Spinale Mechanismen der Offset Analgesie

Abstract

Räumliche und zeitliche Filterfunktionen sowie Verstärkung von Sinnesinformationen an unterschiedlichen Stellen der Sinnesverarbeitung sind ein fundamentales Prinzip des Nervensystems. Während Filterfunktion bereits seit langer Zeit für das auditorische und visuelle System bekannt sind, werden zeitliche Kontrastmechanismen für das Schmerzwahrnehmungssystem erst seit relativ kurzer Zeit unter der Bezeichnung „Offset Analgesie“ studiert. In der vorliegenden Studie konnten wir in einem Experiment bisherige Hinweise, dass Offset Analgesie vermutlich durch eine zentralnervöse Komponente vermittelt wird, bestätigen. Durch die Aufteilung des OA-Stimulus in zwei einzelne Rechteckfunktion, welche im selben Dermatom, aber an zwei unterschiedliche primäre afferente Neuronenpopulationen appliziert wurden, konnten wir zeigen, dass eine periphere Ursache unwahrscheinlich anzunehmen ist. Wir konnten außerdem bisherige Ergebnisse bezüglich einer Asymmetrie bei der Auslösbarkeit einer Offset Analgesie hinsichtlich der Applikation eines distal oder proximal vom konstanten Schmerzreiz gelegenen OA-Reizes Schmerzreiz replizieren. Um herauszufinden auf welcher Stufe der Neuraxis zeitliche Schmerzfiltervorgänge abgebildet werden, untersuchten wir in einem weiteren Experiment die neuronale Aktivität des Rückenmarks durch hochauflösende fMRT Bildgebung während einer Offset Analgesie an gesunden Probanden. Schmerzbedingte BOLD-Antworten im Rückenmark zeigten sich während der Offset Analgesie deutlich reduziert und folgten im Zeitverlauf denen der wahrgenommenen Schmerzintensität und nicht der physikalischen Stimulationshöhe. Zusammenfassend legen die Ergebnisse nahe, dass der OA-Effekt einen zentralvermittelten Effekt beinhaltet und dieser Mechanismus bereits auf Ebene des Rückenmarks wirkt.

Spatiotemporal filtering and amplification of sensory information at multiple levels during the generation of perceptual representations is a fundamental processing principle of the nervous system. While for the visual and auditory system temporal filtering of sensory signals has been noticed for a long time, respective contrast mechanisms within the nociceptive system became only recently subject of investigations, mainly in the context of offset analgesia (OA) subsequent to noxious stimulus decreases. In the present study we corroborate the assumption that offset analgesia involves a central component by showing that an OA like effect can be evoked by decomposing the stimulus offset into two separate box-car stimuli applied within the same dermatome but to separate populations of primary afferent neurons. We could also reproduce the findings that there is an asymmetrical effect concerning the application of the Offset stimulus either proximal or distal of the continuous pain stimulation. In order to draw conclusions about the levels of the CNS at which temporal filtering of nociceptive information takes place during OA we investigate in a second experiment neuronal activity in the spinal cord during a painful thermal stimulus offset employing high-resolution fMRI in healthy volunteers. Pain-related BOLD responses in the spinal cord were significantly reduced during OA and their time course followed widely behavioral hypoalgesia, but not the thermal stimulation profile. In summary, the results suggest that temporal pain contrast enhancement during OA comprises a central mechanism and this mechanism becomes already effective at the level of the spinal cord.