafür, dass zentralnervös wirkendende Wachstumsfaktoren einen Einfluss auf die
hippocampusabhängige deklarative Gedächtnisbildung haben.
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81
7. Anhänge
7.1. Verzeichnis der Abbildungen
Abbildung 1: Schematische Darstellung eines Somnogramms. .................................. 12
Abbildung 2: Schematische Darstellung der Profile der Cortisol- und GH-
Plasmakonzentrationen. ...................................................................... 16
Abbildung 3: Schematische Darstellung der HPA-Achse. ........................................... 17
Abbildung 4: Schematische Darstellung der HPS-Achse. ............................................ 17
Abbildung 5: Schematische Darstellung des Versuchsablaufs. ................................... 23
Abbildung 6: Die Stanford-Schläfrigkeits-Skala. ........................................................ 32
Abbildung 7: Der MDBF-Kurzform A. ........................................................................ 33
Abbildung 8: Anzahl richtig erinnerter Wortpaare (MW ± SEM) bei der Enkodierung und
dem Abruf in den Bedingungen GHRH (schwarz) und Placebo (weiß). *
P<0,05. ............................................................................................... 37
Abbildung 9: Differenz (Morgen-Abend) der Anzahl richtig wiedergegebener Wortpaare
in der Bedingung GHRH aufgetragen gegen die Fläche unter der Kurve
(AUC) für GH. ...................................................................................... 38
Abbildung 10: Anzahl korrekt abgetippter Zahlenreihenfolgen (MW ± SEM) innerhalb
einer je 30 Sekunden dauernden Sequenz in den Bedingungen GHRH
(schwarz) und Placebo (weiß). ............................................................. 39
Abbildung 11: Mittlere Reaktionszeiten [ms] in den Bedingungen GHRH (schwarz) und
Placebo (weiß). ................................................................................... 40
Abbildung 12: Ergebnisse der Stanford-Schläfrigkeits-Skala (MW ± SEM) in den
Bedingungen GHRH und Placebo. ........................................................ 41
Abbildung 13: Ergebnisse der Dimension gute – schlechte Stimmung des MDBF-Tests
(MW ± SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo. * P<0,05. ............ 42
Abbildung 14: Ergebnisse der Dimension Wachheit - Müdigkeit des MDBF-Tests (MW ±
SEM) in den Bedingungen GHRH und Placebo. ..................................... 43
Abbildung 15: Ergebnisse der Dimension Ruhe - Unruhe des MDBF-Tests (MW ± SEM) in
den Bedingungen GHRH und Placebo. .................................................. 43
82
Abbildung 16: Ergebnisse der Selbsteinschätzungen zum Item Hunger (MW ± SEM) in
den Bedingungen GHRH und Placebo. .................................................. 44
Abbildung 17: Ergebnisse der Selbsteinschätzungen zum Item Durst (MW ± SEM) in den
Bedingungen GHRH und Placebo. ........................................................ 44
Abbildung 18: Ergebnisse der Selbsteinschätzungen zum Item Müdigkeit (MW ± SEM) in
den Bedingungen GHRH und Placebo. .................................................. 45
Abbildung 19: Zeit gegen die GH-Konzentrationen [µg/l] (MW ± SEM) in den
Bedingungen GHRH (schwarz) und Placebo (weiß). ............................... 46
Abbildung 20: Zeit gegen die Blutglukosekonzentrationen [mmol/l] (MW ± SEM) in den
Bedingungen GHRH und Placebo. ........................................................ 47
Abbildung 21: Zeit gegen die Seruminsulinkonzentrationen [pmol/l] (MW ± SEM) in den
Bedingungen GHRH und Placebo. ........................................................ 47
Abbildung 22: Zeit gegen die ACTH-konzentrationen [pmol/l] (MW ± SEM) in den
Bedingungen GHRH und Placebo. ........................................................ 48
Abbildung 23: Zeit gegen die Cortisolkonzentrationen [nmol/l] (MW ± SEM) in den
Bedingungen GHRH und Placebo. ........................................................ 49
Abbildung 24: Zeit gegen die Adrenalinkonzentrationen [pmol/l] (MW ± SEM) in den
Bedingungen GHRH und Placebo. ........................................................ 49
Abbildung 25: Zeit gegen die Noradrenalinkonzentrationen [nmol/l] (MW ± SEM) in den
Bedingungen GHRH und Placebo. ........................................................ 50
Abbildung 26: Zeit gegen die Natriumkonzentrationen [mmol/l] (MW ± SEM) in den
Bedingungen GHRH und Placebo. ........................................................ 51
Abbildung 27: Zeit gegen die Herzfrequenz [1/Min] (MW ± SEM) in den Bedingungen
GHRH und Placebo. ............................................................................. 52
Abbildung 28: Zeit gegen den systolischen Blutdruck [mmHg] (MW ± SEM) in den
Bedingungen GHRH und Placebo. ........................................................ 52
Abbildung 29: Zeit gegen den diastolischen Blutdruck [mmHg] (MW ± SEM) in den
Bedingungen GHRH und Placebo. ........................................................ 53
83
7.2. Verzeichnis der Tabellen
Tabelle 1: Übersicht über den Ablauf einer Versuchsnacht. ......................................... 24
Tabelle 2: Auswahl A und B der verwendeten Spielfilme. ............................................ 27
Tabelle 3: Version 1 und 2 mit den jeweils zusammengehörigen unassoziierten
Wortpaarlisten AB und AC. ........................................................................ 29
Tabelle 4: Darstellung der Intraassay- und Interassay-Variationskoeffizienten (VK) und
unteren Bestimmungsgrenzen. .................................................................. 35
Tabelle 5: Anzahl richtig gelernter Wortpaare und Anzahl der benötigten
Lerndurchgänge (MW ± SEM) sowohl für abends als auch für morgens in den
Bedingungen GHRH und Placebo. ............................................................... 36
Tabelle 6: Anzahl richtig erinnerter Wortpaare (MW ± SEM) sowohl vom Abend als auch
vom Morgen in den Bedingungen GHRH und Placebo.................................. 37
Tabelle 7: Anzahl korrekt abgetippter Zahlenreihenfolgen innerhalb einer je 30 Sekunden
dauernden Sequenz (MW ± SEM) sowohl für die ersten und die letzten drei
Übungsdurchgänge als auch für die drei Testdurchgänge im Mittel in den
Bedingungen GHRH und Placebo. ............................................................... 40
Tabelle 8: Messwerte des kleinen Blutbildes (Erythrozyten [1/pl], Leukozyten [1/μl],
Thrombozyten [1/nl], Hb [g/l], Hk [l/l], MCV [fl], MCH [pg], MCHC [g/l], MPV
[fl]), der Osmolalität [mosm/kg] und von Natrium [mmol/l] (MW ± SEM) für
die Bedingungen GHRH und Placebo zu Beginn (20:25 Uhr) und gegen Ende
(10:00 Uhr) der Versuchsnächte. ................................................................ 51
84
8. Danksagungen
An dieser Stelle möchte ich allen herzlich danken, die mir bei meiner Doktorarbeit
geholfen haben.
Meinem Doktorvater Herrn Prof. Dr. Boris Perras danke ich für die Überlassung
des Themas und die stets freundliche Betreuung meiner Doktorarbeit.
Dem gesamten Forscherteam des Instituts für Neuroendokrinologie, allen voran
dem Leiter Prof. Dr. Jan Born, danke ich für die Unterstützung bei meiner
wissenschaftlichen Arbeit. Ganz besonderer Dank gilt Herrn PD Dr. Manfred Hallschmid
und Frau Dr. Ines Wilhelm für ihre Hilfe bei der Planung der Versuche, der Ausarbeitung
der Methoden, der statistischen Auswertung, die Einführung in die Literaturrecherche
und dafür, dass sie stets ein offenes Ohr für mich hatten. Herrn Dr. Christian Benedict
danke ich für viele praktische Tipps zur Durchführung meiner Arbeit. Frau Anja Otterbein
danke ich für ihr Organisationstalent, dass immer ausreichend Material für die Versuche
vorrätig war. Den medizinisch technischen Assistenten Frau Christiane Otten, Frau Heidi
Ruf und Frau Ingrid von Lützau danke ich für die laborchemische Auswertung der
Hormonkonzentrationen der entnommenen Blutproben.
Dem Zentrallabor des UK-SH, Campus Lübeck, allen voran dem Leiter Prof. Dr.
Michael Seyfarth, danke ich für die laborchemische Auswertung der klinisch-chemischen
Messparameter der entnommenen Blutproben.
Ein großes Dankeschön möchte ich allen Probanden aussprechen, ohne die meine
gesamte Doktorarbeit überhaupt nicht denkbar gewesen wäre. Ihrer gewissenhaften
Mitarbeit habe ich zu verdanken, dass ich verwertbare Ergebnisse erhalten konnte. Danke
auch für die gute Zeit, den Spaß und die interessanten Gespräche, die wir während der
langen Wachphasen miteinander im Labor trotz unserer Müdigkeit erlebt haben.
Nicht zuletzt möchte ich auch meiner Familie und meiner Frau Annett für ihre
ideelle Unterstützung danken, ohne die ich meine Doktorarbeit sicherlich nicht so
beharrlich und so schnell hätte bewältigen können.
85
9. Lebenslauf
Persönliche Daten:
Name: Christian Michel
Alter: 29 Jahre
Geburtsort: Oldenburg (Oldb.)
Staatsangehörigkeit: deutsch
Hochschulstudium:
2003-2010 Studium der Humanmedizin
an der Universität zu Lübeck
2005 1. Abschnitt der Ärztlichen Prüfung
2009-2010 PJ in den Kliniken für Anästhesiologie, Chirurgie und Innere Medizin
der Sana Kliniken Lübeck GmbH
2010 2. Abschnitt der Ärztlichen Prüfung und Approbation zum Arzt
Beruflicher Werdegang:
seit 2010 Assistenzarzt in der Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und
Psychotraumatologie im Bundeswehrkrankenhaus Hamburg
Publikationen:
Hallschmid M, Wilhelm I, Michel C, Perras B, Born J. A role for central nervous growth
hormone-releasing hormone signaling in the consolidarion of declarative memories. PLoS
ONE 6(8): e23435. doi:10.1371/journal.pone.0023435 (2011)
![Untersuchung des Einflusses von wahrgenommener … · terpretation, d.h. die wahrgenommene Privatsph¨are und Anonymit at der Mitglieder von¨ Online-Communities. In [SK86] wurde](https://img.dokumen.tips/doc/110x75/5fad639b7c272138e6482c91/untersuchung-des-einiusses-von-wahrgenommener-terpretation-dh-die-wahrgenommene.jpg)
