3D-Neuronavigatie<em> In Vivo</em> Door middel van de hersenen van een patiënt tijdens een spontane migraine
Summary
In deze studie, melden de auteurs voor het eerst een nieuwe 3D-Immersive & Interactive Neuronavigatie (3D-IIN) door de impact van een spontane migraine-aanval in de μ-opioïde systeem van de hersenen van een patiënt in vivo.
Abstract
Een groeiende hoeveelheid onderzoek hoofdzakelijk gegenereerd uit MRI-gebaseerde studies blijkt dat migraine blijkt plaats te vinden, en eventueel verdragen, vanwege de verandering van specifieke neurale processen in het centrale zenuwstelsel. Echter, informatie ontbreekt over de moleculaire effecten van deze veranderingen, vooral op de endogene opioïde systeem tijdens migraine, en neuronavigatie door deze veranderingen is nooit gedaan. Deze studie doel te onderzoeken, met behulp van een nieuwe 3D meeslepende en interactieve neuronavigatie (3D-IIN) benadering, de endogene μ-opioid transmissie in de hersenen tijdens een migraine-aanval in vivo. Dit is misschien wel een van de meest centrale neuromechanisms geassocieerd met pijn regelgeving, die meerdere elementen van de pijnbeleving en analgesie. Een 36-jarige vrouw, die al lijden aan migraine voor 10 jaar, werd gescand in de typische hoofdpijn (ictal) en nonheadache (interictale) migraine fasen met behulp van Positron Emission Tomografie (PET) met de selectieve radiotracer [11 C] carfentanil, wat ons toeliet om μ-opioïde receptor beschikbaarheid te meten in de hersenen (niet-verplaatsbare bindende potentieel – μOR BP ND). De korte levensduur tracer is gemaakt met een cyclotron en chemische synthese apparatuur op campus gelegen in de nabijheid van de beeldvormende inrichting. Zowel PET-scans, interictale en ictale, waren gepland tijdens de diverse mid-late folliculaire fase van de menstruele cyclus van de patiënt. Tijdens de ICTAL PET sessie haar spontane hoofdpijn aanval bereikte ernstige intensiteit niveaus; vordert om misselijkheid en braken na afloop van de scan sessie. Er waren reducties in μOR BP ND in de pijn-modulerende gebieden van de endogene μ-opioïde systeem tijdens de ictale fase, met inbegrip van de cingulate cortex, nucleus accumbens (NASR), thalamus (Thal), en periaqueductal grijze stof (PAG); wat aangeeft dat μORs reeds door endogene opioïden vrijgegeven werden bezetin reactie op de voortdurende pijn. Voor zover ons bekend, is dit de eerste keer dat veranderingen in μOR BP ND tijdens een migraine-aanval zijn neuronavigated gebruik van een nieuwe 3D-benadering. Deze methode zorgt voor een interactief onderzoek en educatieve verkenning van een migraine-aanval in neuroimaging dataset een echte patiënt.
Introduction
Migraine is een chronische trigeminus pijn aandoening die bijna 16% van de vrouwen en 6% van de mannen in de Verenigde Staten en wereldwijd 1-3 beïnvloedt. Repetitive migraine-aanvallen hebben een impact op een groot deel van het bestaan van de patiënt, schaden de kwaliteit van leven en de prestaties, kost miljarden dollars aan gemiste schooldagen / werkdagen en gezondheidszorg gebruik 4. Tijdens de slopende hoofdpijn aanvallen, zijn patiënten hebben een duidelijke verhoogde gevoeligheid voor schadelijke (hyperalgesie) en zelfs nonnoxious stimuli (allodynie) 5.
De μ-opioid neurotransmitter is een van de belangrijkste endogene pijnmodulerende mechanismen in onze hersenen. Het is betrokken bij de regulatie van experimentele en klinische pijnperceptie en in de analgetische werking van opioïden 6-9 die zijn geassocieerd met het chronisch worden van migraineaanvallen 10. Recente ontwikkelingen in de Positron Emissie Tomografie (PET) moleculaire beeldvorming kunnen worden bestudeerd belangrijke moleculaire mechanismen in de hersenen van patiënten met chronische pijn in vivo 11. In deze studie, ondanks de uitdagende logistieke synchroniseren de aleatorische en slopende aard van de episodische aanvallen de complexiteit van PET / radiotracer sessie opstart, werd 3D neuronavigatie voor het eerst μOR beschikbaarheid onderzoeken belangrijke pijn matrix gebieden van een patiënt hersenen tijdens een spontane migraine.
Case Presentatie
Een 36-jarige Aziatische vrouw werd opgenomen in het onderzoek. Ze presenteerde met een 10 jarige geschiedenis van migraine met visuele aura. Right-zijdig migraine opgetreden een gemiddelde van 12 dagen per maand, met een matige tot ernstige pijn intensiteit die meestal zou duren voor 72 uur (indien onbehandeld of niet succesvol behandeld). Er was een verhoogde frequentie van hoofdpijn aanvallen rond haar menstruele cyclus, diehad een regelmatig patroon gedurende de studie. Geassocieerde symptomen omvatten: misselijkheid, braken, fotofobie en fonofobie. Tijdens de regelmatige hoofdpijn aanvallen ze niet presenteren elke autonome symptomen. Als behandeling werd ze beheren haar symptomen slechts farmacologische mislukte therapie, gebaseerd op niet-steroïdale anti-inflammatoire geneesmiddelen, en er waren geen aanwijzingen overmatig gebruik van medicatie of opioïde inname. Het klinisch onderzoek tijdens de screening bezoek was onopvallend en zonder afwijkingen, en een beoordeling van de systemen was binnen de normale grenzen. Ze was alleenstaand zonder kinderen, en werd contraceptieve medicijn niet gebruiken.
Protocol
Representative Results
Discussion
In dit geval verslag werd werkelijke migraine neuroimaging gegevens onderzocht voor het eerst in een volledig immersieve virtual reality 3D, een vermindering van de μ-opioïde receptor beschikbaarheid (μOR BP ND) aangetoond. Verlagingen μOR BP ND betekent dat er een hogere bezettingsgraad en / of verlies van μ-opioïde receptoren in het centrale zenuwstelsel. Acute verlaging van de μOR BP ND pijn-matrix regio's tijdens de ICTAL scan in vergelijking met de interictale scan, naar verwachting zullen plaatsvinden als gevolg van het vrijkomen van endogene opioïden interactie met μORs als regelgevend reactie op de aanhoudende pijn, waardoor minder μORs toegankelijk voor de radiotracer.
De nieuwigheid van onze ictal migraine neuroimaging studie ligt in de nieuwe 3D neuronavigatie benadering van actuele gegevens van een patiënt de hersenen in virtuele realiteit te onderzoeken. PET radiotraceronderzoek technologie werd gebruikt om wijzigingen in μORs metenBeschikbaarheid van [11 C] carfentanil. Wanneer onderzocht tijdens de hoofdpijn evenement, worden de hersenen van migrainepatiënten meestal gescand na een aanval trekker (bijv.., Nitroglycerine, fotostimulatie) 16,17, of onder de technische vraag van een specifiek opgeroepen stimulus (bijvoorbeeld., Pijn, borstel, licht en geur) 18-20. Al deze studies bevestigen de kennis die de aandoening is geassocieerd met corticale en subcorticale hyperexcitability tijdens de hoofdpijnfase. Een dergelijke overvloed van stimuli in de neuroimaging protocollen introduceert factoren die ons begrip van enige effect van een acute migraine aanval op het centrale zenuwstelsel wolk. Van de weinige vorige functionele studies zonder de aanwezigheid van exogene stimulatie, is er indicatie van meer regionale cerebrale stroming in gebieden zoals de cingulate cortex, de hypothalamus en hersenstam 21, die kan blijven bestaan zelfs na acute therapie 22. Tot nu toeDe neuroimaging technieken toegepast niet toegestaan de moleculaire karakterisatie van neurotransmitter / receptor processen tijdens de migraineaanval, zoals endogene μ-opioid mechanisme, een van de belangrijkste analgetische middelen in de hersenen. Bovendien onze werkwijze mag deze processen worden onderzocht met behulp van 3D neuronavigatie in een virtuele omgeving.
De dalend pijnmodulerende is een complex netwerk dat pijnsignalen regelt grotendeels via μ-opioid receptoren door de hersenen, inclusief ruggenmerg naar supra-spinale gebieden. Deze gebieden zijn bekend betrokken te zijn bij endogene anti-nociceptie, stress geïnduceerde analgesie, en de werking van opioïden gebruikt voor chronische pijn en migraine behandeling. In feite kan de durale neurogene vaatverwijding geassocieerd met migraine worden geremd door morfine en vervolgens omgekeerd door de opioïde antagonist naloxon, wat aangeeft dat de effecten van morfine op neurogeneontsteking zijn specifiek via activatie van μ-opioïde receptoren 23 gemedieerd. Interessant is de grootte van endogene opioïde / μORs regionale activaties bij de mens te vermogen van het individu om zintuiglijke en affectieve elementen van de pijnervaring 24 onderdrukken.
In onze studie, de hersengebieden die vermindering μ-opioid receptor beschikbaarheid tijdens het ICTAL fase bleek verantwoordelijk voor de beide elementen van de migraine hoofdpijn ervaring en modulatie. Zij zijn de ACC, thalamus, basale ganglia (bv., NACC), hippocampus, en de PAG. Naast sensibilisatie als gevolg van abnormale trigeminus afferente verkeer, een solide hypothese voor migraine pathofysiologie is de disfunctie van de modulerende systeem. In dit geval projecties van / naar hersenstam structuren, zoals de PAG, waar een hoge expressie van opioïde receptoren, zou inefficiënt produceren hun anti-nociceptieve effect op ascending sensorische neuronen. Ook andere hogere corticale structuren aan dit defecte pijn-modulerende mechanisme van migraine. Een recente interictale rusttoestand studie gerapporteerd veranderingen in de connectiviteit van migrainepatiënten versus gezonde controles in de ventrolaterale PAG en het merendeel van de (sub) corticale structuren in de modulerende pijnsysteem en correleerden deze met de frequentie van de aanvallen hoofdpijn 13. De regio's met connectiviteitsveranderingen in deze studie zijn dezelfde als die veranderingen in μOR ND BP in onze studie. Hetzelfde PAG locatie was oorspronkelijk gemeld dat zij slaat de microstructuur neuroplasticiteit bij migrainepatiënten 14, en hier had een aanzienlijke daling in μOR BP ND tijdens de aanval.
Verdere studies met grotere cohorten zijn nodig om te bevestigen en uit te breiden de bevindingen gepresenteerd in dit geval verslag. Zo is het momenteel niet bekend waarom het systeem niet goed reagerenhet gebruik van exogene opioïden vaak voorgeschreven bij migraine klinieken lange termijn. Niettemin, onze studie levert belangrijke mechanistische informatie over het effect van een migraine-aanval in de μ-opioïde systeem, en maakt gebruik van een nieuwe 3D meeslepende en interactieve neuronavigatie (3D-IIN) aanpak voor de eerste keer. In de toekomst zou deze verkennende 3D methode een veel meer meeslepende en interactieve perspectief te bieden voor de behandeling van de hersenen van patiënten in het onderzoek en de kliniek.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de volgende subsidies (DaSilva AF): National Institute of Health – Nationaal Instituut voor Neurologische Aandoeningen en Stroke – K23 NS062946, Dana Stichting Brein en Immuno-Imaging Award, en de Migraine Research Foundation Research Grant Award. De auteurs erkennen de PET Centrum Nucleaire Geneeskunde Technologen (Jill M. Rothley, Edward J. McKenna, Andrew R. Weeden, Paul Kison, en Caitlin Hendricks) en het personeel van Functionele MRI Laboratory (Scott Peltier en Keith Newnham). Dr Alexandre DaSilva, de hoofdonderzoeker, had volledige toegang tot alle gegevens in de studie, en neemt de verantwoordelijkheid voor de integriteit van de gegevens en de nauwkeurigheid van de data-analyse. De auteurs verklaren geen belangenconflicten met betrekking tot dit onderzoek.
References
- Stewart, W. F., Shechter, A., Rasmussen, B. K. Migraine prevalence. A review of population-based studies. Neurology. 44, (1994).
- Lipton, R. B., Silberstein, S. D., Stewart, W. F. An update on the epidemiology of migraine. Headache. 34, 319-328 (1994).
- Lipton, R. B., Bigal, M. E. Migraine: epidemiology, impact, and risk factors for progression. Headache. , (2005).
- Hu, X. H., Markson, L. E., Lipton, R. B., Stewart, W. F., Berger, M. L. Burden of migraine in the United States: disability and economic costs. Arch Intern Med. Arch Intern Med. 159, 813-818 (1999).
- Lipton, R. B. Cutaneous allodynia in the migraine population. Ann Neurol. 63, 148-158 (2008).
- Fields, H. L. Understanding how opioids contribute to reward and analgesia. Reg Anesth Pain Med. 32, 242-246 (2007).
- . Opioid Therapy for Migraine. Headache: The Journal of Head and Face Pain. 47, 1371-1372 (2007).
- Menon, S., et al. The human mu-opioid receptor gene polymorphism (A118G) is associated with head pain severity in a clinical cohort of female migraine with aura patients. The journal of headache and pain. 13, 513-519 (2012).
- Drinovac, V., Bach-Rojecky, L., Matak, I., Lackovic, Z. Involvement of mu-opioid receptors in antinociceptive action of botulinum toxin type A. Neuropharmacology. 70, 331-337 (2013).
- Lipton, R. B., Bigal, M. E. Opioid therapy and headache: a cause and a cure. Neurology. 62, 1662-1663 (2004).
- Harris, R. E., et al. Decreased central mu-opioid receptor availability in fibromyalgia. J Neurosci. 27, 10000-10006 (2007).
- Logan, J., et al. Distribution volume ratios without blood sampling from graphical analysis of PET data. J Cereb Blood Flow Metab. 16, 834-840 (1996).
- Mainero, C., Boshyan, J., Hadjikhani, N. Altered functional magnetic resonance imaging resting-state connectivity in periaqueductal gray networks in migraine. Ann Neurol. 70, 838-845 (2011).
- DaSilva, A. F., et al. Interictal alterations of the trigeminal somatosensory pathway and periaqueductal gray matter in migraine. Neuroreport. 18, 301-305 (2007).
- Hirvonen, J., et al. Measurement of central mu-opioid receptor binding in vivo with PET and [11C]carfentanil: a test-retest study in healthy subjects. European journal of nuclear medicine and molecular imaging. 36, 275-286 (2009).
- Cao, Y., Aurora, S. K., Nagesh, V., Patel, S. C., Welch, K. M. Functional MRI-BOLD of brainstem structures during visually triggered migraine. Neurology. 59, 72-78 (2002).
- Afridi, S. K., et al. A PET study exploring the laterality of brainstem activation in migraine using glyceryl trinitrate. Brain. 128, 932-939 (2005).
- Moulton, E. A., et al. Painful heat reveals hyperexcitability of the temporal pole in interictal and ictal migraine States. Cereb Cortex. 21, 435-448 (2011).
- Burstein, R., et al. Thalamic sensitization transforms localized pain into widespread allodynia. Ann Neurol. 68, 81-91 (2010).
- Denuelle, M., et al. A PET study of photophobia during spontaneous migraine attacks. Neurology. 76, 213-218 (2011).
- Denuelle, M., Fabre, N., Payoux, P., Chollet, F., Geraud, G. Hypothalamic activation in spontaneous migraine attacks. Headache. 47, 1418-1426 (2007).
- Weiller, C., et al. Brain stem activation in spontaneous human migraine attacks. Nat Med. 1, 658-660 (1995).
- Williamson, D. J., et al. Role of opioid receptors in neurogenic dural vasodilation and sensitization of trigeminal neurones in anaesthetized rats. Br J Pharmacol. 133, 807-814 (2001).
- Zubieta, J. K., et al. Regional mu opioid receptor regulation of sensory and affective dimensions of pain. Science. 293, 311-315 (2001).
