Einfluss des Baroreflexes auf die endogene Schmerzhemmung : eine Mikroneurographie Studie

Abstract

Schmerz ist eine mutifaktorielle beeinflusste Empfindung und kann auf vielen Ebenen sowohl pronozizeptiv als auch antinozizeptiv moduliert werden. Ein wichtiger Einflussfaktor auf die Schmerzwahrnehmung ist das sympathische Nervensystem. Eine kurzfristige Aktivierung des sympathischen Nervensystems führt bei gesunden Menschen zu einer Reduktion der Schmerzempfindung. Dies kann in Extremsituationen, wie einem Autounfall oder einer Kriegsverletzung, zu einer starken Diskrepanz zwischen dem Ausmaß der Verletzung und der empfundenen Schmerzintensität führen. Eine dauerhafte Aktivierung des sympathischen Nervensystems ist wiederum assoziiert mit chronischen Schmerzsyndromen. Das Phänomen der Stress-induzierten Analgesie wird über das endogene Opioidsystem als auch deszendierende adrenerge und serotonerge Bahnen vermittelt. Wichtige Schaltstationen sind im Hirnstamm lokalisiert und beinhalten des periaqueductale Grau und die rostroventromediale Medulla oblongata. Von hier nehmen deszendierende Bahnen ihren Ursprung, welche in den Hinterhornzellen des Rückenmarks enden und dort nozizeptive Reize antinozizeptiv modulieren können. Jedoch spielen auch kortikale Regionen eine wichtige Rolle bei der Schmerzmodulation. Bildgebende Studien zeigten, dass der anteriore cinguläre Kortex, Anteile des insulären Kortex, Thalamus und präfrontale Kortexareale essentielle kortikale Kontrollfunktionen einnehmen. Somit ist das Phänomen der Stress-induzierten Analgesie als ein Phänomen der Top-down Kontrolle anzusehen, dessen Kontrollinstanzen kortikal sind und über Verschaltung wichtiger schmerzmodulierender Zentren im Hirnstamm, über desezendierende Bahnen die ankommenden nozizeptiven Reize bereits auf Rückenmarksebene hemmen. In unserer Studie wurde mittels der Methode der Mikroneurographie die Wirkung thermischer Schmerzreize auf den sympathischen Ausfluss sowie die Modulation dessen durch mentalen Stress untersucht. Bei der Mikroneurographie wird die sympathisch innervierte Nervenaktivität zu den Vasokonstriktoren der Widerstandsgefäße (MSNA = muskuläre sympathische Nervenaktivität) intraneuronal abgeleitet. Es nahmen 23 gesunde männliche Probanden an der Studie teil, von 18 Teilnehmern konnte eine suffiziente MSNA abgeleitet werden. Als Schmerzreiz wurden thermische Reize auf den Fußrücken appliziert, die Schmerzschwellen für Hitze- und Kälteschmerz wurde vorher individuell bei jedem Probanden bestimmt. Der Hitze- und Kälteschmerz wurde allein und mit zusätzlicher sympathischer Aktivierung durch mentale Stressbedingungen appliziert. Das Versuchsprotokoll umfasste: 1. Ruhe-Baseline; 2. Hitzeschmerz oder Kälteschmerz allein; 3.Hitzeschmerz oder Kälteschmerz mit Kopfrechnen; 4. Hitzeschmerz oder Kälteschmerz mit lautem Singen; 5. Hitzeschmerz oder Kälteschmerz mit Vortrag halten. Jede Bedingung wurde für 300 Sekunden und mit 300 Sekunden dazwischenliegender Pause appliziert. Die Probanden mussten während der Bedingungen kontinuierlich ihren Schmerz auf einer numerischen Rating Skala bewerten.Es zeigte sich eine signifikante Erhöhung der MSNA durch die Applikation von Hitzeschmerz und Kälteschmerz. Der Anstieg war bei Hitzeschmerz ausgeprägter als bei Kälteschmerz. Durch die zusätzlichen Stress-Bedingungen konnte ein weiterer Anstieg der MSNA erreicht werden. Bezüglich der Schmerzratings kam es durch die Stress-Bedingungen zu einer signifikanten Schmerzreduktion sowohl bei Hitze- und bei Kälteschmerz. Die Schmerzintensität unterschied sich nicht zwischen den thermischen Reizen. Die MSNA Aktivität zeigte eine negative Korrelation mit der Schmerzintensität und eine positive Korrelation mit der Schmerz-Reduktion. Die Herzfrequenz zeigte keinen signifikanten Anstieg.In Zusammenschau unserer Ergebnisse mit additivem MSNA Anstieg durch die Stress-Bedingungen und simultaner Schmerzreduktion sind wir überzeugt davon, dass der Baroreflex als Teil der endogenen Schmerzhemmung im Sinne der Stress-induzierten Analgesie gesehen werden kann. Auch Ablenkung kann zu einer Schmerzreduktion führen, da jedoch der empfundene Stresslevel als Maß für die Ablenkung, keinen Einfluss auf die Schmerzreduktion hatte, gehen wir davon aus, dass in unserem Fall die sympathische Aktivierung der wesentliche einflussnehmende Faktor ist. Die Aktivierung der MSNA kann womöglich auf eine Zunahme der zentralen Steuerung zurückgeführt werden. Folglich konnten wir zeigen, dass die zentralen Baroreflex Verbindungen sowohl im physiologischen als auch unter Stress einen kontrollierenden Einfluss auf die Schmerzwahrnehmung haben. Pain is a feeling which does not directly correlate with the nociceptive input. It is a sensation that can be modulated by different mechanisms resulting in pain reduction or enhancement. One component that closely interacts with the sensation of pain is the sympathetic nervous system. In healthy humans stress is a natural stimulus that can trigger pain suppression, a phenomenon called stress induced analgesia (SIA). SIA explains the discrepancy between severe injuries and the little amount of pain felt in extreme stress situations like carraccidents or warinjuries. On the contrary, ongoing activation of the sympathetic nervous system is associated with the development and maintenance of pain chronicity.SIA is mediated through a endogenous opioid-system and descending noradrenergic- and serotonergic pathways. Important subcortical structures are the periaquaeductales gray and the rostroventromedial medulla oblongata. Cortical structures such as the insular cortex, the prefrontal and orbitofrontal cortices and the anterior midcingulate cortex are involved in SIA as well. SIA can be attributed as a top-down regulation. In our study we used the method of microneurography to further investigate the relationship between the sympathetic nervous system, pain and stress. Microneurography is a method to directly quantify neural sympathetic nerve activity. We observed the sympathetic-muscle-nerve-activity (MSNA) which represents exclusively vasoconstrictor impulses to the vessels of the muscular bed. 23 young men participated in this study; from 18 participants MSNA of the peroneal nerve was successfully recorded throughout the entire experiment. As painful stimulus we applied heat and cold pain with a thermode on the dorsum of the foot. The thermal pain thresholds were obtained individually. Heat and cold pain was applied alone and combined with mental stress tasks. MSNA was investigated during the following conditions, each condition lasting 300 seconds: 1. baseline; 2. heat and cold pain on its own; 3. heat and cold pain with mental arithmetic; 4. heat and cold pain with loud singing; 5. heat and cold pain with giving a speech. The stimulation was interrupted by recording of a 300 seconds resting baseline. The participants were asked to continuously rate their pain on numerical rating scale. We were able to show a significant increase of the MSNA by exposing the participants to painful heat and cold. The increase was higher for heat pain compared to cold pain. The mental stress tasks led to a further increase of MSNA. No difference in the elicited pain intensity between heat and cold stimulation could be detected. Concerning the VAS ratings, the different stress stimuli significantly reduced cold as well as heat elicited pain intensity. MSNA activity correlated negatively with pain intensity and positively with pain reduction. The heart rate showed no significant increase through the mental stress tasks.In summary we were able to demonstrate MSNA increase by thermal pain combined with mental stress tasks as well as pain reduction. We showed that the baroreflex plays an important role for the endogenous pain inhibition. Distraction is another factor that can induce pain reduction. In our study stressfulness ratings (as an estimate for engagement and distraction) did not predict analgesia which supports the role of sympathetic activation and argues against distraction as a major confounder. The augmented MSNA activity detected in our study could represent increased central drive. Thus, we could demonstrate that central baroreceptor circuits control pain under physiological conditions and during stress.