Szomatikus fájdalominger hatása az agy regionális véráramlására és az agyi vértérfogatra altatott patkányokon
Doktori értekezés
Dr. Mersich Tamás Semmelweis Egyetem Elméleti Orvostudományok Doktori Iskola
Témavezető: Dr. Sándor Péter egyetemi tanár, az MTA doktora Hivatalos bírálók:
Dr. Bari Ferenc egyetemi tanár Dr. Réthelyi Miklós egyetemi tanár, az MTA doktora.
Szigorlati bizottság elnöke: Dr. Pavlik Gábor egyetemi tanár, az MTA doktora Szigorlati bizottság tagjai: Dr. Kékesi Violetta egyetemi docens, Ph.D. Dr. Fekete István egyetemi tanár
Budapest 2007
Tartalomjegyzék 1 2 3 4
Rövidítések jegyzéke .................................................................................................................... 3 Összefoglalás ................................................................................................................................ 4 Summary ....................................................................................................................................... 6 Bevezetés ...................................................................................................................................... 8 4.1 A fájdalom és a fájdalomérző pálya........................................................................................ 8 4.1.1 A fájdalomérző receptorok............................................................................................ 8 4.1.2 Fájdalomérző pályák ..................................................................................................... 9 4.2 A fájdalom okozta élettani változások .................................................................................. 10 4.3 A fájdalomérzet modulálása ................................................................................................. 10 4.4 Fájdalom modellek ............................................................................................................... 11 4.4.1 Kémiai modellek ......................................................................................................... 12 4.4.2 Mechanikai modellek .................................................................................................. 13 4.4.3 Hőingerlés ................................................................................................................... 13 4.4.4 Perifériás idegek elektromos ingerlése........................................................................ 13 4.5 A teljes és regionális agyi véráramlás néhány, vizsgálatainkkal kapcsolatos alapvető sajátossága....................................................................................................................................... 13 4.6 A regionális agyi véráramlás vizsgált mediátorai ................................................................. 15 4.6.1 NO............................................................................................................................... 15 4.6.2 Endogén opioid peptidek............................................................................................. 16 4.6.3 Szimpatiko-adrenalis transzmitterek ........................................................................... 16 4.6.4 K+ ion .......................................................................................................................... 17 4.6.5 Prosztaciklin származékok .......................................................................................... 17 4.7 Globális agyi vértérfogat ...................................................................................................... 17 5 Kérdésfeltevés............................................................................................................................. 19 6 Kísérleti állatok, módszerek és anyagok ..................................................................................... 19 6.1 Általános műtéttan ................................................................................................................ 19 6.2 A regionális agyi véráramlás mérésre használt módszerek................................................... 21 6.2.1 Laser-Doppleres áramlásmérés ................................................................................... 21 6.2.2 H2 gáz-clearance módszer ........................................................................................... 22 6.3 Az agyi vértérfogat mérésére használt módszer.................................................................... 23 6.4 Alkalmazott fájdalommodell ................................................................................................ 25 6.5 Felhasznált gátlószerek és oldatok........................................................................................ 26 6.6 Kísérleti protokoll................................................................................................................. 27 6.7 Statisztikai analízis ............................................................................................................... 29 7 Eredmények ................................................................................................................................ 30 7.1 Szomatikus fájdalominger hatása a regionális agyi véráramlásra......................................... 30 7.2 Szomatikus fájdalominger hatása a teljes hemispherialis agyi vértérfogatra........................ 35 7.3 Nem fájdalmas szomatikus ingerlés és az ingerlés-független vérnyomás-emelkedés hatása a regionális agyi véráramlásra ........................................................................................................... 36 7.4 Mediátor anyagok lehetséges szerepe a szomatikus fájdalominger-okozta regionális agyi véráramlás- és vértérfogat-változásokban ....................................................................................... 36 8 Megbeszélés ................................................................................................................................ 39 8.1 Fájdalominger hatása a regionális agyi véráramlásra ........................................................... 39 8.1.1 Szimpatikus neuronális mechanizmusok szerepe........................................................ 42 8.1.2 Az ATP-szenzitív K+-ion csatornák szerepe ............................................................... 45 8.1.3 Az L-arginine-NO rendszer szerepe............................................................................ 45 8.1.4 Endogén opioid peptidek szerepe................................................................................ 47 8.1.5 A ciklooxigenáz enzim produktumainak szerepe........................................................ 48 8.2 Fájdalom inger hatása a teljes (hemispherialis) agyi vértérfogatra....................................... 48 9 Összefoglalás .............................................................................................................................. 51 10 Irodalomjegyzék ................................................................................................................... 53 11 Köszönetnyilvánítás.............................................................................................................. 69 12 Saját közlemények jegyzéke ................................................................................................. 71
2
12.1 12.2
Az értekezés témájában írt saját közlemények és előadások............................................ 71 Egyéb közlemények és előadások.................................................................................... 72
1 Rövidítések jegyzéke CBF- cerebral blood flow cBF-cortical blood flow CBV– cerebral blood volume COX-ciklooxigenáz enzim CSF-cerebrospinalis folyadék DMSO-Dimetil-szulfoxid hBF-hypothalamic blood flow HR-heart rate-szívfrekvencia LD-laeser-doppler L-NAME-L-arginine-methyl-észter MAP-mean arterial pressure-artériás középnyomás NMDA-N-metil-D-aszparaginsav NO-nitrogén-monoxid NOS-nitrogén-monoxid szintáz PET-Positron Emissziós Tomográfia tBF-thalamic blood flow VPL-ventralis posterolateralis (nucleus) VPM-ventralis posteromedialis (nucleus)
3
2 Összefoglalás A fájdalom a fiziológia és a patológia határán álló jelenség. Az irodalmi adatokat vizsgálva a kutató számára feltűnő az a körülmény, hogy a fájdalmas ingerek cerebrovascularis rendszerre gyakorolt hatásainak vizsgálata – a felsorolt kutatási területekhez viszonyítva - jelentős lemaradást mutat. Ez a tény annál is kevésbé érthető, mert a fájdalmas ingerek sorsa részben az érző pálya fő relay-magját (thalamust), illetve annak
„végállomását” (a szenzoros kérget) alkotó centrális
neuronok aktivitásától, illetve metabolizmusától függ, ezt pedig alapvetően meghatározzák a központi idegrendszer keringési viszonyai. Altatott, vérgáz- és hőmérséklet stabilizált patkányokon végzett kísérleteinkben ezért a következő konkrét kérdésekre kerestem a választ: (1) Milyen hatása van a nervus ischiadicus C-rostjainak fájdalmas paraméterekkel történő elektromos ingerlése a thalamus, a ventromedialis hypothalamus és a szenzoros kéreg véráramlására? (2) Ha az ingerlés hatására megváltozik e régiók lokális véráramlása, van-e ebben szerepe olyan vazoaktív anyagoknak, illetve neuro-transzmittereknek, mint a nitrogén monoxid szabadgyökök (NO), a K+ ionok, a prosztaglandinok, vagy az endogén opioid peptidek? (3) Milyen hatása van a szomatikus fájdalom ingernek a teljes agyi vértérfogatra? (4) A megfigyelhető keringésváltozások a fájdalominger közvetlen hatásai, vagy az ingerlést követő szimpatikus aktivitás-fokozódás szisztémás keringési hatásainak következményei? Kísérleteinkben a regionális agyi véráramlást részben laser-Doppler technikával, részben Aukland H2-gáz clearance módszerével határoztuk meg, a teljes agyi vértérfogatot pedig ezzel egyidejűleg folyamatosan mértük, Tomita patkányokra adaptált fotodiódás módszerével. A az alkalmazott fájdalominger hatására mindhárom vizsgált agyi régióban jelentősen nő a c-fos protoonkogén expressziója,- jelezve e területek neuronjainak depolarizálódását, fokozott aktivitását. Eredményeink arra utalnak, hogy ezzel
4
egyidejűleg mind a thalamusban, mind a hypothalamusban, mind a szenzoros kéregben szignifikánsan nőtt a regionális agyi véráramlás (rCBF). Az áramlásfokozódás nem magyarázható pusztán az ingerlést követő szisztémás artériás nyomásemelkedéssel, mert ha az ingerlés helyett homológ vér gyors transzfúziójával hozunk létre az ingerlés során mért nyomásemelkedéssel megegyező nagyságú artériás nyomást, a regionális agyi véráramlás nem fokozódik. A véráramlás fokozódás mechanizmusában jelentős szerepet játszhatnak a vasculáris simaizmokon vagy az endothelen található szimpatikus β-receptorok és az ATP-szenzitív K+ ion csatornák aktiválódása mert az előbbiek propranolollal, az utóbbiak glibenclamiddal való blokkolása a cortexben és a thalamusban szignifikánsan csökkenti a fájdalominger
áramlásfokozó
hatását.
De
lényeges
szerepe
lehet
az
áramlásfokozódásban az L-arginin-NO mechanizmusnak is, mert az NO-szintáz LNAME-el való blokkolását követően a thalamusban és a hypothalamusban szűnik meg az ingerlés áramlásfokozó hatása. A szimpatikus α-receptorok, a COX enzim végtermékei és az endogén opioidok eredményeink szerint nem játszanak szignifikáns szerepet a fájdalom-indukált regionális agyi áramlásnövekedésben. Vizsgálataink azon része, melyben a fájdalom-ingerek globális agyi vértérfogatra (gCBV) gyakorolt hatását tanulmányoztuk három, korábban nem ismert tény megfigyeléséhez vezetetett. Az irodalomban elsőként közöltük, hogy (1) az akut, de hosszan tartó szomatoszenzoros fájdalominger –miközben szignifikánsan fokozta a regionális agyi véráramlást – egyáltalán nem változtatta meg a teljes (hemiszferiális) agyi vértérfogat értékét, (2) az L-arginin-NO rendszer alapvető szerepet játszik a teljes agyi vértérfogat nyugalmi értékének beállításában, (3) az L-arginin-NO rendszer feltehetően nem vesz részt a gCBV fájdalomingerek során tapasztalt állandóságának biztosításában. A gCBV kísérleteinkben észlelt rendkívüli állandósága felveti annak lehetőségét, hogy a teljes agyi vértérfogatot – az agyi véráramláshoz hasonlóan – szintén autoregulációs mechanizmusok tartják határértékek között. E kérdés vizsgálata további kísérleteink tárgyát képezi.
5
3 Summary Pain is a phenomenon positioned on the border of physiology and pathology. It is a well-known phenomenon that cerebral blood flow is coupled to neural activation induced by non-noxious somatosensory stimulation. However, basic questions related to pain-induced cerebral blood flow and hemispheric blood volume changes remain unanswered. The aims of our investigation were fourfold: (1) to measure the effect of noxious, painful stimulation in three different regions of the anesthetized rat brain (hypothalamus, thalamus and cortex); (2) to determine the possible involvement of different vasoactive substances like: potassium ion, free radical NO, prostaglandins or endogenous opioid peptides in pain-related blood flow changes; (3) to estimate gCBV changes during painful stimuli (4) to determine the role of the activated sympatic nervous system in the pain-induced regional blood flow and gCBV changes. In the present study, the sciatic nerve of anesthetized rats was subjected to electric stimulation with noxious and non-noxious parameters. Changes in regional cerebral blood flow in the sensory cortex, in the thalamus by laser-Doppler flowmetry, in the thalamus and hypothalamus by H2-gas clearance method. Changes in global cerebral blood volume (gCBV) were estimated by using Tomita’s photoelectric method and neuronal activity was controlled by c-fos immunohistochemistry, respectively. Noxious stimulation resulted in significant enhancement of neuronal activity both in the thalamus and in the somatosensory cortex indicated by marked c-fos expression in these areas. Increase in regional cerebral blood flow and simultaneously in MAP was observed in all regions (cortex, thalamus, hypothalamus) during the stimulation. Similar changes in MAP induced by intra-arterial transfusion had no effect on rCBF, these result suggest, that elevated MAP is not resulted in the increase of regional blood flow in these areas. Blockade of ATP sensitive potassium channels (K+) and sympathetic β-receptors significantly ATP attenuated the pain-induced blood flow
6
increases in tBF and cBF, while inhibition of nitric oxide synthase was effective in the thalamus and hypothalamus while its role in cortex is not significant. The blockade of the sympathetic α-receptors, opiate receptors, and the cyclooxygenase enzyme had no effect on the pain-induced cerebral blood flow elevations. These findings demonstrate that during noxious stimulation, cerebral blood flow is adjusted to the increased neural activity by the interaction of vasoconstrictor autoregulatory and specific vasodilator mechanisms, involving the activation of sympathetic β-receptors, K+-channels and the release of nitric oxide. Our results show for the first time that (1) gCBV remains unaltered in both brain hemispheres during 2.5 min noxious stimulation of the sensory C-fibers of the sciatic nerve, (2) blockade of the L-arginine - nitric oxide system reduced significantly the steady-state control level of gCBV, (3) NOS blockade, however, did not affect the steadiness of gCBV during the stimulation. Beside effective and well-demonstrated rCBF increase the steadiness of global cerebral blood volume may suggest a possible existing autoregulatory mechanism in global cerebral blood volume in rat. This question is addressed to further investigations.
7
4 Bevezetés
4.1 A fájdalom és a fájdalomérző pálya A fájdalom és a hozzá kapcsolódó vegetatív és pszichés következmények az individuum homeosztázisának, pszichoszomatikus egyensúlyának megőrzéséhez szükséges legfontosabb élettani folyamatok alkotó elemei. A fájdalom a fiziológia és a patológia határán álló jelenség: résztvevője lehet fiziológiás folyamatoknak (pl. szülés), de megjelenése legtöbbször patológiás folyamatokat jelez (pl. discus hernia vagy myocardialis infarktus). Mint tünet a gyakorló orvos számára részben alarmírozó, a betegségre utaló jelzés, részben megszüntetendő jelenség, melyre az igény egyidős az orvoslással. A fájdalom kialakulásáról, percepciójáról, a fájdalomérzet, okozta neuro-fiziológiai változásokról kialakult tudásanyagunk az elmúlt évtizedekben jelentősen fejlődött. 4.1.1 A fájdalomérző receptorok A
fájdalomérző
rendszer
afferentációját
biztosító
receptorok
szabad
idegvégződések, melyek testszerte megtalálhatóak az erek falában, az izmokban, bőrben, a periosteumban. Ezen receptorok mind mechanikai, mind hő, mind kémiai ingerekre reagálnak, nincs tehát olyan adekvát, specifikus stimulusuk mint pl. a hőreceptoroknak. Funkciójukból következően e receptorok nem, vagy nagyon kevéssé adaptálódnak. Ez egyfelől biztosítja azt, hogy a szervezet tudomást szerezzen a noxáról, és annak megszűntetése sürgető szükség legyen, másfelől sok kórfolyamat lényege éppen a krónikus fájdalom okozta circulus vitiosus, mely önmagát mélyítve okoz fájdalomszindrómát. (a discus hernia okozta gyöki kompresszió, például reflexes izomtónus fokozódás révén tovább fokozza mind a gyulladást, mind a kompressziót.)
8
4.1.2 Fájdalomérző pályák A fájdalom afferentációjában kétféle neuron vesz részt: 1. -vékony myelinhüvelyes ún. Aδ típusú neuronok 2. -myelinhüvely nélküli C típusú neuronok A neuronok sejttestei a paravertebralis dúcláncban helyezkednek el. A radix posterioron a gerincvelőbe érve a neuronok első szinapsisa a Rexed I-III zónában van, ahonnan egy interneuron közvetítése után a tractus spinothalamicusban – kereszteződés után- projiciál felfelé, a magasabb rendű központok felé. Mindkét rost ad collateralis ágakat, melyek gernincvelői reflexívek kialakításában vesznek részt. [2] A pályán belül projekció szempontjából két rész különíthető el. A Rexed I zónából induló neuronok nagyobbrészt a thalamus nucleus ventralis posteromedialis (VPM) és posterolateralis (VPL) részében végződnek szigorú szomatotópiával, és ezt a szomatotópiát egészen az érzőkéregig megtartják. Ezzel szemben a substantia gelatinosa területéről induló pályáknak csak mintegy egytizede kapcsolódik át a thalamusban, nagyobb részük egy filogenetikailag ősibb pályát – a tractus spinoreticularist – képezve a hídi reticularis magokba projiciál. Innen részint a thalamusba, részint a periaqueductalis szürkeállományba vetülnek a rostok. Ezen területekről további projekció indul a hypothalamusba, a gyrus cinguliba és a hippocampushoz [40, 41]. A periaqueductalis szürkeállomány területére nemcsak beérkeznek a fájdalomérző rostok, de az innen induló leszálló pályák a fájdalom modulációjában is részt vesz. [124] A thalamus a fájdalomérző pálya fő átkapcsoló állomása. Míg a neospinothalamicus rendszer neuronjai a VPM és VPL-ben végződnek, addig a paleospinothalamicus neuronok a thalamus intralaminaris magvaiban kapcsolódnak át a cortexbe való projekció előtt.
9
4.2 A fájdalom okozta élettani változások A kéz elvágása kéttípusú fájdalom megélésével jár együtt: - egy gyors, hirtelen kezdetű, éles, jól lokalizált fájdalommal, mely rögtön a noxa után jelentkezik és egy látenciaidővel induló, második, nem éles, nem jól lokalizálható fájdalommal, mely azonban hosszabb ideig emlékeztet bennünket a noxára. A kétféle fájdalom különböző afferentációjáért elsősorban az Aδ és C típusú neuronok különbözősége (vezetési sebesség, kapcsolatok, projekció helye, stb.) a felelős. A gyors fájdalom kiváltásában szerepet játszó Aδ neuronok első szinapszisának neurotranszmittere minden valószínűség szerint a glutamát. A glutamát az NMDA receptoron hatva felelős a nociceptív információ felerősítéséért (wind-up effectus), azonban ugyanezen a szinten (az intervertebralis dúcokban) feltételezik a fájdalomérzetre gyakorolt moduláló hatását is. Ez magyarázhatja azt a tényt, hogy ugyanaz a noxa individuálisan más mértékű reakciót vált ki, sőt azt is, hogy ugyanazon egyénben, más időben más erősségű fájdalom észlelhető. A lassú fájdalom a C rostokon mediált folyamat, szinaptikus vivőanyaga a susbstance P, vagy a szomatosztatin. A pálya a formatio reticularis kapcsolatai révén elsősorban a fájdalom okozta negatív élmények megéléséért, az arousal-ért, a visceromotoros válaszért a felelős.
4.3 A fájdalomérzet modulálása Ismert tény, hogy ugyanazon noxa individualis megélése jelentős különbségeket mutat, sőt egyénen belül is éppen az adott pszichoszomatikus konstelláció függvénye. A vastag myelinhüvelyes rostok ingerlése (tapintás, vagy egyéb mechanikus inger) csökkenti, illetve megszünteti az ugyanerről a területről érkező fájdalomérzetet. Ezt, az ún. kapu-kontroll teória magyarázza, mely Melzack és Wall nevéhez fűződik [69]. E szerint a vastag myelinhüvelyes rostok működése serkenti azon gátló interneuronok működését, amelyek a fájdalomérzet felszálló neuronjain végződnek, tehát ezzel elzárják a fájdalom útját.
10
A stressz szituációkban észlelt relatív analgesia ismert jelenség, a stressz indukálta
analgesiáért
(SIA)
elsősorban
a
hypothalamus
paraventricularis
magcsoportjából induló pálya tehető felelőssé akut fájdalom esetén, míg krónikus fájdalom esetén e magok szerepe nem bizonyítható [71,128]. Számos agyi régiót vizsgáltak már abban a tekintetben, hogy képes-e modulálni a fájdalomérzetet. A laterális hypothalamus az egyik olyan terület, mely nagy valószínűséggel szerepet játszik a modulációban. Ez a terület noxa hatására aktivitásfokozódást mutat, mely funkcionális válasz opiátokkal gátolható [66]. A terület elektromos ingerlése analgesiát biztosít. A laterális hypothalamus és a periaqueductalis szürkeállomány kapcsolatát a fájdalom modulációjában több kutatócsoport
vizsgálta.
Megállapításuk
antinociceptiv
aktivitása
erősen
függ
szerint a
a
laterális
periaqueductalis
hypothalamus szürkeállomány
aktiváltságától [128,40]. Az e terület ingerlésével létrehozott analgesiát opioid, serotoninerg, adrenerg antagonistákkal meg lehetett gátolni, míg a periaqueductalis szürkeállomány opiátokkal történő kezelése nyomán viszont jelentősen növelni lehetett a laterális hypothalamus aktivitását.
4.4 Fájdalom modellek A fájdalom élettani hatásainak vizsgálata a fent említett összetett anatómiai rendszerek, az individuális különbségek, és a fájdalom természetéből következő kutatásetikai problémák miatt, a legnehezebben standardizálható vizsgálatok közé tartozik. Az éber állat fájdalmas paraméterekkel történő ingerlése etikai problémákat vet fel, vizsgálata csak kivételesen indokolt esetben lehetséges, technikai kivitelezése során pedig az áramlásméréshez „mozdulatlanságot” kell biztosítani, ez külön metodikai kihívást jelent. Az altatószerek használata során az állat fájdalom tudatosulása és ezáltal a fájdalmat kísérő negatív affektív komponens sem realizálódik mai tudásunk szerint. Vélhetően
11
ez magyarázza azt a tényt, hogy éber állatban alkalmazott standardizált ingerek nagyobb szisztémás keringési hatást váltanak ki, mint altatott állatokon. Az altatószerek hatása az agyi keringésre két egymástól jól elkülöníthető részre osztható. Egyrészt a legtöbb altatószer befolyásolja az agy nyugalmi véráramlását, régiónként és globálisan is (pl. az izoflurane és sevoflurane vazodilatációt okoz és rCBF-t növel, a halothan, urethane, propofol, barbiturátok általában csökkentik a CBF-t). Másfelől az altatószerek megváltoztathatják az agyi erek válaszkészségét is. Kísérleteink során alkalmazott urethan-altatás az agyi keringésszabályozás vizsgálatában elfogadott, széles körben alkalmazott módszer állatkísérletekben, mely összehasonlítható
eredményeket
produkál
más
kutatócsoportok
hasonló
anesztetikummal végzett kísérleteivel. Különösen előnyös az urethan azon hatása, hogy nem rendelkezik intrinsic szimpatikomimetikus aktivitással. Az altatószerek keringési rendszerre gyakorolt hatásának kiküszöbölése céljából, az agyi áramlási változások vizsgálatának a tervezése kapcsán az önkontrollos kísérleti elrendezést használjuk, mint ahogyan ezt tettük saját méréseink során is. Mindezen nehézségek ellenére az elmúlt néhány évtizedben számos olyan fájdalom modell került kidolgozásra, mely alkalmas arra, hogy standardizálja a kiváltó noxát, ezáltal összehasonlíthatóvá tegye az egyes kutatócsoportok eredményeit. 4.4.1
Kémiai modellek
Formalin-modell:
formalin-oldat
indukálja
a
fájdalmat.
A
formalin
szövetkárosító hatása hasonló folyamatokat generál, mint a gyulladásos folyamatok (hisztamin liberáció, prosztaglandin képződés, axonreflex, stb.), ezért ez a modell használatos a gyulladásos fájdalom modellezésére. A visceralis és szomatikus fájdalom modellezésére egyaránt alkalmazható. [118] Capsaicin, mosott vérlemezkék, etanol: szintén gyulladásos fájdalom modellezésére alkalmazott anyagok. A thrombocyták esetében a fájdalomért a vérlemezkékben található prosztaglandinok a felelősek, a másik két anyagnak ezzel szemben direkt szövetkárosító hatása van. [72]
12
4.4.2
Mechanikai modellek
Farok-csípés teszt (tail-flick): Egyszerű, akut szomatikus fájdalom kiváltására alkalmazott modell Ultrahangos ingerlés: ultrahang generátor segítségével stimulálják a bőrt, ezáltal keltve különböző intenzitású fájdalmat. A generált stimulus erőssége és hullámhossza változtatható. Ideg-lekötés: krónikus fájdalom modellezésére szolgáló eljárás, mely során egy perifériás ideg ligaturája történik. 4.4.3 Hőingerlés Hot-plate technika: hő okozta fájdalom kiváltására alkalmazott módszer. Az állat talpát vagy a kívánt testrészt forró lapra helyezik, mely akut hőingert reprezentál. A lap hőmérséklete változtatható, ezáltal a fájdalom standardizálható. 4.4.4
Perifériás idegek elektromos ingerlése
Elvben különbözik az eddigi metódusoktól. A módszer nem a fájdalomérző receptorokat ingerli, hanem a fájdalomérző neuronok axonját hozza ingerületbe direkt elektromos úton. Nem egyféle modalitást reprezentál. Az ingerlési paraméterek változtatásával mód nyílik a fájdalom intenzitásának növelésére, csökkentésére.
Kísérleti
összeállításainkban
ezt
a
típusú
fájdalommodellt
alkalmaztuk. [79,85]
4.5 A teljes és regionális agyi véráramlás néhány, vizsgálatainkkal kapcsolatos alapvető sajátossága A csontos koponyán belül a vér-liquor-agyszövet együttes térfogata állandó. Ezen állandó, felnőtt korban még részleges tágulásra sem képes helyen „osztozik” a
13
három kompartment. A Monroe-Kelly elv értelmében önállóan és tartósan egyik kompartment térfogata sem nőhet meg csak a másik kettő rovására. A teljes agyi véráramlást
(global
cerebral
blood
flow;
gCBF)
intrinsic
szabályozó
mechanizmusok tartják állandó szinten, melyek széles szisztémás artériás középnyomás (MAP) tartományban képesek a perfúzió állandóságát biztosítani („agyi véráramlási autoreguláció”). Helyi szinten viszont a regionális agyi véráramlás (regional cerebral blood flow; rCBF) a gCBF állandósága mellett is rendkívüli változatosságot mutathat. Alapvető az a megfigyelés, hogy a funcionálisan
aktív
neuronok
környezetében
regionális
áramlásfokozódás
jelentkezik. Ez a körülmény az ún. „neuro-vascular coupling” következménye. Roy és Sherrington 1890-ben állította fel azt a hipotézist, mely szerint a funkcionálisan aktív
neuronok
a
bennük
megélénkülő
anyagcsere
savanyú
karakterű
végtermékeinek felszaporodásával, és e végtermékek vazodilatátor hatásával magyarázza az áramlásfokozódást. A metabolikus hipotézis, bár történetét tekintve az első, és ma is legfontosabb elképzelés
a
neuro-vacularis
couplingra,
nem
képes
minden
tekintetben
megmagyarázni azt a jelenséget, hogy miért fokozódik egyes aktiválódó sejtcsoportok területén a lokális véráramlás. A funkcionális aktiválódást követő lokális áramlásfokozódás dinamikája ugyanis nem korrelál időben a H+, K+ ionok és az adenozin lokális felhalmozódásával (az áramlásfokozódás sokkal gyorsabban jön létre), és nem korrelál a felszaporodó metabolitok mennyiségével, ezek lokális koncentrációjának
növekedése
jóval
kisebb,
mint
ami
olyan
nagyfokú
áramlásfokozódást indokolhatna. Ezért a központi idegrendszeri neuronok aktivációját követő rendkívül gyors lokális áramlásfokozódási folyamat első fázisa csak az agyi erek idegi szabályozása révén képzelhető el. [105] Az agyi erek autonóm idegrendszeri innervációjának neuroanatómiai bizonyítékai ma már egyértelműek. A perivascularis idegek létét, ezek eredetét, az axonterminalisaikon szekrécióra kerülő neurotransmittereket, és ezek lebontásához szükséges
enzimeket
is
sikerült
meghatározni.
Feltérképezésre
került
a
perivascularis idegek eredése, valamint az is, hogy melyik agyi régióban milyen
14
típusú ér az, melyik beidegzés (szabályozás) alatt áll. A fenti rendszer képezi az alapját a regionális agyi véráramlás idegi szabályozásának, melynek létét és jelentőségét egészen a múlt század ’80-as éveiig még sokan vitatták [105,100]. A neuro-vascular coupling mechanizmus pontos megértése klinikai és elméleti szempontból is alapvető jelentőségű. A modern neuro-imaging technikák éppen a lokális anyagcsere-fokozódás kapcsán megnövekedett lokális véráramlásból következtetnek
a
lokális
funkcionális
aktivitás
fokozódására.
Az
agyi
keringésszabályozás elméleti kérdéseinek kutatása ugyanakkor, - mint jelen munka is – tisztázni szeretné, hogy pontosan hogyan befolyásolják a perifériáról érkező neuronális ingerek az agy globális és regionális keringési viszonyait. Dolgozatom és kísérleteink célja éppen abban állt, hogy egy darabot hozzátegyünk ahhoz a „puzzle”-hoz, melynek elemeit helyesen összeillesztve érthetőbbé válhat az a csodálatos funkcionális egység, melyet neurovascularis hálózatnak hívunk. Ha az olvasó ennek a munkának a végére ér, kiderül számára, hogy még milyen sok eleme maradt ismeretlen ennek a „kirakó” folyamatnak.
4.6 A regionális agyi véráramlás vizsgált mediátorai 4.6.1 NO A nitrogén monoxid, régebbi nevén endothel derived relaxing factor, (EDRF), a CO2 mellett az agyi erek ma ismert legfontosabb vazodilatátor anyaga. Biológiai életideje igen rövid, néhány másodperc. Termelését a NO-szintáz enzim (NOS) végzi, mely megtalálható mind a neuronokban, mind a gliasejtekben, mind az endothelben. Az NO a NOS enzim hatására keletkezik L-arginin-ből, majd a sejtből kidiffundálva jut el a célállomáshoz, melyen cGMP aktiválódás után vazodilatációt okoz. Tekintve igen rövid életidejét, gyorsan diffundáló voltát, ideális szabályozó mechanizmust tesz lehetővé olyan területen, ahol a pillanatnyi anyagcsereigény gyorsan és nagymértékben változik.
15
Az L-arginin-NO rendszer agyi véráramlásban betöltött szerepének részletes tárgyalása meghaladja a dolgozat kereteit. A legtöbb speciesben szerepet játszik az agy nyugalmi véráramlásának fenntartásában. Perifériás, nem-fájdalmas idegingerlés okozta modellekben részt vesz az érzőkéregben észlelt áramlásfokozódás létrejöttében. Kutyák, majmok, és patkányok vizsgálata során igazolták, hogy az NO a ganglion pterygopalatinumból kiinduló, agyi erek idegi szabályozásában részt vevő neuronok neurotranszmittere. [70] 4.6.2 Endogén opioid peptidek Szerepük a cerebrovascularis rendszerben elsősorban gátló jellegű moduláció. Direkt vazomotor hatásuk elenyésző [10,102]. Az agyi véráramlási autoreguláció fenntartásában a β-endorfinnak döntő szerepe van: mind naloxonnal, mind a βendorfin szelektív bénításával a hypothalamikus véráramlás autoregulációja teljesen kikapcsolható. Tekintve, hogy mind az endogén opioid peptidek, mind az exogén opiátok jelentősen befolyásolják a fájdalomérzet spinális szinten történő transzmisszióját, illetve corticalis szinten történő percepcióját, szerepük vizsgálata a fájdalmas ingerek okozta cerebrovascularis válasz kutatásában megkerülhetetlen tényező. 4.6.3 Szimpatiko-adrenalis transzmitterek A szimpatikus idegrendszer aktiválódása legalább két alapvetően különböző módon befolyásolhatja az agyi véráramlást. Egyrészt a szisztémás keringési paraméterekre gyakorolt hatása révén (adrenalin, renin-angiotenzin rendszer aktiválódása), másrészt az agyi erekre gyakorolt direkt idegi szabályozómechanizmusok (noradrenalin) révén. A perifériás ingerek agyi keringési regulációjával foglalkozó irodalomban fellelhető, a neurovascularis coupling-gal foglalkozó vizsgálatok legtöbbje a szimpatikus aktiválódás kivédésére törekszik (pl. nem-fájdalmas ingerlés, T1 cordotomia, stb.) [1,21]. Kísérleteink során mi nem törekedtünk a szimpatikus aktiváció szisztémás hatásainak kiiktatására, a szimpatikus aktivitás
16
lokális hatását viszont lokálisan adott, szelektív gátlószerekkel (phenoxybenzamin, propanolol) vizsgáltuk. 4.6.4 K+ ion A neuro-vascularis coupling mechanizmus metabolikus magyarázata az emelkedett neuronális aktivitást követő anyagcsere végtermékek felszaporodása és ezen anyagok direkt érhatása. A K+-ion az egyike ezen anyagcsere végtermékeknek, így szerepe jelentős lehet a regionális véráramlás szabályozásában. Ezen kívül számos vazoaktív anyag (így pl. az opioid peptidek a κ és δ receptorokon, a noradrenalin βadrenerg receptorokon) a K+-csatornák nyitásával vagy zárásával éri el vazoaktív hatását. [53,55] 4.6.5 Prosztaciklin származékok A prosztanoidok agyi véráramlásra gyakorolt hatását illetően szintén több, egymásnak ellentmondó adatot találhatunk. Szerepüket elsősorban stresszszituációkban tartják jelentősnek, míg a nyugalmi flow-t kevésbé befolyásolják, [8,78] bár vannak arra nézve is adatok, hogy a COX-1 izoenzim produktumai a nyugalmi értónus fenntartásában szintén szerepet játszanak [77]. A NOS enzim krónikus gátlása során a hypothalamicus lokális véráramlás adaptációjában a vazodilatátor hatású prosztanoidok nem játszanak szerepet, ugyanakkor a krónikus NOS-gátlás szisztémás hatásai között szerepel a vazokonstriktor hatású prosztaglandin származékok csökkent termelése [].
4.7 Globális agyi vértérfogat Az agyi véráramlás mellett a teljes agyi vértérfogat (gCBV) mint paraméter egyidejűleg reprezentálja az agyi keringési rendszer artériás, vénás és kapilláris részének állapotát. A Monroe-Kelly elv értelmében a gCBV nem emelkedhet jelentősen és tartósan csak a CSF vagy az agyszövet rovására. Noha a teljes agyi vértérfogat egységében jellemzi az agyi keringés mindhárom fő szakaszának
17
pillanatnyi állapotát, vizsgálata a megfelelő technika hiányában az elmúlt években nem kapott kellő hangsúlyt. A modern neuroimaging technikák egyik fő korláta éppen abban rejlik, hogy a teljes agyi vértérfogatot nem képesek egyidőben „ablakolni”. Noha a regionális CBV mérésére viszonylag sok közleményben sor kerül, ez az adott régión belül meghatározott „vér-pool” megnevezésére szolgál az irodalomban, valójában inkább a regionális flow-hoz közelebb álló entitást képvisel.
18
5 Kérdésfeltevés Kísérleteim során a következő konkrét kérdésekre kerestem a választ: 1. Milyen regionális agyi véráramlásváltozásokat hoz létre a perifériás, szomatoszenzoros ideg (n. ischiadicus) afferens C-rostjainak fájdalmas paraméterekkel történő ingerlése a szenzoros cortexben, a thalamusban, illetve a hypothalamusban? 2. Milyen szerepe van, az ingerlés okozta regionális agyi véráramlás változások kiváltásában egyes vazoaktív kémiai anyagoknak: a nitrogén monoxid szabadgyököknek, a K+ ionoknak, a prosztaglandinoknak, és az endogén opioid peptideknek? 3. A fenti változások mennyiben függenek össze az ingerlést követő szimpatikus aktivitás fokozódás szisztémás keringési hatásaival? 4. Milyen hatással van a szomatikus C-rost ingerlés a teljes agyi vértérfogatra, és milyen szerepet játszik e hatásban az L-arginin-NO rendszer?
6 Kísérleti állatok, módszerek és anyagok 6.1 Általános műtéttan A fenti kérdések megválaszolására hím Wistar patkányokat (350-450 g) választottunk kísérleti alanyul. Az állatkísérletek az 1998 XXVIII törvény, a 243/1998 Korm. Rendelet és az 36/1999 FVM-KöM-GM együttes rendeletével, valamint az Európai Közösség 86/609 irányelvével összhangban zajlottak. A kísérletek során az állatokat 1,3mg/tkg intraperitonealisan adott urethannal altattuk. A narcosist követően az állatokat pancuronium bromiddal relaxáltuk (2,0 mg/tskg iv.), majd trachea kanülön keresztül gépi lélegeztetést alkalmaztunk. Ennek során a vérgáz értékek alapján a szobalevegőhöz szükség szerint oxigént adtunk. Az anaesthesia mélységét a kísérlet folyamán a cornea-reflex és cutan reflexek
19
segítségével monitoroztuk, és ismételten iv. urethan adására került sor, amennyiben azt az anaesthesia mélysége megkívánta. Mindkét oldali artéria femoralisba kanült helyeztünk, folyamatos artériás vérnyomásmérés és időszakos artériás vérgáz analízis céljából. A folyamatos vérnyomásmérés eredményeit részben polygraphon, részben személyi számítógépen regisztráltuk „on-line” üzemmódban. Az egyik oldali femoralis vénát is kanüláltuk, ezen keresztül történt a vizsgálni kívánt anyagok és az altatószerek beadása. Az állat maghőmérsékletét rectális hőmérő segítségével regisztráltuk, és elektromos melegítő párna segítségével folyamatosan 37-37,5°C között tartottuk. Az artériás pH és vérgáz értékeket (pCO2 és pO2) a kísérlet folyamán a normál, élettani tartományban tartottuk. (1. Táblázat) Az állat fejét sztereotaxikus készülékben rögzítettük, majd elektromos kés segítségével a calvariát szabaddá tettük. A regionális agyi véráramlásmérést két különböző technikával, laser-Doppler módszerrel (1mm átmérőjű tű alakú áramlásmérő fejjel) és H2 gáz-clearance módszerrel (100μm átmérőjű szigetelt platina elektróddal) végeztük. A vizsgálni kívánt agyi régióba az áramlásmérő LD-probe-ot vagy H2 elektródot a koponyába fúrt 1,5 mm-es lyukon keresztül micromanipulátor segítségével vezettük be. Az egyes vizsgált régiók koordinátái: -szenzoros cortex: a bregmától az LD probe-ot 1,5mm hátra és 2,0mm laterálisan, az intact dura mater felületén helyeztük el -thalamus: a Pt elektródot a bregmától 3,0mm dorzálisan és 1,mm laterálisan, 5,5mm mélyen vezettük be az agyfelszíntől -hypothalamus: a bregmától a Pt elektródot 1,5mm dorzálisan és 1,5mm laterálisan, 1mm-re a koponyalap felett vezettük be. Kísérleteinkben az indometacin, naloxon, phenoxybenzamin és propanolol intracerebroventricularis (icv.) adása céljából icv. Kanült építettünk a koponyába 1mm-re a bregma mögött, 1mm a sutura sagittalistól laterálisan nyílásával 3,5mm-re a koponyafelszín alatt. A koordinátákat a Paxinos és Watson által szerkesztett stereotaxiás atlasz alapján
20
határoztuk meg. [84] Az agyi vértérfogat mérése csak a hidrogén polarographiás méréssel szinkron történt, abban az esetben, ha nem történt intracerebroventricularis gyógyszeradás.
6.2 A regionális agyi véráramlás mérésre használt módszerek A kétféle módszer alkalmazására azért került sor, mert a laser-Doppler módszer ugyan a lokális véráramlásváltozás folyamatos detektálását teszi lehetővé, de a módszerrel csak százalékos áramlásváltozásokat tudunk mérni, a kiindulási, steadystate áramlást 100%-nak tekintve. A H2 gáz-clearance módszer ezzel szemben a lokális szöveti véráramlás abszolút értékének meghatározására alkalmas metódus, de mintavételi technika, így nem tudható, mi történik a véráramlással két egymást követő mérés között. 6.2.1 Laser-Doppleres áramlásmérés Alapja a monokromatikus lézerfény visszaverődése, mely a Doppler-elv értelmében a mért visszaverő közegben haladó visszaverő anyag (jelen esetben a vörösvértestek) áramlási sebességével arányos. A rendszer megfelelő kalibrálást követően az áramlásváltozások folyamatos detektálására igen megbízhatóan alkalmazható eljárás. Kísérleteinkben ezzel a módszerrel egyidejűleg két régióban a szenzoros cortexben (annak felszínén) és a thalamusban mértünk véráramlást, stereotaxiás készülékkel bevezetett tűelektród segítségével. A mérés előnye, hogy adott területen, mely kb. 2mm3, az áramlásmérés folyamatosan valósítható meg. Hátránya, hogy a mérőelektród beveztése után kalibrálást igényel, mely után a kiindulási áramlásértéket száz százaléknak tekintve lehet mérni az áramlás-változás nagyságát. Igen fontos ezen kívül az elektród poziciójának állandósága. Lacza és munkatársai vizsgálata alapján a laser-doppleres áramlásméréss esetén az akut NO-szintáz bénítás esetében a flow változás nagysága függ a basalis áramlási érték nagyságától is.[62]
21
6.2.2 H2 gáz-clearance módszer A hidrogén gáz inhaláción alapuló polarográfiás módszer kidolgozása és agyi véráramlás mérésére alkalmassá tétele Aukland és munkatársai nevéhez fűződik az 1960-as évek elején. [6] Inert gázok felhasználása a regionális agyi véráramlás mérésére feltételezi, hogy a gáz vénás koncentrációja és a szöveti koncentrációja közötti equilibrium pillanatszerű. Ez talán a legkisebb molekula tömegű hidrogén gáz (H2) esetében teljesülhet a legideálisabban. Természetesen a szövet/vér megoszlási hányados ismerete is fontos, mely a H2 gázra nézve a zsírszövetet kivéve gyakorlatilag 1. A polarográfiás méréshez mérőelektródként 100 μm átmérőjű teflonnal szigetelt platina elektródot használunk, melynek csúcsa 1mm-es szakaszon szigeteletlen, referencia elektródként a kalomel vagy Ag/AgCl elektródot használunk. A mérés során a molekuláris H2 gáz mérőelektród hegyén történő ionizációját regisztráljuk. Az elektródon mérhető ionizációs áram nagysága függ az elektródra kapcsolt feszültségtől (egy bizonyos feszültség értékig, majd e fölött már függetlenné válik), valamint az oxidálható szubsztrát, a H2 gáz koncentráció-gradiensétől. (A szubsztrát koncentráció a H2 gáz belélegeztetése előtt a mérőelektród felszínén 0). A mérőelektródon mért áram erőssége egyenesen arányos a H2 koncentráció gradiensével. In vitro vizsgálatok alapján e feltételek mind teljesülnek, ha a mérőelektród feszültsége a kalomel elektródhoz képest 270mV. A biológiai folyadékok ilyen feszültségkülönbség esetén nem tartalmaznak egyéb ionizálható szubsztrátot, tehát a mérés a H2-re specifikus. A mérés előnye, hogy a H2 belélegeztetés leállítását követően meginduló kimosási görbe értékelése során a görbe alatti terület nagysága arányos a véráramlás nagyságával, a módszerrel a véráramlás abszolút értékben, ml/1mg/min vagy ml/100mg/min értékben kifejezhető. A mérés korlátai: A tű alakú Pt elektród bevezetése során a szúrcsatornának megfelelően egy henger alakú területen devitalizált szövet keletkezik, mely nem vesz részt az anyagcserében. Ez a devitalizált szövetrész általában nem vastagabb, mint 200 μm.
22
Az elektród környezetének elhalása diffúziós barriert képezhet a H2 gáz számára. Mivel a devitalizált szövetrész anyagcseréje nulla, nem távolít el szubsztrátot a keringésből. Egy bizonyos vastagságig ez a barrier nem okoz mérési pontatlanságot, csak kisfokú késést a görbe megjelenésében. Mindazonáltal a diffúziós barrier vastagságának mérésre gyakorolt hatása nagymértékben függ az adott terület áramlásának értékétől. Gyorsabb áramlású területen a 600 μm átmérőjű devitalizáció már mérési pontatlanságot eredményez, míg 100ml/100g/min alatti szöveti áramlás esetén jelentősen nagyobb diffúziós barrier mellett is lehet korrekt mérést végezni.
6.3 Az agyi vértérfogat mérésére használt módszer Kísérleteinkben a regionális agyi véráramlás mérése mellett a globális (hemispherialis) agyi vértérfogat mérésére is sor került, illetve ezen agyi keringési paraméter vizsgálata is központi szerepet kapott. Mérése viszonylag olcsó, megbízható és nagy pontosságú módszerrel, a fotoelektromos módszerrel történt. A fotoelektromos módszert Tomita és munkatársai az 1970-es években fejlesztették ki macskákon [121], melyet Sándor Péter holland munkatársaival 1986-ban patkányok vizsgálatára adaptált [101]. Saját kísérleteinkben mi ez utóbbi, módosított mérési módszert használtuk. A mérési összeállítás egy 548 nm-es hullámhosszú tartományra szűrt fényt emittáló mikrolámpából, és egy szilikon fotódiódából áll. A lámpát a koponya hátsó részén nyitott nyíláson keresztül vezetjük a két hemispherium közé, a fotodiódát az arcus zygomaticus felett helyezzük a megnyitatlan koponyafelszínre, ott fogászati cementtel rögzítjük, és a környezeti fényhatásoktól izoláljuk. A módszer alapja a Lambert-Beer törvény, mely szerint egy adott fény intenzitása egy közegen áthaladva a következő törvényszerűség szerint csökken:
I=I0*eE*L Ahol: I: az áthaladt fény intenzitása I0: a közegbe belépő fény intenzitása E: a közeg extinkciós koefficiense
23
L: a közeg vastagsága Ha a fényforrás az agyszövetet világítja meg, akkor az extinkciót okozó hatást két nagy komponensre bonthatjuk: az agyszövetre és a vérre. Ebben az esetben a fenti egyenlet átírható:
I=I0*e(Eb*l+Et*L) alakra, ahol: Eb: a vér extinkciós koefficiense, mely főleg a hemoglobin okozta abszorpcióból és a vörösvértest membránjának szóródásából származik l: az átvilágított vérmennyiség vastagsága Et: a szöveti extinkciós koefficiens L: a szövet vastagsága A szövetekben található vért sóoldattal helyettesítenénk, azaz l=0, vagy gyakorlatiasabb megfogalmazásban L>>l, akkor az egyenlet helyére a következőt írhatjuk:
I=It=I0*eEt*L A fenti két egyenlet hányadosa logaritmikus transzformációt követően a következőképpen alakul:
lnIt-b-lnIt=-Eb*l vagy ln(It/It-b)=Eb*l Ez az egyenlet fejezi ki a vér okozta extinkciós faktort a szövetben. Tekintve, hogy
It/It-b és Eb kísérleti úton meghatározható, ezek után az agyi vértérfogat a teljes agyszövet százalékában kifejezhető:
CBV%=100*l/L=100* ln(It/It-b)/( Eb *L) Az egyenlet idő szerinti deriváltja:
ΔCBV%=-K*( ΔIt-b/It) Ahol K= 100/(Eb *L). Ezen egyenlet alapján azt mondhatjuk, hogy amennyiben Eb, It és L állandóak egy kísérlet során, úgy megfelelő kalibrálás után, ha a polaritás ellentétes a mért ΔIt-b gyakorlatilag ΔCBV mérést jelent. It és L állandóságát biztosítja az a tény, hogy a mérési összeállításban a fényforrás és
24
a jelfogó dióda közötti távolság állandó, ezek rögzítve vannak. Az Eb állandóságát a hematokrit állandóságával biztosíthatjuk legjobban, tekintve, hogy legnagyobb mértékben ettől függ. Az Eb –t in vitro kísérletekben határozták meg úgy, hogy különböző vastagságú véroszlopok által abszorbeált fényt mértek fiziológiás sóoldattal, mint vakkal szemben. Az áteresztett fény intenzitása és a véroszlopok vastagsága közötti összefüggés lineárisnak bizonyult, az egyenes meredeksége egyedül a hematokrit függvénye volt, nem függött, pl. a vér oxigenizáltsági fokától, vagy egyéb fizikokémiai tulajdonságától sem. Az L értékét post mortem méréssel határozták meg, és nagyszámú vizsgálat után adott súlytartományra (az állatok tömegére) lehetett megadni a lámpa-dióda távolságot. És végül szintén nagyszámú mérést alapul véve meghatározható az agyi vértérfogat adott speciesre vonatkozó normál átlagértéke, ez szolgál a kalibráció alapjául. A mérés kezdetén egy ún. „on-off” kalibráció történik, fiziológiás körülmények között. Ez a lámpa ki és bekapcsolt állapota közötti fényintenzitás-különbség meghatározását jelenti. Ezután a lámpát bekapcsolt állapotban tartva a fotódiódán mért jelintenzitás folyamatos „vörösvértest-massza” mérést tesz lehetővé, mely alapján a CBV kiszámítható. A módszerrel mért eredmények jól korrelálnak a radioaktív izotópot, mint tracert használó módszerekkel kapott adatokkal. A metódus előnye, hogy jóval olcsóbb, nem igényel speciális felszereltséget a mikrolámpán és a fotodiódán kívül, és a CBV folyamatos mérésével lehetőséget ad a hemispherialis vértérfogat-változások dinamikájának követésére.
6.4 Alkalmazott fájdalommodell A fájdalominger modellezésére a nervus ischiadicus elektromos ingerlését választottuk. Ehhez az egyik oldali nervus ischiadicust preparáltuk szabaddá, majd transsectio után bipoláris ingerlő elektródra helyeztük a centrális részt. Az ideget a
25
kiszáradás ellen paraffin olajjal védtük a kísérlet ideje alatt. A fájdalmas stimulusok generálásához S44 ingerlőt (Grass Instruments, Quincy, MA, USA) alkalmaztunk, 30V, 5Hz és 0,5ms-os négyszögimpulzussal. Ezeket az ingerlési paramétereket azért választottuk, mert mások korábbi elektrofiziológiai mérései bizonyították, hogy ezen paraméterekkel történő ingerlés a C-rostok egyértelmű aktivitás-fokozódásához vezet. [85]. Az ingerlés 2 perc időtartamú volt, ez az időtartam még nem okoz szervkárosodást, így az ingerlés ismételhetővé válik, viszont elég hosszú ahhoz, hogy keringési hatásai kialakuljanak és állandósuljanak. (Néhány esetben nemfájdalmas ingerlést is alkalmaztunk, ekkor az ingerlési paraméterek: 0,2V, 5Hz, 0,5ms voltak).
6.5 Felhasznált gátlószerek és oldatok A kísérletek során több, az „activation-flow couplingban” feltételezhetően szereppel bíró vazoaktív anyag szerepét vizsgáltuk, azok specifikus gátlószereinek segítségével. Az L-arginin-NO rendszer szerepének jelentőségét 30mg/tskg intravénásan adott LNAME-mel (L-ω-nitro-L-arginin metilészterrel) vizsgáltuk, mely a NOS szelektív inhibitora, és előzetes vizsgálataink alapján ebben a dózisban az enzim hatását szignifikánsan gátolja [104]. A ciklo-oxigenáz enzim (COX) gátlószerei közül vizsgálatainkban az indometacint alkalmaztuk 10μg/μl-es intracerebroventricularisan microinjekció formájában. Az endogén opioid rendszer szerepének vizsgálatához naloxon-t alkalmaztunk 8,57μg/μl koncentrációban szintén intracerebroventricularisan. A K+ csatornák szerepének tisztázása céljából K+ csatorna blokkolóként glibencamidot használtunk 1μg/μl dózisban, intracerebroventricularisan. A
fájdalominger
okozta
szimpatikus
idegrendszeri
aktiválódás
hatásainak
vizsgálatához α-receptor bénítóként phenoxibenzamint alkalmaztunk 5μg/μl dózisban intracerebroventricularisan, míg β-receptor bénításhoz propanololt, 2μg/μl dózisban szintén intracerebrovantricularisan.
26
Az alkalmazott gyógyszerek oldószerei, hordozóanyagi a következők voltak: L-NAME: fiziológiás sóoldat; indometacin: 0,1N NaOH; glibencamid : 20% DMSO+ 80% mesterséges liquor (CSF); phenoxibenzamin:50% etanol; propanolol és naloxon: mesterséges liquor (CSF). A mesterségesen előállított liquor cerebrospinalist Kitazano és munkatársainak adatai alapján készítettük. [53]
6.6 Kísérleti protokoll A kísérletek során a standard sebészi preparálást követően minden állatnál kb. 10-20 perces fiziológiás körülmények között eltöltött idő következett. Ez után legalább két ízben regisztrálásra került a vizsgálni kívánt agyi régió lokális szöveti véráramlása, illetve az agyi vértérfogat steady-state értéke. Ezt követően került sor a fájdalominger kiváltására, melyet a nervus ischiadicus 2 perces ingerlésével (30V, 5 Hz, 0,5ms) értünk el. Az ingerlési időszak alatt meghatároztuk a regionális agyi véráramlás és az agyi vértérfogat értékeit, valamint a szimultán regisztrált hemodinamikai paramétereket és a vérgáz értékeket. Az ingerlés befejeztével kb. 20 perces nyugalmi időszak következett, amikor a szisztémás cardiovasculáris paraméterek a nyugalmi állapotba visszatértek, ekkor újra megismételtük az áramlás- és vértérfogatméréseket. A vizsgálni kívánt gátlószerek intravénás vagy intracerebroventricularis adására ezt követően került sor. Az intracerebroventricularisan adott anyagokat 3,5-10μl mennyiségben, kb. 1 perc alatt adtuk be. A gyógyszerhatás kialakulása után, (mely gyógyszertípusonként változó időpontban következett be), megismételtük a véráramlás- és vértérfogatméréseket, majd ismételten fájdalomingert alkalmaztunk az előbbi ingerléssel mindenben megegyező módon. A fájdalominger kiváltását 20 perccel követően végül ismét történt egy kontroll áramlás- és vértérfogatmérés. [1.ábra]
27
Ingerlés (2 perc) 30V,5Hz,0.5ms
Kontroll
Kontroll
A vizsgált anyag iv. vagy icv. adása
Ingerlés (2 perc) 30V,5Hz,0.5ms
Kontroll
Kontroll
1. ábra: Kísérleti protokoll: A szürke mezők a regionális agyi véráramlás mérés sorrendjét mutatják. (az agyi vértérfogat mérése folyamatos volt.) Kísérleteinkben a cortex és a thalamus regionális véráramlásváltozásainak laserDoppler technikával történő mérése során a mérőelektródok az ingerelt n. ischiadicushoz viszonyítva contralateralisan helyezkedtek el. A különböző gátlószerek, valamint a homológ vérkészítmény transfúzióját is ebben a kísérleti összeállításban alkalmaztuk. A szomatikus fájdalomingerek okozta agyi vértérfogat változások vizsgálata során az ingerelt nervus ischiadicushoz képest mind a contralateralis, mind az ipsilateralis hemispheriumban
folyamatosan
mértük
a
CBV-t
és
ezzel
egyidejűleg
contralateralisan a thalamus, vagy a hypothalamus regionális véráramlását. Ezekben a kísérletekben a véráramlás mérés a H2 gáz-clearance módszerrel történt. Annak bizonyítására, hogy a perifériás szomatikus ingerlés az általunk vizsgált agyi régiók centrális neuronjaiban valóban jelentős aktivitásfokozódást okozott, az
28
állatok egy csoportjánál Fos-antigén kimutatására alkalmas immunhisztokémiai festést alkalmaztunk. A c-fos protooncogen a neuronokban halmozott depolarizációt követően expresszálódik, terméke a Fos fehérje immunhisztokémiai módszerekkel kimutatható az agyszövetben, így a c-fos expresszió igen szenzitív és megbízható markere az ingerlést követő neuronális aktiválódás fokozódásának. [15] Ezen kísérleteinkben a n. ischiadicus ingerlését követően, az állatokat intracardiális fixáló oldattal perfundáltuk, mely 4% paraformaldehydet és 15% tömény pikrinsavat tartalmazott 0,1mol/l foszfát pufferben (pH=7,6). Az agyat eltávolítás után folyékony nitrogénbe helyeztük és 40 μm vastagságú coronalis szeleteket készítettünk. A Fos immunhisztokémiai vizsgálata rutin immunoperoxidáz technikával történt, ABC Kit segítségével (Vector Labs, Burlingame, CA, USA). A Fos antitest (Oncogene Science, Cambridge, MA, USA) 1:2000 hígítású volt. Annak a kérdésnek a tisztázására, hogy a mért áramlásváltozások a fájdalominger okozta szisztémás artériás középnyomás (MAP) emelkedés következményeként jönnek-e létre, az állatok egy csoportjánál a nervus ischiadicus ingerlés helyett gyors, homológ vértranszfúziót adtunk, mellyel a fájdalomingerhez hasonló nagyságú
szisztémás
artériás
vérnyomás-emelkedést
értünk
el.
Az
e
nyomásemelkedés ideje alatt mért agyi véráramlási értékeket a fájdalominger során kapott áramlási értékekkel hasonlítottuk össze.
6.7 Statisztikai analízis A kísérletek során vizsgált véráramlásmérési adatokat a mérés ideje alatt analóg módon polygraphon és ezzel egyidejűleg digitális módon, on-line számítógéppel is rögzítettük. A regionális agyi véráramlás értékei és ennek változásai a kísérletek egy részében a H2 gáz-clearance görbe meredekségéből, részint a LD görbéből került meghatározásra. Az ingerlés 2 perces időtartama alatt regisztrált áramlási és vértérfogat paramétereket a vérnyomás és szívfrekvencia értékeikkel az ingerlés előtti értékekkel, mint kontrollal hasonlítottuk össze. Az LD-áramlás mérés alkalmával, az ingerlés során nyert áramlásértékeket az ingerlés előtti áramlásérték
29
százalékában fejeztük ki, a H2-gáz-clearance technikával történt véráramlásmérés során, pedig az ingerlés előtti és alatti abszolút áramlásértéket hasonlítottunk össze. A statisztikai analízis során részben Student egymintás t-tesztjét, részben a kétszempontú ANOVA-t alkalmaztuk, post hoc tesztként a Newman-Keuls-tesztet használva.
7 Eredmények 7.1 Szomatikus fájdalominger hatása a regionális agyi véráramlásra A C-fos expressziós immunhisztokémiai vizsgálat során a fájdalomingernek kitett állatok
thalamusának
intralaminaris
magvaiban,
a
periaquaductalis
szürkeállományában, az intralaminaris thalamusmagvakban és a szenzoros cortexben emelkedett C-fos expresszió volt észlelhető, c-fos aktivitás ugyanakkor alig volt észlelhető az álműtött, nem ingerelt, kontroll állatokon, és a nem-fájdalmas paraméterrel ingerelt állatokban.[2.ábra]
30
2. ábra: C-fos immunhisztokémiai vizsgálat. A: A vizsgált agyterületek átmetszeti képe tájékozódás céljából. B: Áloperált kontroll állat. C: Nem fájdalmas ingerlésnek kitett állat. D: fájdalmas paraméterekkel ingerelt állat. MD: mediodorsalis thalamus magvak; CM: centrum medianum thalami; D3V: a 3. agykamra dorzális része; PV: paraventricularis thalamus magvak; PC: paracentralis magcsoport A
fájdalominger
minden
vizsgált
agyi
régióban
azonnali,
markáns
áramlásfokozódást váltott ki, mely 5-20sec időtartam alatt valamelyest csökkenve egy plateau szintet ért el. A 120 másodperces ingerlés végeztével az áramlási értékek visszatértek az eredeti normál értékre [3.ábra].
31
3. ábra. Eredeti reprezentatív regisztrátum, mely egyszerre mutatja a corticalis (cBF) és thalamicus (tBF) véráramlás laser-Doppler technikával mért változásait, valamint a szisztémás artériás középnyomás és a szívfrekvencia értékek szimultán változását. A szaggatott vonal az ingerlés időtartamát jelöli. Az ingerlés okozta átlagos áramlás emelkedés a laser-Doppleres áramlásmérés során a cortexben 47±4% (p<0,01, n=44), a thalamusban 44±3% (p<0,01, n=44) volt. A hidrogén-gáz clearance technikával végzett mérés alapján a lokális szöveti véráramlás a thalamusban (tBF) 0,67±0,1 ml/g/min-ről 1,32±03, ml/g/min-re nőtt (n=8, p<0,05), a hypothalamusban (hBF) pedig 0,7±0,3 ml/g/min-ről 1,03±0,3 ml/g/min-re változott (n=6,p<0,05). Az ingerlés során mind a MAP, mind a HR szignifikánsan emelkedett, MAP: 97±2 Hgmm-ről 131+2 Hgmm-re (p<0,01), HR 511±5 bpm-ről 538±5 bpm-re (p<0,01). [4. Ábra]
32
%
cBF
%
tBF
200
p<0,01
200
p<0,01
150
150
100
100
5 0 0
50 0 kontroll ingerlés
Hgmm
200
kontroll ingerlés
1/perc
MAP
600
p<0,01
150
HR p<0,01
550
100 500
50
450
0
kontroll ingerlés
kontrol ingerlés l
4. ábra: A cortex (cBF) és a thalamusz (tBF) áramlásfokozódása és a szisztémás artériás nyomás (MAP) és a szívfrekvencia (HR) emelkedése a n. ischiadicus ingerlése során. n=44, p<0,01 Az artériás középnyomás és szívfrekvencia változások dinamikája a regionális áramlásváltozásokéhoz hasonló. A vizsgálataink során alkalmazott két különböző véráramlásmérési metodika lehetővé tette, hogy míg a cortexben és a thalamusban LD-probe segítségével az áramlásváltozások dinamikáját (az áramlásváltozás folyamatosan mért, %-ban kifejezett értékét detektáljuk), addig a thalamusban és a hypothalamusban a H2-gáz clearance módszerrel az áramlás abszolút értékeit is meg tudjuk határozni. A hypothalamus mediobasalis területén és a hypothalamusban mért abszolút véráramlási értékeket az 5. ábra mutatja.
33
*
Thalamus Hypothalamus
*
1,5 rCBF (ml/g/min)
** ***
**
***
1 0,5 0
kontroll1 ingerlés1 recovery1 kontroll2 ingerlés2 recovery2 L-NAME
5. ábra A kontroll körülmények között történt ingerlés, az L-NAME adás, illetve az LNAME adását követő ingerlés hatása a hypothalamus (n=6) és a thalamus (n=8) véráramlására. Az ingerlés szignifikáns áramlásemelkedést hoz létre mindkét régióban (*p<0,05), melyet a NOS bénító L-NAME nem tud megakadályozni, csak csökkenteni (*** p<0,05). Ugyanakkor a NOS bénítása önmagában szignifikáns áramláscsökkenést okozott mindkét régióban (**p<0,05). A szomatikus afferens C-rost ingerlés alatt a PaO2, pCO2 és pH értéke gyakorlatilag változatlan volt és, végig a normál, fiziológiás tartományban maradt. (1. táblázat) előtt
Alatt
n
Ingerlés Art. pH
7,40±0,03
7,40±0,04
44
PaCO2 (Hgmm)
35,1±2,4
34,9±3,0
44
114,9±17,8
115,6±16,9
44
PaO2 (Hgmm)
1. táblázat A fenti paraméterek egyike sem változott szignifikánsan az ingerlés hatására. (Átlag±SEM)
34
7.2 Szomatikus fájdalominger hatása a teljes hemispherialis agyi vértérfogatra Az ingerlés okozta regionális áramlásváltozásokkal egyidejűleg az agyi vértérfogat nem változott szignifikánsan a nervus ischiadicus ingerléshez képest sem ipsilateralisan,
sem
contralateralisan.
A
szisztémás
NOS-blokád
azonban
önmagában szignifikánsan csökkentette az agyi vértérfogat steady-state értékét, (ipsilateralisan 5,7 ± 1,3 vol% ról 4,58 ± 1,6 vol%-ra, p=0,017, n=6 és contralateralisan 5,05 ± 0,6 vol%ról 4,24 ± 0,9 vol%-ra, p=0,002, n=12) Az ischiadicus ingerlés az NOS-blokádot követően sem befolyásolta az agyi vértérfogatot [6. ábra]
*
7 CBV (térfogat%)
* 6
Contralateralis hemispherium Ipsilateralis hemispherium
5 4 3 2 kontroll1
ingerlés1
recovery1
kontroll2
ingerlés2
recovery2
L-NAME
6. Ábra. A fájdalmas szomatikus ingerlés során az agyi vértérfogat (CBV) mindkét oldali hemispheriumban változatlan marad. Ezt nem változtatja meg az L-arginineNO rendszer L-NAME-mel történő kikapcsolása sem. Az L-NAME ugyanakkor az ingerléstől
függetlenül,
önmagában
szignifikánsan
hemispheriumban a CBV steady-state értékét (p<0,05).
35
csökkenti
mindkét
7.3 Nem fájdalmas szomatikus ingerlés és az ingerlés-független vérnyomás-emelkedés hatása a regionális agyi véráramlásra A nem fájdalmas paraméterrel történt ischiadicus ingerlés, kísérleteinkben (0,2V, 5Hz, 0,5ms) nem hozott létre szignifikáns áramlásváltozást, sem a cortexben, sem a thalamusban. A cBF mindössze -0,3±5,1%-kal (n=6), a tBF pedig +0,2±3,0%-kal (n=6) változott a ingerlés előtti, nyugalmi értékekhez képest. Az állatok egy csoportjában gyors intraarterialis homológ vértranszfúzióval a fájdalmas ingerléshez hasonló mértékű (ΔMAP=35,7±3,8%) szisztémás artériás nyomásemelkedést hoztunk létre (ΔMAP=30,7±5,5%). A gyors transzfúzió-okozta nyomásemelkedés a cortex területén áramlásfokozódást okozott (ΔcBF=18,4±5,5%; n=8, p<0,05), bár ennek mértéke nem érte el a fájdalominger okozta corticalis áramlásváltozás felét sem. A thalamus véráramlását ezzel egyidejűleg a gyors transzfúzió nem változtatta meg. (ΔtBF=2,6±3,0%; NS, n=8).
7.4 Mediátor anyagok lehetséges szerepe a szomatikus fájdalominger-okozta regionális agyi véráramlás- és vértérfogat-változásokban A β-receptor bénító propanolol és a K+ csatorna blokkoló glibencamid intracerebroventricularis adása szignifikánsan csökkentette a fájdalominger okozta áramlásfokozódást, mind a cortexben, mind a thalamusban [7.ábra]. Propanolol adását követően a cBF-ben az ingerlés okozta áramlásnövekedés 14,3±4,6%-kal (n=8; p<0,001), a tBF emelkedés 12,2±5,1%-kal (n=8, p<0,05) csökkent. A glibencamid a fentiekhez hasonlóan, de még jelentősebben, szintén statisztikailag szignifikánsan csökkentette mindkét régió ingerlés-okozta áramlásnövekedését, cBF 22,2±6,8%-kal (n=10 p<0,01), a tBF 18,8±5,4%-kal (n=10 p<0,01) csökkent. Az NO-szintáz bénító L-NAME hatása régiónként különbözőnek bizonyult. A NOS-blokádnak a cortexben nem volt szignifikáns hatása az ingerlés okozta
36
áramlásemelkedésre (-10,9±6,9%, n=6 p=0,1), [7.ábra]. A thalamusban a L-NAME utáni ingerlés áramlás fokozó hatása szignifikánsan, 14,8±2,7% csökkent. [7. ábra] Megjegyzendő azonban, hogy ez az emelkedés csak mintegy 50%-a a NOS-blokád előtti ingerlés okozta áramlásnövekedésnek (5.ábra). A hypothalamusban a szisztémás NOS-blokád után is emelkedett a véráramlás (0,48 ± 0,2 ml/g/percről 0,52 ± 0,3 ml/g/percre), azonban ez jelentősen elmaradt az L-NAME előtti 0,70 ± 0,3 ml/g/percről 1,03 ± 0,3 ml/g/percre történő emelkedéstől (p=0,007, n=6). [5.ábra] Az indometacin, a naloxon és a phenoxybenzamin nem okozott szignifikáns változást az ingerlés-okozta áramlásnövekedésben, egyik régióban sem. [7. ábra, 2. táblázat] Gátlószer
ΔcBF
ΔtBF
n
Propanolol
-14,3±4,6 *
-12,2±5,1% #
8
Glibencamid
-22,2±6,8% *
-18,8±5,4 *
10
L-NAME
-10,9±6,2% NS
-14,8±2,7% *
6
Indometacin
+6,7±7,3% NS
-9,6±6,5% NS
6
Naloxon
+7,0±9,5% NS
-1,0±4,4% NS
7
Phenoxybenzamin
+0,7±8,3% NS
-0,8±8,2% NS
7
2. táblázat. Az egyes gátlószerek hatása a cortex (cBF) és a thalamus (tBF) fájdalominger okozta áramlásnövekedésére, (*p<0,01; #p<0,05). Külön említést érdemel az NOS-blokád hatása az agyi vértérfogatra. A CBV szomatikus fájdalominger során rendkívüli állandóságot mutatott és ezen nem változtatott egyik oldali hemispheriumban sem a NOS-blokád. A CBV ingerlés hatására ipsilateralisan 5,68±1,42 vol%-ról csak 6,07±1,42 vol%-ra változott (p=NS), contralateralisan pedig 5,02±0,6 vol%-ról 5,21±0,58 vol%-ra (p=NS). Ugyanez L_NAME hatás alatt ipsilateralisan 4,58 ± 1,6 vol%-ról 4,6 ± 1,3 vol%-ra nőtt (p=NS), míg contralateralisan 4,24 ± 0,9 vol%-ról, 4,4 ± 0,85 vol%-ra változott (p=NS).[6.ábra]
37
%
cBF
10
**
*
0
-10
-20
-30 L-NAME
IMA
NLX
%
PRO
PBA
GLI
tBF
10
**
*
**
0 -10 -20 -30 L-NAME
IMA
NLX
PRO
PBA
GLI
7. ábra Az egyes gátlószerek hatása a fájdalom-okozta áramlásfokozódás mértékére és annak irányára (a csökkentés negatív, a növekedés pozitív irányban feltüntetve) a cortexben és a thalamusban. IMA: Indometacin, NLX: naloxon, PRO: propanolol, PBA: phenoxybenzamin, GLI: glibencamid. (*p<0,05; **p<0,01, n=ld. 2. táblázat). A fájdalominger okozta MAP és HR emelkedést egyik gátlószer sem befolyásolta
38
szignifikánsan jelezvén, ezek, az alkalmazott dózisban intracerebroventricularisan adva nem fejtenek ki jelentős szisztémás keringési hatást. [3. táblázat] Alkalmazott gyógyszer
ΔMAP (Hgmm) előtte
utána
ΔHR (1/perc) előtte
n
utána
26,9±7,2 17,1±10,0 15,2±12,8 8,3±8,6 20 L-NAME iv. 28,5±6,4 28,2±8,8 27,7±20,3 21,2±9,1 6 Indometacin icv. 36,6±8,9 34,3±12,2 18,6±20,8 18,3±7,5 7 Naloxon icv. 34,5±10,9 31,2±12,4 26,9±21,7 25,2±20,4 8 Propranolol icv. Phenoxybenzamin icv 37,4±8,5 39,5±13,9 29,5±21,3 33,5±23,2 7 35,2±11,8 28,4±13,9 29,4±21,5 32,6±33,9 10 Glibenclamid icv. 3. táblázat. ΔMAP = a szisztémás artériás középnyomás változása; és ΔHR = a szívfrekvencia változása a nervus ischiadicus ingerlése során. Az értékek átlagot±SD-t reprezentálnak Az alkalmazott gyógyszerek egyike sem befolyásolta szignifikánsan az ingerlés okozta MAP és HR emelkedést.
8 Megbeszélés 8.1 Fájdalominger hatása a regionális agyi véráramlásra Kísérleteink során akut, szomatikus fájdalomingert váltottunk ki a nervus ischiadicus elektromos ingerlésével. A centrális neuronok perifériás fájdalominger hatására bekövetkező aktivitásfokozódására a thalamus, a cortex, és a hypothalamus területén a C-fos immunhisztokémiai vizsgálat szolgáltatott neuroanatómiai bizonyítékot. A neuronális aktiválódást eredményeink szerint jelentős, statisztikailag szignifikáns regionális véráramlásfokozódás követte valamennyi vizsgált agyi régióban. E változással egyidejűleg a globális agyi vértérfogat az ingerlés során meglepő állandóságot mutatott, a gCBV nem változott szignifikánsan egyik féltekében sem. Noha a fájdalominger az artériás középnyomás emelkedésével járt együtt, a regionális agyi véráramlásváltozások nem magyarázhatóak pusztán a perfúziós nyomás emelkedésével. Ennek bizonyítéka, hogy gyors, homológ vértranszfúzióval az ingerlés során észlelt nyomásemelkedéshez hasonló mértékű vérnyomás-emelkedést
létrehozva
nem
39
sikerült
az
ingerléssel
kiváltható
véráramlásváltozásokhoz
hasonló
regionális
áramlásnövekedést
kiváltani:
a
corticalis véráramlás csak kismértékben növekedett, a thalamicus véráramlás pedig egyáltalán nem változott. Ezért feltételezhető, hogy a fájdalomingertől függetlenül létrejött nyomásemelkedés során vizsgált régiók véráramlásának változatlanságát, vagy kisebb fokú emelkedését valószínűsíthető, hogy specifikus vazokonstriktor autoregulációs mechanizmusok biztosítják. A
kísérletek
során
véráramlásfokozódás
észlelt,
létrejöttében
fájdalominger-okozta regionálisan
regionális
különböző
agyi
vazodilatátor
mechanizmusok játszhatnak szerepet. Eredményeink arra utalnak, hogy a szimpatikus β-receptorok aktiválódása és a K+ csatornák aktiválódása minden bizonnyal szerepet játszik az ingerlés okozta thalamikus, és a corticalis áramlásfokozódásban: előbbiek propanolollal, az utóbbiak glibencamiddal történő blokkolása ugyanis a cortexben és thalamusban egyértelműen csökkentette a szomatikus fájdalomingerek regionális agyi áramlásfokozó hatását. Az L-argininNO rendszer szerepe is szignifikáns lehet a thalamicus és hypothalamicus régiókban, ahol a NOS blokkolása szignifikánsan szűntette az ingerlés lokális áramlásfokozó hatását, míg ez a szerep a szenzoros cortexben nem tűnik jelentősnek. A szimpatikus α-receptorok, a COX-enzim végtermékei és az endogén opioidok eredményeink szerint nem játszanak szignifikáns szerepet a fájdalom-indukálta regionális agyi véráramlásnövekedésben. Mint
már
említettük,
az
akut
fájdalominger
okozta
agyi
aktiválódás
neurohisztológiai bizonyítékát kísérleteinkben a thalamus intralaminaris magvainak, a periaquaductalis szürkeállományának, az intralaminaris thalamusmagvaknak és a szenzoros cortexnek emelkedett C-fos expressziója adta. Ugyanakkor a kontroll, nem ingerelt állatok, vagy a nem fájdalmas paraméterekkel történő ingerlés után végzett C-fos immunhisztokémiai vizsgálat e régiókban nem mutatott hasonlóan magas c-fos expressziót.[2. ábra] Bullitt és munkatársai, valamint Redburn és munkatársai a mi adatainkhoz hasonlóan (fájdalommal nem járó ingerlés esetén) nem észleltek C-fos expresszió emelkedést, míg a fájdalmas ingerlés kifejezett c-fos expressziót idézett elő. [15, 92]
40
Az általunk vizsgált régiók nyugalmi véráramlás- és a nyugalmi agyi vértérfogat értékei jól korreláltak azon értékekkel, melyeket akár munkacsoportunk, akár mások korábban mértek. [79, 100] A fájdalmas ingerléssel létrehozott neuronális aktivitásfokozódást kísérleteinkben minden vizsgált agyi régióban a regionális agyi véráramlás növekedése követte. Ezzel
szemben
a
nem-fájdalmas
ingerléssel
nem
sikerült
detektálható
véráramlásváltozást létrehozni. Ez a megfigyelésünk nem egyezik Northington és munkatársainak adataival, akik korábban nem fájdalmas szomatoszenzoros stimulációt követően az L-arginin rendszeren keresztül mediált corticalis hyperémiáról számoltak be [79]. Az eltérést esetleg magyarázhatja, hogy a LD áramlásmérés érzékenysége talán nem elegendő ahhoz, hogy igen kismértékű áramlásváltozásokat is detektáljon, szemben a Northingtonék kísérletében alkalmazott microdialízis módszerrel. Ez a tény ugyanakkor arra is utalhat, hogy fájdalmas
ingerléssel
valószínűleg
nagyobb,
könnyebben
detektálható
áramlásváltozást érhetünk el, mint a nem fájdalmassal, és az is, hogy a nem fájdalmas ingerek kizárólag az érzőcortex kisebb, szomatotópiás területén hoznak létre hiperaemiát. Az irodalomban a nem-fájdalmas ingerlés okozta neuronális aktiválódást és az ezt követő véráramlás változásokat több munkacsoport is extenzíven vizsgálta [4,25,28,64,73]. A fájdalom okozta áramlásváltozásokról ezzel szemben elenyésző számban születettek adatok. Ennek egyik lehetséges magyarázata talán a fájdalmas ingerlést követő szisztémás keringési változások „zavaró”, kísérleti értékelést nehezítő hatásában keresendő. A homológ vér transzfúziójával létrehozott MAP emelkedés kísérleteinkben a thalamusban nem okozott szignifikáns áramlásváltozást, és a fájdalomingerrel kiváltott áramlásfokozódáshoz viszonyítva csak kis mértékben fokozta a corticalis véráramlást. Ezek alapján feltételezhető, hogy az emelkedett perfúziós nyomást helyi autoregulációs mechanizmusok ellensúlyozzák, melyek gátolják az artériás nyomásemelkedésének direkt áramlásfokozó hatását. Ezt a gondolatmenetet követve valószínűsíthetjük, hogy a fájdalominger okozta regionálisan különböző mértékű
41
áramlásváltozások
létrejöttében
esetleg
specifikus,
lokális
vazodilatátor
mechanizmusok is részt vehetnek, melyek biztosítják az éppen aktivált neuronpopuláció fokozott vérellátási igényét. A mechanizmus létezésének lehetőségét több olyan munkacsoport közlései is felvetik, melyekben az ingerlés nem-fájdalmas paraméterekkel történt [25,28,29,64,73]. Szemben a fájdalominger okozta
neuronaktiváció,
anyagcserefokozódás
és
lokális
áramlásfokozódás
mechanizmusával, mellyel kapcsolatban igen szegényes az irodalom [1,21,103]. Ezekben a vizsgálatokban a fájdalominger okozta MAP változásokat vagy a gerincvelő T1 szegmensének transzszekciójával előzték meg [1,21], vagy a MAP értékét a fájdalmas ingerlés során reservoir rendszer segítségével tartották állandó szinten. [103] Ezen vizsgálatok ugyan demonstrálták, hogy a fájdalom-inger okozta áramlásváltozás létrehozható úgy is, hogy közben a MAP értéke állandó marad, de azon lehetséges mechanizmusokról, illetve mediátorok molekulák felderítésére, melyek az rCBF fokozódásáért felelősek lehetnének, nem tettek kísérletet. Magunk, kísérleteink során ezen lehetséges mechanizmusok közül a perivaszkuláris szimpatikus idegeken keresztül megvalósuló hatásokat, az endogén opiátok szerepét, az
L-arginin-NO
rendszer
jelentőségét
illetve
a
ciklooxigenáz
enzim
produktumainak és az ATP-szenzitív K+ ion csatornáknak a szerepét vizsgáltuk. 8.1.1 Szimpatikus neuronális mechanizmusok szerepe A nervus ischiadicus stimulálásával létrehozott fájdalominger az autonóm idegrendszer szimpatikus rostjainak aktivációja révén a szívfrekvencia és a szisztémás artériás vérnyomás emelkedéséhez vezet. Ezzel egyidőben a ganglion stellatumból és a ganglion cervicale superior területéről induló perivascularis szimpatikus idegrostok axonterminalisai a cerebrovascularis rendszerben az agyi erek simaizomzatának tónusát is megváltoztatják. Az agyi erek szimpatikus innervációjának kérdése az irodalomban sokáig ellentmondásosnak tűnt. Ennek fő oka, hogy a kérdést vizsgáló neves kutatócsoportok a különböző állatfajokban sokszor egymásnak teljesen ellentmondó eredményre jutottak.[54,95,60,47,16] Az 1990-es évek végére egyértelművé vált, hogy az agyi erek szimpatikus innervációjának kétségtelen és egyértelmű
42
neuroanatomiai
és
neurophysiologiai
bizonyítékai
léteznek.
Perivascularis
idegvégződéseket igazoltak az agyi erek simaizomzatának közvetlen közelében, [86,33] bizonyították hogy, ezen idegek axonterminalisai többféle neurotranszmittert tartalmaznak, melyek stimulus hatására felszabadulnak; [11,98,32] az érfalakon olyan, specifikus receptorokat izoláltak melyek ligandjai a korábban kimutatott neurotranszmitterek [119,111,16]. A neuroanatómiai-neurokémiai bizonyítékok alapján valószínűsíthető, hogy a fenti struktúrák nemcsak az érfal funkció nélküli dekorációi, hanem az agyi erek neuronális kontrolljának aktív részesei. Ezen felismerések azért fontosak, mert a Roy-Sherrington által 1890-ban ismertetett metabolikus hipotézis nem képes teljesen megmagyarázni a centrális neuronok aktiválódása következtében létrejövő rCBF változásokat, mert (1) az rCBF jóval nagyobb mértékben nő, mint azt a neuronális aktivitás mértéke magyarázhatná, (2) a lokális véráramlás időben sokkal gyorsabban megnő, mint azon vazodilatátor anyagcsere végtermékek lokális koncentrációja, melyek az áramlásnövekedésért felelősek lehetnének. Ezért a sejt-aktiválódást követő gyors (kb. 30 msec) áramlásnövekedés első fázisáért elsősorban neurális tényezők tehetőek felelőssé. Az agyi véráramlás idegi szabályozása körüli korábbi ellentmondások -a teljesség igénye nélkül- a következő okokra vezethetőek vissza [105]: A szimpatikus beidegzés jelentősége eltérő a különböző agyi régiókban [33]. Altatott állatokban a noradrenalin potens vasokonstriktor hatása, mely blokkolható alfa receptor bénítóval (phenoxybenzamin), [0] de ez a jelenség pH függő és kivédhető alkalosissal. A dilatator hatású vasoaktív anyagok, mint a prostanoidok, az NO és a hisztamin meggátolják a noradrenalin vazokonstriktor hatását [44,9] Neuropeptide Y (NPY) egyike azon vazokonstriktor anyagoknak, melyek cotranszmitterként potencírozni képesek a noradrenalin vazokonstriktor hatását mind pre-, mind postszinaptikus reguláción keresztül. [0,35] Speciesek közötti különbségek és az egyes agyi régiók közötti szimpatikus alfa és béta
adrenerg
receptor-denzitásbeli
aktivitásfokozódás
macskákban,
különbségek
bárányokban
43
léteznek. a
cerebrális
A
szimpatikus arteriolákban
vazokonstrikciót okoz, majmokban, macskákban áramláscsökkenést okoz, míg kutyákban, birkákban ilyen hatást nem okoz. [61,44,17] Az ingerlés időtartama befolyásolja a kialakult választ. Ismertté vált, hogy 7 percnél hosszabb szimpatikus aktivitás-fokozódás a cerebrovascularis rendszerben „escape” mechanizmust aktivál, és az átmeneti válasz kiegyenlítődik. [68] Az elektromos idegingerlés hatását a hypoxia és a hypercapnia potencírozza. [45,16] A szimpatikus ingerlés hatása különbözhet éber és altatott állat esetében. Szisztémás hypotensio során a szimpatikus ingerlésnek nincs hatása a CBF-re [46], mag éber kutyákban
kisfokban
csökkenti
a
CBF-et
[67].
Az
altatószerek
és
fájdalomcsillapítóknak a steady-state CBF értékre is van hatása [104] Az agyi keringési idegi szabályozása a fentiek bizonyítékok alapján joggal mondható, hogy a tankönyvekben jelentőségéhez mérten alulreprezentált. Noha a téma komplex volta nem engedi meg, hogy az idegi szabályozás témakörében alapigazságokat közöljünk az olvasóval, a következőkben a kutatók többsége egyetért: A nyugalmi szimpaticus tónusnak nincs, vagy elenyészően kicsi a szerepe az agyi keringésre, ugyanakkor szerepe jelentőssé válik noxa esetén A szimpatikus idegi szabályozás védi a CBF-t és a vér-agy gátat (BBB) azáltal hogy ellensúlyozza a vasodilatációs mechanizmusokat elsősorban súlyos hypertenzió esetén. Ez a hatás megfigyelhető hypercapnia és hypoxia esetén is A perifériás afferens C-rost ingerlés által kiváltott válasz a rCBF-ben különböző speciesenként. Kutyákban a thalamicus és hypothalamicus áramlás fájdalominger hatására csökken és ennek fő oka az intracerebralis noradrenerg neuronális aktiválódás lehet. Ugyanakkor saját eredményeink alapján a fájdalominger patkányokban a thalamicus, corticalis és hypothalamicus régióban egyaránt rCBF emelkedést idézett elő. Ezen eredményeinkhez hasonlóan mások is észleltek ízületi fájdalom kiváltása során fájdalominger okozta rCBF emelkedést macskákon, a szenzoros cortexben. [49] Az áramlásfokozódás létrejöttében egyértelműen szerepe lehet a szimpatikus béta-
44
receptor aktiválódásnak, mert vizsgálatainkban a β-receptor blokkoló propanolol szignifikánsan csökkentette a fájdalominger-okozta véráramlás fokozódást mind a thalamus, mind a cortex területén. [7. ábra, 38. oldal] Ugyanakkor az α-receptor bénító phenoxybenzamin nem változtatta meg a fájdalom-inger indukálta áramlásváltozás mértékét. 8.1.2 Az ATP-szenzitív K+-ion csatornák szerepe A cerebrovascularis rendszerben a simaizmokon, az endothelen és az idegsejteken található K+-ion csatornák számos vazoaktív anyag hatásának célpontjai [39]. A glibencamid, mely a K+ ion ATP-szenzitív csatornájának szelektív inhibitora, az általunk vizsgált blokkoló anyagok közül a leghatékonyabbnak bizonyult: szignifikánsan csökkentette az rCBF fájdalom-indukálta fokozódásának mértékét. Kísérleteinkben mechanizmusokat,
nem
vizsgáltuk
Kitazono
és
a
kálium-csatorna
munkatársai
azonban
nyitásához
vezető
noradrenalin-okozta
vazodilatációt figyeltek meg patkány pialis arteriolákban. [53,54] A noradrenalinnak ez a hatása β-receptor mediált és nyitja az ATP-szenzitív K+-csatornákat. Ezért feltételezhető az eddig leírtak alapján, hogy a perivascularis idegvégződésekből felszabaduló noradrenalin β-receptorokon keresztül megvalósuló hatása felelős lehet a K+-csatorna nyílásáért, és ennek következtében a vazodilatációért. 8.1.3
Az L-arginine-NO rendszer szerepe
Irodalmi adatok alapján valószínűsíthető, hogy nem-fájdalmas ingerlés esetén az NO játssza a legfontosabb szerepet az neuronális aktivációt követő áramlásfokozódás létrejöttében. [29,43,64,79] Az L-arginin-NO rendszer szerepe az agyi vérkeringés szabályozásában az agyi keringésfiziológia egyik legtöbbet vizsgált kérdésköre. Az L-arginin-NO rendszer kulcsenzime, az NO-szintáz enzim, mely megtalálható mind az idegsejtekben, mind az endothelben, mind a pericytákban. Specifikusan gátolható L-arginin analógokkal, mint pl. az L-ω-nitro-arginin-metilészter (LNAME). Az L-NAME hatására az endothel-függő vazodilatáció in vitro és in vivo vizsgálatokban is elmarad. [82,93,116] Ez a gátlás L-arginin hozzáadásával kompetitív módon visszaállítható volt. Ugyanakkor 7-nitromidazolt használva (mely
45
a neuronális NOS (nNOS) enzime relatív specifikus inhibitora), az idegi úton kiváltott vazodilatáció majmokban szintén gátolható [7]. Tovább vizsgálva az NO felszabadulás lehetséges mechanizmusait kiderült hogy az neurogén NO-release és a következményes vazodilatáció Ca2+-függő, mert irodalmi adatok szerint a külső Ca2+-ot megvonva az idegi aktiválódásra létrejövő CBF emelkedés elmarad, míg a külső NO-ra adott válasz változatlanul létrejön [118]. Az idegi aktivitás okozta áramlásemelkedéshez szükséges a Ca2+, mely az N-típusú Ca2+csatornán áramolva a calmodulin rendszeren keresztül szabadít fel NO-t [118,80,12]. Bredt és munkacsoportja illetve Okamura és munkatársai igazolták az NO-szintáz enzim jelenlétét a perivascularis idegvégződések axonjain többek között kutyákban, majmokban, patkányokban és humán erekben is.[13,130,120] Az idegvégződések többsége az adventitiában észlelhető, de találtak a media külső szegmensében is NOS-immunoreaktív neuronvégződéseket is [129,130]. (Azon idegeket, melyek stimulus hatására NOS enzimjeik révén NO-t szabadítanak fel és vazodilatatiot okoznak, „nitrergic” vagy „niroxidergic” neuronnak nevezik[70].) Régóta ismert tény, hogy az agy nyugalmi véráramlásának fenntartásában az Larginine-NO rendszer szerepet játszik [115], ezt saját kísérleteink is egyértelműen igazolták a corticalis, a thalamicus és a hypothalamicus területeken. A nyugalmi áramlás fenntartásában mintegy 1/3 részt vállal az extraneuronalis (pl. az endothelből vagy pericytákból származó) NOS, és 2/3 részt a nitrergic-neuronok által termelt NO [115,59,38] . Az astrocyták neurovascularis couplingban betöltött lehetséges szerepe az agyi keringéskutatás egyik leglényegesebb iránya, erre a szerepre utal a Dave Harder munkacsoportjának közléséből származó 8. ábra. [91]. A fájdalomingerre adott regionális áramlásfokozódás kísérleteink alapján régiónként különböző módon függ az L-arginine-NO rendszertől. A corticalis hyperaemiát L-NAME-mel nem lehetett jelentősen csökkenteni, míg a subcorticalis struktúrák (thalamus és hypothalamus) területén az L-NAME szignifikánsan csökkentette a fájdalom-okozta áramlásfokozódást. [5. ábra, 7. ábra,] A régiónként változó mértékű válasz hátterének pontos mechanizmusa nem tisztázott, de
46
valószínűsíthető, hogy a nitrergic innerváció régiónkénti különbözősége tehető érte felelőssé.
8. ábra. Az astrocyták lehetséges szerepe a neurovascularis couplingban. 8.1.4 Endogén opioid peptidek szerepe A μ-receptoron keresztül ható endogén opioid peptidek közül nagy valószínűséggel részt vesznek az activation-flow coupling mechanizmusban [131]. A peptiderg perivascularis idegvégződések jelenléte immunhisztokémiailag igazolódott. Benyó és munkatársainak vizsgálata szerint az opioid peptidek agyi véráramlásszabályozásban játszott fő szerepe a más mediátor rendszerek aktivitásának modulálása
[10].
Az
opioidok
az
idegrendszerben
általában
gátolják
a
neurotranszmissziót. Ezt két fő mechanizmus segítségével érik el: egyfelől a K+ csatorna nyitásával hyperpolarizációt okozva (δ és μ receptorok), másfelől a feszültségfüggő Ca2+ csatorna blokkolásával (κ és δ receptorok) [14,55]. Az opiátok direkt vazomotoros effektusa azonban igen gyenge vagy nem létezik [102]. Az exogén opiátok regionális agyi véráramlásra gyakorolt hatásával kapcsolatban annyi bizonyos, hogy a hypothalamus és a hypophysis regionális véráramlását endogén és exogén opioidokkal jelentősen befolyásolni lehetett. A nyugalmi corticalis véráramlást a Met-enkephalin adása macskákban, éber állapotban szignifikánsan csökkentette. A hypothalamus véráramlásának autoregulációjában pedig az endogén opioidok, -elsősorban a β-endorphin- döntő szerepet játszik [57,102]. Az irodalmi adatok alapján valószínűsíthető, hogy az opioid peptidek -regionálisan különböző
47
mértékben-, elsősorban a stress-indukálta áramlásváltozások mediálásban játszanak szerepet [56,58]. Mindazonáltal kísérleteinkben altatott patkányokon az opiátreceptor antagonista naloxonnal nem lehetett befolyásolni a fájdalom-okozta áramlásfokozódást sem a cortexben, sem a thalamusban. 8.1.5 A ciklooxigenáz enzim produktumainak szerepe A ciklooxigenáz enzim produktumai fontos szerepet játszanak a cerebrovascularis rendszer szabályozásában. A nem fájdalmas paraméterekkel történő ingerlést követő regionális áramlásfokozódás mechanizmusában való részvételük valószínű [26,77] Kísérleteink során altatott patkányokon a COX-enzim inhibitor indometacin nem befolyásolta a fájdalom-indukálta rCBF fokozódást sem a cortexben, sem a thalamusban. Az irodalomban a COX-gátlók krónikus vagy akut hatása elsősorban a stresszszituációkban (pl. hypertenzió, vagy hypoxia) kerül előtérbe [8,77]. Mindazonáltal COX-1 knock-outos egereket vizsgálva valószínűsíthető, hogy a COX-1 izoenzim szerepet vállal a nyugalmi corticalis véráramlás fenntartásában is. Figyelemre méltóak azok a legújabb, non-invazív vizsgálatok, melyek szerint a COX-2 gátlás altatott patkányokon, reverzibilis módon csökkenti a corticalis hyperaemiát [112].
8.2 Fájdalom inger hatása a teljes (hemispherialis) agyi vértérfogatra Vizsgálataink azon része, melyben a fájdalom-ingerek globális agyi vértérfogatra gyakorolt
hatását
tanulmányoztuk
három,
korábban
nem
ismert
tény
megfigyeléséhez vezetetett. Az irodalomban elsőként közöltük, hogy (1) az akut, de hosszan tartó szomatoszenzoros fájdalominger (az ischiadicus C-rostok 2,5 perces elektromos ingerlése) –miközben szignifikánsan fokozta a regionális agyi véráramlást –egyáltalán nem változtatta meg a teljes (hemispheriális) agyi vértérfogat értékét, a gCBV az ingerléshez képest ipsilateralis és kontralateralis
48
féltekében is a kontroll szinten maradt, (2) az L-arginin-NO rendszer alapvető szerepet játszik a teljes agyi vértérfogat nyugalmi értékének beállításában: NO szintáz blokád hatására a gCBV „steady state” kontroll értéke szignifikánsan csökken, (3) az L-arginin-NO rendszer feltehetően nem vesz részt a gCBV fájdalomingerek során tapasztalt állandóságának biztosításában. A gCBV az NOszintáz blokádját követően ugyan csökkent, de az ingerlés a hemispherialis agyi vértérfogatot sem az NO blokádja előtt, sem azt követően nem befolyásolta. Ez utóbbi megfigyelésünk nem egyezik Northington és mtsainak azon adataival, mely szerint az NO blokád meg tudja akadályozni a perifériás ideg ingerlésével kiváltható kortikális hyperaemiát [79]. A teljes agyi vértérfogat, mint paraméter, a cerebrovaszkuláris rendszer artériás, prekapilláris, posztkapilláris és vénás kompartmentjeinek kombinált térfogati viszonyait reprezentálja. Értékét minden myogén, metabolikus, neurális, endokrin és neuroendokrin tényező módosíthatja, mely képes az agyi érfal simaizom elemeinek rezisztencia/konduktancia viszonyait módosítani. De módosíthatják azon intra- és extravaszkuláris tényezők is, melyek az agyi érfalon keresztüli folyadéktranszportot befolyásolják és azok a fizikai tényezők is, amelyek az agyi érrendszerben uralkodó extra/intravaszkuláris nyomás közti relációt, vagy a transzmurális nyomást befolyásolni képesek. A teljes agyi vértérfogat mindezek ellenére az agyi keringéssel foglalkozó kutatásoknak viszonylag elhanyagolt, vagy alábecsült paramétere. Az agyi véráramlás változó artériás nyomásviszonyok közötti állandósága (az agyi véráramlás autoregulációja) és az ezt lehetővé tevő lehetséges mechanizmusok immár hosszabb ideje jól dokumentált folyamat [24]. Azon faktorokra vonatkozó adataink azonban, melyek a teljes agyi vértérfogat értékét befolyásolni, illetve beállítani képesek rendkívül hiányosak. Kísérleteink azon részében, melyekben a fájdalomingerek regionális agyi véráramlásra gyakorolt hatásait vizsgáltuk, a stimulálás markáns c-fos expressziót
49
eredményezett [36]. Az ingerlés gCBV-re gyakorolt hatásának vizsgálata során a fájdalmas ingerlést ugyanezen paraméterekkel végeztük. Az ingerlés rendkívül hatásos volt: a lokális autoregulációs mechanizmusok nem tudták megakadályozni a thalamikus
és
hypothalamikus
régiók
véráramlásának
fokozódását.
A
hemispheriális, globális agyi vértérfogat értéke viszont ezzel egyidejűleg változatlan maradt. A gCBV nyugalmi kontroll értéke és a thalamus, hypothalamus véráramlásának értéke jól egyezett mind saját korábbi méréseinkkel, mind a mások által közölt értékekkel [79,101]. A gCBV kísérleteinkben észlelt rendkívüli állandósága értekezésünk egyik legfontosabb felismerése, melyet az irodalomban elsőként közöltünk. Felveti annak lehetőségét, hogy a teljes agyi vértérfogatot – az agyi véráramláshoz hasonlóan – szintén autoregulációs mechanizmusok tartják határértékek között. E kérdés vizsgálata további kísérleteink tárgyát képezi. A jelenség egyik lehetséges magyarázata lehet az a körülmény, hogy a két általunk vizsgált kis agyi régióban észlelt 47-97%-os áramlásfokozódás talán túl kicsi ahhoz, hogy a teljes agyi vértérfogatot megváltoztassa. Feltételezhető viszont, hogy az ingerlés hatása nem korlátozódott kizárólag ezekre a vizsgált régiókra, ahogyan erre utalnak mások vizsgálatai is [50,51,88,124]. Amennyiben ez a feltételezés helytálló, felmerül a kérdés: ha az ingerlés több kis régióban is szignifikáns áramlásnövekedést hoz létre, és ahogyan ezt mások vizsgálatai bizonyítják, a regionális agyi vértérfogat növekedését is előidézik [113], akkor ez miért nem tükröződik a teljes agyi vértérfogat
változásában
is?
Feltételezhetjük,
hogy
a
gCBV
értékének
változatlanságát esetleg az adott vértérfogaton belüli redisztribúció okozza: az aktívabb neuron-populációval rendelkező régiók nagyobb vérellátási igénye azon régiók vérellátásának csökkenése révén fedezhető, melyek nem involváltak az ingerlés által elindított neuronális folyamatokban [52]. E kérdés vizsgálatára azonban más, nagy felbontási képességű vizsgálati módszerek szükségesek (pl. SPECT-CT scanning), hogy bemutassák, hogyan változik fájdalomingerek hatására
50
az egyes agyi területek regionális agyi vértérfogata a gCBV egyidejű változatlansága mellett. Adataink azt mutatják, hogy a nitrogén monoxid szabadgyökök részt vesznek mind a regionális agyi véráramlás, mind a teljes agyi vértérfogat szabályozásában. Nyugalmi, kontroll körülmények között az NO-szintáz enzim blokádja a thalamus és a hypothalamus véráramlását és a teljes (hemispheriális) vértérfogatot egyaránt szignifikánsan csökkentette. A gCBV és az rCBF redukciója – a szisztémás artériás nyomás emelkedésével egyidejűleg – a cerebrovaszkuláris rezisztencia egyértelmű növekedésére utal.
9 Összefoglalás A kísérleti eredményeink alapján a feltett kérdésekre a következőkben foglalható össze az értekezés új eredményei: 1. a perifériás, szomatoszenzoros ideg (n. ischiadicus) afferens C-rostjainak fájdalmas paraméterekkel történő ingerlése szignifikáns, régiónként eltérő nagyságú áramlásfokozódást okoz contralateralisan mind az érzőkéregben, mind a thalamusban, mind a hypothalamusban altatott patkányokon. 2. a vazoaktív mediátorok közül a K+-ion ATP-szenzitív csatornájának gátlásával lehetett a leghatékonyabban, szignifikánsan csökkenteni a fájdalom-inger okozta funkcionális hyperaemiát min a corticalis, mind a subcorticalis régiókban. A prosztaglandin-származékok és az endogén opioidok nem bírnak szignifikáns effektussal a fájdalom-inger okozta regionális agyi véráramlás fokozódásában sem a cortexben, sem a thalamusban.
Az
L-arginin-NO
rendszer
fájdalom-indukálta
rCBF
emelkedésben játszott jelentősége régiónként változó mértékű. A corticalis áramlásfokozódásban
szerepe
nem
bizonyult
szignifikánsnak,
míg
szignifikáns szereppel bír a C-rost ingerlés-okozta áramlásfokozódásban
51
mind a thalamusban, mind a hypothalamusban. 3. A mért áramlási változások nem tekinthetőek pusztán az emelkedett szisztémás szimpatikus tónusfokozódás következtében megnövekedett szisztémás artériás vérnyomás és szívfrekvencia következményének, mert a homológ vértranszfúzió során ugyanolyan mértékben emelt perfúziós nyomásérték mellett csak lényegesen kisebb regionális áramlásfokozódást sikerült kiváltani. Ezzel szemben intracerebroventricularisan adott β-receptor bénító propanolol szignifikánsan csökkentette a thalamusban és a cortexben a rCBF-emelkedést, míg az α-receptor bénító phenoxybenzaminnak nem volt hatása az áramlásnövekedés mértékére. Ezek alapján valószínűsíthető, hogy a fájdalominger okozta szimpatikus idegrendszeri aktiválódás -ingerületbe hozva a szimpatikus perivascularis idegeket-, direkt neuronális hatással okoz áramlásfokozódást a fenti régiókban. 4. Az agyi vértérfogat a nervus ischiadicus 2 perces elektromos ingerlésével kiváltott fájdalmas ingerlés során, szignifikáns szisztémás artériás nyomásés szívfrekvenciaemelkedés mellett sem változott szignifikánsan. Ez az eredmény felveti az agyi vértérfogat, mint szabályozott (autoregulált) paraméter a teóriáját. Kísérleteink alapján az L-arginin-NO rendszer nem vesz részt a fájdalominger alkalmazása során a gCBV állandóságának szabályozásában. Ezzel szemben az L-arginin-NO rendszer szignifikáns szereppel bír a nyugalmi vértérfogat fenntartásában altatott patkányokon.
52
10 Irodalomjegyzék
1.
Adachi T, Meguro K, Sato A, Sato Y. (1990) Cutaneous stimulation regulates blood flow in cerebral cortex in anesthetized rats. Neuroreport 1(1):41-44.
2.
Al Chaer ED, Feng Y, Willis WD. (1998) A role for the dorsal column in nociceptive visceral input into the thalamus in primates. J Neurophysiol 79:6, 3143-50
3.
Alen JM et al. (1984) Presence of Neuropeptide Y in human circle of Willis and its possible role in cerebral vasospasm. Lancet 1, 550-552
4.
Ances BM, Zarahn E, Greenberg JH, Detre JA. (2000) Coupling of neural activation to blood flow in the somatosensory cortex of rats is time-intensity separable, but not linear. J Cereb Blood Flow Metab 20(6):921-930.
5.
Asada Y, Lee T. (1992) Alfa-2 adrenoceptor mediates norepinephrine constriction of porcine veins. American Journal of Physiology 263, H19071910
6.
Aukland K, Bower BF, Berliner RW. (1964) Measurement of local blood flow with hydrogen gas. Circulation Res 14,164-187
7.
Ayajiki K, Fujioka H, Okamura T and Toda N. (2001) Relatively selective neuronal nitric oxide synthase inhibition by 7-nitroindazole in monkey isolated cerebral arteries. Eur J Pharmacol 423; 179–183
8.
Bakalova R, Matsuura T, Kanno I. (2002) The cyclooxygenase inhibitors indomethacin and Rofecoxib reduce regional cerebral blood flow evoked by
53
somatosensory
stimulation
in
rats.
Exp
Biol
Med
(Maywood)
Jul;227(7):465-73. 9.
Bauknigth GC, Faraci FM, Heistad DD. (1992) Endothelium-derived relaxing factor modulates noradrenergic constriction of cerebral arteries in rabbit. Stroke 23, 1522-1526
10.
Benyo Z, Wahl M. (1996) Opiate receptor mediated mechanisms in regulation of cerebral blood flow. Cerebrovascular and Brain Metabolism Reviews 8, 326-357
11.
Björklund A et al: (1972) Fluorescens microscopic and microfluorometric techniques for the cellular localization and characterization of biogenic amins. In: Berson SA (Ed) Methods of Investigative and Diagnostic Endocrinology, vol I. North Holland, Amsterdam, pp 318-363
12.
Bredt DS and Snyder SH. (1990) Isolation of nitric oxide synthetase, a calmodulin-requiring enzyme. Proc Natl Acad Sci USA 87, 682–685
13.
Bredt DS, Hwang PM and Snyder SH. (1990) Localization of nitric oxide synthase indicating a neural role for nitric oxide. Nature 347, 768–770
14.
Brownstein MJ. (1993) A brief hystory of opiod peptides and opioid receptors. IN: Proceedings of the National Academy of Sciences, USA, 90 pp. 5391-5393
15.
Bullitt E. (1990) Expression of c-fos-like protein as a marker for neuronal activity following noxious stimulation in the rat. J Comp Neurol 296(4):51730.
16.
Busija DW. (1984) Sympathetic nerves reduce cerebral blood flow during hypoxia in awake rabbits. American Journal of Physiology 247: 446-451
54
17.
Busija DW. (1985) Sustained cerebral vasoconstriction during bilateral sympathetic stimulation in anaesthetized rabbits. Brain Research 345, 341344
18.
Busija DW. (1993) Cerebral autoregulation. In: The regulation of Cerebral Blood Flow. (Phillis JW ed), Boca Raton, FL, CRC, pp 45-61.
19.
Busija DW. (1996) Nervous control of the cerebral circulation. In: Nervous Control of Blood Vessels. The autonomic Nervous System, Vol 8. (Bennett T,Gardiner SM eds), London, Harwood Academic Publishers, UK, pp 177205.
20.
Busija et al. (1985) Responses of newborn pig pial arteries to sympathetic nervous stimulation and exogenous norepinephrine. Pediatric Research 19, 1210-1214
21.
Cao WH, Sato A, Sato Y, Zhou W. (1992) Somatosensory regulation of regional hippocampal blood flow in anesthetized rats. Jpn J Physiol 42(5):731-40.
22.
Casey KL, Minoshima S, Morrow TJ, Koeppe RA. (1996) Comparison of human cerebral activation pattern during cutaneous warmth, heat pain, and deep cold pain. J Neurophysiol 76(1):571-81.
23.
Casey KL. (1999) Forebrain mechanisms of nociception and pain: Analysis through imaging. Proc Natl Acad Sci USA 96(14):7668-7674.
24.
Chillon JM, BAumbach GL (2002): Autoregulation: arterial and intracranial pressure. In: Edvinsson L, Krause DN (eds.): Cerebral Blood Flow and Metabolism. Philadelphia: Lippincott Williams and Wilkins;. pp. 395-412.
25.
Cholet N, Seylaz J, Lacombe P, Bonvento G. (1997) Local uncoupling of the cerebrovascular and metabolic responses to somatosensory stimulation after
55
neuronal nitric oxide synthase inhibition. J Cereb Blood Flow Metab 17(11):1191-1201. 26.
Dahlgren N, Rosen I, Nilsson B. (1984) The effect of indomethacin on the local cerebral blood flow increase induced by somato-sensory stimulation. Acta Physiol Scand 122(3):269-74.
27.
Derbyshire SWG, Jones AKP, Gyulai F, Clark S, Townsend D, Firestone LL. (1997) Pain processing during three levels of noxious stimulation produces differential patterns of central activity. Pain. 73(3):431-445.
28.
Detre JA, Ances BM, Takahashi K, Greenberg JH. (1998) Signal averaged laser Doppler measurements of activation-flow coupling in the rat forepaw somatosensory cortex. Brain Res 796:1-2.
29.
Dirnagl U, Lindauer U, Villringer A. (1993) Role of nitric oxide in the coupling of cerebral blood flow to neuronal activation in rats. Neurosci Lett 149(1):43-6.
30.
Dirnagl U, Niwa K, Lindauer U, Villringer A. (1994) Coupling of cerebral blood flow to neuronal activation: Role of adenosine and nitric oxide. Am J Physiol 267: H296-H301
31.
Edvinsson L and MacKenzie ET. (1976) Amine mechanisms in the cerebral circulation. Pharmacol Rev 28(4):275-348.
32.
Edvinsson L, McKanzie ET, McCulloch J (Eds). (1993) Cerebral Blood Flow and Metabolism. Raven Press , New York
33.
Edvinsson L, Owman C. (1977) Sympathetic innervation and adrenergic receptors in intraparenchymal cerebral arterioles of baboon. Acta Physiol Scand Suppl 452:57-59.
56
34.
Edvinsson L. (1975) Neurogenic mechanisms in the cerebrovascular bed. Autonomic nerves, amine receptors and their effects on cerebral blood flow. Acta Physiol Scand Suppl 427:1-35.
35.
Ekblad E et al. (1984) Neuropeptide Y co-exists and co-operates with noradrenalin in perivascular nerve fibers. Regulatory Peptides 8, 225-235
36.
Erdos B, Lacza Z, Toth IE, Szelke E, Mersich T, Komjati K, Palkovits M, Sandor P. (2003) Mechanisms of pain-induced local cerebral blood flow changes in the rat sensory cortex and thalamus. Brain Res. 960(1-2):219-27
37.
Evans MH. (1961) The spinal pathways of the myelinated and the nonmyelinated afferent nerve fibers that mediate reflex dilatation of the pupils. J Physiol Lond 158:560-572.
38.
Faraci FM and Heistad DD. (1990) Regulation of large cerebral arteries and cerebral microvascular pressure. Circ Res 66, 8 – 17
39.
Faraci FM and Heistad DD. (1998) Regulation of the cerebral circulation: role of endothelium and potassium channels. Physiol Rev 78(1):53-97.
40.
Franco AC, Prado WA. (1996) Antinociceptive effects of stimulation of discrete sites int the rat hypothalamus: evidence for the participation of the lateral hypothalamus area in descending pain suppression mechanism. Braz J Med Biol Res 29:11, 1531-41
41.
Fuchs PN, Melzack R. (1996) Restraint reduces formalin-test pain but effetc is not influenced by lesion of the hypothalamic paraventricular nucleus. Exp Neurol 139:2 299-305
42.
Gatchev E and Vlahov V. (1995) Effect of verapamil and diltiazem on the rCBF and the rCBF autoregulation in cortex and thalamus of cats. Acta Physiol Pharmacol Bulg 21(3):77-80.
57
43.
Gotoh J et al. (2001) Regional differences in mechanism of cerebral circulatory response to neuronal activation. Am J Physiol. Heart Circ. Physiol. 280; H821-H829
44.
Gross PM, Harper AM, Teasdale GM. (1983) Interaction of histamine with noradrenergic constrictory mechanisms in cat cerebral arteries and veins. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology 61, 756-763
45.
Harper AM et al. (1972) The influence of sympathetic nervous activity on cerebral blood flow. Archives Neurology 27, 1-6
46.
Heistad DD, Marcus ML, Sandberg S, Abbound FM. (Eds) (1977) Effect of sympathetic nerve stimulation on cerebral blood flow and on large cerebral arteries of dogs. (special iusse) Circulation Research 42, 295-302
47.
Heistad DD, Marcus ML. (1978) Evidense that the neural mechanisms do not have important effects on cerebral blood flow. Circulation Research 42,295302
48.
Hortobagyi L, Kis B, Hrabak A, Horvath B, Huszty G, Schweer H, Benyo B, Sandor P, Busija DW, Benyo Z. (2007): Adaptation of the hypothalamic blood flow to chronic nitric oxide deficiency is independent of vasodilator prostanoids. Brain Res. 1131(1):129-37
49.
Hotta H, Sato A, Schmidt RF, Suzuki A. (2005) Cerebral regional cortical blood flow response during joint stimulation in cats. Neuroreport 17; 16(15):1693-95
50.
Hsieh JC, Stahle Bäckdahl M, Hägermark O et al. (1996) Traumatic nociceptive pain activates the hypothalamus and the periaqueductal gray: a Positron Emission Tomography study: Pain, 64:2, 303-14
58
51.
Iadarola MJ, Berman KF, Zeffiro TA, Byas-Smith MG, Gracely RH, Max MB, Bennett GJ. (1998) Neural activation during acute capsaicin-evoked pain and allodynia assessed with PET. Brain 121(Pt 5):931-47.
52.
Kawashima R, O’Sullivan BT, Roland PE. (1995) Positron-emission tomography studies of cross-modality inhibition in selective attentional tasks: Closing the „mind’s eye”. Proc Natl Acad Sci USA Vol 92, pp. 59695972
53.
Kitazono T, Faraci FM, Heistad DD. (1993a) Effect of norepinephrine on rat basilar artery in vivo. Am J Physiol 264:H178-82.
54.
Kitazono T, Heistad DD, Faraci FM. (1993b) ATP-sensitive potassium channels in the basilar artery during chronic hypertension. Hypertension 22(5):677-81.
55.
Knapp RJ, Malatynska E, Collins N et al. (1995) Molecular biology and pharmacology of cloned opioid receptors. 9, 516-525
56.
Komjati K, Dallos G, Velkei MH, Sandor P. (1997) Regionally different effects of centrally induced opiate receptor blockade on cerebral blood flow autoregulation in cats. Eur J Physiol 434, 144-146
57.
Komjati K, Harvich-Velkei M, Toth J, Dallos G, Nyári I, Sandor P. (1996) Endogenous opiod mechanism in hypohalamic blood flow autoregulation during hemorrhagic hypotension and angiotensin-induced acute hypertension in cats. Acta Physiologica Scandinavica 157, 53-61
58.
Komjati K, Sandor P, Sándor N, Szirmai L, Velkei MH, Kovach A. (1997) Cerebrocortical and medullary blood flow changes after general opiate rceptor blockade during hemorrhagic shock in cats. Shock 7 (4), 289-294
59
59.
Kontos H, Wei EP, Navari RM, Levasseur JE, Rosenblum WI and Patterson JLJ. (1978) Responses of cerebral arteries and arterioles to acute hypotension and hypertension. Am J Physiol 234, H371 – H383
60.
Kurth CD, Wagerle LC, Delivoria-Papadopulos M. (1988) Sympathetic regulation of cerebral blood flow during seizures in newborn lambs. American Journal of Physiology 24, H563-568
61.
Kuschinsky W, Wahl M. (1975) Alfa receptor stimulation by endogenous and exogenous noradrenaline and blockade by phentolamine in pial arteries in cats. A microapplication study. Circulation Research 37, 168-174
62.
Lacza Z, Erdos B, Gorlach C, Wahl M, Sandor P, Benyo Z. (2000) The cerebrocortical microcirculatory effect of nitric oxide synthase blockade is dependent upon baseline red blood cell ¯ow in the rat. Neurosci Lett 291 6568
63.
Lee WS, Kwon YJ, Yu SS, Rhim BY, Hong KW. (1993) Disturbances in autoregulatory responses of rat pial arteries by sulfonylureas. Life Sci 52(19):1527-1534.
64.
Lindauer U, Megow D, Matsuda H, Dirnagl U. (1999) Nitric oxide: A modulator, but not a mediator, of neurovascular coupling in rat somatosensory cortex. Am J Physiol 277: H799-H811.
65.
Lou HC, Edvinsson L, MacKenzie ET. (1987) The concept of coupling blood flow to brain function: revision required? Ann Neurol 22(3):289-97.
66.
Manning BH, Franklin KB. (1998) Morphine analgesia in the formalin test: reversal by microinjection of quaternary naloxone into the posterior hypothalamic area or periaqueductal gray. Behav Brain Res 92:1 97-102
67.
Marcus ML, Heistad DD. (1979) Effects of sympathetic nerves on cerebral blood flow in awake dogs. American Journal of Physiology 5, H549-553
60
68.
Marcus ML. (1982) Sympathetic escape in cerebral circulation during normotension and acute severe hypertension. In: Heistad DD, MArcus ML (Eds): Cerebral Blood Flow. Effect of Nerves and Neurotransmitters. Elsevier, New York, pp. 281-289.
69.
Melzack R, Wall PD. (1965) Pain mechanism: a new theory. Science150:971
70.
Mersich T, Szelke E, Erdos B, Lacza Z, Komjáti K and Sándor P. (2007) Somatosensory pain does not affect total cerebral blood volume. Neuroreport. 18(7):649-652
71.
Morrow TJ, Paulson PE, Danneman PJ, Casey KL. (1998) Regional changes in forebrain activation during early and late phase of formalin nociception:analysis using cerebral blood flow in the rat. Pain 75:2-3; 335-65
72.
Németh J et al. (1999) Impairment of neurogenic inflammatory and antiinflammatory responses in diabetic rats. Eur J Pharm 386(1):83-8,
73.
Ngai AC, Jolley MA, D'Ambrosio R, Meno JR, Winn HR. (1999) Frequency-dependent changes in cerebral blood flow and evoked potentials during somatosensory stimulation in the rat. Brain Res 837:1-2.
74.
Ngai AC, Ko KR, Morii S, Winn HR.. (1988) Effect of sciatic nerve stimulation on pial arterioles in rats. Am J Physiol 254:H133-9.
75.
Ngai AC, Meno JR, Winn HR. (1995) L-NNA suppresses cerebrovascular response and evoked potentials during somatosensory stimulation in rats. Am J Physiol 269:H1803-10.
76.
Nielsen KC, Owman C. (1967) Adrenergic innervation of pial arterioles related to the circle of Willis int he cat. Brain Research 27, 25-32.
77.
Niwa K, Araki E, Morham SG, Ross ME, Iadecola C. (2001) Cyclooxigenase-2 contributes to functional hyperemia in whisker-barrel cortex. J Neurosci 20; 763-770
61
78.
Niwa K, Haensel C, Ross ME, Iadecola C. (2001) Cyclooxygenase-1 participates in selected vasodilator responses of the cerebral circulation. Circ Res. Mar 30;88(6):600-8.
79.
Northington FJ, Matherne GP, Berne RM. (1992) Competitive inhibition of nitric oxide synthase prevents the cortical hyperemia associated with peripheral nerve stimulation. Proc Natl Acad Sci U S A 89(14):6649-52.
80.
Okamura T and Toda N. (1994) Inhibition by calmodulin antagonists of the neurogenic relaxation in cerebral arteries. Eur J Pharmacol 256, 79 – 83
81.
Owmann CH, Edvinsson L. (1979) Heterogenous sympatomimetic flow response in various brain regions. In: Gotoh F, Nagai H, Tazaki Y (eds.): Cerebral Blood Flow and Metabolism. Copenhagen: Munksgaard; pp. 100101.
82.
Palmer RMJ, Ashton DS and Moncada S. (1988) Vascular endothelial cells synthesize nitric oxide from L-arginine. Nature 333, 664 – 666
83.
Paulson OB, Strandgaard S, Edvinsson L. (1990) Cerebral autoregulation. Cerebrovasc Brain Metab Rev 2(2):161-92.
84.
Paxinos G and Watson C. (1982) The Rat Brain in Stereotaxic coordinates. New York, Academic Press.
85.
Pearse DD, Bushell G, Leah JD. (2001) Jun, Fos and Krox in the thalamus after C-fiber stimulation: coincident-input-dependent expression, expression across somatotopic boundaries, and nucleolar translocation. Neuroscience 107 143–159.
86.
Peerless SJ, Yasargil MG. (1971) Adrenergic innervation of the cerebral vessels in the rabbit. Journal of Neurosurgery 35, 148-154
62
87.
Petrovic P, Petersson KM, Hansson P, Ingvar M. (2004) Brainstem involvement in the initial response to pain. Neuroimage 22(2); 995-1005
88.
Petrovic P, Petersson KM, Hansson P, Ingvar M. (2004) Brainstem involvement in the initial response to pain. Neuroimage. Jun; 22(2):995-1005
89.
Peyron R, Garcia Larrea L, Gregoire MC, Costes N, Convers P, Lavenne F, Mauguiere F, Michel D, Laurent B. (1999) Haemodynamic brain responses to acute pain in humans. Sensory and attentional networks. Brain 122(9):1765-1779.
90.
Purves MJ. (1978) Do vasomotor nerves significantly regulate cerebral blood flow? Circulation Research 43, 485-495
91.
Raymond C. Koehler, Gebremedhin D, and Harder DR. (2006) Role of astrocytes in cerebrovascular regulation. J Appl Physiol 100: 307–317
92.
Redburn JL and Leah JD. (1997) Accelerated breakdown and enhanced expression of c-Fos in the rat brain after noxious stimulation. Neurosci Lett 237(2-3):97-100.
93.
Rees DD, Palmer RMJ, Schulz R, Hodson HF and Moncada S. (1990) Characterization of three inhibitors of endothelial nitric oxide synthase in vitro and in vivo. Br J Pharmacol 101, 746 – 752
94.
Rodella L, Rezzani R, Gioia M, Tredici G, Bianchi R. (1998) Expression of Fos immunoreactivity in the rat supraspinal regions following noxious visceral stimulation. Brain Res Bull 47(4):357-66.
95.
Sadoshima S, Busija DW, Brody MJ, Heistad DD. (1981) Sympathetic nerves protect against stroke in stroke-prone hypertensive rats. A preliminary study. Hypertension 3, 1124-1127.
63
96.
Sadoshima S, Fujii K, Yao H, Kusuda K, Ibayashi S, Fujishima M. (1986) Regional cerebral blood flow autoregulation in normotensive and spontaneously hypertensive rats--effects of sympathetic denervation. Stroke 17(5):981-4.
97.
Saeki Y, Sato A, Sato Y, Trzebski A. (1990) Effects of stimulation of cervical sympathetic trunks with various frequencies on the local cortical cerebral blood flow measured by laser Doppler flowmetry in the rat. Jpn J Physiol 40(1):15-32.
98.
Saito A, Wu JY, Lee T. (1985) Evidence for the presence of cholinerg nerves in cerebral arteries: an immunhistochemical demonstration of choline acethyltransferase. Journal of the Autonomic Nervous System 49, 183-196
99.
Sakiyama Y, Sato A, Senda M, Ishiwata K, Toyama H, Schmidt RF. (1998) Positron emission tomography reveals changes in global and regional cerebral blood flow during noxious stimulation of normal and inflamed elbow joints in anesthetized cats. Exp Brain Res 118(4):439-46.
100. Sandor P et al (2001) The Roy-Sherrington hypothesis: facts and surmises. In: Brain Activation and CBF Control: Proceedings of the Satellite Meeting on Brain Activation and Cerebral Blood Flow Control. Tokyo, Elsevier,. pp. 325-337. 101. Sandor P, Coxs van Put J, DeJong W et al. (1986) Continuos measurement of cerebral blood volume in rats with the photoelectric technique: Effect of morphine and naloxone. Life Sci 39:1657-65 102. Sandor P, De Jong W, De Wied D. (1986) Endorphinergic mechanisms in cerebral blood flow autoregulation. Brain Res 386(1-2):122-9. 103. Sandor P, Demchenko IT, Kovach AG, Moskalenko YE. (1976) Hypothalamic and thalamic blood flow during somatic afferent stimulation in dogs. Am J Physiol 231:270-4.
64
104. Sandor P, Nyáry I, Reivich M, Kovach A, (1977) Comparative effects of Chloralose anaesthesia and Sernylan analgesia on cerebral blood flow, CO2responsiveness, and brain metabolism in the baboon. Stroke 8, 432-436 105. Sandor P. (1999) Nervous control of the cerebrovascular system: doubts and facts. Neurochem Int 35(3):237-59. 106. Sato A and Schmidt RF. (1987) The modulation of visceral functions by somatic afferent activity. Jpn J Physiol 37(1):1-17. 107. Sato A, Sato Y, Schmidt RF. (1986) Catecholamine secretion and adrenal nerve activity in response to movements of normal and inflamed knee joints in cats. J Physiol Lond 375:611-24. 108. Sato A, Sato Y, Suzuki A, Uchida S. (1996) Reflex modulation of catecholamine secretion and adrenal sympathetic nerve activity by acupuncture-like stimulation in anesthetized rat. Jpn J Physiol 46(5):411-21. 109. Silva AC, Lee SP, Iadecola C, Kim SG. (2000) Early temporal characteristics of cerebral blood flow and deoxyhemoglobin changes during somatosensory stimulation. J Cereb Blood Flow Metab 20(1):201-206. 110. Silva AC, Lee SP, Yang G, Iadecola C, Kim SG. (1999) Simultaneous blood oxygenation level-dependent and cerebral blood flow functional magnetic resonance imaging during forepaw stimulation in the rat. J Cereb Blood Flow Metab 19(8):871-879. 111. Skarby T, Andersson KE. (1984) Contraction-mediating alfa-adrenoreceptors in isolated human omental, temporal and pial arteries. Journal of Anatomic Pharmacology 4,419-429 112. Stefanovic B, Bosetti F, Silva AC. (2006) Modulatory role of cyclooxygenase-2 in cerebrovascular coupling. Neuroimage 1;32(1):23-32.
65
113. Stefanovic B, Schwindt W, Hoehn M, Silva AC. (2006) Functional uncoupling of hemodynamic from neuronal response by inhibition of neuronal nitric oxide synthase. J Cereb Blood Flow Metab 2 Aug; doi:10.1038/sj.jcbfm.9600377 114. Toda N and Okamura T. (1996) Nitroxidergic nerve: regulation of vascular tone and blood flow in the brain. J Hypertens 14, 423 – 434 115. Toda N, Ayajiki K and Okamura T. (1993) Neural mechanism underlying basilar arterial constriction by intracisternal L-NNA in anesthetized dogs. Am J Physiol 265, H103 – H107 116. Toda N, Minami Y and Okamura T. (1990) Inhibitory effects of L-N G-nitroarginine on the synthesis of EDRF and the cerebroarterial response to vasodilator nerve stimulation. Life Sci 47, 345 – 351 117. Toda N, Uchiyama M and Okamura T. (1995) Prejunctional modulation of nitroxidergic nerve function in canine cerebral arteries. Brain Res 700, 213 – 218 118. Toda N, Uchiyama M and Okamura T. (1995): Prejunctional modulation of nitroxidergic nerve function in canine cerebral arteries. BrainRes 700, 213 – 218 119. Toda N. (1983) Alfa adrenergic receptor subtypes in human, monkey and dog cerebral artreries. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics 226, 861-868 120. Tomimoto H, Nishimura M, Suenaga T, Nakamura S, Akiguchi I, Wakita H, Kimura J and Mayer B. (1994) Distribution of nitric oxide synthase in the human cerebral blood vessels and brain tissues. J Cereb Blood Flow Metab 14, 930 – 938
66
121. Tomita M, Gotoh F, Sato T et al. (1978) Photoelectric method for estimating hemodynamic changes in regional cerebral tissue. Am J Physiol 235(1): 5663 122. Tsubokawa T, Katayama Y, Ueno Y, Moriyasu N. (1981) Evidence for involvement of the frontal cortex in pain-related cerebral events in cats: increase in local cerebral blood flow by noxious stimuli. Brain Res 217(1):179-85. 123. Ueki M, Linn F, Hossmann KA. (1988) Functional activation of cerebral blood flow and metabolism before and after global ischemia of rat brain. J Cereb Blood Flow Metab 8(4):486-94. 124. Villanueva L, Bouhassira D, le Bars D. (1996) The medullary subnucleus reticularis dorsalis (SRD) as a key link in both the transmission and modulation of pain signals. Pain, 67:2-3,231-40 125. Villringer A and Dirnagl U. (1995) Coupling of brain activity and cerebral blood flow: basis of functional neuroimaging. Cerebrovasc Brain Metab Rev 7(3):240-76. 126. Vlahov V and Bacracheva N. (1987) Autoregulation of the regional cortical and thalamic cerebral blood flow in cats. Arch Int Pharmacodyn Ther 289(1):93-105. 127. Wik G, Fisher H, Finer B, Bragee B, Kristianson M, Frederikson M. (2006)Retrosplenial cortical deactivation during painful stimulation of fibromyalgic patients. Int J Neurosci.; 116(1):1-8 128. Yabucchi K, Maruta E, Minami M, Satoh M. (1996) Induction of interleukin-1 beta mRNA in the hypothalamus following subcutaneous injections of formalin into the rat hindpaws. Neurosci Lett 207:2, 109-112
67
129. Yoshida K, Okamura T and Toda N. (1994) Histological and functional studies on the nitroxidergic nerve innervating monkey cerebral, mesenteric and temporal arteries. Jpn J Pharmacol 65, 351 – 359 130. Yoshida K, Okamura T, Kimura H, Bredt DS, Snyder SH and Toda N. (1993) Nitric oxide synthase-immunoreactive nerve fibers in dog cerebral and peripheral arteries. Brain Res 629, 67 – 72 131. Zubieta JK et al. (2001) Regional mu opioid receptor regulation of sensory and affective dimensions of pain. Science 293: 311-315
68
11 Köszönetnyilvánítás Köszönetemet fejezem ki témavezetőmnek, dr. Sándor Péter professzor úrnak, a közös munkában nyújtott önzetlen és alapos segítségéért. Személyében nemcsak kiváló kutatót és integráló egyéniséget, de nagyszerű kollégát és moralisan feddhetetlen embert tisztelhettünk. Számíthattam őszinte támogatására és bizalmára akkor is, amikor a munkát az átmeneti kudarcok jellemezték és akkor is, mikor a sikerek. Köszönöm, hogy klinikai orvosként a sebészi munka mellett is helyet biztosított számomra a dolgozat elkészítéséhez és befejezéséhez. Köszönöm a Klinikai Kísérleti Kutató és Humánélettani Intézet vezetőinek, dr. Kollai Márk és dr. Monos Emil professzor uraknak, hogy az élettant megszeretették velem és hogy munkám befejezéséhez segítséget nyújtottak. Köszönöm dr. Erdős Benedeknek és dr. Lacza Zsombornak, közvetlen munkatársaimnak a kutatással együtt töltött évek közös élményeit és sikereit. Köszönöm dr. Komjáti Katalin adjunktusnőnek a munkámhoz nyújtott igazán önzetlen szakmai segítségét és kitartó biztatását. Köszönöm
Harvichné
Velkei
Máriának
igényes
technikai
segítségét.
Köszönettel tartozom a Klinikai Kísérleti Kutató- és Humán Élettani Intézet valamennyi munkatársának a kutatómunkához nyújtott hasznos és önzetlen támogatásért. Köszönöm dr. Jakab Ferenc professzor úrnak, jelenlegi közvetlen munkahelyi vezetőmnek, hogy a tudományos munka befejezését a mindennapi kórházi munka mellett segítette és lehetővé tette. Köszönöm az Uzsoki utcai Kórház Könyvtára minden munkatársának munkámhoz nyújtott segítségét. Köszönet illeti végül, de nem utolsósorban a családot. Emesét, feleségemet, közvetlen kutatótársamat, azért mert kibírta a sok munkaórát mellettem, hátteret adott ahhoz, hogy klinikai munka mellett készülhessen el ez a dolgozat.
69
Gyermekeimet, hogy békésen aludtak, amíg a dolgozatot írtam esténként. Szüleimet akik szeretettel támogattak, és biztattak.
70
12 Saját közlemények jegyzéke
12.1 Az értekezés témájában írt saját közlemények és előadások Mersich T, Szelke E, Erdős B, Lacza Zs, Komjáti K and Sándor P: Somatosensory pain does not affect total cerebral blood volume. Neuroreport. 2007; 18(7):649-652 IF:1,995 Erdos B, Lacza Z, Toth IE, Szelke E, Mersich T, Komjati K, Palkovits M, Sandor P.: Mechanisms of pain-induced local cerebral blood flow changes in the rat sensory cortex and thalamus. Brain Res. 2003; 960(1-2):219-27. IF:2,47 Tamas Mersich, Emese Szelke, Katalin Komjati, Peter Sandor: The effect of somatic afferent C-fibre stimulation on regional cerebral blood flow and cerebral blood volume in control and NO-syntase inhibited rats. MÉT 2000, Budapest Mersich Tamás, Szelke Emese, Komjáti Katalin, Sándor Péter, H. Velkei Mária: Fájdalomingerek hatása az agy regionalis véráramlására és az agyi vértérfogatra kontroll és No-szintáz bénított patkányokon. MÉT 1999, Debrecen Mersich Tamás, Szelke Emese, Komjáti Katalin, Sándor Péter, H. Velkei Mária: The effect of sciatic nerve stimulation on regional cerebral blood flow and cerebral blood volume in control and NO-syntase inhibited rats. WHMA IV. Kongresszusa, Budapest 1998
71
12.2 Egyéb közlemények és előadások Szelke E, Varbiro S, Mersich T, Banhidy F, Szekacs B, Sandor P, Komjati K.: Effects of estrogen and progestin on hypothalamic blood flow autoregulation. J Soc Gynecol Investig. 2005;12(8):604-9 IF:2,887 Mersich T, Lang I, Balogh I, Jakab F: Radio-guided abdominal resection of nonpalpable rectal carcinoma following polypectomy. Hepatogastroenterology in Press, accepted in July 2006 IF:0,699 Szelke E, Mersich T, Szekacs B, Sandor P, Komjati K, Varbiro S: Effects of estrogen and progestin on CO2-sensitivity of hemispheral cerebral blood volume. Menopause MENO-D-07-00119 In press, Accepted 11, June 2007 IF:3,913 Mersich T, Zarand A, Egyed Z, Dede K, Besznyak I, Jakab F: Hemobilia as a rare vascular complication of chronic pancreatitis Magy Seb. 2005 Jun;58(3):187-9 Jakab F, Mersich T, Lang I.: Surgical treatment of colorectal liver metastasis in the year 2000 Magy Seb. 2004 Feb;57(1):3-11. Review. Zaránd Attila, ifj. Besznyák István, Mersich Tamás: Dagantos betegek akut hasi kórképei Lege Artis Medicinae 2004; 14(3) 206-209 Szelke Emese, Mersich Tamás, Várbíró Szabolcs, Sándor Péter, Komjáti Katalin, Székács Béla: Hormonpótlás hatása a hypothalamus lokális szöveti véráramlására patkány menopausa modellben Magyar Gerontológiai Társaság XXIX. Nagygyűlése 2006. november 9-11 Zalakaros
72
K Dede, E Kadar, T Mersich, P Nagy, Gy Köszegi, S Faludi, F Jakab: The value of laparoscopy as a diagnostic tool and as a staging procedure in abdominal surgery. 10th World Congress of Endoscopic Surgery, Berlin, 2006 Baranyai Zs, Mersich T, Dede K, Besznyak I jr, Zaránd A, Micsik T, Peták I, Schwab R, Jakab F: Funkcionalis multi-drug rezisztencia meghatározás colorectalis tumorokban és májmetastasisokban. Magyar Sebész Társaság 58 kongresszusa, Budapest
73
