Strukturelle Veränderungen des Gehirns bei chronischer Migräne

Abstract

Einleitung: Magnet Resonanz Tomographie basierte Methoden wie Voxel-basierte Morphometrie (VBM) und Diffusion Tensor Imaging (DTI), erlauben einen Vergleich der grauen Substanz beziehungsweise der Mikrostruktur der weißen Substanz des Gehirns zwischen verschiedenen Gruppen. Mit Hilfe dieser Methoden konnten strukturelle Veränderungen der grauen und weißen Substanz bei Patienten mit episodischer Migräne gezeigt werden. Einige dieser Veränderungen korrelierten mit der Krankheitsdauer und der Kopfschmerzfrequenz. Diese Erkenntnisse deuten daraufhin, dass es sich bei der Migräne um eine fortschreitende Erkrankung handeln könnte. Die vorliegende Arbeit untersucht strukturelle Veränderungen des Gehirns bei chronischer und episodischer Migräne um das Konzept der Migräne als progrediente Erkrankung zu erforschen. Methodik: Konventionelle Magnetresonanz- und DTI-Sequenzen wurden von nach Alter und Geschlecht angeglichenen chronischen Migränepatienten (CM), episodischen Migränepatienten (EM), beide ohne Aura, und gesunden Kontrollprobanden (n=21 pro Gruppe) erhoben. Die Analyse der DTI- und VBM-Daten wurde anhand der Tract-based spatial statistics Methode, beziehungsweise mit Hilfe von SPM8, durchgeführt. Die Fraktionelle Anisotropie (FA), die durchschnittliche, radiale und axiale Diffusivität sowie das Volumen der grauen Substanz (GMV) wurden zwischen den drei Gruppen verglichen. Zusätzlich wurde eine Korrelationsanalyse der bildgebenden Daten mit der Krankheitsschwere und -dauer durchgeführt. Ergebnisse: Die DTI Analyse ergab bei CM im Vergleich zu Kontrollprobanden und EM keine signifikante Veränderungen. Im Gegensatz zu vorherigen Studien konnten auch bei EM verglichen mit den Kontrollprobanden keine signifikante Veränderung der weißen Substanz beobachtet werden. Die FA korrelierte nicht mit der Krankheitsdauer oder der Kopfschmerzfrequenz. In der VBM Analyse wurden im Vergleich von CM zu Kontrollprobanden signifikante GMV Zunahmen in der Amygdala, im Putamen, im Hippocampus und in der Insula beobachtet. Bei EM im Vergleich zu Kontrollprobanden waren keine signifikanten Ergebnisse zu sehen. Die Kopfschmerzfrequenz von allen Probanden mit Migräne korrelierte positive mit dem GMV im Putamen, und im frontal und temporalen Gyrus, sowie negativ mit dem GMV im Cuneus. Schlussfolgerung: Es konnten keine Veränderung der weißen Substanz bei CM beobachtet werden. Chronische Migräne scheint kein Risikofaktor für mikrostrukturelle Veränderungen der weißen Substanz in der DTI zu sein. Strukturelle Veränderungen der grauen Substanz konnten in der VBM bei CM in Regionen, die in der Schmerzbearbeitung involviert sind, nachgewiesen werden. Einige GMV Veränderungen korrelierten mit der Kopfschmerzfrequenz. Diese Ergebnisse sprechen für den Einfluss von chronischen Schmerzen auf die Hirnplastizität. Die Zunahme der grauen Substanz könnte einen Korrelat für die Anpassung des Gehirns auf wiederholte Kopfschmerzattacken sein, die zu einer Sensitisierung des zentralen Nervensystems und einem kontinuierlichen iktal-ähnlichen Zustand des Gehirns bei Patienten mit chronischer Migräne führen.

Background: Magnetic resonance imaging based methods such as voxel based morphometry (VBM) and diffusion tensor imaging (DTI) enable a comparison of the gray matter as well as of the white matter of the brain, allowing a variety of previous studies to demonstrate not only gray matter alterations but also microstructural changes in the white matter, both correlating partially with the disease duration and the headache frequency, in patients with episodic migraine. These findings suggest that Migraine is a progressive disorder with evolving structural changes in the brain. The following study aims to compare the structure of the brain of patients with chronic and episodic migraine to subsequently evaluate the concept of migraine as a progressive disorder of the brain. Methods: Individually age and sex-matched subjects with chronic migraine (CM), episodic migraine (EM), both without aura, and healthy controls (n=21 per group) were submitted to conventional MRI and DTI Imaging. The microstructural analysis of the white matter was performed using tract-based spatial statistics while the gray matter alterations were determined based on SPM8 and VBM. Fractional anisotropy (FA), mean, radial and axial diffusion as well as the gray matter volume (GMV) were compared between the three groups. Moreover a correlation analysis with the headache frequency and the disease duration was performed. Results: DTI analysis revealed no changes in the white matter in CM compared to controls und EM. No significant alterations were found in EM compared to controls. The FA did not correlate neither with the disease duration nor with the headache frequency. In the VBM Analysis, significant GMV increases in CM compared to controls were identified in amygdala, putamen, hippocampus and insula. There were no significant changes in GMV in EM compared to controls. The headache frequency correlated positively with the GMV in putamen, frontal and temporal gyrus and negatively with the GMV in cuneus. Conclusion: No white matter alterations were observed in CM. Chronic migraine does not seem to be a risk factor for microstructural changes of the white matter in DTI. Structural gray matter alterations were identified in VBM in CM in regions involved in the pain processing. These results correlated partially with the disease duration and severity. The findings indicate possible progressive alterations of the plasticity of the brain in chronic migraine caused by numerous regular attacks, and may be an indication for a sensitized nervous system and a permanent ictal-like state of the brain.