Die Einwirkung von Hitze und Kälte in jungen Jahren kann die Entwicklung der weißen Substanz im Gehirn beeinträchtigen

Gehirnscans von mehr als 2.000 vorpubertären Kindern haben gezeigt, dass eine frühe Exposition gegenüber Hitze und Kälte langfristige Auswirkungen auf die Mikrostruktur der weißen Substanz des Gehirns haben kann, insbesondere bei Kindern, die in armen Gegenden leben. Die in Nature Climate Change veröffentlichte Studie unterstreicht die Anfälligkeit von Föten und Kindern gegenüber extremen Temperaturen. Die Studie wurde vom Barcelona Institute for Global Health (ISGlobal) geleitet.

In der aktuellen Klimakrise sind die Auswirkungen extremer Temperaturen auf die menschliche Gesundheit für die Wissenschaft und Gesellschaft von großer Bedeutung. Kinder sind besonders anfällig für Temperaturschwankungen, da ihre thermoregulatorischen Mechanismen noch nicht ausgereift sind.

„Wir wissen, dass das sich entwickelnde Gehirn von Föten und Kindern besonders empfindlich auf Umwelteinflüsse reagiert, und es gibt einige vorläufige Hinweise darauf, dass die Einwirkung von Kälte und Hitze das geistige Wohlbefinden und die kognitiven Fähigkeiten von Kindern und Jugendlichen beeinträchtigen kann“, sagt Monika Guxens, Forscherin bei ISGlobal, Erasmus MC und CIBERESP. „Es gibt jedoch nur wenige Studien, die mögliche Veränderungen der Gehirnstruktur infolge dieser Belastungen untersuchen“, fügt sie hinzu.

In dieser Studie untersuchte Guxens‘ Team die Struktur der weißen Substanz im Gehirn von Vorpubertierenden, um Perioden der Anfälligkeit für Kälte- und Hitzeeinwirkung im frühen Leben zu identifizieren. Die Analyse umfasste 2.681 Kinder aus der Generation R-Studie in Rotterdam, die im Alter zwischen 9 und 12 Jahren einer Magnetresonanztomographie (MRT) unterzogen wurden. Das MRT-Protokoll beurteilte die Gehirnaktivität, indem es die Menge und Richtung der Wasserdiffusion in der weißen Substanz des Gehirns maß.

In reiferen Gehirnen fließt Wasser mehr in eine Richtung als in alle Richtungen, was zu niedrigeren Werten für einen Marker namens durchschnittliche Diffusivität und höheren Werten für einen Marker namens fraktionale Anisotropie führt. Das Forschungsteam verwendete einen fortschrittlichen statistischen Ansatz, um für jeden Teilnehmer die Belastung durch durchschnittliche monatliche Temperaturen von der Empfängnis bis zum Alter von 8 Jahren und deren Auswirkungen auf diese MRT-Parameter (mittlere Diffusivität und fraktionale Anisotropie) zu schätzen, die im Alter von 9 bis 12 Jahren gemessen wurden.

Die Empfängnisphase zwischen Schwangerschaft und drei Jahren

Die Ergebnisse zeigten, dass Kälteeinwirkung während der Schwangerschaft und im ersten Lebensjahr sowie Hitzeeinwirkung von der Geburt bis zum Alter von drei Jahren mit einer höheren mittleren Diffusivität in der Voradoleszenz verbunden waren, was auf eine langsamere Reifung der weißen Substanz hindeutet. In diesem Fall werden Kälte und Hitze als Temperaturen definiert, die am unteren und oberen Ende der Temperaturverteilung in der untersuchten Region liegen.

„Weiße Substanzfasern sind für die Verbindung verschiedener Bereiche des Gehirns verantwortlich und ermöglichen ihnen die Kommunikation. Während sich die weiße Substanz entwickelt, wird diese Kommunikation schneller und effizienter. Unsere Studie ist wie ein Foto zu einem bestimmten Zeitpunkt, und was wir auf diesem Bild sehen, zeigt, dass Teilnehmer, die stärker Kälte und Hitze ausgesetzt waren, Unterschiede in einem Parameter aufweisen – der mittleren Diffusivität –, der mit einem geringeren Reifegrad der weißen Substanz verbunden ist“, erklärt Laura Granes, Forscherin bei IDIBELL und ISGlobal und Erstautorin der Studie.

„In früheren Studien wurden Veränderungen dieses Parameters mit einer Verschlechterung der kognitiven Funktion und einigen psychischen Problemen in Verbindung gebracht“, fügt sie hinzu.

„Die größten Veränderungen der Kommunikationsparameter werden in den ersten Lebensjahren beobachtet“, sagt Studien-Co-Autor Carles Soriano von IDIBELL, UB und CIBERSAM. „Unsere Ergebnisse legen nahe, dass Kälte- und Hitzeexposition während dieser Phase der schnellen Gehirnentwicklung langfristige Auswirkungen auf die Mikrostruktur der weißen Substanz haben kann.“

Es konnte kein Zusammenhang zwischen früher Temperaturexposition und fraktioneller Anisotropie im Alter von 9–12 Jahren festgestellt werden. Die Autoren vermuten, dass eine mögliche Erklärung darin liegt, dass die beiden Parameter unterschiedliche mikrostrukturelle Veränderungen widerspiegeln und dass die mittlere Diffusivität ein zuverlässigerer Indikator für die Reifung der weißen Substanz sein könnte als die fraktionelle Anisotropie.

Kinder aus armen Familien sind stärker gefährdet

Eine nach sozioökonomischen Bedingungen geschichtete Analyse ergab, dass Kinder aus armen Gegenden anfälliger für Kälte- und Hitzeexposition waren. Bei diesen Kindern waren die Zeitfenster der Anfälligkeit für Kälte und Hitze ähnlich denen der allgemeinen Kohorte, begannen jedoch früher. Diese Unterschiede könnten mit den Lebensbedingungen und Energiearmut zusammenhängen.

Ein wichtiger Mechanismus, der die Auswirkungen der Umgebungstemperatur auf die neurologische Entwicklung erklären könnte, könnte eine Verschlechterung der Schlafqualität sein. Andere mögliche Mechanismen sind eine Fehlfunktion der Plazenta, eine Aktivierung der Hormonachse, die zu einer erhöhten Cortisolproduktion führt, oder entzündliche Prozesse.

„Unsere Ergebnisse tragen dazu bei, die Aufmerksamkeit auf die Anfälligkeit von Föten und Kindern gegenüber Temperaturschwankungen zu lenken“, sagt Gouksens. Die Ergebnisse unterstreichen auch die Notwendigkeit, Strategien für die öffentliche Gesundheit zu entwickeln, um die am stärksten gefährdeten Gemeinschaften angesichts eines drohenden Klimanotstands zu schützen.