I denna studie, författarna rapporterar för första gången en ny 3D-Immersive & Interactive neuro (3D-IIN) genom inverkan av en spontan migrän attack i μ-opioida system av en patients hjärna in vivo.
En växande mängd forskning, som genereras i första hand från MR-baserade studier, visar att migrän tycks uppträda, och möjligen uthärda, på grund av förändring av specifika neurala processer i centrala nervsystemet. Dock är informationen saknas på den molekylära effekten av dessa förändringar, i synnerhet på den endogena opioida systemet vid migrän, och neuro genom dessa förändringar har aldrig gjorts. Denna studie syftade till att undersöka, med hjälp av en ny 3D uppslukande och interaktiv neuro (3D-IIN) tillvägagångssätt, den endogena μ-opioid transmission i hjärnan under en migrän attack in vivo. Det här är utan tvekan ett av de mest centrala neuromechanisms förknippade med smärta reglering, som påverkar flera delar av smärtupplevelse och smärtlindring. En 36-årig kvinna, som har lidit med migrän i 10 år, har skannats i den typiska huvudvärk (ictal) och nonheadache (Interiktal) migrän faser med hjälp av Positron Emission Tomography (PET) med selektiva radiotracer [11 C] karfentanil, som tillät oss att mäta μ-opioid receptor tillgänglighet i hjärnan (icke förskjutbara bindande potential – μOR BP ND). Den korta liv radiotracer producerades av en cyklotron och kemisk syntes apparat på campus som ligger i nära anslutning till bildanläggningen. Både PET, Interiktal och ictal, var planerad under skilda mitten-slutet av follikulära faser av patientens menstruationscykeln. Under ictal PET sessionen nådde hennes spontana huvudvärk attack svår intensitetsnivåer; att fortskrida till illamående och kräkningar i slutet av avsökningsperiod. Det fanns minskningar i μOR BP ND i smärtmodulerande regionerna av endogena μ-opioida systemet under ictal fasen, inklusive cingulatecortexen, nucleus accumbens (NACC), talamus (Thal), och periaqueductal grå materia (PAG); vilket indikerar att μORs redan ockuperades av endogena opioider släpptsom svar på den pågående smärta. Såvitt vi vet är detta första gången att förändringar i μOR BP ND under en migrän attack har neuronavigated med hjälp av en ny 3D-strategi. Denna metod möjliggör interaktiv forskning och pedagogisk utforskning av en migränattack i en verklig patientens neuroradiologiska dataset.
Migrän är en kronisk trigeminala smärta sjukdom som drabbar nästan 16% av kvinnorna och 6% av män i USA och hela världen 1-3. Repetitiva migrän huvudvärk attacker påverka en stor del av patientens existens, försämrar livskvaliteten och prestanda, som kostar miljarder dollar i missade skola / arbetsdagar och sjukvårdsutnyttjande 4. Under de försvagande huvudvärk attacker, sitt lidande har en markant ökad känslighet för skadliga (hyperalgesi) och till och med nonnoxious stimuli (allodyni) 5.
Den μ-opioida neurotransmittorsystemet är en av de viktigaste endogena smärtmodulerande mekanismer i vår hjärna. Det är involverade i regleringen av experimentell och klinisk smärtupplevelse, liksom i den smärtstillande effekten av opiater 6-9 som har associerats med den chronification av migränattacker 10. Senaste framstegen inom Positron Emission Tomografi (PET) molekylär avbildning möjliggöra studier av viktiga molekylära mekanismer i hjärnan hos patienter med kronisk smärta in vivo 11. I denna studie, trots de utmanande logistiken för att synkronisera aleatorisk och funktionsnedsättning, vilket de episodiska attacker med komplexiteten i PET / radiotracer Sessionen var 3D neuro används för första gången för att undersöka μOR tillgänglighet i centrala smärtmatris regioner i en patients hjärnan under en spontan migränhuvudvärk.
Case Presentation
En 36-årig asiatisk kvinna var inskriven i studien. Hon presenteras med en 10 årig historia av migrän med visuell aura. Högersidig migrän inträffade i genomsnitt 12 dagar per månad, med måttlig till svår smärta intensitet som vanligtvis skulle pågå i 72 timmar (om det inte behandlas eller utan framgång behandlats). Det fanns en ökad frekvens av huvudvärk attacker runt hennes menstruationscykel, somhade ett regelbundet mönster under hela studien. Associerade symtom inkluderade: illamående, kräkningar, fotofobi, och fonofobi. Under de vanliga huvudvärk attacker hon inte några autonoma symtom. Som behandling fick hon hantera sina symtom med endast farmakologisk misslyckade behandlingen, som var baserad på icke-steroida antiinflammatoriska läkemedel, och det fanns inga tecken på medicinering överanvändning eller opioid intag. Den kliniska undersökningen under screening besöket var utmärker och utan avvikelser, samt en översyn av systemen var inom normala gränser. Hon var ensamstående utan barn, och inte använder preventivmedel medicinering.
I detta fall rapporten, var faktiskt migrän neuroimaging data som utforskas för första gången, i en helt omslutande virtuell 3D verklighet, som visade en minskning i μ-opioid receptor tillgänglighet (μOR BP ND). Minskningar i μOR BP ND innebär att det finns en högre beläggning och / eller en förlust av μ-opioida receptorer i det centrala nervsystemet. Akuta minskningar av μOR BP ND i smärta-matrisregioner under ictal skanning jämfört med Interiktal scan, förväntas uppstå som en följd av lanseringen av endogena opioider som interagerar med μORs som ett reglerande svar på den pågående smärta, vilket gör mindre μORs tillgängliga för radiotracer.
Det nya i vår ictal migrän neuroradiologiska studie ligger i den nya 3D-neuro metod för att undersöka en patients faktiska hjärndata i virtuell verklighet. PET radiotracer teknik användes för att mäta förändringar i μORstillgänglighet med [11 C] karfentanil. Vid undersökning under huvudvärks evenemanget, är hjärnan hos migränpatienter oftast skannas efter en attack trigger (t.ex.., Glyceryltrinitrat, fotostimulering) 16,17, eller under den tekniska efterfrågan av en specifik framkallade stimulus (t.ex.., Smärta, pensel, ljus och lukt) 18-20. Alla dessa studier bekräftar den kunskap att sjukdomen är associerad med kortikala och subkortikala hyperexcitabilitet under huvudvärksfasen. Men en sådan uppsjö av stimuli i neuroradiologiska protokoll introducerar flera faktorer som moln vår förståelse av den enda effekten av en akut migränattack på det centrala nervsystemet. Av de få tidigare funktionella studier utan närvaro av exogen stimulering, det finns tecken på ökad regionalt cerebralt flöde i områden såsom cingulate cortex, hypotalamus och hjärnstammen 21, som kan kvarstå även efter akut terapi 22. Hittills, Den neuroradiologiska tekniker som tillämpas har inte tillåtet för molekylär karakterisering av signalsubstansen / receptor processer i migränattack, som den endogena μ-opioid mekanism, en av de viktigaste smärtstillande medel i hjärnan. Dessutom får vår metod dessa processer att utforskas med hjälp av 3D-neuro i en virtuell miljö.
Den nedåt smärta moduler systemet är ett komplext nätverk som reglerar smärta bearbetning i stor utsträckning via μ-opioidreceptorer i hela hjärnan, inklusive ryggrads till supraspinalområden. Dessa områden är kända för att vara inblandade i endogena anti-nociception, stress-inducerad smärtlindring, och i handling av opioida läkemedel som vanligen används för kronisk smärta och migrän behandling. I själva verket kan den dural neurogen kärlutvidgning i samband med migrän hämmas av morfin och därefter vändas genom opioidantagonisten naloxon, vilket tyder på att effekterna av morfin på neurogeninflammation medieras specifikt via aktivering av μ-opioidreceptorer 23. Intressant, är omfattningen av endogena opioider / μORs regionala aktive hos människor med anknytning till den enskildes förmåga att undertrycka sensoriska och affektiva delar av smärtupplevelse 24.
I vår studie, de hjärnregioner som visade minskningar av μ-opioid receptor tillgänglighet under ictal fas är ansvariga för båda delarna av migrän erfarenhet och dess modulering. De är ACC, thalamus, basala ganglierna (t ex., NACC), hippocampus, och PAG. Förutom allergi på grund av onormal trigeminala afferenta trafik, är en solid hypotes för migrän patofysiologi på dysfunktion i modulerande systemet. I detta fall är utsprång från / till hjärnstammen strukturer, såsom PAG, där det finns ett högt uttryck av opioidreceptorer, skulle ineffektivt producera deras anti-nociceptiv effekt på ASCEENDE sensoriska neuroner. Dessutom andra högre kortikala strukturer delta i denna felaktiga smärtmodulerande mekanismen vid migrän. En nyligen Interiktal vila-statlig studie rapporterade förändringar i anslutning av migränpatienter kontra friska kontroller i ventrolaterala PAG och de flesta av de (sub) kortikala strukturer i modulerande smärtsystemet och korrelerar dessa med frekvensen av huvudvärk attacker 13. Regionerna med förändringar anslutnings som finns i denna studie är de samma som de med förändringar i μOR BP ND funnit i vår egen studie. Samma PAG plats ursprungligen rapporterades som omfattar mikro neuroplasticityen i migrän 14, och här hade en avsevärd minskning i μOR BP ND under attacken.
Ytterligare studier med större grupper av individer är nödvändigt att bekräfta och utvidga de resultat som presenteras i denna fallbeskrivning. Till exempel är det för närvarande okänd varför systemet inte riktigt svaraatt den långsiktiga användningen av exogena opioider ofta föreskrivs i migrän kliniker. Ändå ger vår studie viktig mekanistisk information om effekterna av en migrän i μ-opioida systemet, och använder en ny 3D uppslukande och interaktiv neuro (3D-IIN) metod för första gången. I framtiden kan detta förberedande 3D-metod ger en mycket mer engagerande och interaktiv perspektiv för att undersöka hjärnan hos patienter inom forskning och kliniken.
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöddes av följande bidrag (DaSilva AF): National Institute of Health – Nationella institutet för neurologiska sjukdomar och Stroke – K23 NS062946, Dana stiftelsens Brain och Immuno-Imaging Award, och migrän Research Foundation Research Grant Award. Författarna erkänner PET-centrum Nuclear Medicine teknologer (Jill M. Rothley, Edward J. McKenna, Andrew R. Weeden, Paul Kison och Caitlin Hendricks) och personalen i funktionell MRI Laboratory (Scott Peltier och Keith Newnham). Dr Alex DaSilva, den ansvarige forskaren, hade full tillgång till alla data i studien, och tar ansvar för integriteten av data och noggrannheten i dataanalysen. Författarna förklarar några intressekonflikter i samband med denna undersökning.