Exercise is widely recognized for its role in the health management and prevention of several chronic diseases. Exercise is considered as a stimulus in the form of physical stress to which a group of anatomical structures in the human body responds by generating a stress response that enables certain physiological modifications essential for restoring systemic homeostasis. A major component of the response is produced through the complex hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis mechanism that results in the release of cortisol which then intercedes with the effects of the stimulus. To investigate how cortisol helps the body adapt to this physical stress it is necessary to gain deep insight into the cortisol response mechanism. However, this is a complex mechanism, so to better understand the mechanics and to be able to analyze complex data, mathematical models are used. Various mathematical models have already been developed that describe different metabolic responses to exercise but to date, to my knowledge, none of these existing models has illustrated the HPA axis response mechanism, particularly cortisol response to physical exercise. Therefore, I have developed a mathematical model that describes cortisol variations on a normal day in the absence of any form of stress and on the day of exercise. The developed cortisol response model could fit simulation to experimental data and also passed the χ2- statistical test. Additionally, the model has been validated on different cortisol experimental data with satisfying results. At last, considering the positive outcome of this mathematical model, it could be used as a groundwork for developing a comprehensive model which can describe other metabolic processes response to exercise such as glucose metabolism together with the cortisol response mechanism in the future.

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Eine Dysregulation der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenachse ist bei affektiven Störungen vielfach beschrieben. Bei einem Teil der Patienten zeigt sich dies durch eine Überaktivität und einen Hypercortisolismus. Es ist davon auszugehen, dass erhöhte Cortisolspiegel Auswirkungen auf die Neuroplastizität haben und mit Volumenveränderungen einhergehen können. In der Literatur ist im Falle von signifikanten Assoziationen eine gesteigerte Aktivität der HPA-Achse mit reduzierten Volumina in verschiedenen Hirnregionen verbunden. Bisher wurde ein Zusammenhang zwischen dem Cortisolspiegel als ein Parameter der HPA-Achsen-Aktivität und dem Hypothalamusvolumen bei Patienten mit affektiven Störungen nicht untersucht. Von einer Beteiligung des Hypothalamus am Pathomechanismus affektiver Störungen ist als Kopf der HPA-Achse und Steuerungsorgan zahlreicher Funktionen, die bei affektiven Störungen beeinträchtigt sind, auszugehen. Bislang ist der Hypothalamus aufgrund seiner schlechten Abgrenzbarkeit wenig untersucht. Die bisher einzige in vivo Studie zeigt eine Volumenvergrößerung des linken Hypothalamus bei depressiven Patienten mit einer uni- und bipolaren Erkrankung. Zuvor durchgeführte Studien deuten auf eine Volumenabnahme hin. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung eines möglichen Zusammenhangs zwischen dem Cortisolspiegel als messbarem Parameter der HPA-Achsen-Aktivität und dem Hypothalamusvolumen bei Patienten mit affektiven Störungen. Hierbei ist eine Kontrolle für das intrakranielle Volumen notwendig. Es wurde eine Morgencortisolbestimmung im Serum und eine neu etablierte Methode der Präzisionsvolumetrie des Hypothalamus auf hochauflösenden, strukturellen 7 Tesla MRT-Aufnahmen bei unmedizierten Patienten mit einer unipolaren affektiven Störung, medizierten Patienten mit einer unipolaren affektiven Störung und Patienten mit einer bipolaren Störung verwendet. Nach Herauspartialisierung des intrakraniellen Volumens zeigte sich keine signifikante Korrelation zwischen dem Hypothalamusvolumen und dem Cortisolspiegel bei Patienten mit affektiven Störungen. Bei der weiteren Prüfung der explorativen Fragestellungen ergeben sich keine Unterschiede des Cortisolspiegels zwischen den einzelnen Untergruppen untereinander und bezüglich der anderen geprüften klinischen Parameter (Erkrankungsdauer, Dauer der aktuellen Krankheitsepisode, Anzahl depressiver Episoden, Erkrankungsschwere), sowie kein Einfluss von Alter, BMI und Geschlecht. Die vorliegende Arbeit ist die erstmalige Untersuchung eines möglichen Zusammenhangs zwischen dem Cortisolspiegel als messbarem Parameter der HPA-Achsen-Aktivität und dem Hypothalamusvolumen bei Patienten mit affektiven Störungen, wobei sich keine signifikante Korrelation zeigt.

Past work has linked self-injurious behavior (SIB) to a history of traumatic experiences and to problems regulating affect. While this affect dysregulation is conceptualized as occurring at a biological (as well as a behavioral) level, relatively little is known about the biological mechanisms involved. The current study explored whether reactivity of the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis to an interpersonal stressor mediated the relation between trauma and SIB in a sample of 178 18-21 year-old heterosexual dating couples. As predicted, both trauma experience and symptoms positively predicted SIB. While the mediating model was not supported, SIB was associated with an HPA axis response marked by heightened reactivity to interpersonal stress within the context of lower cortisol levels. Trauma symptoms and experience interacted with adult attachment security to predict HPA axis response in different ways for men and women, a compelling set of findings suggesting the importance of contextual factors in the study of trauma and HPA axis function. Future directions for the study of trauma, HPA axis reactivity, and SIB are discussed.

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