Hormongesteuert – Wie der Menstruationszyklus und die Pille unser Gehirn manipulieren
Für ihre Bewerbung um den KlarText-Preis für Wissenschaftskommunikation 2021 in der Kategorie Biologie veranschaulichte Verena Schuster, was sie in ihrer Promotion erforscht hat.
Der Menstruationszyklus und ‘die Pille’ können unser Befinden verändern. Aber was genau passiert dabei im Gehirn, dem Steuerorgan unseres Verhaltens und unserer Gefühle? Mit einer ausgeklügelten Methode untersuchen Forscher:innen in welchen Regionen und Funktionen das Gehirn besonders anfällig für Schwankungen der weiblichen Sexualhormone ist.
“So, jetzt bitte die nächsten 5 Minuten ruhig liegen bleiben“, rufe ich Pia durch die Gegensprechanlage zu. „Wir nehmen ein Bild deines Gehirns auf und melden uns dann wieder bei Dir. Nicht erschrecken, gleich wird es laut.“ Die rote Lampe der Gegensprechanlage erlischt und das monotone Klopfen des Magnetresonanztomographen (MRT) im Raum nebenan beginnt. Nach einem kurzen Augenblick erscheint ein hochaufgelöstes Bild von Pias Kopf, inklusive Gehirn, auf dem Computerbildschirm. So detailliert, dass man sie im Profil problemlos wiedererkennt.
Heute ist der optimale Tag, um ihr Gehirn zu untersuchen. Denn vor zwei Tagen bekam Pia ihre Tage und ein neuer Menstruationszyklus begann. Die Konzentration ihrer Sexualhormone hat gerade ihren Tiefstwert erreicht. Pia nimmt zu diesem Zeitpunkt an meiner neurowissenschaftlichen Studie am Forschungs-MRT der Klinik für Psychiatrie in Marburg teil. In dieser Studie untersuche ich die Gehirnstruktur und die Gehirnfunktion von jungen Frauen während genau definierter Zeitpunkte ihres Zyklus und der Pilleneinnahme im MRT. Dies hilft uns den Einfluss von Hormonen auf unser Gehirn besser zu verstehen.
© Manuela Windholz
Obwohl Sexualhormone zugegebenermaßen im ersten Moment im Gehirn fehl am Platz erscheinen, spielen sie hier eine genauso zentrale Rolle für unser Wohlbefinden, wie die vielleicht prominenteren Botenstoffe Serotonin und Dopamin. Das sich die regelmäßigen Hormonschwankungen, wie sie während des Menstruationszyklus auftreten, auf unsere Lebensqualität auswirken, spürt Pia deutlich. Sätze wie ‘Jetzt sei mal nicht so launisch’, ‘Hast Du etwa Deine Tage‘? wurden ihr allein in der letzten Woche etliche Male an den Kopf geworfen.
Die Auswirkung auf die Stimmung war auch bereits den alten Griechen bekannt. Diese benannten sogar die Gebärmutter nach der Verhaltensweise, die scheinbar durch dieses, nur in Frauen entdeckte Organ, verursacht wurde – hystera. Erst mehrere Jahrtausende später sollten die wahren Täter identifiziert und ebenfalls nach einem griechischen Wort benannt werden – hormao (antreiben, anregen) – Hormone. Hormone sind winzige Botenstoffe in unserem Körper, mit denen Organe und Zellen miteinander kommunizieren. Sie beeinflussen sich gegenseitig – und lassen uns als Sexualhormone biologisch zu Frauen oder Männern heranreifen. Während Männer einer stabileren Konzentration an Sexualhormonen ausgesetzt sind, fahren diese bei jungen Frauen, wie Pia, ab der Pubertät mit jedem Menstruationszyklus Achterbahn.
Doch wie beeinflussen Sexualhormone unser Gehirn und somit unser Verhalten? Genau mit dieser Frage beschäftigen sich seit ca. 20 Jahren auch Neurowissenschaftler:innen und nutzen für ihre Forschung den MRT. Sie studieren den genauen Aufbau des Gehirns und schauen ihm bei der Arbeit zu, während Probandinnen, wie Pia, in der Röhre eines MRTs liegen. Diese Untersuchungen zeigen eindrücklich, dass Gehirnstruktur und -funktion durch unterschiedliche Hormonkonzentrationen, aber auch durch die Einnahme der Pille, beeinflusst werden.
Doch schaut man sich die Ergebnisse etwas genauer an, entdeckt man Widersprüche: Hormonschwankungen scheinen das Gehirn in derselben Region mal zu vergrößern, mal zu verkleinern. Genauso unterschiedlich sind die Ergebnisse der Untersuchung von Gehirnfunktionen.
Diese uneinheitlichen Ergebnisse sind auf mehrere Faktoren zurückzuführen: Viele Forscher:innen legten die untersuchten Phasen des Menstruationszyklus ausschließlich nach eigenen Aussagen der Frauen fest. Das ist jedoch zu ungenau. Der Zyklus ist nicht präzise wie ein ‘Schweizer Uhrwerk’, sondern anfällig für Schwankungen: eine Erkältung oder Prüfungsstress und schon verschiebt sich die Zyklusdauer. Untersuchte man den Einfluss ‘der Pille’ wurde zunächst nicht auf die Zusammensetzung des Medikaments geachtet. Neue Studien zeigten aber, dass unterschiedliche Bestandteile der Pille gegenteilig auf unser Gehirn wirken können. Ein weiteres Problem ist das verwendete Forschungsinstrument selbst. Insbesondere die funktionelle MRT (fMRT), zur Untersuchung der Gehirnfunktion, resultiert häufig in sehr unbeständigen Ergebnissen. Auch die Anwendung unterschiedlicher Programme zur Datenverarbeitung bringt weitere Variabilität in die Ergebnisse.
Mit diesen Herausforderungen setzte ich mich in meiner Doktorarbeit auseinander. Ich kontrollierte die Probandinnen sehr genau und fokussierte mich auf die Menstruation und die sogenannte Lutealphase nach dem Eisprung als Zeitpunkte für die MRT-Untersuchung. Während diesen Phasen unterscheiden sich die Sexualhormonkonzentrationen am deutlichsten. Um auch den Einfluss der Pille zu entschlüsseln, untersuchte ich Frauen während der Einnahme und der Pillenpause. Ich testete einen möglichen Einfluss der Hormonschwankungen auf Sprachfunktionen und Verarbeitung von Gesichtern. Die hierzu verwendeten fMRT Aufgaben lieferten bereits in vorherigen Studien beständige Ergebnisse. Zusätzlich analysierten wir die Daten mit zwei Auswertungsprogrammen, um auch deren Einfluss auf die Ergebnisse zu bestimmen. Dann wurde ich Expertin für jeden einzelnen Zyklus der Probandinnen. Ich öffnete E-Mails mit Infos über ihre morgendliche Körpertemperatur, mit der ich Rückschlüsse über den stattgefundenen Eisprung ziehen und so die MRT-Untersuchung besser planen konnte. Ich übte mich im Blutabnehmen und lernte die Venen meiner Kolleginnen bestens kennen. Nachdem ich auch Pias Zyklus mehrere Monate kontrollierte, rief sie mich an. Zwei Striche, positiv! Zuvor hatte sie einen Ovulationstest durchgeführt, der das Luteinisierungshormon nachweist. Dieses erreicht um den Zeitpunkt des Eisprungs einen Peak. Schnell vereinbarten wir einen MRT-Termin in den nächsten Tagen. Ich entnahm Pia etwas Blut, um die exakte Konzentration der Sexualhormone bestimmen und somit die Zyklusphasen bestätigen zu können. Dann fuhr ich sie langsam in das MRT. Mehrere Minuten ertönte ein monotones Klopfen, während ein anatomisches Bild von Pias Kopf aufgenommen wurde. Dieses ist so detailliert, dass man leicht die verschiedenen Gewebe ihres Gehirns unterscheiden kann. Ideal um zu untersuchen, ob die beiden Zyklusphasen einen Einfluss auf die Größe einzelner Hirnregionen haben. Dann zeigten wir Pia auf einem Bildschirm Buchstaben, zu denen sie sich Wörter ausdachte, und Gesichter, die sie betrachtete. Dabei erstellt das MRT sehr schnell hintereinander hunderte von Aufnahmen ihres Gehirns, um die durch die Aufgabe aktivierten Hirnareale zu identifizieren. Auch bei ihrer heutigen Messung, während der Menstruation, durchläuft Pia dieselbe Untersuchung. So wie Pia untersuchte ich weitere Frauen mit einem natürlichen Menstruationszyklus und Frauen während der Pilleneinnahme und der Pillenpause.
Ich interessierte mich ganz besonders für den Einfluss der Hormonschwankungen auf Milliarden von Nervenzellen in der grauen Hirnsubstanz. Zur Analyse verwendeten wir zwei häufig eingesetzte Auswertungsprogramme. Ich identifizierte eine Region tief im Inneren des Gehirns, Teile des sogenannten Gyrus cinguli, als mögliche Zielregion der Hormone. Als Teil des limbischen Systems verarbeitet der Gyrus cinguli Emotionen. Seine Rolle ist vor allem die Bewertung der eigenen Gefühle. Ich entdeckte, dass sein Volumen während der Menstruation und Pilleneinnahme am größten ist. Jedoch konnte ich diese Region nur in einer der beiden Auswertungsmethoden finden. Eine weitere Hirnregion, die Insula, gehört ebenfalls zum limbischen System und beeinflusst unsere Gefühle, unsere Selbstwahrnehmung aber auch unser Mitgefühl. Beide Auswertungsprogramme zeigten mir, dass die Insula in Frauen mit einem Menstruationszyklus größer ist als bei Frauen, die die Pille einnehmen. Ich schlussfolgerte, dass Gefühlsschwankungen zwischen verschiedenen Zyklus -oder Pillenphasen also auf eine Strukturänderung der verantwortlichen Hirnregionen zurückzuführen sein könnten. Auch sind Angstgefühle und Stimmungsschwankungen häufige Nebenwirkung der Pilleneinnahme. Eine veränderte Hirnstruktur könnte auch damit einhergehen. Jedoch zeigten mir diese Ergebnisse auch einen deutlichen Einfluss der verwendeten Auswertungsprogramme und unterstreichen daher die kritische Betrachtung der Resultate.
Ich entwickelte ein ausgeklügeltes Studiendesign, um die Auswirkung der Zyklusphasen und der Pille auf unser Gehirn besser untersuchen zu können. Zukünftig dient dieses als Grundlage, um auch den Einfluss weiterer Zyklusphasen und hormoneller Verhütungsmethoden zu inspizieren. Die Auswertung der zusätzlichen erhobenen Daten, wird die Wirkung weiblicher Sexualhormone auch auf die Gehirnfunktion weiter vervollständigen. Ein besseres Verständnis darüber, wie Hormone auf unser Gehirn wirken, wird uns weiterhelfen auch Erkrankungen, wie das prämenstruelle Syndrom besser verstehen und letztendlich erfolgreich behandeln zu können. Davon könnte auch Pia profitieren. Außerdem hat sie durch ihre Teilnahme an meiner Studie bereits mitgeholfen zu begreifen, was antike griechische Anatomen dazu motiviert haben könnten, die Gebärmutter nach einer einstmaligen psychiatrischen Erkrankung zu benennen.
© Verena Schuster
Verena Schuster ist Neurowissenschaftlerin und Medizinstudentin an der Philipps Universität Marburg und verbrachte einige Zeit am Karolinska Institut in Stockholm, Schweden, und an der McGill Universität in Montréal, Kanada. In ihrer Doktorarbeit mit dem Titel „Investigating the Effects of Sex Hormones on the Female Brain – Necessary Prerequisites and a First Insight on the Influences on Gray Matter Volume” beschäftigte sie sich mit dem Einfluss weiblicher Sexualhormone während des Menstruationszyklus aber auch während der Einnahme ‚der Pille‘ auf das Gehirn und setzte sich kritisch mit der zugrundeliegenden Methodik ihres Forschungsinstruments, dem Magnetresonanztomographen (MRT), auseinander. Zurzeit arbeitet sie als Postdoc an der Philipps Universität Marburg und als medizinische Expertin bei medicalvalues GmbH.
“Stimmungsschwankungen”
Ein interessantes Thema. Bei meinen Meditationen befasse ich mich auch oft damit bzw. muss mit damit befassen . Einer “Stimmung” geht oft -so meine Sicht- ein nicht verarbeitetes starkes Gefühl voraus was im “Geist” dann hängen bleibt und sich als Stimmung auswirkt.
Je nach Gefühlsart sind wir dann positiv oder negativ gestimmt oder eben auch launisch oder erregt. Da Hormone bzw. deren Ausschüttung auch stimmungsabhängig sind, könnten wir mit unseren Stimmungen auch die Hormonaktivitäten beeinflussen.
Dass die mit dem Menstruationszyklus schwankenden Sexualhormonspiegel das Hirn beeinflussen und sogar bestimmte Hirnzentren wachsen und wieder schrumpfen lassen, tönt zuerst einmal dramatisch, ist aber nicht verwunderlich, denn wie sonst sollte man erklären, dass Stimmung und Gedankengänge sich ebenfalls mit dem Menstruationszyklus ändern.
Interessant wäre noch zu wissen, ob sich auch das Hirn von Männern durch Testosteron und andere Sexualhormone ändert. Mit grosser Wahrscheinlichkeit schon, nur eben nicht periodisch schwankend, sondern in Relation zur aktuellen Höhe des Testosteronspiegels und der ändert sich ja mit dem Alter und auch, wenn der Betreffende zu- oder abnimmt.
Es würde mich auch nicht verwundern, wenn selbst der Insulinspiegel und der Spiegel vieler weiterer Hormone eine Rolle im Hirn spielen würde.
Nicht alle Frauen sind – so viel ich weiss – gleich hormonsensibel. Ich könnte mir vorstellen, dass für besonders hormonsensible Frauen dies allein schon ein Grund für die Pilleneinnahme sein könnte. Denn mit der Pille verschwinden ja die Schwankungen so viel mir ist.
Insulin besteht aus 51 Aminosäuren und ist zu groß, um gehirngängig zu sein. Sexualsteroide (und andere Steroide) sind deutlich kleinere Moleküle und fettlöslich. Die gehen gut ins Gehirn.
Mich würde in dem Zusammenhang auch interessieren, was sich im Gehirn bei einer Frau zu Mann oder Mann zu Frau Behandlung mit Sexualsteroiden ändert – neurobiologisch und testpsychologisch.
@Ludger(Zitat): “ Insulin besteht aus 51 Aminosäuren und ist zu groß, um gehirngängig zu sein.„
Ja, aber Insulin wird aktiv ins Gehirn transportiert, je nach Gehirnregion verschieden stark wie in Insulin im Gehirn zu lesen ist:
Fazit: ins Gehirn transportiertes Insulin beeinflusst den Glukosehaushalt im Gehirn und indirekt auch den peripheren Glucosehaushalt beeinflussen indem sie über den Hypothalamus die Sensibilität der Leber auf Insulin beeinflusst.
@Martin Holzherr
Danke, war mir neu.
Dass die Pille Hormonsensiblen Frauen, wie Sie es ausdrücken, hilft ihre Stimmung auf einem Level zu halten, gilt nur wenn Sie damit meinen, dass die Stimmung tendenziell permanent schlecht und/oder gedeckelt ist.
Bei 1-10 von 100 Frauen bewirkt die Pille Stimmungsschwankungen (bis hin zu verstärkter Aggression und Hyperemotionalität), Depressionen, Antriebslosigkeit. Bei 1-10 von 1000 kommt Lustlosigkeit (im sexuellen Sinn) dazu. Dunkelziffer: jeweils sehr hoch, schätze ich, weil die meisten Mädchen und Frauen heutzutage schon früh mit der Pilleneinnahme starten und gar nicht wissen, wie sie sonst drauf wären – ohne Pille.
Von den restlichen Nebenwirkungen mal ganz abgesehen: die Pille ist in den seltensten Fällen eine Lösung für Probleme “emotionaler” Art.
Steht auch oben im Artikel, etwas versteckt. Ansonsten gibt schon der Beipackzettel Hinweise darauf, zahlreiche Studien ebenso, und meine eigene Erfahrung bestätigt das in sehr vielen Fällen.
Natürlich ist es einleuchtend, den hormonellen Einfluss des Monatszyklus auf die unterschiedlichen Gewebetypen zu erforschen, weil das eben eine relativ kurzzeitige zyklische Veränderung ist. Beim Gehirn ist es ja auch insofern interessant, als es nicht nur intern “denkt”, sondern unser “ICH” ist, eine Veränderung beispielsweise der Leberfunktion wird wohl weniger auffallen.
Da der Körper im Prinzip überall aus den gleichen Bausteinen aufgebaut ist, wundert es mich nicht, dass Körperzellen mit entsprechenden Rezeptoren und chemischen Bindungsstellen auf solche Stoffe reagieren, natürlich erst mal die, die reagieren sollen und dann natürlich auch die, die aus irgendeinem Grund wegen ihrer Rezeptoren ebenso aktiviert werden. Für mich erhebt sich Frage, ob die Beeinflussung des Gehirns, so, wie erforscht, ein “biologisch gewollter” Vorgang ist, weil er vielleicht das Verhalten im Sinne einer erfolgreichen Fortpflanzung verändert, ob es vielleicht nur ein “Kollateraleffekt” ist, der nicht weiter störend ist oder sogar in Kauf genommen werden muss, rein biologisch gesehen, weil eben das Gehirn mit seinen Zellen auf die Hormone anspricht, obwohl/weil diese Rezeptoren eigentlich einem anderen Zweck dienen sollen.
Lassen sich die Ergebnisse der Studie auch auf menstruierende Männer übertragen?