Verhaltensbiologische Untersuchungen in einem experimentellen Kopfschmerzmodell

Abstract

Migräne ist auf eine gestörte Aktivität im trigeminalen Nervensystem und daraus resultierend auf eine Funktionsstörung der Blutgefäße von Gehirn und Dura zurückzuführen. Die Krankheit ist gekennzeichnet durch periodische, einseitig auftretende Kopfschmerzattacken, Übelkeit und Erbrechen. Die Altersprävalenz der Migräne vom 25. bis 55. Lebensjahr führt zu schweren Einschränkungen sowohl in sozialen und ökonomischen, als auch in persönlichen Lebensbereichen [Hazard et al., 2008], weshalb die Aufklärung ihrer Ätiologie und eine nachfolgende adäquate Therapie dringend erforderlich sind. Ziel der Arbeit war es, mit Hilfe von IL-1ß und Capsaicin eine meningeale Reizung und Aktivierung von trigeminalen Nerven bei Ratten zu verursachen, um ein migräneähnliches Verhalten zu provozieren. Diese Verhaltensänderung sollte durch standardisierte Verhaltensexperimente nachgewiesen werden. Verglichen wurden unsere Versuche mit Kontrolltieren und scheinoperierten Ratten. Zudem wurden zur Blockade der stimulationsinduzierten Antwort Substanzen eingesetzt, die eine Migräne behandeln können (Indometacin und Sumatriptan). Für die Verabreichung der Medikamente wurde im parietalen Segment des Rattenschädels ein definiertes Stück Schädelplatte oberhalb der von der Arteria meningea media versorgten Dura mater entfernt. Darüber wurde eine verschlussdichte Kammer präpariert, in die während der Verhaltensversuche Capsaicin oder IL-1ß appliziert wurden. Eine Veränderung des Verhaltens entweder durch die Vehikellösung oder die Operation konnte in einer zusätzlich durchgeführten Kontrolle ausgeschlossen werden. Capsaicin und IL-1ß sind bekannte Entzündungsmediatoren, die eine meningeale Reizung bei Ratten auslösen. IL-1ß wirkt als Zytokin modulierend auf neuronale Funktionen und ist Mediator von Entzündungen, Infektionen und Fieber. Capsaicin bindet an den TRPV-1 Rezeptor und erregt neuronale C-Fasern, die den Schmerz an das zentrale Nervensystem weiterleiten. Als experimentelle Verhaltenstests wurden folgende standardisierten Experimente gewählt: Das Open field, der Fütterungsversuch über zwölf Stunden und der Kirschagar- Fütterungsversuch über zwei Stunden. Im Open field erkundet die Ratte ein definiertes und ihr neues Feld, wobei sich viele der dabei gemessenen Parameter auf die lokomotorische Aktivität bzw. ihr Explorationsbegehren beziehen. Die beiden Fütterungsversuche mit und ohne Agar maßen die Aufnahme von Futter und Wasser über einen vorgegebenen Zeitraum. Dabei unterscheidet sich der Agar-Fütterungsversuch von dem anderen Fütterungsversuch durch die Gabe von Spezialfutter, einer besonders beliebten zuckrigen Substanz, die sogar von IL-1ß- und Capsaicin-stimulierten Tieren in gleicher Höhe gefressen wurde. Die Ergebnisse aller drei Testverfahren beschreiben eine deutlich eingeschränkte Aktivität und ein vermindertes Explorationsverhalten bei meningeal gereizten Ratten nach Capsaicin- oder IL- 1ß-Applikation. Dagegen sind sowohl die Ratten der Kontrollreihe, als auch die scheinoperierten Tiere und die mit Indometacin in Kombination mit IL-1ß oder Capsaicinstimulierten Ratten, wesentlich aktiver. Im Gegensatz dazu konnte Sumatriptan aufgrund seiner sedierenden Nebenwirkung keine signifikante Blockade der meningealen Stimulation erzielen. Zusammenfassend zeigten unsere Experimente überzeugende Hinweise einer meningealen Reizung bei Capsaicin- und IL-1ß- stimulierten Ratten. Die Verhaltensweisen entsprechen dem Prinzip der Sickness behavior, einer Beobachtung von Verhaltensveränderungen, die bei Tieren und Menschen unter Einfluss von Pathogenen bei akuter (infektiöser) Erkrankung entdeckt wurde. In einer Krankheitssituation kann es nachweislich zu Verhaltensveränderungen kommen. Dies konnte zum Beispiel bei kranken Mäusen nach Gabe von IL-1ß in tierexperimentellen Verhaltensversuchen von Swiergiel et al. im Jahr 2002 nachgewiesen werden. Meine Hypothese, dass Ratten die meningeale Reizung empfinden und hierbei vergleichbare Krankheitssymptome wie beim Menschen aufweisen, wurde bestätigt. Neben den bestehenden biochemischen Veränderungen bei Migräne kann nun durch dieses Migräne-Tier-Modell auch die Veränderung im Verhalten während der meningealen Reizung beim Tier dargestellt werden. Martino und Perkins´ Voice-records-Modell ist bisher das einzige, das auf Untersuchungen zum Verhalten, speziell der thermischen und mechanischen Hypersensibilität von Ratten bei Migräne basiert. Es handelt sich um ein pharmakologisches Modell, in dem eine Ultraschall-Vokalisierung (USV) nach zentral induzierter Entzündung bei Ratten erstellt wurde, die eine Sensibilisierung frataktile Stimuli hervorruft. Die von uns angewandten Verhaltenstests umfassen zahlreiche Verhaltensparameter, die aus meiner Sicht einen Vorteil darstellen. Viele Studien zeigen, dass die Migräne eine Krankheit mit verschiedenartigen physischen und psychischen Symptomen ist. Migränebedingte Einschränkungen finden sich in der körperlichen Aktivität, in der Hypersensibilität für Licht, Klang, für thermische und mechanische Reize, sowie im sozialen Alltag, dem Sexualverhalten, der Nahrungsaufnahme und im Schlafverhalten wieder. Meine Untersuchungen lassen einen verbesserten Rückschluss auf das Vorhandensein einer meningealen Reizung bei Ratten zu: Ich untersuchte sowohl das lokomotorische Verhalten durch Variablen wie zum Beispiel Laufgeschwindigkeit, die Messung der zurückgelegten Strecke, als auch sensorische Qualitäten mit Hilfe der Interpretation des Kopfschüttelns und Putzens. Weiterhin wurden rein physiologische Parameter wie die Nahrungs – und Wasseraufnahme ermittelt. Alle beobachteten Reizantworten entsprechen dabei dem Bild der Sickness Behavior. Aufgrund der Ähnlichkeiten des Verhaltens der Ratten in diesen Versuchen mit dem Verhalten des Menschen während einer Migräneattacke erscheint mir dieses Modell geeignet zum besseren Verständnis der Migräne.

Goal of this work was to initiate, - with the help of IL-1ß and Capsaicin, a meningeal stimulation and activation of the trigeminal nerve by rats. By that I expected a special behavior, similar to the human migraine. This special `sickness behavior`I proposed to show by valide experimental behavioral experiments. The rats belonged to different experimental groups and were all compared to control and sham-operated rats. Furthermore I used substances, allready common in migraine therapy in order to stop the headache which I induced first (Sumatriptan and Indometacin). Under a deep narcosis I took off a defined part of the cranium, right above the A. meningea media, leaving the dura mater safe. Then I implanted a modified eppendorf-tube over the bare laying dura mater, which had a cap on top. Into the tube I could apply Capsaicin or Interleukin at any time. Capsaicin as well as IL-1ß are well know initiators of inflammation, inducing a meningeal inflammation in rats. IL-1ß is a zytocine modulating neuronal functions and mediating inflammation, infection and fever. Capsaicin connects to the TRPV-1- receptor activating pain leading C-fibres. For the experimental behavioral tests I followed standardised experiments: The Open field, the feeding trial over 12 hours and the cherry-agar feeding trial over two hours. In the Open field the rat explores a defined field that is new for it. The parameters of investigation where: locomotor activity and exploring activity. The both feeding trials were measuring the intake of (normal) food, cherry sweet food and water in the named space of time. The sweet cherry food is known as a highly preferential food by rats, whereas I supposed even debilitated rats whould eat as much as healthy rats overcoming their weakness. In my experimental study I was able to demonstrate the migraine similar behavior in rats. For that reason my study establishes an experimental animal model useful for medical research of migraine in future.