3D-neuronavigazione<em> In Vivo</em> Attraverso il cervello di un paziente durante una spontanea Emicrania Mal di testa
Summary
In questo studio, gli autori riportano per la prima volta un 3D immersiva e interattiva neuronavigazione (3D-IIN) attraverso l'impatto di un attacco di emicrania mal di testa spontanea nel sistema μ-oppioidi del cervello di un paziente in vivo romanzo.
Abstract
Un crescente corpo di ricerca, generata principalmente da studi basati su MRI, mostra che l'emicrania sembra verificarsi, ed eventualmente sopportare, causa l'alterazione di specifici processi neurali nel sistema nervoso centrale. Tuttavia, le informazioni manca l'impatto molecolare di questi cambiamenti, in particolare sul sistema oppioide endogeno durante l'emicrania, e neuronavigazione attraverso questi cambiamenti non è mai stato fatto. Questo studio si propone di indagare, con un romanzo 3D immersiva e interattiva neuronavigazione (3D-IIN) l'approccio, la trasmissione μ-oppioidi endogeni nel cervello durante un attacco di emicrania mal di testa in vivo. Questo è senza dubbio uno dei più neuromechanisms centrali associati con la regolazione del dolore, che colpisce più elementi dell'esperienza dolore e analgesia. A 36 anni di età femminile, che ha sofferto con l'emicrania per 10 anni, è stato scansionato nel mal di testa tipico (ictale) e nonheadache (interictali) fasi di emicrania con Positron Emissione di positroni (PET) con il carfentanil radiotracer selettiva [11 C], che ci ha permesso di misurare la disponibilità del recettore μ-oppioidi nel cervello (non spostabile potenziale legame – μOR BP ND). Il radiotracciante breve vita è stato prodotto da un ciclotrone e chimica apparecchio di sintesi del campus situato in prossimità della struttura di imaging. Entrambe le scansioni PET, interictale e ictale, sono state programmate durante le fasi di metà-fine separati follicolare del ciclo mestruale della paziente. Durante la sessione PET ictale sua spontanea attacco di mal di testa ha raggiunto livelli di intensità gravi; progressione di nausea e vomito alla fine della sessione di scansione. Ci sono state riduzioni di μOR BP ND nelle regioni del dolore-modulatori del sistema μ-oppioidi endogeni durante la fase ictale, tra cui la corteccia cingolata, nucleus accumbens (CCNA), talamo (Thal), e la sostanza grigia periacqueduttale (PAG); indicando che μORs erano già occupati da oppioidi endogeni rilasciatiin risposta al dolore in corso. A nostra conoscenza, questa è la prima volta che cambia in μOR BP ND durante un attacco di emicrania mal di testa sono stati neuronavigated utilizzando un nuovo approccio 3D. Questo metodo consente la ricerca e la didattica esplorazione interattiva di un attacco di emicrania in neuroimaging set di dati di un paziente reale.
Introduction
L'emicrania è un disturbo dolore trigeminale cronica che colpisce quasi il 16% delle donne e il 6% degli uomini negli Stati Uniti e nel mondo 1-3. Ripetuti attacchi di cefalea emicrania hanno un impatto su gran parte della vita del paziente, compromettendo la qualità della vita e delle prestazioni, che costano miliardi di dollari in mancati giorni di scuola / lavoro e di risorse sanitarie 4. Durante gli attacchi di mal di testa debilitanti, i suoi malati hanno una spiccata sensibilità per nocivo (iperalgesia) e anche stimoli nonnoxious (allodinia) 5.
Il sistema neurotrasmettitore μ-oppioidi è uno dei principali meccanismi endogeni di modulazione del dolore nel nostro cervello. Esso è coinvolto nella regolazione della percezione sperimentale e clinica dolore, così come nella azione analgesica dei farmaci oppioidi 6-9 che sono stati associati con la cronicizzazione di attacchi di emicrania 10. I recenti progressi nella Positron Emission Tomografia (PET) imaging molecolare consentire lo studio dei meccanismi molecolari importanti nel cervello di pazienti con dolore cronico in vivo 11. In questo studio, nonostante la logistica impegnativi della sincronizzazione aleatoria e debilitante natura degli attacchi episodici con la complessità di installazione di sessione PET / radiotracciante, neuronavigazione 3D è stato usato per la prima volta a indagare μOR disponibilità in regioni dolore matrice chiave di un paziente cervello durante un attacco di emicrania spontanea.
Caso Presentazione
Un 36enne femmina asiatica è stata arruolati nello studio. Ha presentato con una storia di 10 anni di emicrania con aura visiva. Emicrania lato destro si sono verificati in media 12 giorni al mese, con moderata a grave intensità del dolore che di solito dura 72 ore (se non trattata o trattata senza successo). C'è stato un aumento della frequenza degli attacchi di cefalea intorno al suo ciclo mestruale, cheavuto uno schema regolare tutto lo studio. I sintomi associati comprendono: nausea, vomito, fotofobia, fonofobia e. Durante gli attacchi di cefalea regolari che non ha presentato sintomi autonomici. Poiché il trattamento, che gestiva i suoi sintomi con la sola terapia abortiva farmacologica, che si basa su farmaci anti-infiammatori non steroidei, e non c'erano indicazioni di uso eccessivo di farmaci o l'assunzione di oppiacei. L'esame clinico durante la visita di screening era insignificante e senza anomalie, e una revisione dei sistemi era entro i limiti normali. Lei era sola senza figli, e non stava usando il farmaco contraccettivo.
Protocol
Representative Results
Discussion
In questo case report, i dati del neuroimaging emicrania è stata esplorata per la prima volta, in un coinvolgente la realtà virtuale 3D, che ha dimostrato una diminuzione della disponibilità di recettore μ-oppioidi (μOR BP ND). Riduzioni μOR BP ND implicano che c'è una conduzione superiore e / o una perdita di recettori μ-oppioidi nel sistema nervoso centrale. Riduzioni acute μOR BP ND nelle regioni del dolore-matrice durante la scansione ictale rispetto alla scansione interictale, sono tenuti a verificarsi come conseguenza del rilascio di oppioidi endogeni che interagiscono con μORs come una risposta normativa al dolore in corso, rendendo meno μORs accessibile al radiotracciante.
La novità del nostro studio neuroimaging emicrania ictale risiede nel nuovo approccio neuronavigazione 3D per studiare i dati effettivi del cervello di un paziente in realtà virtuale. La tecnologia radiotracer PET è stata utilizzata per misurare le variazioni di μORsla disponibilità con [11 C] carfentanil. Quando esaminato durante l'evento mal di testa, il cervello dei soggetti emicranici sono di solito sottoposti a scansione a seguito di un trigger di attacco (ad es., Nitroglicerina, fotostimolazione) 16,17, o sotto la richiesta tecnica di uno specifico evocata stimolo (ad es., Dolore, pennello, la luce , e l'odore) 18-20. Tutti questi studi confermano la consapevolezza che il disturbo è associato con ipereccitabilità corticale e sottocorticale durante la fase di mal di testa. Tuttavia, una tale pletora di stimoli nei protocolli di neuroimaging introduce molteplici fattori che offuscano la nostra comprensione della suola impatto di un attacco di emicrania acuta sul sistema nervoso centrale. Dai pochi studi funzionali precedenti senza la presenza di stimolazione esogena, vi è un'indicazione di aumento del flusso cerebrale regionale in aree come la corteccia cingolata, ipotalamo, e tronco cerebrale 21, che può persistere anche dopo la terapia acuta 22. Finora, Le tecnologie di neuroimaging applicate non hanno consentito la caratterizzazione molecolare di processi neurotrasmettitore / recettore coinvolti nella attacco di emicrania, come il meccanismo di μ-oppioidi endogeni, una delle più importanti risorse analgesici nel cervello. Inoltre, il nostro metodo ha permesso questi processi da esplorare con neuronavigazione 3D in un ambiente virtuale.
Il sistema modulatorio discendente del dolore è una complessa rete che regola l'elaborazione dolore in larga misura attraverso recettori μ-oppioidi tutto il cervello, incluse spinale per aree sovra-spinale. Queste aree sono noti per essere coinvolti in anti-nocicezione, analgesia indotta da stress endogeno, e nell'azione dei farmaci oppioidi comunemente usati per il dolore cronico e il trattamento dell'emicrania. Infatti, la vasodilatazione durale neurogenica associato emicrania può essere inibita da morfina e successivamente annullata dalla antagonista oppioide naloxone, indicando che gli effetti della morfina sulla neurogenainfiammazione sono mediate specificamente attraverso l'attivazione dei recettori μ-oppioidi 23. È interessante notare che la grandezza di oppioidi endogeni / μORs attivazioni regionali negli esseri umani è legato alla capacità dell'individuo di sopprimere elementi sensoriali e affettivi dell'esperienza del dolore 24.
Nel nostro studio, le regioni cerebrali che hanno mostrato riduzioni di disponibilità del recettore μ-oppioidi durante la fase ictale sono responsabili di entrambi gli elementi dell'esperienza emicrania e la sua modulazione. Sono ACC, talamo, i gangli basali (ad es., NAcc), ippocampo, e la PAG. Oltre alla sensibilizzazione causa anormale traffico afferente trigemino, una ipotesi solido per fisiopatologia dell'emicrania è la disfunzione del sistema modulante. In questo caso, le proiezioni da / a strutture del tronco cerebrale, come il PAG, in cui vi è un'alta espressione di recettori oppioidi, sarebbe inefficiente produrre il loro effetto anti-nocicettivo su ASCEnding neuroni sensoriali. Inoltre, altre strutture corticali superiori partecipano a questo meccanismo difettoso dolore-modulante in emicrania. Un recente studio di riposo stato interictale riportato cambiamenti nella connettività di emicranici rispetto ai controlli sani nel PAG ventrolaterale e la maggior parte del (sub) strutture corticali del sistema di modulazione del dolore e correlato questi con la frequenza degli attacchi di cefalea 13. Le regioni con variazioni di connettività trovati in questo studio sono le stesse di quelle con i cambiamenti nella μOR BP ND trovato nel nostro studio. La stessa posizione PAG è stato originariamente segnalato come comprende neuroplasticità microstrutturale in emicranici 14, e qui ha avuto una notevole diminuzione μOR BP ND durante l'attacco.
Sono necessari ulteriori studi con coorti più grandi per confermare ed estendere i risultati presentati in questo rapporto di caso. Per esempio, è attualmente sconosciuto perché il sistema non risponde correttamenteper l'uso a lungo termine di oppioidi esogeni frequentemente prescritti in cliniche emicrania. Tuttavia, il nostro studio fornisce importanti informazioni meccanicistico, sull'impatto di un attacco di emicrania nel sistema μ-oppioidi, e utilizza un romanzo 3D immersiva e interattiva neuronavigazione (3D-IIN) approccio per la prima volta. In futuro, questo metodo 3D esplorativo potrebbe fornire una prospettiva molto più coinvolgente e interattivo per esaminare i cervelli dei pazienti nella ricerca e nella clinica.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato dai seguenti borse di studio (DaSilva AF): Istituto Superiore di Sanità – Istituto nazionale dei disordini neurologici e Stroke – K23 NS062946, il cervello di Dana Foundation e Immuno-Imaging Award, e il Emicrania Research Foundation Research Grant Award. Gli autori riconoscono il PET Centro di Medicina Nucleare tecnologi (Jill M. Rothley, Edward J. McKenna, Andrew R. Weeden, Paul Kison, e Caitlin Hendricks) e il personale di Functional MRI Laboratory (Scott Peltier e Keith Newnham). Dr. Alexandre DaSilva, il ricercatore principale, ha avuto pieno accesso a tutti i dati dello studio, e si assume la responsabilità per l'integrità dei dati e l'accuratezza dell'analisi dei dati. Gli autori dichiarano assenza di conflitti di interesse legati a questo studio.
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