I denne undersøgelse, forfatterne rapporten for første gang en roman 3D-Overvældende & Interactive Neuronavigation (3D-IIN) gennem virkningen af en spontan migræne hovedpine angreb i μ-opioid-system af en patients hjerne in vivo.
En voksende mængde forskning, der genereres primært fra MRI-baserede undersøgelser viser, at migræne synes at forekomme, og eventuelt udholde, på grund af ændring af specifikke neurale processer i centralnervesystemet. Dog er manglende oplysninger om den molekylære konsekvenser af disse ændringer, især på den endogene opioid systemet under migræne hovedpine, og neuronavigation gennem disse forandringer er aldrig blevet gjort. Denne undersøgelse havde til formål at undersøge, ved hjælp af en ny 3D fordybende og interaktiv neuronavigation (3D-IIN) tilgang, den endogene μ-opioid transmission i hjernen under en migræne angreb in vivo. Dette er velsagtens en af de mest centrale neuromechanisms forbundet med smerte regulering, der påvirker flere elementer af smerte erfaring og analgesi. En 36-årig kvinde, som har været ramt med migræne i 10 år, blev scannet i den typiske hovedpine (Ictal) og nonheadache (interictal) migrænefaser hjælp Positron Emission Tomografi (PET) med den selektive radiotracer [11 C] carfentanil, som tilladt os at måle μ-opioid receptor tilgængelighed i hjernen (ikke-forskydelig bindende potentiale – μOR BP ND). Den korte levetid radiotracer blev produceret af en cyklotron og kemisk syntese apparat på campus beliggende i umiddelbar nærhed af imaging facilitet. Både PET scanninger, interictal og Ictal, var planlagt under særskilte mid-sen follikelfaser af patientens menstruationscyklus. Under den Ictal PET session nåede svær intensitet niveauer hendes spontane hovedpine angreb; udvikler sig til kvalme og opkastning ved slutningen af scanningen session. Der var et fald i μOR BP ND i smerte-modulatoriske regioner af endogene μ-opioid-systemet i løbet af Ictal fase, herunder cingularis cortex, nucleus accumbens (NACC), thalamus (Thal), og periaqueductal grå stof (PAG); indikerer, at μORs allerede var besat af endogene opioider frigivetsom svar på den igangværende smerte. Til vores viden, er det første gang, at ændringer i μOR BP ND under en migræne hovedpine angreb er neuronavigated ved hjælp af nye 3D-tilgang. Denne metode giver mulighed for interaktiv forskning og uddannelsesmæssige udforskning af et migræneanfald i en konkret patients neuroimaging datasæt.
Migræne er en kronisk trigeminus smerte lidelse, der påvirker næsten 16% af kvinderne og 6% af mændene i USA og på verdensplan 1-3. Gentagne migræne hovedpine angreb har en indvirkning på en stor del af patientens eksistens, forringer livskvaliteten og ydeevne, der koster milliarder af dollars i mistede skole / hverdage og sundhedspleje udnyttelse 4.. I løbet af de invaliderende hovedpine angreb, sin syge har en markant øget følsomhed over for skadelige (hyperalgesi) og endda nonnoxious stimuli (allodyni) 5..
Den μ-opioid neurotransmitter system er en af de vigtigste endogene smerte modulatoriske mekanismer i vores hjerne. Det er involveret i reguleringen af eksperimentel og klinisk smerte perception, såvel som i den analgetiske virkning af opioider 6-9, som er blevet forbundet med bliver kroniske migræneanfald 10. Nylige fremskridt i Positron Emission Tomografi (PET) molekylær billeddannelse giver mulighed for undersøgelse af vigtige molekylære mekanismer i hjernen hos patienter med kronisk smerte in vivo 11. I denne undersøgelse, på trods af de udfordrende logistik for at synkronisere tilfældigt og invaliderende karakter af de episodiske angreb med kompleksiteten af opsætningen PET / radiotracer session blev 3D neuronavigation anvendt for første gang til at undersøge μOR tilgængelighed på centrale smerte-matrix regioner af en patients hjernen under en spontan migræne.
Case Præsentation
En 36-årig asiatisk kvinde blev indskrevet i undersøgelsen. Hun præsenteret med en 10 årige historie af migræne med visuel aura. Højresidig migræne hovedpine opstod et gennemsnit på 12 dage pr måned, med moderat til svær smerteintensitet, der normalt ville vare i 72 timer (hvis ubehandlet eller held behandlet). Der var en øget frekvens af hovedpine angreb omkring hendes menstruationscyklus, somhavde et regelmæssigt mønster gennem hele forsøget. Associerede symptomer omfattede: kvalme, opkastning, fotofobi, og fonofobi. Under de regelmæssige hovedpine angreb hun ikke præsentere nogen autonome symptomer. Som behandling blev hun styre hendes symptomer med kun farmakologisk mislykkede terapi, der var baseret på non-steroide anti-inflammatoriske lægemidler, og der var ingen tegn på medicin overforbrug eller opioid indtagelse. Den kliniske undersøgelse under screeningen besøg var tåler og uden abnormiteter, og en gennemgang af systemerne var inden for normale grænser. Hun var enlig uden børn, og var ikke bruger svangerskabsforebyggende medicin.
I dette tilfælde rapport blev faktisk migræne hovedpine Neuroimaging data udforsket for første gang, i en fuldt fordybende virtuel 3D-virkeligheden, hvilket viste et fald i μ-opioid receptor tilgængelighed (μOR BP ND). Reduktioner i μOR BP ND indebære, at der er en højere belægning og / eller tab af μ-opioid receptorer i det centrale nervesystem. Akutte reduktioner i μOR BP ND i smerte-matrix regioner i løbet af Ictal scanning i forhold til interictal scanning, forventes at opstå som følge af frigivelsen af endogene opioider interagere med μORs som en regulerende reaktion på den igangværende smerte, hvilket gør færre μORs tilgængelige radiotracer.
Det nye i vores Ictal migræne Neuroimaging studie ligger i den nye 3D-neuronavigation tilgang til at undersøge en patients faktiske hjerne data i virtual reality. PET radiotracer teknologi blev anvendt til at måle ændringer i μORstilgængelighed med [11 C] carfentanil. Ved undersøgelse i løbet af hovedpine begivenhed, er hjerner af migrænikere normalt scannet efter et angreb udløser (f.eks., Glyceryltrinitrat, photostimulation) 16,17 eller under teknisk efterspørgsel af en bestemt fremkaldte stimulus (f.eks., Smerte, pensel, lys , og lugt) 18-20. Alle de undersøgelser bekræfter den viden, at lidelsen er forbundet med kortikal og subkortikale hyperexcitabilitet under hovedpine fase. Men sådan en overflod af stimuli i neuroimaging protokoller introducerer, flere faktorer, der sky vores forståelse af den eneste virkning af en akut migræne angreb på det centrale nervesystem. Fra de få tidligere funktionelle undersøgelser uden tilstedeværelse af exogent stimulation, der er indikation på øget regional cerebral strømning i områder såsom cingulate cortex, hypothalamus og hjernestamme 21, der kan fortsætter selv efter akut behandling 22. HidtilHar Neuroimaging anvendte teknologier ikke tilladt for molekylær karakterisering af neurotransmitter / receptor involveret i migræne angreb, som den endogene μ-opioid-mekanisme, en af de vigtigste smertestillende midler i hjernen processer. Desuden er vores metode tilladt disse processer skal udforskes ved hjælp af 3D-neuronavigation i et virtuelt miljø.
Den faldende smerte modulerende system er et komplekst netværk, der regulerer smerte behandling i stor udstrækning via μ-opioid receptorer i hele hjernen, herunder spinal til overnationale spinal områder. Disse områder er kendt for at være involveret i endogene anti-nociception, stress-induceret analgesi, og i den sag af opioider der almindeligvis anvendes til kroniske smerter og migræne behandling. Faktisk kan dural neurogene vasodilation i forbindelse med migræne hæmmes af morfin og efterfølgende vendes ved opioid-antagonisten naloxon indikerer, at virkningerne af morfin på neurogeninflammation medieres specifikt via aktivering af μ-opioid-receptorer 23. Interessant, er størrelsen af endogene opioid / μORs regionale aktiveringer i mennesker relateret til den enkeltes evne til at undertrykke sensoriske og affektive elementer af smerte erfaring 24.
I vores undersøgelse af de områder af hjernen, der viste reduktioner i μ-opioid receptor tilgængelighed under Ictal fase, er ansvarligt for både elementer af migræne hovedpine erfaring og dets modulation. De er ACC, thalamus, basalganglierne (f.eks., NACC), hippocampus, og PAG. Ud over at sensibilisering på grund af unormal trigeminus afferente trafik, en solid hypotese for migræne patofysiologi er dysfunktion af modulerende system. I dette tilfælde fremspring fra / til hjernestammen strukturer, såsom PAG, hvor der er en høj ekspression af opioidreceptorer ville ineffektivt producere deres antinociceptiv virkning på ASCEnde sensoriske neuroner. Desuden kan andre højere corticale strukturer deltage i denne defekt smerte-modulerende mekanisme migræne. En nylig interictal hvile-state undersøgelse rapporteret ændringer i tilslutning af migrænikere versus raske kontrolpersoner i ventrolaterale PAG og de fleste af de (sub) kortikale strukturer i modulerende smerte systemet og korreleret disse med hyppigheden af hovedpine angreb 13. Regionerne med tilslutningsmuligheder ændringer, der konstateredes i denne undersøgelse er de samme som dem, der med ændringer i μOR BP ND findes i vores eget studie. Det samme PAG placering blev oprindeligt rapporteret som omfatter mikrostrukturel neuroplasticitet i migrænikere 14, og her havde en betydelig nedgang i μOR BP ND under angrebet.
Yderligere undersøgelser med større grupper er nødvendige for at bekræfte og udvide resultaterne præsenteres i denne sag rapport. For eksempel, det er i øjeblikket ukendt, hvorfor systemet ikke reagere korrekttil lang tids brug af udefrakommende opioider ofte foreskrevet i migræne klinikker. Ikke desto mindre vores undersøgelse giver vigtige mekanistisk information, om virkningerne af en migræne hovedpine i μ-opioid-system, og bruger en roman 3D fordybende og interaktiv neuronavigation (3D-IIN) fremgangsmåde for første gang. I fremtiden kan denne sonderende 3D metode giver en langt mere fordybende og interaktiv perspektiv for at undersøge hjernen hos patienter i forskning og klinikken.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet af følgende tilskud (DaSilva AF): National Institute of Health – National Institute of Neurologiske og slagtilfælde – K23 NS062946, Dana Fondens Hjernen og Immuno-Imaging Award og migræne Research Foundation Research Grant Award. Forfatterne erkender PET-centret Nuklearmedicin teknologer (Jill M. Rothley, Edward J. McKenna, Andrew R. Weeden, Paul Kison, og Caitlin Hendricks) og personalet i Functional MRI Laboratory (Scott Peltier og Keith Newnham). Dr. Alexandre DaSilva, principal investigator, havde fuld adgang til alle data i undersøgelsen, og tager ansvar for integriteten af de data og nøjagtigheden af analysen af data. Forfatterne erklærer nogen interessekonflikter i forbindelse med denne undersøgelse.