Background: Studies with experimental administration of alcohol offer inconsistent approaches and interpretations in which ways an acute alcohol exposure affects the HPA-system and the cortisol secretion. So far published alcohol experiments differ in alcohol application, the possibility of alcohol self-administration at the subjects own discretion as well as the age of the participants. Question: Is cortisol secretion modified by gender during alcohol infusion? Do men and women show different cortisol levels under alcohol exposure when compared to the baseline? Is there a dose-response relationship between cortisol secretion and acute alcohol exposure? Have family history, smoking habits and alcohol induced side effects like nausea an influence on the cortisol secretion under alcohol exposure? Materials and methods: 48 18 year old subjects participated in two identical sessions in which they were able to regulate their maximum blood alcohol concentration up to a safety limit of 1.2 ‰ (i.e., 0.12%). The experiment was conducted by using a special software for self-infusion of ethanol (CASE) which guided the participants through a two and a half hours long experiment. CASE is founded on a validated physiologically-based pharmacokinetic model and involves calculating the infusion volume needed to increase the blood alcohol concentration in a linear manner. The BAC increases after each alcohol request by 0,075 ‰ (i.e., 0.0075%) within in two and a half minutes. If the subject infuses no alcohol the blood alcohol concentration will decrease by 0.01 ‰ (i.e., 0.001%) per minute. Through the precise calculation of the infusion rate, individual differences can be eliminated. Cortisol levels were measured at five time points: an initial baseline measurement and four measurements at fixed time points during the alcohol self-administration of subjects with two completed alcohol experiments. As an appropriate measure to examine the effect of alcohol self-administration on cortisol secretion, the maximum blood alcohol concentration was determined. In addition the day of experiment, gender and family history were observed as well as exploratory maximum nausea and smoking habits. Results: In conclusion, the results confirmed that women have higher cortisol levels than men at baseline and under alcohol influence. Blood alcohol concentration as examined influencing variable was shown to have different effects on the HPA system on day one and two. On the first day of experimentation there was no effect of blood alcohol concentration on the HPA system. On the second day a dose-response relationship could be identified between cortisol secretion and acute alcohol exposure. Individually higher blood alcohol concentrations attenuated cortisol stronger in comparison to subjects with lower blood alcohol concentrations. Family history, smoking habits and unpleasant side effects (nausea) did not affect the cortisol secretion under alcohol exposure in this series of experiments. Conclusions: Current data suggests that alcohol experiments affect the cortisol secretion in young social drinkers. These findings could be detected for the first time. Up to this point there has not been an experimental study that investigated and evaluated the dose-effect relationship between cortisol secretion and alcohol in a study design which uses intravenous alcohol self-administration. It can be theorized that the first day of experimentation is suitable as a settling-in phase due to unspecific confounding factors, whereas the second day can be considered, in an identical setting, apt for hypothesis testing. The increased cortisol level in women when compared to men is consistent with previous studies and there was no indication that family history, smoking habits and alcohol induced unpleasant side effects have an influence on cortisol secretion.

Background: Studies with experimental administration of alcohol offer inconsistent approaches and interpretations in which ways an acute alcohol exposure affects the HPA-system and the cortisol secretion. So far published alcohol experiments differ in alcohol application, the possibility of alcohol self-administration at the subjects own discretion as well as the age of the participants. Question: Is cortisol secretion modified by gender during alcohol infusion? Do men and women show different cortisol levels under alcohol exposure when compared to the baseline? Is there a dose-response relationship between cortisol secretion and acute alcohol exposure? Have family history, smoking habits and alcohol induced side effects like nausea an influence on the cortisol secretion under alcohol exposure? Materials and methods: 48 18 year old subjects participated in two identical sessions in which they were able to regulate their maximum blood alcohol concentration up to a safety limit of 1.2 ‰ (i.e., 0.12%). The experiment was conducted by using a special software for self-infusion of ethanol (CASE) which guided the participants through a two and a half hours long experiment. CASE is founded on a validated physiologically-based pharmacokinetic model and involves calculating the infusion volume needed to increase the blood alcohol concentration in a linear manner. The BAC increases after each alcohol request by 0,075 ‰ (i.e., 0.0075%) within in two and a half minutes. If the subject infuses no alcohol the blood alcohol concentration will decrease by 0.01 ‰ (i.e., 0.001%) per minute. Through the precise calculation of the infusion rate, individual differences can be eliminated. Cortisol levels were measured at five time points: an initial baseline measurement and four measurements at fixed time points during the alcohol self-administration of subjects with two completed alcohol experiments. As an appropriate measure to examine the effect of alcohol self-administration on cortisol secretion, the maximum blood alcohol concentration was determined. In addition the day of experiment, gender and family history were observed as well as exploratory maximum nausea and smoking habits. Results: In conclusion, the results confirmed that women have higher cortisol levels than men at baseline and under alcohol influence. Blood alcohol concentration as examined influencing variable was shown to have different effects on the HPA system on day one and two. On the first day of experimentation there was no effect of blood alcohol concentration on the HPA system. On the second day a dose-response relationship could be identified between cortisol secretion and acute alcohol exposure. Individually higher blood alcohol concentrations attenuated cortisol stronger in comparison to subjects with lower blood alcohol concentrations. Family history, smoking habits and unpleasant side effects (nausea) did not affect the cortisol secretion under alcohol exposure in this series of experiments. Conclusions: Current data suggests that alcohol experiments affect the cortisol secretion in young social drinkers. These findings could be detected for the first time. Up to this point there has not been an experimental study that investigated and evaluated the dose-effect relationship between cortisol secretion and alcohol in a study design which uses intravenous alcohol self-administration. It can be theorized that the first day of experimentation is suitable as a settling-in phase due to unspecific confounding factors, whereas the second day can be considered, in an identical setting, apt for hypothesis testing. The increased cortisol level in women when compared to men is consistent with previous studies and there was no indication that family history, smoking habits and alcohol induced unpleasant side effects have an influence on cortisol secretion.:Inhaltsverzeichnis 3 Abbildungsverzeichnis 6 Tabellenverzeichnis 7 Abkürzungsverzeichnis 8 1 Einleitung 10 1.1 Alkohol – eine kurze Einführung 10 1.2 Bedeutung des Zusammenhangs von HPA-System und Alkohol 12 1.2.1 Experimentelle Alkoholselbstverabreichung 12 1.2.2 Neuropharmakologie von Alkohol 13 1.2.3 Geschlechtsunterschiede bei der Cortisolsekretion 14 1.2.4 Übelkeit und die Auswirkungen auf die Cortisolsekretion unter Alkoholexposition 15 1.3 Orale Alkoholverabreichung versus intravenöse Alkoholverabreichung 16 1.4 Zielsetzung 19 2 Material und Methoden 20 2.1 Versuchsteilnehmer 20 2.1.1 Einschlusskriterien 20 2.1.2 Ausschlusskriterien 21 2.1.3 Aufnahmeuntersuchung 22 2.2 Versuchsaufbau und Durchführung 22 2.2.1 Versuchsprinzip 23 2.2.2 Versuchsablauf 24 2.2.3 Verwendete Materialien 27 2.2.4 CASE Software 27 2.2.5 Herstellung der 6%igen Alkohol-Infusionslösung 29 2.2.6 Messung der BAK 30 2.2.7 Verwendete Fragebögen und Selbsteinschätzungstests 30 2.3 Blutverarbeitung 31 2.3.1 Blutbehandlung im Labor (Testkit der Firma IBL International GMBH) 32 2.3.1.1 Testprinzip im Labor 32 2.3.1.2 Testdurchführung bei Serumproben 32 2.3.1.3 Testauswertung 33 2.4 Statistische Auswertung 33 3 Ergebnisse 37 3.1 Versuchsteilnehmer 37 3.2 Konfirmatorische Datenanalyse der Cortisolsekretion 38 3.2.1 CASE Ergebnisvariablen 38 3.2.2 Analyse von Baseline Cortisol Tag eins vs. Tag zwei 39 3.2.3 Einfluss von Familienanamnese, Geschlecht und maximalem Blutalkohol auf die Cortisolsekretion 40 3.2.3.1 Beobachtung beider Experimentaltage zusammen 40 3.2.3.2 Getrennte Beobachtung für den ersten Experimentaltag 44 3.2.3.3 Getrennte Beobachtung für den zweiten Experimentaltag 46 3.2.3.4 Einfluss von max BAK Tag zwei auf den prozentualen Anteil der Nettofläche an der Gesamtfläche Tag zwei 48 Explorative Analyse von potentiellen weiteren Einflussfaktoren 49 3.3.1 Der Effekt von Übelkeit auf die Cortisolsekretion 49 3.3.2 Der Effekt von Rauchen auf die Cortisolsekretion 50 4 Diskussion 52 4.1 Auswahl der CASE Ergebnisvariablen 52 4.2 Unterschiede zwischen dem ersten und zweiten Experimentaltag 53 4.3 Verschiedene Einflüsse auf die Cortisolsekretion 54 4.3.1 Einfluss von Geschlecht 54 4.3.2 Einfluss von max BAK 55 4.3.3 Einfluss von Familienanamnese 55 4.4 Unterschiede zu vorhergehenden Studien 56 4.5 Diskussion der explorativen Datenanalyse 57 4.5.1 Einfluss von Übelkeit auf die Cortisolsekretion 57 4.5.2 Einfluss von Rauchen auf die Cortisolsekretion 58 4.6 Limitation der D-LAYA Studie 59 4.7 Ausblick 60 Zusammenfassung 61

Einleitung: Wegen der hohen Prävalenz und der schwerwiegenden gesundheitlichen, sozialen und ökonomischen Folgen des weltweiten Alkoholkonsums ist die Erforschung besserer medikamentöser Behandlungsoptionen der Alkoholabhängigkeit von entscheidender Bedeutung. Klinische Studien für alle potentiell wirksamen pharmakologischen Ansatzpunkte durchzuführen, erscheint jedoch nicht realistisch. Mit dem „Testsystem für Medikamente bei Alkoholabhängigkeit“ (TEMA) wurde eine Methode entwickelt, die bestimmte präklinische Paradigmen in ein humanes Laborexperiment überträgt. Neben der Abbildung suchttypischen Verhaltens können damit auch verschiedene Kontingenzen zwischen Suchtverhalten und Verstärkung modelliert und eine bessere experimentelle Kontrolle über Alkoholexposition ermöglicht werden. Das TEMA sollte in der TEMANX-Studie validiert werden. Dazu sollte nachgewiesen werden, dass der µ-Opiat-Rezeptorantagonist Naltrexon gegenüber Placebo die Bereitschaft reduziert, in einem Laborexperiment Arbeit für Alkohol zu leisten. In der vorliegenden Arbeit wurden die Daten der TEMANX-Studie ausgewertet. Methoden: 46 nicht alkoholabhängige aber riskant trinkende Freiwillige (6 weiblich), darunter 17 Träger des OPRM1 A118G-Polymorphismus, führten zwei Experimente mit intravenöser Alkoholselbstverabreichung (ASA) durch. Das erste Experiment wurde vor, das zweite nach mindestens 7 Tagen randomisierter doppelblinder Behandlung mit Naltrexon bis 50 mg pro Tag oder Placebo durchgeführt. Jede Alkoholinfusion erforderte vorherige Arbeit in einer Aufmerksamkeitsaufgabe, deren Anforderungen gemäß einem progressiven Arbeitsschema im Verlauf exponentiell gesteigert wurden. Die Dynamik der Alkoholexposition und die steigende Arbeitsanforderung ermöglichte die Abbildung von einer initialen Anstiegsphase mit schnell steigenden Blutalkoholkonzentrationen (BAK), gefolgt von einer Plateauphase. In letzterer konnte die BAK trotz kontinuierlicher Arbeit für Alkohol nicht weiter erhöht, sondern ein Abfall der BAK nur verlangsamt werden. Ergebnisse: Personen, die mit Naltrexon behandelt wurden, reduzierten ihre kumulative Arbeitsleistung für Alkohol (cWFA) stärker als Teilnehmer in der Placebogruppe. Dieser Unterschied in der primären Zielgröße war in den vorab definierten Analysen der gesamten 150 Minuten der ASA, nicht statistisch signifikant (p = 0,471, Cohen’s d = 0,215). In den sekundären Zielgrößen zeigten sich ebenfalls keine signifikanten Unterschiede. Die Naltrexon-Serumspiegel korrelierten mit der Veränderung der Naltrexon-induzierten cWFA (r = −0,53; p = 0,014). Separate explorative Analysen ergaben, dass Naltrexon die cWFA während der Anstiegsphase signifikant reduzierte, nicht aber während der Plateauphase. Phasenabhängigtraten Korrelationen zwischen der cWFA und der Veränderungen der subjektiven Maße von alkoholinduzierter Stimulation, Wohlbefinden und Verlangen auf, welche durch Naltrexon modifiziert wurden. Naltrexon veränderte weder das reale Trinkverhalten noch das Alkohol-Craving. Der OPRM1-Polymorphismus konnte die Wirkung von Naltrexon nicht vorhersagen. Die Studienmedikation wurde gut vertragen und die TEMA-Prozeduren waren praktikabel und veranlassten keinen Teilnehmer zum Studienabbruch. Diskussion: Aufgrund eines starken Placeboeffekts konnte die Überlegenheit von Naltrexon gegenüber Placebo in den vorab geplanten Analysen nicht validiert werden. Unter Berücksichtigung der Dosis-Wirkungs-Beziehung der Naltrexon-Serumspiegel sowie aufgrund des Naltrexoneffekts in der Anstiegsphase, während die BAK anstieg, ist dennoch ein Medikamenteneffekt anzunehmen. Die phasenabhängigen Korrelationen der cWFA und den subjektiven Maßen legen nahe, dass die WFA während Anstiegsphase positiv und während der Plateauphase möglicherweise negativ verstärkt wurde. Die Ergebnisse zeigten sich trotz der verhältnismäßig kleinen Stichprobe nicht alkoholabhängiger freiwilliger Probanden und obwohl Naltrexon weder die Trinkmenge noch das Craving im richtigen Leben veränderte. Das TEMA stellt damit das erste Laborparadigma dar, das in der Lage ist, verschiedene Trinkmotivationen innerhalb eines Experiments zu modellieren. Deswegen hat es das Potential, in Zukunft schnell und effektiv potentielle Medikamente zu überprüfen, deren klinischer Wirkmechanismus nicht gut bekannt ist und zur Entscheidung beizutragen, ob es sich lohnt bestimmte neue Substanzen in großen klinischen Studien weiter zu untersuchen. Ein erstes Ergebnis ist ein experimenteller Nachweis, dass Naltrexon möglicherweise gezielt das positiv verstärkte Trinkverhalten reduzieren könnte.:Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Publikationen I. Einleitung I.1. Alkoholkonsum: Epidemiologische Betrachtung und Folgen I.2. Therapie der Alkoholabhängigkeit I.2.1. Überblick I.2.2. Zugelassene medikamentöse Behandlungsoptionen I.2.3. Beispiele medikamentöser Off-label Behandlungsoptionen. I.3. Entwicklung neuer Substanzen zur Behandlung der Alkoholabhängigkeit I.4. Experimentelle Alkoholselbstverabreichung als Screening-Methode für neue wirksame Substanzen I.5. Vorteile und Schwächen bestehender Methoden der Alkohol-Selbstverabreichung I.5.1. Zugangswege zur Verabreichung von Alkohol I.5.2. Die Abbildung suchtspezifischen Verhaltens in der experimentellen Alkohol- Selbstverabreichung I.6. Die TEMANX Studie I.6.1. Das in der TEMANX-Studie verwendete Paradigma a) Computergestütztes Alkoholinfusionssystem b) Verwendung eines progressiven Arbeitsschemas für Alkoholanforderungen c) Abbildung verschiedener Kontingenzen zwischen Verhalten und Verstärkung d) Naltrexon als Referenzsubstanz e) Kochsalzlösung als alternativer Verstärker I.7. Stellenwert der vorliegenden Arbeit II. Material und Methoden II.1. Teilnehmer und Rekrutierung II.1.1. Rekrutierung II.1.2. Ein- und Ausschlusskriterien II.2. Studienablauf II.2.1. Teilnehmerfluss während des Studienverlaufs a) (Pre)-Screening b) Anreicherung der Stichprobe mit Trägern des A118G-Polymorphismus-Allels des OPRM1-Gens II.2.2. Versuchsablauf II.2.3. Verfahren zur Alkohol- und Kochsalzinfusion II.2.4. Arbeitsaufgabe „Constant Attention Task“ II.2.5. Erhebung der Zielgrößen a) Erfassung der Parameter der Alkoholinfusion und des CAT b) Erfassung subjektiver Daten II.2.6. Prüfmedikation II.2.7. Compliance und Messung des Naltrexon-Serum-Spiegels II.2.8. Randomisierung: II.2.9. DNA-Präparation und Genotypisierung II.3. Ziele / Hypothesen II.4. Statistische Auswertung: III. Ergebnisse III.1. Demographische Daten und Baseline-Charakteristika III.2. Konfirmatorische Datenanalyse III.2.1. Intention to Treat-Population a) Primäre Zielgröße b) Sekundäre Ziele: III.2.2. Per-Protocol-Analyse III.2.3. OPRM1-Polymorphismus III.3. Ergebnisse explorativer Analysen zur Wirksamkeit III.3.1. Untersuchung verschiedener Phasen des Selbstverabreichungsexperimentes: III.3.2. Naltrexon-Serumspiegel in der Naltrexongruppe: III.4. Analyse der subjektiven Daten III.5. Ergebnisse zur Sicherheit III.5.1. AEs und SAEs III.5.2. Laborsicherheitsparameter IV. Diskussion IV.1. Studienziele IV.2. Naltrexoneffekte in den verschiedenen Experimentalphasen IV.3. Medikationseffekte in der Anstiegsphase IV.4. Medikationseffekte in der Plateauphase IV.5. Interpretation der subjektiven Alkoholeffekte in Bezug auf die primäre Zielgröße IV.6. Die Rolle des OPRM1-Polymorphismus IV.7. Kumulative Arbeit für Kochsalzlösung IV.8. Diskussion der Sicherheit und Verträglichkeit IV.9. Stärken und Limitationen: IV.10. Stellenwert der Ergebnisse IV.10.1. Einordnung innerhalb der humaner Laborstudien mit ASA und Ausblick IV.10.2. Das TEMA als Screening-Instrument Zusammenfassung Summary Literaturverzeichnis Danksagung