Neste estudo, os autores relatam pela primeira vez um 3D imersivo e interativo neuronavegação (3D-IIN), através do impacto de um ataque de enxaqueca dor de cabeça espontânea no sistema μ-opióides do cérebro de um paciente in vivo romance.
Artigo de método
* These authors contributed equally
Neste estudo, os autores relatam pela primeira vez um 3D imersivo e interativo neuronavegação (3D-IIN), através do impacto de um ataque de enxaqueca dor de cabeça espontânea no sistema μ-opióides do cérebro de um paciente in vivo romance.
Um crescente corpo de pesquisa, gerada principalmente a partir de estudos baseados em ressonância magnética, mostra que a enxaqueca parece ocorrer, e eventualmente suportar, devido à alteração de processos neuronais específicas no sistema nervoso central. No entanto, a informação que falta sobre o impacto molecular dessas mudanças, especialmente no sistema opióide endógeno durante enxaquecas e neuronavegação por essas mudanças nunca foi feito. Este estudo teve como objetivo investigar, através de um romance 3D imersivo e interativo neuronavegação (3D-IIN) abordagem, a transmissão μ-opióides endógenos no cérebro durante um ataque de enxaqueca in vivo. Este é sem dúvida um dos mais neuromechanisms centrais associados com a regulação da dor, afetando vários elementos da experiência da dor e analgesia. Uma mulher de 36 anos, que vem sofrendo com a enxaqueca há 10 anos, foi digitalizada na dor de cabeça típica (ictal) e nonheadache (interictais) fases da enxaqueca usando Positron Emissíon Tomography (PET) com o carfentanil radiofármaco seletiva [11 C], o que nos permitiu medir a disponibilidade de receptores μ-opióides no cérebro (potencial de ligação não deslocável - μOR BP ND). O radiofármaco-vida curta foi produzido por um aparelho de síntese ciclotron e química no campus localizado em estreita proximidade com a facilidade de imagem. Ambos PET, interictal e ictal, foram programadas durante meados-final de fases foliculares separadas do ciclo menstrual da paciente. Durante a sessão de PET ictal seu ataque dor de cabeça espontânea atingiu níveis de intensidade de graves; progredindo a náuseas e vómitos, no final da sessão de verificação. Houve redução no μOR BP ND nas regiões dor-moduladores do sistema μ-opióides endógenos durante a fase ictal, incluindo o córtex cingulado, núcleo accumbens (NACC), tálamo (Thal) e matéria cinzenta periaquedutal (PAG); indicando que μORs já foram ocupadas por opióides endógenos liberadosem resposta à dor contínua. Para o nosso conhecimento, esta é a primeira vez que as mudanças na μOR BP ND durante um ataque de enxaqueca dor de cabeça foram neuronavigated usando uma nova abordagem 3D. Este método permite a pesquisa e educacional exploração interativa de um ataque de enxaqueca no conjunto de dados de neuroimagem de um paciente real.
A enxaqueca é uma desordem de dor trigeminal crônica que afeta cerca de 16% das mulheres e 6% dos homens nos Estados Unidos e no mundo 1-3. Repetitivos ataques de enxaqueca têm um impacto sobre uma grande parte da existência do paciente, prejudicando a qualidade de vida e desempenho, custando bilhões de dólares em dias de escola / trabalho perdidas e utilização de saúde 4. Durante os ataques de dor de cabeça debilitantes, seus portadores têm uma maior sensibilidade acentuada a nocivo (hiperalgesia) e até mesmo estímulos nonnoxious (alodinia) 5.
O sistema neurotransmissor μ-opióides é um dos principais mecanismos de modulação da dor endógenas em nosso cérebro. Ele está envolvido na regulação da percepção da dor experimental e clínica, bem como na acção analgésica dos opióides 6-9, que têm sido associados com a cronicidade de ataques de enxaqueca 10. Os recentes avanços na Positron Emission Tomofia (PET), imagiologia molecular permitem o estudo dos mecanismos moleculares importantes no cérebro de pacientes com dor crónica in vivo 11. Neste estudo, apesar de a logística desafiadoras de sincronizar o aleatório e debilitante natureza dos ataques episódicos com a complexidade de configuração da sessão PET / radiofármaco, neuronavegação 3D foi usado pela primeira vez para investigar a disponibilidade μOR em regiões-chave dor de matriz de um paciente do cérebro durante uma enxaqueca espontânea.
Apresentação do caso
A 36 anos de idade, do sexo feminino asiático foi matriculado no estudo. Ela apresentou com uma história de enxaqueca de 10 anos com aura visual. Enxaquecas do lado direito ocorreu uma média de 12 dias por mês, com intensidade moderada a dor que geralmente duram 72 horas (se não tratada ou tratada sem sucesso). Houve um aumento da frequência de crises de cefaléia em torno de seu ciclo menstrual, quetinha um padrão regular durante todo o estudo. Os sintomas associados incluem: náuseas, vômitos, fotofobia, fonofobia e. Durante os ataques regulares de dor de cabeça que não apresentavam quaisquer sintomas autonômicos. Como tratamento, ela estava administrando seus sintomas com apenas terapia farmacológica abortiva, que foi baseado em medicamentos anti-inflamatórios não esteróides, e não houve indícios de uso excessivo de medicação ou a ingestão de opiáceos. O exame clínico durante a visita de triagem foi normal e sem alterações, e uma revisão dos sistemas estava dentro dos limites normais. Ela era solteira e sem filhos, e não estava usando medicação contraceptiva.
O estudo deve ser aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional local, e pelo Comitê de Pesquisa de Drogas da radioativo. O sujeito da pesquisa dá consentimento informado por escrito para participar do estudo. O protocolo é dividido em três etapas cronológicas:
O paciente é responsável pelo preenchimento de um diário de dor, e para confirmar com o grupo de pesquisa a ocorrência de um ataque de enxaqueca no dia da sessão de imagens. Ambos, interictal e ictal, PET deve ser agendada durante as fases foliculares meados dos anos separadas do paciente (5 a 10 dias após o primeiro dia de sangramento menstrual), que neste caso foi rastreados e calculados com antecedência por um ginecologista com experiência no campo (anos).
1. MRI Session
2. Ictal Sessão PET
3. PET Dados Reconstrução
4. Análise de Dados de PET
NOTA: Anatomicamente padronizar as imagens para o espaço do modelo usando o software Statistical Parametric Mapping (SPM8) seguindo a seqüência abaixo.
Examine a atividade de várias regiões bilaterais que estão envolvidas no processamento da dor, incluindo:
5. 3D-neuronavegação
6. 3D imersivo e interativo neuronavegação (3D-IIN)
O paciente apresentou para o hospital com uma dor de cabeça temporal e occipital direito pulsante, com uma intensidade de 6 em uma escala de dor 0-10. Ela estava tendo sua dor de cabeça da enxaqueca típico, porém sem aura. Ele havia iniciado ao acordar 5 horas antes do (ictal) sessão PET, e ela conseguiu tolerar isso sem qualquer farmacoterapia abortiva. Para seu conhecimento, a dor de cabeça não foi evocada por qualquer fator desencadeante (por exemplo, álcool, privação de sono). Ausência de sintomas autonômicos foram relatados, mas fotofobia e fonofobia estavam presentes. Após o início da sessão de PET ictal a intensidade da dor aumentava, chegando a níveis severos (9 em uma escala de dor 0-10) 60 min para o estudo; progredindo a náuseas e vómitos, no final da sessão de verificação. Diminuição da μOR BP ND foi notado no cérebro do paciente durante a dor de cabeça da enxaqueca espontânea (fase ictal), em comparação com a linha de base (fase interictal) (Figura 2). Lá nósre reduções de patentes na μOR BP ND nas principais regiões dor-matriz do sistema μ-opióides endógenos, incluindo os seguintes núcleos: tálamo lateral direito dorsais (11, -19, -16: 10,2%), dorsal medial direito (6, -17, -8: 11,1%), na linha média direita (8, -19, -16: 27%), e ventral anterior (9, -9, -12: 12,0%). Além disso, foram encontradas mudanças no anterior direito (8, 35, 14: 13,7%) e deixou córtex cingulado posterior (-5, -44, 23: 11,8%), o corpo caudado esquerdo (-11, 6, 15: 12,0 %), globo pálido medial globus (direita: 16, -4, -3: 16,2%; esquerda: -14, -4, -3: 22,6%), núcleo accumbens esquerda (-9, -11, -7: 10,5% ) e hipocampo (direita: 30, -22, -14: 12,6%; esquerda: -30, -22, -14: 11,5%). Houve um aumento no μOR BP ND apenas na amígdala esquerda (-23, -4, -19: 11,7%). No tronco cerebral, a redução significativa no ictal μOR BP ND estendeu do rostral para caudal matéria cinzenta periaquedutal (PAG) (direita: 4, -28, -6: 15,1%; esquerda: -2, -28, -6: 14,6 %) (Fig.ra 3). No entanto, as variações percentuais hemisféricas globais no μOR BP ND durante a crise de enxaqueca foram modestos (direita: 8,5%; esquerda: 8,29%), indicando que as reduções no μOR BP ND eram específicos para as estruturas dor-matriz no cérebro .

Figura 1. Realidade Virtual 3D completa de dados de navegação de uma enxaqueca cérebro. Pela primeira vez, os dados enxaqueca real de neuroimagem foi explorado em uma realidade virtual 3D totalmente imersiva, que inclui navegação irrestrita através dos dados (por estudantes, médicos e pesquisadores) em relação à disponibilidade de receptores μ-opióides (μOR BP ND) no cérebro durante a dor de cabeça da enxaqueca ataque in vivo.
.. Figura 2 μ-opióides Perfil do cérebro de uma enxaqueca in vivo a fase ictal (linha inferior) - fase de dor de cabeça - mostra uma diminuição na disponibilidade de receptores μ-opióides (μOR BP ND) nas regiões dor de matriz (valor limite, DV = 4,50). Esse resultado representa possivelmente um aumento na liberação de μ-opióides endógenos durante o ataque de enxaqueca, como uma resposta regulatória à dor de cabeça severa em curso. Palavras-chave: tálamo (Thal), núcleo accumbens (Nac) e cingular anterior córtex (ACC).

Figura 3. Midbrain / Pons / Medulla μ-opióide Disponibilidade Durante um ataque de enxaqueca in vivo. A fase ictal (direitacoluna) - fase de dor de cabeça - mostra uma diminuição na disponibilidade receptor μ-opióide ao longo da matéria cinzenta periaquedutal (PAG) (valor de Threshold, DV = 4,50), em comparação com a fase interictal (coluna da esquerda) - fase não dor de cabeça. Palavras-chave: PAG: r - rostral; m - medial; c - caudal.
Neste relato de caso, dados reais neuroimagem enxaqueca foi explorada pela primeira vez, em uma realidade virtual 3D totalmente imersiva, que demonstrou uma diminuição na disponibilidade de receptores μ-opióides (μOR BP ND). Reduções na μOR BP ND significa que existe uma maior ocupação e / ou uma perda de receptores μ-opióides no sistema nervoso central. Reduções agudas na μOR BP ND em regiões de dor de matriz durante a varredura ictal, em comparação com a pesquisa interictal, são esperados para ocorrer como conseqüência da liberação de opióides endógenos interagindo com μORs como uma resposta regulatória à dor contínua, tornando menos μORs acessível ao radiofármaco.
A novidade do nosso estudo de neuroimagem enxaqueca ictal está na nova abordagem neuronavegação 3D para investigar dados cerebrais reais de um paciente em realidade virtual. Tecnologia radiofármaco PET foi utilizado para medir as mudanças na μORsdisponibilidade com [11 C] carfentanil. Quando examinados durante o evento dor de cabeça, o cérebro de pacientes com enxaqueca geralmente são digitalizados após um disparo de ataque (por exemplo., Nitroglicerina, fotoestimulação) 16,17, ou sob a exigência técnica de um determinado estímulo evocado (por exemplo., Dor, escova, luz , e odor) 18-20. Todos esses estudos corroboram o conhecimento de que a doença está associada a hiperexcitabilidade cortical e subcortical durante a fase de dor de cabeça. No entanto, uma tal variedade de estímulos nos protocolos neuroimagem introduz vários factores que obscurecem a nossa compreensão da sola impacto de um ataque agudo de enxaqueca no sistema nervoso central. Dos poucos estudos funcionais anteriores sem a presença de estimulação exógena, não há indicação de aumento do fluxo cerebral regional em áreas como o córtex cingulado, no hipotálamo e tronco cerebral 21, que podem persistir mesmo após a terapia aguda 22. Até agora, As tecnologias de neuroimagem aplicadas não têm permitido a caracterização molecular dos processos neurotransmissor / receptoras envolvidas no ataque de enxaqueca, tais como o mecanismo μ-opióides endógenos, um dos recursos analgésicos mais importantes no cérebro. Além disso, nosso método permitiu estes processos a ser explorado usando neuronavegação 3D em um ambiente virtual.
O sistema modulatório descendente da dor é uma rede complexa, que regula o processamento da dor, em grande medida através de receptores μ-opióides em todo o cérebro, incluindo espinhal para as áreas supra-espinhal. Estas áreas são conhecidas por estarem envolvidas em anti-nocicepção, analgesia induzida pelo estresse endógeno, e na ação de drogas opióides comumente usado para a dor crônica e tratamento da enxaqueca. Na verdade, a vasodilatação neurogénica associada com a dura-máter de enxaqueca pode ser inibida por morfina e subsequentemente invertido pelo antagonista opióide naloxona, o que indica que os efeitos da morfina no neurogénicainflamação são mediados especificamente via ativação de receptores μ-opióides 23. Curiosamente, a magnitude de opiáceos / μORs ativações regionais endógenas em humanos está relacionada com a capacidade do indivíduo para suprimir elementos sensoriais e afetivas da experiência de dor 24.
Em nosso estudo, as regiões do cérebro que mostraram redução na disponibilidade de receptor μ-opióides durante a fase ictal são responsáveis por ambos os elementos da experiência enxaqueca e sua modulação. Eles são o ACC, tálamo, gânglios basais (p. ex., NAcc), hipocampo, e no PAG. Além de sensibilização, devido ao tráfego anormal aferente trigeminal, uma hipótese sólida para a enxaqueca é a fisiopatologia da disfunção do sistema modulador. Neste caso, as projecções de / para as estruturas do tronco cerebral, tais como a PAG, onde existe uma elevada expressão de receptores de opióides, se ineficientemente produzir o seu efeito anti-nociceptivo em ASCEnding neurônios sensoriais. Além disso, outras estruturas corticais superiores participar neste mecanismo de dor-moduladora defeituoso na enxaqueca. Um estudo de descanso em estado interictal recente relatou mudanças na conectividade de enxaqueca quando comparados aos controles saudáveis no PAG ventrolateral e na maioria das (sub) estruturas corticais do sistema modulador da dor e correlacionados los com a freqüência das crises de cefaléia 13. As regiões com mudanças de conectividade encontrados neste estudo são os mesmos que com as mudanças no μOR BP ND encontrado em nosso próprio estudo. O mesmo local PAG foi originalmente relatado como englobando neuroplasticidade microestrutural em 14 pacientes com enxaqueca, e aqui tiveram uma diminuição considerável na μOR BP ND durante o ataque.
Novos estudos com coortes maiores são necessários para confirmar e ampliar os resultados apresentados neste relato de caso. Por exemplo, é atualmente desconhecido porque o sistema não responder corretamentepara o uso a longo prazo de opióides exógenos freqüentemente prescritos em clínicas de enxaqueca. No entanto, nosso estudo fornece informações mecanicista importante, sobre o impacto da dor de cabeça da enxaqueca no sistema μ-opióide, e usa um romance 3D imersivo e interativo neuronavegação (3D-IIN) abordagem pela primeira vez. No futuro, este método 3D exploratória poderia proporcionar uma perspectiva muito mais imersivo e interativo para examinar os cérebros de pacientes em pesquisa e clínica.
Os autores não têm nada a revelar.
Este trabalho foi apoiado pelos seguintes subvenções (DaSilva AF): Instituto Nacional de Saúde - Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Derrame - K23 NS062946, da Dana Foundation cérebro e Imuno-Imaging Award, ea Research Foundation Research Award Grant enxaqueca. Os autores reconhecem o Centro de Medicina Nuclear PET Technologists (Jill M. Rothley, Edward J. McKenna, Andrew R. Weeden, Paul Kison, e Caitlin Hendricks) e do pessoal da Funcional Laboratório MRI (Scott Peltier e Keith Newnham). Dr. Alexandre DaSilva, o investigador principal, teve pleno acesso a todos os dados do estudo, e assume a responsabilidade pela integridade dos dados ea precisão da análise dos dados. Os autores declaram não haver conflitos de interesse relacionados com este estudo.