Pharmacological modulation of trigeminal nociception in healthy volunteers and migraine patients using event-related f-MRI

• Applicant: Professor Dr. Arne May
• Subject Area: Clinical Neurology; Neurosurgery and Neuroradiology ; Cognitive, Systems and Behavioural Neurobiology
• Term: from 2014 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 249534396

• Final Report Year: 2018

Final Report Abstract

Das Projekt befasste sich mit der pharmakologischen Modulation auf die trigeminale Schmerzverarbeitung mittels funktioneller Bildgebung. Die zu testende Hypothese war, dass Akut-Medikamente zum Einsatz in der Kopfschmerzattacke und Medikamente die üblicherweise in der Prophylaxe der Migräne eingesetzt werden, nicht nur in der Peripherie sondern auch zentral (im Gehirn und Hirnstamm) wirken. Diese Hypothese wurde mittels 3 unterschiedlicher Experimente untersucht, die alle einen von uns entwickelten standardisierten trigemino-nozizeptiven Reiz in der funktionellen Bildgebung (event-related f-MRT) verwendeten. Im ersten Experiment wurden ein Schmerzmedikament (Acetylsalicylsäure/ASS) und ein spezifischen Kopfschmerzmedikament (Triptan) untersucht. Im zweiten Experiment wurden klinisch gängige Prophylaxe-Medikamente zur Migränebehandlung (Betablocker und Topiramat) untersucht. Im dritten Experiment wurden Patienten die unter einem Medikamenten-induzierten Kopfschmerz litten vor und nach Medikamentenentzug untersucht. Wir konnten zeigen, dass Triptane, im Gegensatz zu Schmerzmitteln direkt am trigeminalen Kern wirken, und die Schmerzweiterleitung vom trigeminalen Nerven zum Gehirn hemmen. Dieser spezifische Effekt könnte erklären warum Schmerzmittel zwar auch bei Kopfschmerz wirken, Triptane hingegen nur und spezifisch bei Kopfschmerzen wirken und wegen dieser Spezifität deutlich wirksamer sind. Weiterhin konnten wir zeigen dass Betablocker und Topiramat ihre Wirkung zumindest zum Teil durch Modulation von Hirnstrukturen entfalten: Betablocker durch Modulation des Hypothalamus und Topiramat durch Modulation von thalamo-corticalen Netzwerken. Zuletzt konnten wir frühere Befunde bestätigen, dass der Medikamenten-induzierte Kopfschmerz mit einer Veränderung eines spezifischen Hirnareals direkt hinter der Stirn, dem orbito-frontalen Cortex einhergeht und erstmals zeigen dass das Ausmaß dieser Veränderung mit den Erfolg des Medikamentenentzuges korreliert. Weiterhin konnten wir zeigen dass der Medikamentenentzug eine Zunahme der kortikalen Schmerzverarbeitung mit sich bringt, und gehen davon aus, dass diese sich normalisiert da sie vor dem Entzug gegenüber gesunden Kontrollprobanden reduziert gewesen war. Wenn man alle Projekte zusammen betrachtet, konnten wir erstmals mittels pharmakologischem Imaging Daten am Menschen zur Wirkweise von Akut- und Prophylaxe-Medikation die zur Migränebehandlung eingesetzt werden aufzeigen.

Publications

• (2018) Cortical and subcortical alterations in medication overuse headache. Frontiers in Neurology 9 499
  Jan Mehnert, Julia Hebestreit, Arne May
  
• Central effects of acetylsalicylic acid on trigeminal-nociceptive stimuli. J Headache & Pain (2014) 9;15:59
  Kröger, Inga L & May, Arne
  
• Dissociating the neural Mechanisms of Pain Consistency and Pain Intensity. Cephalalgia (2015) 36(8):790-9
  Kröger, Inga L; Menz, Mareike M & May, Arne
  
• Triptan induced disruption of trigemino-cortical connectivity. Neurology (2015) 26;84(21):2124-31
  Kröger, Inga L. & May, Arne
  
• The enigma of site of action of migraine preventives: No effect of metoprolol on trigeminal pain processing in patients and healthy controls. Journal Headache & Pain (2017) Dec 19;18(1):116
  Hebestreit, Julia M. & May, Arne
  
• Topiramate modulates trigeminal pain processing in thalamo-cortical networks in humans after single dose administration. PLOS-1 (2017) Oct 9;12(10):e0184406
  Hebestreit, Julia M. & May, Arne