Neuer Biomarker für chronischen Stress mittels KI identifiziert

Mit Hilfe von KI wurde ein neuer Biomarker für chronischen Stress identifiziert, der sich anhand von bildgebenden Verfahren relativ einfach nachweisen lässt und der eine objektive Bewertung des Stresspegels ermöglicht.

Auf der Jahrestagung der Radiological Society of North America (RSNA) präsentieren Forschende der Johns Hopkins University School of Medicine die Ergebnisse einer Studie, in der mittels eines Deep-Learning-KI-Modells der Nebennierenvolumenindex als aussagekräftiger Biomarker für chronischen Stress identifiziert wurde.

Stress belastet die Gesundheit

Chronischer Stress kann sowohl das körperliche als auch das psychische Wohlbefinden beeinträchtigen und eine Reihe von Gesundheitsproblemen verursachen, erläutern die Forschenden. Mögliche Folgen seien:

• Angstzustände,
• Schlafstörungen,
• Muskelschmerzen,
• Bluthochdruck
• und ein geschwächtes Immunsystem.

Auch ist durch Studien belegt, dass chronischer Stress zur Entwicklung von Herzkrankheiten, Depressionen, Adipositas und verschiedenen weiteren schweren Erkrankungen beitragen kann, und chronischer Stress ist ein weit verbreitetes Problem, mit dem viele Erwachsene täglich zu kämpfen haben, betont der Studienautor Professor Dr. Shadpour Demehri von der Johns Hopkins University.

Chronischen Stress messbar machen

Bisher fehlen allerdings Biomarker, die eine verlässliche, objektive Bewertung chronischer Stressbelastungen ermöglichen. Denn zum Beispiel sind Messungen des Cortisolspiegels lediglich Momentaufnahme des Stressniveaus.

Anhand der Daten von 2.842 Teilnehmenden (Durchschnittsalter 69,3 Jahre; 51 % Frauen) aus der Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis (MESA) versuchten die Forschenden daher, Biomarker für chronischen Stress zu identifizieren.

Hierfür kombinierten sie die Ergebnisse von Computertomographien (CT) des Thorax, validierten Stressfragebögen, Messungen des Cortisolspiegels und Marker der allostatischen Belastung (kumulative physiologische und psychologische Auswirkungen von chronischem Stress auf den Körper).

Die Studienautorin Dr. Elena Ghotbi von der Johns Hopkins University School of Medicine entwickelte und trainierte ein Deep-Learning-Modell zur Messung des Nebennierenvolumens und wendete dies retrospektiv auf die CT-Scans an, um die Nebennieren zu segmentieren und ihr Volumen zu berechnen.

Der Nebennierenvolumenindex wurde als Volumen (cm³) geteilt durch Körpergröße² (m²) definiert, das Cortisol im Speichel wurde über zwei Tage achtmal täglich gemessen und die allostatische Belastung anhand des Body-Mass-Index sowie der Kreatinin-, Hämoglobin-, Albumin- und Glukosewerte, der Leukozytenzahl, der Herzfrequenz und des Blutdrucks bestimmt, erklären die Forschenden.

Nebennierenvolumenindex als Biomarker

Die Datenauswertung habe gezeigt, dass ein höherer Nebennierenvolumenindex mit höheren Cortisolwerten, einem höheren Cortisol-Peak und einer höheren allostatischen Belastung verbunden war und dass Teilnehmende mit hohem wahrgenommenem Stress einen höheren Nebennierenvolumenindex aufwiesen als solche mit niedrigem Stress. Auch sei jeder Anstieg des Nebennierenvolumenindex um 1 cm³/m² mit einem erhöhten Risiko für Herzinsuffizienz und einem erhöhten frühzeitigen Sterberisiko verbunden.

„Dies ist der erste bildgebende Marker für chronischen Stress, der validiert wurde und dessen unabhängiger Einfluss auf ein kardiovaskuläres Ergebnis, nämlich Herzinsuffizienz, nachgewiesen werden konnte“, betont Dr. Ghotbi.

„Zum ersten Mal können wir die langfristige Stressbelastung im Körper sichtbar machen – mithilfe eines Scans, den Patienten in Krankenhäusern im ganzen Land bereits täglich erhalten. Bislang hatten wir keine Möglichkeit, die kumulativen Auswirkungen von chronischem Stress zu messen und zu quantifizieren, außer durch Fragebögen, Surrogatmarker im Serum wie chronische Entzündungen und die sehr aufwendige Cortisolmessung“, ergänzt Dr. Demehri.

Der entdeckte Biomarker eröffne neue Perspektiven für praktische Methode zur Quantifizierung von chronischem Stress und könnte bei einer Vielzahl von Erkrankungen eingesetzt werden, die mit chronischem Stress in Zusammenhang stehen. (fp)