Kälte- und Wärmeexposition in der Kindheit und die Mikrostruktur der weißen Substanz
12.06.2024 Gehirnscans von mehr als 2.000 Kindern im Vorschulalter deuten darauf hin, dass die frühzeitige Exposition gegenüber Hitze und Kälte dauerhafte Auswirkungen auf die Mikrostruktur der weißen Substanz im Gehirn haben kann, insbesondere wenn sie in ärmeren Gegenden leben. Die Studie, die in Nature Climate Change veröffentlicht wurde, verdeutlicht die Anfälligkeit von Föten und Kindern gegenüber extremen Temperaturen. Diese Forschung wurde vom Barcelona Institute for Global Health (ISGlobal) geleitet.
In der gegenwärtigen Klimakrise sind die Auswirkungen extremer Temperaturen auf die menschliche Gesundheit ein wichtiges Anliegen für die Wissenschaft und die Gesellschaft. Kinder reagieren besonders empfindlich auf Temperaturschwankungen, da ihre Thermoregulationsmechanismen noch nicht ausgereift sind.
Struktur der weißen Substanz
„Wir wissen, dass das sich entwickelnde Gehirn von Föten und Kindern besonders empfindlich auf Umwelteinflüsse reagiert, und es gibt erste Hinweise darauf, dass Kälte und Hitze das psychische Wohlbefinden und die kognitive Leistungsfähigkeit von Kindern und Jugendlichen beeinträchtigen können“, sagt Mònica Guxens, Forscherin bei ISGlobal, Erasmus MC und CIBERESP. „Es fehlt jedoch an Studien, die mögliche Veränderungen der Gehirnstruktur als Folge dieser Expositionen untersuchen“, fügt sie hinzu.
In dieser Studie untersuchte ein Team unter der Leitung von Guxens die Struktur der weißen Substanz im Gehirn von Heranwachsenden, um Zeitfenster für die Anfälligkeit für Kälte- und Hitzeexposition im frühen Leben zu ermitteln. Die Analyse umfasste 2.681 Kinder aus der Generation-R-Studie, einer Geburtskohorte in Rotterdam, die sich im Alter von 9 bis 12 Jahren einer Magnetresonanztomographie (MRT) unterzogen. Das MRT-Protokoll bewertete die Konnektivität des Gehirns durch Messung von Ausmaß und Richtung der Wasserdiffusion in der weißen Substanz des Gehirns.
In reiferen Gehirnen fließt das Wasser mehr in eine Richtung als in alle Richtungen, was zu niedrigeren Werten für einen Marker namens mittlere Diffusivität und höheren Werten für einen anderen Marker namens fraktionierte Anisotropie führt. Das Forscherteam verwendete einen fortschrittlichen statistischen Ansatz, um für jeden Teilnehmer die Exposition gegenüber den monatlichen Durchschnittstemperaturen von der Empfängnis bis zum Alter von 8 Jahren und ihre Auswirkungen auf diese MRT-Konnektivitätsparameter (mittlere Diffusivität und fraktionierte Anisotropie), die im Alter von 9-12 Jahren gemessen wurden, zu schätzen.
Anfälligkeitsfenster zwischen Schwangerschaft und Jahr 3
Die Ergebnisse zeigen, dass eine Exposition gegenüber Kälte während der Schwangerschaft und im ersten Lebensjahr sowie eine Exposition gegenüber Wärme von der Geburt bis zum Alter von drei Jahren mit einer höheren mittleren Diffusivität im Vorpubertätsalter verbunden war, was auf eine langsamere Reifung der weißen Substanz hindeutet. Kälte und Wärme bzw. Hitze sind in diesem Fall definiert als die Temperaturen, die am unteren bzw. oberen Ende der Temperaturverteilung in der Untersuchungsregion liegen.
„Die Fasern der weißen Substanz sind für die Verbindung der verschiedenen Hirnregionen verantwortlich und ermöglichen die Kommunikation zwischen ihnen. Wenn sich die weiße Substanz entwickelt, wird diese Kommunikation schneller und effizienter. Unsere Studie ist wie ein Foto zu einem bestimmten Zeitpunkt, und was wir in diesem Bild sehen, ist, dass Teilnehmer mit höherer Kälte- und Wärmeexposition Unterschiede in einem Parameter – der mittleren Diffusivität – aufweisen, der mit einem geringeren Reifegrad der weißen Substanz zusammenhängt“, erklärt Laura Granés, Forscherin bei IDIBELL und ISGlobal und Erstautorin der Studie.
„In früheren Studien wurde die Veränderung dieses Parameters mit einer schlechteren kognitiven Funktion und bestimmten psychischen Problemen in Verbindung gebracht“, fügt sie hinzu.
„Die größten Veränderungen der Konnektivitätsparameter werden in den ersten Lebensjahren beobachtet“, sagt Co-Autor und IDIBELL-, UB- und CIBERSAM-Forscher Carles Soriano. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass in dieser Zeit der raschen Gehirnentwicklung Kälte- und Wärmeeinwirkung nachhaltige Auswirkungen auf die Mikrostruktur der weißen Substanz haben können“.
Es wurde kein Zusammenhang zwischen der Temperaturexposition in der frühen Kindheit und der fraktionellen Anisotropie im Alter von 9-12 Jahren gefunden. Die Autoren argumentieren, dass eine mögliche Erklärung darin besteht, dass diese beiden Messgrößen unterschiedliche mikrostrukturelle Veränderungen widerspiegeln und dass die mittlere Diffusivität im Vergleich zur fraktionellen Anisotropie ein robusterer Indikator für die Reifung der weißen Substanz sein könnte.
Ärmere Kinder gefährdeter
Eine nach sozioökonomischen Bedingungen geschichtete Analyse zeigte, dass Kinder in ärmeren Gegenden anfälliger für Kälte- und Hitzeexposition sind. Bei diesen Kindern waren die Zeitfenster der Anfälligkeit für Kälte und Hitze ähnlich wie in der Gesamtkohorte, begannen aber früher. Diese Unterschiede könnten mit den Wohnverhältnissen und der Energieknappheit zusammenhängen.
Ein wichtiger Mechanismus, der die Auswirkungen der Umgebungstemperatur auf die Neuroentwicklung erklären könnte, könnte mit einer schlechteren Schlafqualität zusammenhängen. Andere mögliche Mechanismen sind die Störung der Plazentafunktionen, die Aktivierung der Hormonachse, die zu einer höheren Cortisolproduktion führt, oder Entzündungsprozesse.
© Psylex.de – Quellenangabe: Nature Climate Change (2024). DOI: 10.1038/s41558-024-02027-w