Stres od środka. Jak mózg, nadnercza i kortyzol współpracują ze sobą?
Grafika wygenerowana przy pomocy chat GPT
Stres jest jednym z podstawowych mechanizmów biologicznych pozwalających człowiekowi przystosować się do zagrożenia. Nie oznacza wyłącznie negatywnych emocji czy napięcia psychicznego. Z punktu widzenia fizjologii jest to skoordynowana reakcja układu nerwowego, hormonalnego i odpornościowego, której zadaniem jest utrzymanie względnej stabilności organizmu, czyli homeostazy. Jeżeli człowiek znajduje się w sytuacji wymagającej szybkiego działania, organizm niemal natychmiast zmienia sposób funkcjonowania:
zwiększa dostępność energii,
przyspiesza pracę serca i oddychanie oraz
ogranicza procesy, które w danym momencie nie są priorytetowe.
Szczególnie ważną rolę odgrywają tutaj dwie współpracujące ze sobą drogi, którymi są układ współczulno-rdzeniowo-nadnerczowy oraz oś podwzgórze-przysadka-nadnercza HPA (ang. hypothalamic-pituitary-adrenal axis).
Pierwsza z tych odpowiedzi działa bardzo szybko. Pobudzenie układu współczulnego prowadzi do uwalniania noradrenaliny oraz adrenaliny, które należą do katecholamin, czyli hormonów i neuroprzekaźników uczestniczących między innymi w reakcji „walcz albo uciekaj”. Zwiększa się częstość pracy serca, ciśnienie tętnicze, tempo oddychania oraz przepływ krwi przez mięśnie. Jednocześnie ograniczona zostaje aktywność przewodu pokarmowego. Druga droga rozwija się wolniej, ale jej działanie utrzymuje się dłużej. Oś HPA odpowiada przede wszystkim za produkcję kortyzolu, głównego glikokortykosteroidu występującego u Homo sapiens.
Mechanizm działania osi HPA można przedstawić jako hormonalną kaskadę. Pod wpływem stresora określone neurony podwzgórza uwalniają kortykoliberynę CRH (ang. corticotropin-releasing hormone). Hormon ten dociera do przedniego płata przysadki mózgowej i pobudza ją do wydzielania hormonu adrenokortykotropowego ACTH (ang. adrenocorticotropic hormone). ACTH wraz z krwią dociera następnie do kory nadnerczy, gdzie pobudza komórki do produkcji i uwalniania kortyzolu. Ten z kolei oddziałuje na liczne tkanki, zwiększając między innymi dostępność substratów energetycznych potrzebnych organizmowi do poradzenia sobie z zagrożeniem.
Szczegółowe mechanizmy regulacji osi HPA zostały przeanalizowane przez Hermana i współpracowników, którzy w obszernym przeglądzie literatury zestawili wyniki badań dotyczących neuronalnej i hormonalnej kontroli odpowiedzi stresowej. Autorzy pokazali, że reakcja nie jest prostym łańcuchem poleceń przekazywanych od mózgu do nadnerczy. Na aktywność podwzgórza wpływają informacje pochodzące między innymi z obszarów limbicznych mózgu, które pomagają ocenić znaczenie i kontekst stresora. Oznacza to, że podobny bodziec fizjologiczny może wywołać różną odpowiedź hormonalną zależnie od sytuacji, w której się pojawia.
Jednym z najważniejszych elementów całego systemu jest sprzężenie zwrotne. Kiedy stężenie kortyzolu we krwi wzrasta, hormon oddziałuje na receptory glikokortykosteroidowe w podwzgórzu, przysadce oraz innych strukturach mózgu, ograniczając dalszą aktywację osi HPA. Jest to przykład ujemnego sprzężenia zwrotnego, czyli mechanizmu, w którym końcowy produkt procesu hamuje jego dalsze uruchamianie. Dzięki temu po zakończeniu stresującej sytuacji organizm może stopniowo powrócić do stanu wyjściowego.
Co istotne, kortyzol nie jest wydzielany przez nadnercza w sposób stały. Jego stężenie zmienia się w ciągu doby i ma charakter pulsacyjny. Badania oraz analizy opisane w literaturze pokazują, że oś HPA pozostaje pod wpływem rytmu dobowego, dlatego odpowiedź hormonalna zależy między innymi od pory dnia. Podczas ostrego stresu stężenie kortyzolu zwiększa się, ale jego pulsacyjny charakter może zostać zachowany. Jest to ważne, ponieważ organizm nie reaguje jedynie poprzez „włączenie” lub „wyłączenie” kortyzolu. Znaczenie ma również czas, amplituda i częstotliwość jego wydzielania.
Ciekawych danych dostarczyło badanie Ernsta i współpracowników, w którym uczestniczyło 65 zdrowych osób. Naukowcy wywołali u ochotników ostry stres psychiczny za pomocą Mannheim Multicomponent Stress Test, a następnie jednocześnie monitorowali wiele parametrów fizjologicznych. Oceniano między innymi kortyzol i alfa-amylazę w ślinie, zmienność rytmu serca, przewodnictwo skóry, częstość oddechu oraz parametry związane z pracą układu sercowo-naczyniowego. Wyniki potwierdziły aktywację zarówno osi HPA, jak i układu współczulnego. Kortyzol wykazywał umiarkowany efekt związany z reakcją stresową, podczas gdy część parametrów autonomicznych reagowała wyraźnie. Autorzy podkreślili tym samym, że stresu nie powinno się oceniać wyłącznie na podstawie jednego biomarkera.
Znaczenie kortyzolu nie kończy się jednak na przygotowaniu organizmu do krótkotrwałego zagrożenia. Przegląd James i współpracowników wskazuje, że jego wpływ obejmuje również funkcjonowanie mózgu i procesy poznawcze. W zależności od intensywności, czasu trwania i charakteru stresu zmiany aktywności osi HPA mogą wpływać na uwagę, pamięć i inne funkcje poznawcze. Autorzy zwracają uwagę, że zależności te są złożone, a wyniki poszczególnych badań nie zawsze są jednoznaczne. Nie można więc traktować każdego podwyższonego poziomu kortyzolu jako automatycznego dowodu szkodliwego działania stresu.
Problem pojawia się przede wszystkim wtedy, gdy reakcja stresowa zostaje uruchamiana zbyt często lub utrzymuje się przez długi czas. Ostra aktywacja osi HPA ma charakter adaptacyjny, ponieważ pomaga skierować zasoby organizmu tam, gdzie są w danym momencie najbardziej potrzebne. Przewlekła aktywacja może natomiast prowadzić do zaburzenia prawidłowej regulacji osi i niekorzystnych zmian metabolicznych, immunologicznych oraz psychologicznych. W literaturze opisuje się również pojęcie obciążenia allostatycznego, czyli skumulowanego kosztu, jaki wielokrotne uruchamianie mechanizmów przystosowawczych może nakładać na organizm.
Współczesne badania pokazują więc, że hormonalna odpowiedź na stres nie jest pojedynczym wydarzeniem, lecz dynamicznym systemem regulacyjnym. Podwzgórze, przysadka i nadnercza pozostają w stałej komunikacji z mózgiem, układem autonomicznym i innymi układami organizmu. Kortyzol jest jednym z najważniejszych elementów tej sieci, ale jego znaczenie zależy od czasu działania, rytmu wydzielania oraz kontekstu fizjologicznego. Najważniejszym wnioskiem płynącym z badań jest zatem nie to, że kortyzol jest „hormonem stresu, który szkodzi”, lecz że prawidłowo regulowana odpowiedź hormonalna jest niezbędnym mechanizmem przetrwania, natomiast jej przewlekłe zaburzenie może stać się czynnikiem sprzyjającym pogorszeniu zdrowia.
Literatura
Herman J.P., McKlveen J.M., Ghosal S., Kopp B., Wulsin A., Makinson R., Scheimann J., Myers B. (2016). Regulation of the Hypothalamic-Pituitary-Adrenocortical Stress Response. Comprehensive Physiology, 6(2), 603-621.
Howland M.A., Sandman C.A., Glynn L.M. (2017). Developmental origins of the human hypothalamic-pituitary-adrenal axis. Expert Review of Endocrinology & Metabolism, 12(5), 321-339.
James K.A., Stromin J.I., Steenkamp N., Combrinck M.I. (2023). Understanding the relationships between physiological and psychosocial stress, cortisol and cognition. Frontiers in Endocrinology, 14, 1085950.
Ernst H., Scherpf M., Pannasch S., Helmert J.R., Malberg H., Schmidt M. (2023). Assessment of the human response to acute mental stress–An overview and a multimodal study. PLOS ONE, 18(11), e0294069.
