Die Auswirkungen des Langzeit-Cannabis-Konsums auf den cerebralen Stoffwechsel junger Erwachsener unter Zuhilfenahme der Phosphor- und Protonenmagnetresonanzspektroskopie bei 3 Tesla

Abstract

Der chronische Cannabiskonsum steht im Zusammenhang mit verschiedenen funktionellen und strukturellen cerebralen Veränderungen, wie zum Beispiel verändertem Hirnmetabolismus, verändertem Volumen der grauen Substanz, Stimmungsschwankungen und Beeinträchtigungen des Gedächtnisses. Da Cannabis, insbesondere der psychotrope Inhaltsstoff THC, immer weiter an medizinischer Bedeutung gewinnt, beispielsweise in der Schmerzbehandlung, ist eine Langzeiterforschung notwendig, um ein tiefergreifendes Verständnis der Cannabis-induzierten biochemischen Veränderungen zu erlangen und die medizinische Sicherheit von THC zu bewerten.

Die Magnetresonanzspektroskopie (MR-Spektroskopie) liefert Informationen über Hirnmetaboliten, die in Zusammenhang mit der neuronalen Integrität, dem Zellmembran-Stoffwechsel und dem Energiemetabolismus stehen. In der zugrundeliegenden prospektiven Studie wurde die Einzelvoxel-Protonenspektroskopie (1H-MRS) mit der Multivoxel-Phosphorspektroskopie (31P-MRS) kombiniert, um sowohl 45 junge Cannabiskonsumenten (CK) im Alter von 18-30 zu untersuchen, die zuvor regelmäßig über einen Zeitraum von mindestens 2 Jahren Cannabis konsumierten, als auch 47 altersentsprechende Nicht-Konsumenten (NK). Die 31P-MRS-Daten wurden in verschiedenen Hirnregionen bei 3 Tesla Feldstärke mithilfe einer doppelresonanten 1H/31P-Kopfspule gemessen, die anatomische Bildgebung sowie die 1H-MRS-Datenakquisition fand mit einer Standard-20-Kanal-1H-Kopfspule statt. Die Absolutkonzentrationen der Protonen-Metaboliten wurden durch eine Kalibrierung anhand des Gewebswassers als interne Referenz errechnet, wohingegen eine 75 mmolare KH2PO4 Lösung als externe Referenz für die Kalibrierung des Phosphorsignals diente.

Für die männlichen Cannabiskonsumenten konnte ein generell niedrigeres Konzentrationsniveau einiger Protonen- und Phosphor-Metabolite im Vergleich zu den männlichen Nicht-Konsumenten festgestellt werden. Insbesondere energiestoffwechselbezogene Phosphate wie Adenosintriphosphat (ATP) und anorganisches Phosphat (Pi) waren im Frontallappen, in den Basalganglien, im Thalamus und in der Temporalregion erniedrigt. Die PCr-Konzentrationen waren hauptsächlich in den linken Basalganglien und in der linken frontalen weißen Substanz erniedrigt. Darüber hinaus konnte eine geringfügige pH-Erniedrigung in der frontalen grauen Substanz festgestellt werden. Die Ergebnisse legen nahe, dass die erhöhten Risiken für die Entwicklung funktioneller Hirnstörungen bei Langzeit-Cannabiskonsumenten auf eine Beeinträchtigung des Energiemetabolismus des Gehirns zurückzuführen sind.

As cannabis and its main psychoactive compound THC (Tetrahydrocannabinol) gain increasing medical relevance regarding for example pain treatment, more scientific research in this field is necessary to determine the medical security of THC, especially in the context of known functional and structural brain changes associated with cannabis.

In this study we analyzed several brain metabolites of 45 young cannabis users aged 18-30 who had been using cannabis regularly over a period of at least 2 years, and 47 age-matched controls by using combined single-voxel proton (1H-MRS) and multi-voxel phosphorus (31P-MRS) magnetic resonance spectroscopy. The determined metabolites are associated with the energy metabolism, neuronal integrity and cell membrane metabolism of the brain. Technically, the 31P-MRS data were acquired with a double-resonant 1H/31P head coil, anatomic images and 1H-MRS data were obtained with a standard 20-channel 1H head coil. For proton metabolites, tissue water was used as an internal reference while a phantom with a known solution of 75 mmol/l KH2PO4 was used as an external reference for the calibration of the phosphorus signals.

In general, lower concentration levels of several proton and phosphorus metabolites could be found among cannabis users compared to non-users. In the frontal and temporal lobe, in the basal ganglia and in the thalamus energy-related phosphates like adenosine triphosphate (ATP) and inorganic phosphate (Pi) were reduced. In the left basal ganglia and the left frontal white matter PCr showed decreased values, too. Additionally, a slight reduction of the pH value was found in the frontal grey matter. These results indicate that the increased risk of developing functional brain disorders in long-term cannabis use could be caused by an impairment of the energy metabolism of the brain.