This paper describes a protocol for induction of moderate psychological stress in a laboratory setting and evaluates its effects on physiological responses. The 'Trier Social Stress Test' (TSST) mainly consists of an anticipation period (10 min) and a test period (10 min) in which the subjects have to deliver a free speech and perform mental arithmetic in front of an audience. In six independent studies this protocol has been found to induce considerable changes in the concentration of ACTH, cortisol (serum and saliva), GH, prolactin as well as significant increases in heart rate. As for salivary cortisol levels, the TSST reliably led to 2- to 4-fold elevations above baseline with similar peak cortisol concentrations. Studies are summarized in which TSST-induced cortisol increases elucidated some of the multiple variables contributing to the interindividual variation in adrenocortical stress responses. The results suggest that gender, genetics and nicotine consumption can influence the individual's stress responsiveness to psychological stress while personality traits showed no correlation with cortisol responses to TSST stimulation. From these data we conclude that the TSST can serve as a tool for psychobiological research.

Objective Results from animal and human studies suggest that disregulations of the hypothalamus-pituitary-adrenal (HPA) axis are involved in several behavioral, circulatory, endocrine, and immune disorders with clear-cut gender differences in disease prevalence. The aim of the present study was to investigate sex-specific HPA response patterns with a focus on the contribution of gonadal steroids as possible mediators. Methods A total of 81 healthy adults were investigated in the present study. Twenty men, 19 women in the follicular phase of the menstrual cycle, 21 women in the luteal phase, and 21 women using oral contraceptives (OC) were exposed to a brief psychosocial stress test (Trier Social Stress Test; TSST) and injected with 0.25 mg ACTH1-24 on consecutive days. Basal HPA activity was investigated by repeatedly measuring cortisol levels immediately after awakening, as well as in 30-minute intervals from 9:00 AM to 9:00 PM. Additionally, questionnaires were used to assess psychological state and trait parameters. Results Results show that the TSST induced significant increases in ACTH, salivary-free cortisol, total plasma cortisol, and heart rates, as well as increased wakefulness and reduced calmness in the total group. Significant group differences emerged for ACTH and salivary-free cortisol stress responses: Although men showed higher ACTH responses to the TSST compared with each of the three groups of women, salivary cortisol responses showed the following response pattern: Luteal = Men > Follicular = OC. The salivary cortisol responses to ACTH1-24 showed a similar response pattern: Luteal > Men > Follicular > OC. In contrast, total blood cortisol levels did not reveal any group difference between sexes or follicular versus luteal phase in either test. Although a similar salivary-free cortisol increase after awakening was found in the four groups, the circadian cortisol profile was significantly different throughout the first 4 hours of sampling. Questionnaire-derived psychological variables, as measured in the present study, could not explain the observed results. Conclusions We conclude that gender, menstrual cycle phase, and OC use exert important effects on HPA responsiveness to psychosocial stress in healthy subjects. Although men seem to have a stronger hypothalamic drive in response to stressful stimulation than women, differences in salivary-free cortisol levels, at least in part, may be explained by estradiol-induced changes in corticosteroid-binding protein levels. ACTH and cortisol secretion is not affected by OC use per se but the amount of bioavailable unbound cortisol ("free") is greatly reduced in this group of women after stimulation. Inasmuch as none of these differences between the study groups emerged in total blood cortisol levels, we strongly advocate for the simultaneous measurement of free and total cortisol levels in future studies on HPA functioning.

In three independent studies, free cortisol levels after morning awakening were repeatedly measured in children, adults and elderly subjects (total n= 152). Cortisol was assessed by sampling saliva at 10 or 15 minute intervals for 30–60 minutes, beginning at the time of awakening for two days (Study 1 and 2) or one (Study 3) day, respectively. In all three studies, free cortisol levels increased by 50–75% within the first 30 minutes after awakening in both sexes on all days. Premenopausal women consistently showed a stronger increase with a delayed peak after awakening compared to men on all days. In Study 2, there was a tendency for lower early morning free cortisol levels for women taking oral contraceptives (p=.10). Stability of the area under the curve (AUC) of the early morning free cortisol levels over the three (Study 1 and 2) or two (Study 3) days ranged between r=.39 and r=.67 (p<.001). Neither age, weight, nor smoking showed an effect on baseline or peak cortisol levels. Sleep duration, time of awakening and alcohol consumption also appeared to be unrelated to early morning free cortisol levels. From these data we conclude that in contrast to single assessments at fixed times, early morning cortisol levels can be a reliable biological marker for the individual's adrenocortical activity when measured repeatedly with strict reference to the time of awakening.

Little is known about the mechanisms converting psychosocial stress into cellular dysfunction. Various genes, up-regulated in atherosclerosis but also by psychosocial stress, are controlled by the transcription factor nuclear factor kappaB (NF-kappaB). Therefore, NF-kappaB is a good candidate to convert psychosocial stress into cellular activation. Volunteers were subjected to a brief laboratory stress test and NF-kappaB activity was determined in peripheral blood mononuclear cells (PBMC), as a window into the body and because PBMC play a role in diseases such as atherosclerosis. In 17 of 19 volunteers, NF-kappaB was rapidly induced during stress exposure, in parallel with elevated levels of catecholamines and cortisol, and returned to basal levels within 60 min. To model this response, mice transgenic for a strictly NF-kappaB-controlled beta-globin transgene were stressed by immobilization. Immobilization resulted in increased beta-globin expression, which could be reduced in the presence of the alpha1-adrenergic inhibitor prazosin. To define the role of adrenergic stimulation in the up-regulation of NF-kappaB, THP-1 cells were induced with physiological amounts of catecholamines for 10 min. Only noradrenaline resulted in a dose- and time-dependent induction of NF-kappaB and NF-kappaB-dependent gene expression, which depended on pertussis-toxin-sensitive G protein-mediated phosphophatidylinositol 3-kinase, Ras/Raf, and mitogen-activated protein kinase activation. Induction was reduced by alpha(1)- and beta-adrenergic inhibitors. Thus, noradrenaline-dependent adrenergic stimulation results in activation of NF-kappaB in vitro and in vivo. Activation of NF-kappaB represents a downstream effector for the neuroendocrine response to stressful psychosocial events and links changes in the activity of the neuroendocrine axis to the cellular response.

Cortisol 3-(o-carboxymethyl)oxime (C3-CMO) and a commercially available biotin-hydrazide derivative were used to synthesize a C3-CMO-biotin conjugate. C3-CMO was converted into a N-hydroxysuccinimide ester derivative which in a second reaction step was allowed to interact with the hydrazide derivative of biotin. This simple-to-perform synthesis yielded a conjugate suitable for use as a tracer in immunoassays for cortisol measurement. Employing biotin as the primary probe in a competitive solid phase immunoassay allows for variable end point determination by means of commercially available labeled avidin or streptavidin derivatives. Streptavidin-Europium was used in conjunction with the DELFIA-system for time-resolved fluorometric end point measurement (TR-FIA) throughout the study. In addition, colorimetric end point determination (ELISA) using streptavidin-alkaline phosphatase as a secondary probe was established and evaluated. Both forms of this non-isotopic assay showed excellent correlation with a commercially available radioimmunoassay adapted for salivary cortisol measurement. The lower detection limit was 0.43 nM for a 50 μl salivary sample. The intra-assay coefficient of variation was 6.7, 4.7 and 4.0% at cortisol concentrations of 2.2, 5.5 and 13.2 nM, respectively (n = 37), and the corresponding inter-assay coefficients of variation were 9.0, 8.6 and 7.1% (n = 50). The competitive immunoassay requires 1.5 h incubation time and shows robust and reproducible performance. The C3-CMO-biotin conjugate allows for sensitive and flexible end point determination of salivary cortisol levels in immunoassays.

Objective The effects of burnout and perceived stress on early morning free cortisol levels after awakening were investigated in a group of teachers. Previous studies revealed that cortisol levels show a significant increase after awakening, with high intraindividual stability. Methods Sixty-six teachers from local public schools (42 women and 24 men, mean age 42 +/- 5 years) were asked to sample saliva for cortisol analysis on 3 consecutive days. On each day, cortisol levels were measured at the time of awakening and 15, 30, and 60 minutes thereafter. On the night before the third day, subjects took 0.5 mg dexamethasone orally for testing glucocorticoid feedback inhibition. Burnout and perceived stress were measured by three different questionnaires. Results Perceived stress correlated with increases of cortisol levels during the first hour after awakening after dexamethasone pretreatment. In addition, teachers scoring high on burnout showed lower overall cortisol secretion on all sampling days, and a higher suppression of cortisol secretion after dexamethasone administration. In the subgroup of teachers with both high levels of perceived stress and high levels of burnout, a lower overall cortisol secretion was observed on the first 2 days, with stronger increases during the first hour after awakening after dexamethasone suppression. This subgroup also showed the lowest self-esteem, the highest external locus of control, and the highest number of somatic complaints. Conclusions These results demonstrate differential effects of burnout and perceived stress on hypothalamic-pituitary-adrenal axis regulation.

Data from five independent studies were reanalyzed in order to investigate the impact of age and gender on HPA axis responses to an acute psychosocial laboratory stress task. The total sample consisted of 102 healthy subjects with 30 older adults (mean age: 67.3 y), 41 young adults (mean age: 23.5 y), and 31 children (mean age: 12.1 y). All participants were exposed to the Trier Social Stress Test (TSST). The stress protocol caused highly significant ACTH and total plasma cortisol responses in older and younger male and female adults (all p<0.0001) as well as salivary free cortisol responses in all six age and gender groups (all p<0.0001). Three-way ANOVAs for repeated measurement were applied to investigate the impact of age and gender on ACTH and cortisol responses. Results showed that the ACTH response to stress was higher in younger adults compared to older adults (main effect: p=0.009, interaction: p=0.06). Post hoc analyses revealed that there was no age effect in the subgroup of women (p=n.s.), while younger men had higher ACTH responses compared to older men (p=0.01). For total plasma cortisol, ANOVA results showed that the pattern of reactivity did not differ between age and gender groups (all interactional effects p=n.s.), although older females had hightened overall cortisol levels compared to the other groups, as proofed in post hoc analyses (all p<0.05). For free salivary cortisol, a significant main effect of gender (p=0.05) and an almost significant three-way-interaction (p=0.09) emerged. Post hoc analyses showed an elevated overall free salivary cortisol response in elderly men compared to elderly women (p=0.006), while no gender differences emerged in neither young adults nor children (both p=n.s.). In sum, the stressor induced significant HPA axis responses in all age and gender groups. The observed ACTH response patterns in young and elderly adults may suggest that a heightened hypothalamic drive in young men decreases with age, resulting in similar ACTH responses in elderly men and women. Alternative interpretations are also discussed. The data also supports the idea of a greater adrenal cortex sensitivity to ACTH signals in young females. Free salivary cortisol responses were elevated in elderly men compared to elderly women, an effect which cannot be explained by gender differences in perceived stress responses to the TSST. It can be speculated if corticosteroid binding globulin (CBG) and/or sex steroids are important modulators of these effects.

Two studies investigated the association between cortisol levels and memory performance in healthy adults. In a first study, 13 subjects were exposed to a brief psychosocial laboratory stress ("Trier Social Stress Test") with a subsequent test of declarative memory performance. Results indicated a significant negative relationship between stress-induced cortisol levels and performance in the memory Task, I.e. subjects with high cortisol response to the stressor showed poorer memory performance. In a second experiment it was investigated if cortisol alone, i.e. independent of psychological stress, would also impair memory function. In this study, 40 healthy subjects received either 10 mg cortisol or placebo orally. One hour later they were tested for procedural and declarative memory and spatial thinking. Subjects who received cortisol showed impaired performance in the declarative memory and spatial thinking tasks but not in the procedural memory task. From these results we conclude that in healthy adults elevated free cortisol levels are associated with impaired memory function.