Smerte er en subjektiv opplevelse og er avhengig av personens tilstand, gener og av erfaring. Den kognitive oppmerksomhet om egen smerte er avgjørende for smerteopplevelse og smerteatferd. Hjernens frontallapper, særlig prefrontal cortex, er spesielt godt utviklet hos mennesket og andre primater, og har en svært viktig funksjon for smerteopplevelse (1 , 2 ). Skade i disse områder kan medføre likegyldighet overfor stimuli som til vanlig er sterkt smertegenererende (1 – 3 ). Områdene er sentrale for den følelsesmessige farging av vår tenkning (3 ). Her er komplekse nettverk av synapser, og det er egentlig å forvente at smerte kan være vanskelig både å behandle og forstå. Det er betydelig komorbiditet mellom migrene og psykiske lidelser (4 ). Sigmund Freud (som selv hadde migrene) gikk med årene vekk fra sine psykodynamiske forklaringer på selve migrenen. Generelt er det lite dokumentasjon på psykisk lidelse som årsak til hodepine (5 ). I denne artikkelen drøfter vi nevrobiologi ved migrenesmerte og annen hodepine, og belyser særegne trekk for denne sammenliknet med smerte andre steder i kroppen, trekk som også har farmakologiske implikasjoner.
Materiale og metode
Artikkelen bygger på ikke-systematisk søk i PubMed med «migrene og mekanismer» og «migrene og patofysiologi» som søketermer, og på eget kjennskap til faglitteratur om migrene.
Smertebaner
Nociseptorer er spesialiserte frie ender av sensoriske nervefibre, og lar seg selektivt aktivere av kjemiske, termiske og mekaniske stimuli (6 – 10 ). Smertesignaler føres via tynne umyeliniserte C-fibre (0,25 – 1,5 µm) eller litt tykkere myeliniserte Aδ-fibre (1 – 5 µm) som i tillegg til smertetransmisjon kan frisette peptider fra sine perifere forgreninger og forårsake nevrogen inflammasjon. Substans P, nevrokinin A og kalsitoningenrelatert peptid (CGRP), fremkaller lokal vasodilatasjon og ødem og frisetting av inflammatoriske substanser fra mononukleære celler i nærheten (7 , 8 , 10 ). De nociseptive (primærafferente) fibrene ender i ryggmargens bakre horn (lamina I, II, IIa og V) hvor de har synaptiske forbindelser med 2. ordens oppstigende nevroner (sekundærafferenter) som utgjør de spinotalamiske baner (7 , 9 , 10 ), tractus neospinothalamicus og paleospinothalamicus. Den førstnevnte ender i den ventroposteriore laterale kjerne av thalamus, mens sistnevnte ender i hjernestammen og bidrar til smertemodulering. Fra thalamus går smertesignalene spesielt til somatosensorisk cortex, fremre del av gyrus cinguli og insula (fig 1a).
Figur 1 Skjematisk fremstilling av det nevronale «smertesystem». a) Skade aktiverer nociseptorer som induserer smertesignaler som føres inn til ryggmargens bakre horn. Herfra krysser aksoner fra 2. ordens nevroner til kontralateral side og danner en oppadstigende bane; tractus spinothalamicus. Disse ender i hjernestammen (spinomesencefale tractus, spinoretikulære tractus) og thalamus , hvor de kontakter 3. ordens nerveceller, som igjen projiserer til ulike områder involvert i smerteopplevelse. Områder i storhjernen som aktiveres ved smerte, er somatosensorisk cortex, gyrus cinguli og insula. b) Smerte reguleres ovenfra og ned i et i stor grad opioidsensitivtmodulerende nevronalt system. Dette skjer kortikalt, i thalamus og flere steder i hjernestammen. Fremre del av gyrus cinguli , hypothalamus, amygdala og andre områder projiserer til periakveduktale grå substans i mesencephalon. Periakveduktale grå substans regulerer via rostroventrale medulla smertetransmisjon i ryggmargens dorsale horn. Røde nervebaner fasiliterer smertetransmisjon, grønne baner inhiberer, mens gule illustrerer et serotonergt smertemodulerende system, som interagerer med det opioidmedierte systemet. Ved migrene spiller det serotonerge system sannsynligvis en avgjørende rolle. Serotonin kan både fasilitere og inhibere smertetransmisjon (9 ). Gjengitt med tillatelse fra Macmillan Publishers. © 2004
Sensitivisering
Akutt smerte bidrar oftest til hensiktsmessig atferd. Den kroniske smerte og den paroksystiske smerte som karakteriserer migrene, synes imidlertid ikke å tjene noe formål. Psykologisk opplever pasienten «smertens meningsløshet». Fysiologisk benyttes begrepet sensitivisering for å forklare patologiske smertetilstander. Begrepet refererer til forsterkning (fasilitering) eller manglende hemning (inhibisjon) av normale berørings- eller smertesignaler. Sensitiviseringen er perifer dersom nociseptorenes terskel for fyring er senket, mens den kalles sentral dersom høyere ordens nevroner har senket terskel for smertetransmisjon. Allodyni er en betegnelse for smerte i huden som utløses av normalt smertefrie stimuli som berøring, og er en indikator på sentral sensitivisering. Det vil si at berøringsimpulser som ankommer ryggmargen via Aβ-fibre, videreformidles som smerteimpulser. Hyperalgesi betegner økt følsomhet for smertegenererende stimuli. Mekanismene bak sensitivisering er komplekse og ufullstendig forstått, men NMDA (glutamat)-reseptorer er involvert (6 , 11 , 12 ). Aktivitetsavhengig plastisitet (progredierende smerterespons som resultat av gjentatt stimulering) er også et begrep som beskriver sensitivisering (12 ).
Smertemodulering (fig 1b)
Wall viste i 1967 at nociseptive nevroner i ryggmargens bakhorn er under kontroll av nevroner høyere opp i sentralnervesystemet (13 ). Siden er deler av dette nedstigende smertemodulerende systemet blitt kartlagt (9 , 10 ). Periakveduktale grå substans (PAG) i mesencephalon mottar direkte forbindelser fra frontallapp, hypothalamus og det limbiske system (særlig gyrus cinguli og nucleus amygdala), og videreformidler smertehemmende signaler til ryggmargens bakre horn via bl.a. dorsolaterale pons og rostroventrale medulla oblongata (RVM). Dette systemet kan både hemme og fasilitere smerte via ulik aktivitet i en subpopulasjon nerveceller som kalles «av-celler» og «på-celler». I et komplekst samspill varierer deres aktivitet. Under søvn fyrer for eksempel «av-cellene» kontinuerlig. Prolongert stimulering av rostroventrale medulla kan føre til en tilstand med hyperalgesi som reverseres dersom området inaktiveres (9 ). En spesifikk region av periakveduktale grå substans, kaudale ventrolaterale område, modulerer smerte fra n. trigeminus og dens forsyningsområde (14 ).
Rafekjernene består av serotonin (5-hydroksytryptamin, 5-HT)-holdige nerveceller som finnes i en rekke kjerner i hjernestammen. Nucleus raphe magnus er en del av rostroventrale medulla oblongata og interagerer med PAG-systemet, men kan også fungere uavhengig av dette (15 ). Serotonin kan både fasilitere og inhibere smertetransmisjon i dorsalhornet (9 , 10 ). Nucleus raphe magnus er muligens den viktigste modulatoren av det trigeminale hjernenervekjernekompleks (16 ). I migrenesammenheng har det imidlertid vært satt sterkest søkelys på dorsale rafekjerner i pons som også er involvert i smertemodulering (9 ).
Det anatomiske grunnlaget for hodepine
Hodesmerte kan stamme fra ekstrakraniale eller intrakraniale strukturer. Omtrent alt vev som dekker kraniet er potensielt smertegenererende (17 ). Muskelsmerte, utløst av immobilisering eller langvarig statisk kontraksjon, har alle erfart. En rekke anatomiske strukturer er imidlertid i stand til å generere nakke-/bakhodepine; perifere nerver (spesielt n. occipitalis major (C2) og minor (C2-C3)), cervikale dorsale spinale nerverøtter (spesielt C1-C3), a. vertebralis med ledsagende sympatisk nervepleksus, cervikale fasettledd og atlantoaksialleddet (18 , 19 ). Antakelig er smerteterskelen i perikraniale myofasciale strukturer lavere enn i ekstremitetene (20 ).
Konseptet om at hodepine kan skyldes irritasjon av meninger, er i alle fall 100 år gammelt (21 ), men kunnskapsgrunnlaget ble lagt av Ray & Wolff i 1940 (17 ). De gjorde flere hundre observasjoner på 30 pasienter under nevrokirurgisk behandling og registrerte i detalj hvor pasientene anga smerte ved ulike stimuli på ulike lokalisasjoner. Figur 2 viser den refererte smerten fra stimulering av dura mater på skallebasis (a), over konveksitetene (b) og langs større blodkar (c).
Figur 2 Referert smerte fra intrakraniale strukturer. Figuren viser hvor pasienter anga smerte ved stimulering av dura og venesinuser på skallebasis (a), over konveksitetene (b) og langs større kar som a. meningea media og sinus sagittalis superior (c). De svarte prikkene angir stimuleringspunkter som resulterte i smerte, mens de hvite prikkene angir stimuleringspunkter som ikke resulterte i smerte (17 ). © 1940 American Medical Association. Gjengitt med tillatelse
Meningene, inklusive intrakraniale venesinuser, er rikt innervert av afferente stort sett umyeliniserte nervefibre, de fleste med opprinnelse i ipsilaterale ganglion trigeminale (1. gren), samt sympatiske fibre hovedsakelig fra ipsilaterale ganglion cervikale superius. Innervasjonen av intrakraniale arterier er tilsvarende, men de har kun sensorisk innervasjon i sitt forløp i pia mater, og ikke i hjerneparenkymet (22 ).
Stimulering av meninger aktiverer nevroner i pars caudalis av nucleus trigeminale (fig 3) (23 ). Tilsvarende kan påvises ved stimulering av sinus sagittalis superior eller n. occipitalis major, men det påvises da også aktivering i dorsale horn i nivå C1/C2. Nevroner fra øverste del av pars caudalis av nucleus trigeminale til dorsale horn C1/C2 kan betraktes som en funksjonell enhet, det trigeminocervikale hjernestammekompleks (24 ). Dette kan forklare at migrenepasienter ofte refererer smerte til bakhodet. Herfra bringes smerteimpulsene til thalamus og cortex, til pontine parabrakiale kjerner, nucleus tractus solitarii, retikulærsubstansen og hypothalamus. Aktivitet i trigeminale baner påvirkes som nevnt spesielt av serotoninerge baner.
Figur 3 Nervebaner involvert i hodepine. Det trigeminocervikale kompleks i hjernestammen kan betraktes som «first final common pathway» i all smertetransmisjonen fra hodet. Komplekset mottar også noen projeksjoner fra hjernenerve VII, IX og X (ikke vist på figuren). Figuren viser koblinger mellom hjernehinner, intrakraniale kar, PAG(periakveduktale grå substans)-RVM(rostroventrale medulla)-systemet og nucleus trigeminale (23 ). Gjengitt med tillatelse fra Macmillan Publishers. © 2003
Genetisk grunnlag for hodepine
Alle får ikke vondt i hodet. Livstidsprevalens av hodepine var 93 % for menn og 99 % for kvinner i en dansk studie (25 ). Migrene er sannsynligvis en genetisk heterogen tilstand. Flere loci på ulike kromosomer kan være knyttet til migrene, f.eks. 1q, 4q24, Xq24 – 28 og 19p13 (23 , 24 , 26 ), men ved vanlige migreneformer er ennå ingen entydige genfunn påvist. Ved den sjeldne migrenevarianten familiær hemiplegisk migrene er det imidlertid påvist mutasjoner i kromosomene 19p13, 1q23 og 2q24 (27 , 28 ). Genene koder for subenheter i ionekanaler. Risikoen for migrene hos førstegradsslektninger med migrene er i alle fall doblet, mest ved migrene med aura (29 ).
Migrene
Migrene opptrer anfallsvis, og har vært oppfattet som et vaskulært hodepinesyndrom. Det er imidlertid sannsynlig at migrene er en hjernesykdom med unormal formidling av sensorisk informasjon (24 ), og anfall behøver sågar ikke å inkludere hodepine (5 ). Det er ikke en gang sikkert at vasodilatasjon av større ekstra- og intrakraniale kar er spesielt viktig i migrenens patofysiologi (30 , 31 ). Mange spørsmål om mekanismene bak migrene er ubesvart, og vi vet ikke sikkert når, hvorfor, hvordan og hvor i hjernen et migreneanfall initieres. Moderne bildediagnostikk har imidlertid bidratt til ny innsikt.
Migreneanfallet starter
Migreneanfall kan utløses av flere titalls faktorer (31 ), men har likevel en tendens til å opptre periodisk (32 ). Det ble tidlig foreslått at en hypotalamisk dysfunksjon kunne forklare periodisiteten (33 ). En hypotalamisk biologisk klokke i utakt er en besnærende tanke, men sannsynligvis ikke av overordnet betydning (32 ). I 1990 underbygde Welch teorien om at det ved migrene er økt kortikal eksitabilitet (senket terskel for nerveutladninger i cortex analogt til epilepsi) (34 ). Transkranial magnetstimulering og registrering av kortikale potensialer har gitt støtte til en «nevrofysiologisk periodisitet» – episodisk endring i kortikal eksitabilitet som gjør migrenepasienter sårbare for anfall (23 ). De antiepileptiske midlene topiramat og valproat er begge effektive som migreneforebyggende medisin (35 , 36 ).
En «migrenegenerator» i hjernestammen ble postulert i 1995 da Weiler og medarbeidere med positronemisjonstomografi (PET) påviste aktivering i øvre del av hjernestammen under migreneanfall hos ni pasienter med migrene uten aura (37 ). Etter behandling med sumatriptan og smertefrihet i 30 minutter var dette senter i hjernestammen fortsatt aktivert, mens andre områder assosiert med smerte ikke var det. Senere studier har bekreftet disse funnene (fig 4), også hos to pasienter med migrene med aura (38 ). En studie viste forandringer i pons på samme side som smerten indusert av triglyserylnitrat, og bilateralt dersom pasienten fikk bilateral hodepine (39 ). Samlet er det sterke holdepunkter for at migrene innebærer en episodisk dysfunksjon i hjernestammen. Da migreneanfall sannsynligvis starter lenge før både aura og hodepine (40 ), gjenstår det å påvise aktivering i pons forut for migrenehodepinen. Hvorvidt den økte regionale blodgjennomstrømningen i hjernestammen er et resultat av aktivitet i nedstigende smerteinhiberende baner, er altså ikke avklart. Det er et problem å forklare sammenhengen mellom hjernestammedysfunksjon og kortikal hypereksitabilitet. Vi vet heller ikke hvordan triggerfaktorer får «begeret til å flyte over». Nøkkelen kan ligge i hypothalamus. Nylig klarte man med PET å påvise aktivering av hypothalamus under et spontant migreneanfall (41 ). At hypotalamisk aktivering ikke er blitt påvist i tidligere studier (37 , 38 ), kan kanskje forklares med for dårlig bildeoppløsning (37 ) og at bildetakingen ble gjort opptil 24 timer etter hodepinedebut (38 ).
Figur 4 Migrenegenerator i hjernestammen? Et konsistent funn ved PET-undersøkelser av hjernen under migreneanfall er aktivering av dorsolaterale pons (gult område), noe som indikerer at dette er et sentralt område for migrenens patofysiologi. Aktivering av gyrus cinguli, cerebellum, thalamus, insula, prefrontal cortex og temporallapper forsvinner når smerten er kupert av et triptan (38 ). © 2005, American Medical Association. Modifisert og gjengitt med tillatelse
Migreneaura
Omtrent 1/5 av migreneanfall ledsages av aura (oftest synsforstyrrelser) forut for migrenehodepine (42 ). Synsfysiologen Lashley registrerte i detalj sine egne flimmerskotomer gjennom en årrekke, og antok og beregnet at de skyldtes en nevrofysiologisk prosess som bredte seg over oksipitale synsbark med en hastighet på ca. 3 mm i minuttet (fig 5) (43 ).
Figur 5 Lashleys klassiske beskrivelse av homonymt flimmerskotom under eget migreneanfall. Ved tid 0 fikk han flimring i fiksasjonspunktet, deretter flyttet denne flimringen seg lateralt i synsfeltet. Maksimal størrelse etter ti minutter (43 ). © 1941 American Medical Association. Gjengitt med tillatelse
I dag vet vi fra bl.a. PET-undersøkelser at aurafasen er assosiert med redusert blodgjennomstrømning i oksipitallappen (42 ). Denne oligemi brer seg fremover hjernebarken med en jevn hastighet på 2 – 3 mm per minutt, og vandrer som en bølge som ikke kan tilskrives redusert blodgjennomstrømning i ett kargebet. Det er rimelig stor enighet om at dette skyldes et nevrofysiologisk fenomen beskrevet allerede i 1944 (44 ) og som kalles «cortical spreading depression». En forbigående synkronisert nevronal eksitasjon forutgår dette fenomenet (45 ), og støtter teorien om en underliggende forandring i kortikal eksitabilitet. Hvordan dette fenomenet kan forklare migrene uten aura og initiere hodepine, har vært gjenstand for stor debatt. I 2002 viste imidlertid Bolay og medarbeidere at fenomenet kan forårsake inflammatoriske forandringer i meninger og aktivere trigeminale afferenter (46 ). Hvorvidt dette er en viktig mekanisme hos mennesker er imidlertid kontroversielt (24 ). «Cortical spreading depression» som ikke gir symptomer fordi den oppstår i «klinisk stumme områder» av hjernebarken, kan kanskje forklare initiering av anfall uten aura (42 ).
Migrenehodepinen
Hvorvidt migrenehodepinen, forårsaket av aktivering av det trigeminovaskulære system, skyldes en primær dysfunksjon i cortex, hypothalamus eller hjernestamme er altså kontroversielt. Moskowitz har på grunnlag av dyrestudier foreslått at migrene skyldes en steril nevrogen betennelse i dura mater (47 ). Både «cortical spreading depression» (45 ) og elektrisk stimulering av ganglion trigeminale kan forårsake slik betennelse hos rotter. Hemmere av substans P, nevrokinin-1 og endothelin har vist seg å hemme denne nevrogene betennelsen effektivt, men har ikke effekt på migrenehodepine (23 , 24 ). Derimot er en kalsitoningenrelatert peptid (CGRP)-reseptorantagonist effektiv ved behandling av migreneanfall (48 ).
Tidlige observasjoner av sannsynlig forbruk av serotonin (5-HT) under migrenehodepine ledet til oppdagelsen av de moderne migrenemedisinene, triptanene (49 ). De er effektive legemidler ved akutt migrenesmerte, og har høy affinitet til subtyper av 5-HT₁-reseptor, hovedsakelig 5-HT1B og 5-HT1D , der de virker som agonister (41 , 50 ). En rekke mekanismer kan bidra til den antimigrenøse effekten. Konstriksjon av dilaterte kraniale kar medieres via 5-HT1B -reseptorer. Hemmet frigjøring av vasoaktive peptider i dura mater og dermed av nevrogen inflammasjon medieres via 5-HT1D -reseptorer. Det samme gjelder den sentrale hemming av smerteimpulser i det trigeminocervikale hjernestammekomplekset (24 , 49 – 50 ) og sågar i thalamus (51 ). Endelig påvirkes de smertemodulerende nedstigende baner fra periakveduktale grå substans (52 ). Andre serotoninerge reseptorer er også involvert i smertemodulering, f.eks. 5-HT1A , 5-HT1F (25 ), 5-HT2B ,2C og 5-HT2A . Sistnevnte finnes på umyeliniserte sensoriske nervefibre, og aktivering av disse forårsaker smerte. Oppregulering av denne reseptortypen kan ha betydning for migrene. Methysergide, en uselektiv serotoninreseptorantagonist med bl.a. potent 5-HT2A -binding er et veldokumentert migreneprofylaktikum (39 ), og gir sannsynligvis «paradoksal» smertelindring via det nedstigende serotoninerge smertemoduleringssystemet (52 ). Amitriptylin i doser på 10 – 150 mg er det eneste antidepressivum med effekt som migreneprofylaktikum i studier (36 ). Amitriptylin gitt i ekvivalente doser til rotter over tid medfører selektivt redusert syntese av serotonin i hjernestammens serotoninerge rafekjerner. Dette kan tolkes som amitryptilins stabiliserende effekt på smertebaner implisert i migrene.
Farmakologiske studier av antimigrenemedisiner som ergotaminer, acetylsalisylsyre og en rekke triptaner har vist at de kan virke både perifert og på 2. ordens smertenevroner (24 ). En selektiv 5-HT1F -antagonist (LY334370) gir ikke vasokonstriksjon og hemmer ikke dural CGRP-mediert nevronal betennelse, men har likevel klinisk effekt i studier. Det tyder på at sentrale mekanismer er viktige i migrenens patofysiologi (24 ).
Typisk under migreneanfall er overfølsomhet for en rekke faktorer (lys, lyder, lukter, bevegelse av hodet etc.). Enkelte tolker dette som uttrykk for økt kortikal eksitabilitet. Imidlertid opplever også mange allodyni innen og utenfor det området hvor de angir sin refererte smerte, og dette tolkes som et uttrykk for sentral sensitivisering i hjernestammen (53 ).
Oppsummering
Migrenesmerten er assosiert med økt aktivitet i det trigeminocervikale hjernestammekompleks hos genetisk predisponerte individer. Hvorvidt tilbøyelighet for migreneanfall skyldes kortikal hypereksitabilitet og/eller redusert terskel for sentral kontroll av nocisepsjon i hjernestamme, er ikke avklart. Imidlertid synes aktivitetsavhengig plastisitet i nervesystemet (sensitivisering) å kunne forsterke og vedlikeholde denne tilbøyeligheten.
Under anfall blir det trigeminovaskulære systemet aktivert, enten via det komplekse nevrofysiologisk fenomenet «cortical spreading depression» som igjen medfører nevrogen inflammasjon i den tykke hjernehinnen (dura mater), og/eller via dysfunksjonell formidling av sensorisk informasjon i hjernestammen.
