Samenvatting Migraine is een aandoening waaraan ongeveer 6% van de mannen en 16% van de vrouwen lijdt. Een migraine aanval wordt over het algemeen gekarakteriseerd door een unilaterale, kloppende hoofdpijn, welke gepaard gaat met misselijkheid en een afkeer van licht en geluid. In een minderheid van de patiënten wordt de hoofdpijn-fase voorafgegaan door een aura: een verstoring van de sensorische waarneming (meestal visueel), die 20 tot 30 minuten voor het begin van de hoofdpijn start en vlak ervoor stopt. Een deel van de migraine patiënten voelt de aanval al een dag van te voren aankomen doordat ze last krijgen van geirriteerdheid, gapen, vermoeidheid en veranderd eet en drink gedrag; dit zijn de zogenaamde prodromen. Het onderzoek naar de pathofysiologische processen die ten grondslag liggen aan migraine vindt zowel op klinisch als pre-klinisch niveau plaats en neemt, beoordeeld naar het aantal wetenschappelijke artikelen erover, sinds de jaren 60 gestaag toe. Desondanks is het mechanisme dat verantwoordelijk is voor het ontstaan van migraine nog onbekend. Wel zijn er verschillende theorieën over dit mechanisme ontwikkeld. De meeste theorieën gaan er van uit dat als laatste stap het trigeminovasculaire systeem wordt geactiveerd. Dit systeem is het complex van pijnzenuwen van trigeminale origine, welke intracraniaal geassocieerd zijn met de grotere vaten van het brein en de dura mater; één van de hersenvliezen. De theorieën verschillen met name in de manier waarop dit trigeminovasculaire systeem wordt geactiveerd. Oorzaken van migraine worden gezocht in vaatverwijding, neurogene ontstekingsprocessen, en/of afgegifte van stikstofmono-oxide of vaso-actieve amines. Recentelijk heeft men ook aangetoond dat genetische afwijkingen in een calciumkanaal tot een bepaalde vorm van migraine leiden. Omdat de hoofdpijnfase het meest invaliderende aspect van de migraine aanval is wordt in het pre-klinisch onderzoek met name deze fase onderzocht. Stimulatie van intracraniaal gelegen trigeminale pijnzenuwen op chemische, electrische of mechanische wijze worden gebruikt om de hoofdpijn na te bootsen in proefdieren. Als parameter voor activiteit van het trigeminale systeem wordt onder andere de neuronale activiteit in de trigeminaal nucleus caudalis (TNC) gebruikt. De buitenste lagen van de TNC zijn het primaire station in de hersenen waar trigeminale pijnzenuwen eindigen. Middels electrische afleiding of immunocytochemische bepaling van eiwitten die tot expressie komen als gevolg van verhoogde activiteit van neuronen (zoals Fos, het eiwit van het proto-oncogen c-fos), kan de activiteit in deze nucleus worden gekwantificeerd. Tot nu toe werden hoofdpijnmodellen altijd ontwikkeld in genarcotiseerde dieren. De perifere nociceptieve processen in de hersenvliezen die aanleiding zijn voor het pijnsignaal zijn waarschijnlijk niet gevoelig voor anesthesie. De centrale verwerking van 147
pijnsignalen wordt echter wel beïnvloed door de anesthesie. Een diermodel voor migraine hoofdpijn waarbij geen anesthesie wordt toegepast, geeft ons de mogelijkheid om de centrale verwerking van hoofdpijnsignalen te bestuderen en is met name interessant vanwege de ontwikkeling van anti-migraine farmaca met een (additionele) centrale werking. Het ethische aspect van pijninductie bij niet genarcotiseerde proefdieren wordt door ons gezien als een belangrijk, maar moeilijk te vermijden, nadeel. Doel van het onderzoek beschreven in dit proefschrift is de ontwikkeling van een proefdiermodel voor hoofdpijn in de ongeanestheseerde rat om vervolgens de centrale verwerking van trigeminovasculaire nociceptie te bestuderen en de fysiologische en farmacologische modulatie daarvan. Sectie 1 van dit proefschrift geeft een algemene inleiding over migraine, waarin enkele theorieën over de pathofysiologie van migraine de revue passeren en dieper wordt in gegaan op de verschillende proefdiermodellen die worden gebruikt voor bestudering van mechanismen die betrokken zijn bij het ontstaan van trigeminovasculaire pijn. Sectie 2 van dit proefschrift beschrijft het gedrag en de cerebrale activiteit die geassocieerd zijn met trigeminovasculaire pijn in de rat. Deze sectie omvat 2 hoofdstukken. Hoofdstuk 2.1 beschrijft het model dat is gebruikt om migraine hoofdpijn in ongeanestheseerde ratten na te bootsen. Intracraniale trigeminale pijnzenuwen werden gestimuleerd door verschillende concentraties capsaicine (de scherpe, actieve stof in rode pepers, die C vezels stimuleert) te infuseren in de cisterna magna, een ruimte gelegen achter het vierde ventrikel en het cerebellum die een ruime hoeveelheid cerebrospinale vloeistof bevat. Dit werd gedaan middels een permanente cisterna magna cannule, die 3 dagen voor het experiment werd geplaatst. Voor het 2 minuten durende infuus van 100 µl oplosvloeistof of 10, 100 of 1000 nm capsaicine werden de ratten in een nieuwe kooi geplaatst en het gedrag werd op video opgenomen voor gedragsanalyse. Na 2 uur werden de ratten getermineerd waarna de hersenen werden onderzocht op de expressie van Fos. Het aantal Fos positieve cellen in de buitenste lagen van de TNC werd gekwantificeerd. Exploratie van de kooi was een karakteristiek onderdeel van het gedrag van dieren die oplosmiddel kregen toegediend. Dit exploreer gedrag werd dosis-afhankelijk verlaagd bij infusie van toenemende concentraties capsaicine. Hiervoor in de plaats gingen ratten immobiliseren en de kop wassen en krabben. Het experiment laat zien dat stimulatie van intracraniale pijnzenuwen leidt tot extracraniale "referred pain" sensatie die was- en krabgedrag induceert. Extracraniale overgevoeligheid van de huid van het hoofd wordt ook bij migraine patienten waargenomen. De hoeveelheid Fos positieve cellen in de buitenste lagen van de TNC was alleen significant verhoogd na toediening van de hoogste concentratie capsaicine. Dit laat zien dat de gedragseffecten van capsaicine toediening al waarneembaar zijn als verandering van de neuronale activiteit in de TNC niet meetbaar is met behulp van Fos expressie. Dit valt mogelijk te verklaren doordat de temporele resolutie van Fos niet gelijk is aan die van de parameter gedrag. 148
Hoofdstuk 2.2 beschrijft het cerebrale Fos expressie patroon gevonden na intracisternale infusie van 250 of 1000 nm capsaicine. Gebieden die verhoogde Fos immunoreactiviteit lieten zien na 250 en/of 1000 nm capsaicine waren naast de buitenste lagen van de TNC verschillende delen van het "limbische systeem" (nucleus tractus solitarius, area postrema, parabrachiale nucleus, amygdala, periaqueductale grijs, hypothalamus, intralaminaire thalamische nuclei, insulaire cortex) en gebieden betrokken bij supraspinale pijninhibitie (locus coeruleus, raphe dorsalis, raphe magnus) en pijngewaarwording (delen van de primaire somatosensorische cortex). Van bijna al deze gebieden is bekend dat ze een rol bij pijnmodulatie (kunnen) spelen, maar het valt niet uit te sluiten dat gebieden geactiveerd werden door de fysiologische en gedragsmatige responsen na trigeminovasculaire nociceptie. Dat de locus coeruleus en raphe dorsalis ook duidelijk geactiveerd worden door de trigeminovasculaire pijnprikkel pleit tegen een belangrijke rol van deze nuclei bij het ontstaan van een migraine aanval, zoals wordt gesuggereerd door neuro-imaging studies die zijn uitgevoerd bij migraine patiënten tijdens de aanval. Sectie 3 bevat 2 hoofdstukken waarin de relatie tussen immunologische factoren en migraine een belangrijke rol speelt. Hoofdstuk 3.1 is een overzichtsartikel over immuunsysteem functie in migraine. Er zijn meerdere (indirecte) aanwijzingen dat het immuunsysteem betrokken is bij de migraine pathofysiologie. Atopsiche ziekten zoals exceem en asthma, komen vaker voor bij migraine patiënten, evenals een verhoogde gevoeligheid voor infecties. Bovendien is aangetoond dat de frequentie, duur en intensiteit van de migraine-aanvallen afnemen wanneer de patiënten behandelt worden voor de bacteriele Helicobacter Pylori infectie. In het overzichtsartikel worden studies besproken die het functioneren van het immuunsysteem in migraine patiënten hebben onderzocht. Hierbij komen immunoglubulines, complement factoren, histamine, cytokines, en immuun systeem cellen aan de orde. Uit het review blijkt dat er geen eenduidige, goed gedefinieerde immunologische afwijking aanwezig is in migraine patiënten, maar dat sommige immunologische parameters inderdaad veranderd zijn. Verhoogde plasma histamine niveau s, verhoogde spontane afgifte van histamine door leucocyten, veranderde (mogelijk onderdrukte) functie van lymphocyten en verlaagde fagocytotische capaciteit van monocyten en polymorphnucleaire cellen worden gevonden bij migraine patiënten. Deze veranderingen duiden eerder op een onderliggende persistent aanwezige infectie dan op een zich herhalende atopische overgevoeligheidsreactie van het immuunsysteem. In hoofdstuk 3.2 wordt het in hoofdstuk 2.1 beschreven diermodel gebruikt om te onderzoeken hoe infecties trigeminovasculaire pijn beïnvloeden. Infecties werden nagebootst door een injectie met lipopolysacchariden (LPS componenten van de celwand van gram-negatieve bacterïen) 5 uur voor de trigeminovasculaire stimulatie met capsaicine. Gedrag van het dier en Fos expressie in de TNC werden gekwantificeerd als parameters 149
voor trigeminovasculaire nociceptie. Een lage concentratie van LPS potentieerde het capsaicine geinduceerde immobilisatie gedrag zonder dat het de capsaicine geinduceerde Fos expressie in de buitenste laag van de TNC beïnvloedde. Een hoge concentratie LPS verhoogde wel de capsaicine geïnduceerde neuronale activiteit in de TNC. Deze effecten van LPS op capsaicine gevoelige intracraniale zenuwen worden waarschijnlijk veroorzaakt door cytokines (de signaalstoffen van het immuunsysteem), die via verschillende wegen de gevoeligheid van de sensorische zenuwen kunnen beïnvloeden. Overgevoeligheid van trigeminale zenuwen verklaart mogelijk waarom migraine patiënten de hoogste hoofdpijnintensiteit rapporteren tijdens een infectie. In sectie 4 is geprobeerd door toediening van centraal actieve farmaca de trigeminovasculaire nociceptie te beïnvloeden. Hoofdstuk 4.1 beschrijft experimenten met een langwerkende somatostatine analoog: het octreotide. Deze stof is al met succes getest bij enkele migraine patiënten maar is weinig lipofiel en ondervindt dus problemen bij het passeren van de bloed-hersen barrière. Het precieze werkingsmechanisme van octreotide is nog onbekend maar er is een uitgebreid systeem van somatostatine positieve vezels en receptoren aangetoond in de TNC, en andere gebieden van het brein die een rol spelen bij de centrale verwerking van pijn. Daarom is het waarschijnlijk dat nieuwe, meer lipofiele somatostatine agonisten, via deze gebieden de trigeminale pijnverwerking zouden kunnen beïnvloeden. Daarom werden effecten van intracisternaal toegediende octreotide getest in het model voor trigeminovasculaire nociceptie zoals beschreven in hoofdstuk 2.1. Octreotide, toegediend 10 minuten voor de infusie van het oplosmiddel, veroorzaakte (buiten capsaicine om) een verhoging van het wassen en krabben van de kop, wat centraal nerveuze werking van octreotide via deze toedieningswijze ondersteunt. Octreotide kon echter niet het capsaicine geinduceerde gedrag, noch de toename van de Fos expressie in de TNC reduceren. Dit duidt er op dat er geen belangrijke primaire rol is voor de centrale somatostatine receptoren bij de verwerking van trigeminovasculaire pijn. In hoofdstuk 4.2 worden de bevindingen van de neuronale stikstof mono-oxide synthase (nnos) remmer 7-Nitro-indazole (7-NI) in het trigeminovasculaire nociceptie model beschreven. 7-NI toonde al anti-nociceptieve werking in verschillende pijn modellen. Aangezien het makkelijk de hersenen binnenkomt, werd het 30 minuten voor de activatie van het trigeminale systeem intraperitoneaal toegediend. De gedragsstudie toonde een verhoogde immobilisatie van de dieren na 7-NI toediening en duidelijk minder wassen en krabben van de kop. Capsaicine-geïnduceerde gedragsveranderingen (immobilisatie, kop wassen en krabben) werden niet beïnvloed door 7-NI. In overeenstemming daarmee bleek ook de capsaicine geïnduceerde Fos expressie in de TNC niet significant verlaagd te worden door 7-NI. Deze resultaten pleiten tegen een rol voor, uit neuronen afkomstige, stikstof mono-oxide in trigeminovasculaire pijnverwerking. Sectie 5 is de algemene discussie van dit proefschrift. Hierin wordt het nut van proefdieronderzoek voor het begrip van (migraine) hoofdpijn bediscussieerd mede in relatie 150
tot het "negatieve" ethische aspect. Er wordt dieper ingegaan op het belang van gedragsstudies als parameter voor de kwantificering van trigeminovasculaire pijn en de betekenis van centraal werkende anti-migraine farmaca voor de acute en/of profylactische bestrijding van migraine. 151