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Titel: Beeinflusst hochfrequente repetitive transkranielle Magnetstimulation des Motorkortex experimentell induzierte Schmerzen und die spinale Nozizeption?
Autor: Knaack, Anne
Weitere Beteiligte: Mylius, V. (Dr.)
Veröffentlicht: 2011
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2011/0772
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2011-07723
DOI: https://doi.org/10.17192/z2011.0772
DDC: 610 Medizin
Titel(trans.): Does high-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation of the motor cortex influence experimentally induced pain and the nociceptive flexion reflex?
Publikationsdatum: 2011-12-19
Lizenz: https://rightsstatements.org/vocab/InC-NC/1.0/

Dokument

Schlagwörter:
rTMS, Transkranielle magnetische Stimulation

Zusammenfassung:
Die repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) ist ein Verfahren, das zur Untersuchung vieler neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen, unter anderem auch zur Untersuchung und Behandlung von akuten und chronischen Schmerzzuständen, verwendet werden kann. Bislang wurden vor allem chronische Schmerzen untersucht. Dabei konnten einige Untersucher einen schmerzlindernden Effekt der rTMS des Motorkortex zeigen, der mit dem Effekt der elektrischen Kortexstimulation verglichen wurde. Ziel der vorliegenden placebokontrollierten, randomisierten und einfach verblindeten Studie im Crossover-Design war es, die Effekte einer 20minütigen hochfrequenten rTMS des Motorkortex auf die Verarbeitung akuter Aδ-Faser- Schmerzen zu untersuchen. Es wurden 12 junge, gesunde Probanden untersucht. Dabei wurde ein Stimulationsschema verwendet, das bereits zur Therapie chronischer Schmerzen angewendet wurde. Zwanzig Reizserien von 5sekündiger Dauer und einem Interstimulusintervall von 55 Sekunden wurden bei einer Frequenz von 10Hz und einer Intensität von 80% der Ruhemotorschwelle über dem dominanten Motorkortex appliziert und mit einer ShamrTMS- Sitzung verglichen. Die evozierten Schmerzen wurden durch überschwellige elektrische Reizung (1.3 x NFR-Schwelle) des Nervus suralis erzeugt. Die subjektive Schmerzbewertung erfolgte durch die Bestimmung der Schmerzschwelle und anhand zweier visueller Analogskalen (VAS), im Hinblick auf die Schmerzintensität und die Schmerzaversivität. Zusätzlich untersuchten wir die Wirkung der rTMS auf den nozizeptiven Flexorreflex (NFR) als objektive Komponente der Schmerzbewertung und als Indikator für die spinale Nozizeption. Jeder Proband nahm an zwei Versuchstagen in einem Abstand von mindestens 2 Wochen teil. Es erfolgte einmal die Verum rTMS-Stimulation und einmal die Sham-Stimulation. Die Reihenfolge der Untersuchungen war balanziert randomisiert. Die Schmerz- und Reflexschwelle, die NFR-Antwort und die Bewertungen der VAS nach Intensität und Aversivität des Schmerzes bei überschwelliger Reizung des Nervus suralis wurden vor und nach der 20minütigen Verum/Sham-Stimulation verglichen. Dabei stieg die Schmerzaversivität nach der Verum rTMS im Vergleich zur Sham rTMS signifikant an (F(1/10)= 6,91; P= 0,025). Keinen signifikanten Effekt hatte die Stimulation auf die Schmerzintensität sowie auf die Schmerzschwelle. Die Reflexschwelle des NFR und die NFR-Antwort blieben ebenfalls unbeeinflusst. Unsere Studie zeigt, dass der Einfluss von repetitiver transkranieller Magnetstimulation auf elektrisch evozierte Schmerzen gering ist und zu einer Verstärkung der Aversivität des Schmerzes führt. Eine signifikante Wirkung auf den NFR konnte nicht nachgewiesen werden. Wir vermuten daher, dass durch die rTMS keine Schmerzmodulation auf spinaler Ebene erfolgt. Aus unseren Untersuchungen schließen wir weiterhin, dass das Stimulationsschema zur Therapie chronischer Schmerzen nicht zur Linderung von akutem Aδ-Faser- Schmerz geeignet ist. Wir vermuten, dass akute Schmerzen in anderen zerebralen Arealen verarbeitet und über andere leitende Bahnen geführt werden als chronische Schmerzen. Darüber hinaus führen chronische Schmerzen zu dauerhaften Veränderungen der Neuroplastizität einiger kortikaler oder tiefer gelegener Strukturen, die dann durch die repetitive Magnetstimulation beeinflusst werden könnten. Dies könnte die Ursache der analgetischen Wirkung der rTMS bei chronischen Schmerzen sein. Für die leichte Erhöhung der Schmerzwahrnehmung durch die rTMS in dieser Studie könnten am ehesten Veränderungen im lateralen schmerzleitenden System verantwortlich sein. Dass die bislang zu akutem Schmerz und der Wirkung von rTMS durchgeführten Untersuchungen heterogene Ergebnisse erzielten, ließe sich unter anderem durch unterschiedliche Stimulationsschemata und unterschiedliche Methoden zur Schmerzinduktion und der dadurch involvierten leitenden Nervenfasern erklären. Unterschiede in der kortikalen Repräsentation von Aδ- und C-Faser vermitteltem Schmerz könnten ebenfalls eine Ursache für die unterschiedlichen Untersuchungsergebnisse sein. Nach wie vor sind die Mechanismen, die zur Modulation von Schmerzen durch die rTMS führen, nicht hinreichend geklärt. Daher sind weitere Untersuchungen nötig, eventuell auch mit begleitenden bildgebenden Methoden, um den Einfluss der Magnetstimulation auf die Schmerzmodulation genauer zu verstehen.

Summary:
The aim of this study was to investigate whether 10Hz repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) applied over the motor cortex, using a stimulus paradigm employed for pain control in chronic pain, affects acute electrically induced pain. We investigated whether rTMS modulates the nociceptive flexion reflex (NFR) in addition to subjective pain perception. Pain threshold, NFR threshold, supra-threshold NFR response and the concomitant pain intensity and pain unpleasantness visual analogue scale (VAS) scores were compared before and after 20 minutes of rTMS. The effects of 20 trains of 5 seconds duration (55 seconds intertrain interval) of 10Hz rTMS at 80% of the resting motor threshold applied over the dominant motor cortex were compared to sham rTMS in 12 healthy volunteers. Supra-threshold NFR stimulation significantly increased pain unpleasantness VAS scores compared to sham rTMS. There was no significant effect of 10Hz rTMS on the subjective pain threshold or on the NFR threshold and the supra-threshold NFR response. The rTMS paradigm used to control chronic pain is not suitable for controlling Aδ fiber-mediated acute experimentally induced pain since the effects on pain perception were only marginal. There was an increase of the VAS unpleasantness scores but no effect on the NFR. The increased activity of cortico-thalamic projections might modulate the perception of Aδ fiber-mediated pain within the lateral pain pathway. The type of fiber that is stimulated and neuropathic changes in chronic pain are thought to be critical for rTMS to have an effect.

Bibliographie / References

  1. Speer AM, Kimbrell TA, Wassermann EMD, Repella J, Willis MW, Herscovitch P, Post RM. Opposite effects of high and low frequency rTMS on regional brain activity in depressed patients. Biol. Psychiatry 2000; 48: 1133-1141.
  2. Tassorelli C, Sandrini G, Cecchini AP, Nappi RE, Sances G, Mastignoni E. Changes in nociceptive flexion reflex threshold across the menstrual cycle in healthy women. Psychosom. Med. 2002; 64: 621-626.
  3. Siebner HR, Filipovic SR, Rowe JB, Cordivari C, Gerschlager W, Rothwell JC. Patients with focal arm dystonia have increased sensitivity to slow-frequency repetitive TMS of the dorsal premotor cortex. Brain 2003; 126: 2710-2725.
  4. Summers J, Johnson S, Pridmore S, Oberoi G. Changes to cold de- tection and pain thresholds following low and high frequency transcranial magnetic stimulation of the motor cortex. Neuroscience Letters 2004; 368: 197-200.
  5. Rossi S, Cappa SF, Babiloni C, Pasqualetti P, Miniussi C, Carducci F, Babiloni F, Rossini PM. Prefrontal cortex in long-term memory: An " inter- ference " approach using magnetic stimulation. Nature Neuroscience 2001; 4: 948-952.
  6. Sandrini G, Alfonsi E, Bono G, Facchinetti F, Montalbetti L, Nappi G. Circadian variations of human flexion reflex. Pain 1986; 25: 403-410.
  7. Sandrini G, Milanov I, Rossi P, Murri L, Alfonsi E, Moglia A, Nappi G. Effects of sleep on spinal nociceptive reflexes in humans. Sleep 2001; 24: 13-17.
  8. Sandrini G, Alfonsi E, Ruiz L, Livieri C, Verri AP, Nappi G. Age-related changes in excitability of nociceptive flexion reflex. An electrophysiologi- cal study in school-age children and young adults. Funct. Neurol. 1989; 4: 53-58.
  9. Roth BJ, Saypol JM, Hallett M, Cohen LG. A theoretical calculation of the electric field induced in the cortex during magnetic stimulation. Elec- troencephalography and Clinical Neurophysiology 1991; 81: 47-56.
  10. Rossini PM, Desiato MT, Lavaroni F, Caramia MD. Brain excitability and electroencephalographic activation: non-invasive evaluation in healthy humans via transcranial magnetic stimulation. Brain Res. 1991; 567: 111-119.
  11. Tsubokawa T, Katayama Y, Yamamoto T, Hirayama T, Koyama S. Chronic motor cortex stimulation in patients with thalamic pain. J. Neuro- surg. 1993; 78: 393-401.
  12. Willer JC. Comparative study of perceived pain and nociceptive flexion reflex in man. Pain 1977; 3: 69-80.
  13. Tergau F, Wanschura V, Canelo M, Wischer S, Wassermann EM, Ziemann U, Paulus W. Complete suppression of voluntary motor drive during the silent period after transcranial magnetic stimulation. Experi- mental Brain Research 1999; 124: 447-454.
  14. Strutton PH, Theodorou S, Catley M, Mc Gregor AH, Davey NJ. Cortico- spinal excitability in patients with chronic low back pain. J. Spinal. Di- sord. Tech. 2005; 18: 420-424.
  15. Schmidt RF, Lang F, Thews G. Die Physiologie des Menschen -Mit Pa- thopyhsiologie. Springer-Verlag 2005; 29. Auflage: 318-319.
  16. Tamura Y, Okabe S, Ohnishi T, Saito DN, Arabi N, Mochio S, Inoue K, Ugawa Y. Effects of 1-Hz repetitive transcranial magnetic stimulation on acute pain induced by capsaicin. Pain 2004 a; 107: 107-115.
  17. Tamura Y, Hoshiyama M, Inui K, Nakata H, Qiu Y, Ugawa Y, Inoue K, Kakigi R. Facilitation of Adelta-fiber-mediated acute pain by repetitive transcranial magnetic stimulation. Neurology 2004 b; 62: 2176-2181.
  18. Rudiak D, Marg E. Finding the depth of magnetic brain stimulation: a reevaluation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology 1994; 93: 358-371.
  19. Valeriani M, Restuccia D, Di Lazzaro V, Oliviero A, Profice P, Le Pera D, Saturno E, Tonali P. Inhibition of the human primary motor cortex by painful heat stimulation of the skin. Clinical Neurophysiology 1999; 110: 1475-1480.
  20. Schubert M. Klinische und experimentelle Aspekte der Magnetstimulati- on. Z EEG EMG 1997; 28: 114-118.
  21. Valmunen T, Pertovaara A, Taiminen T, Virtanen A, Parkkola R, Jääskeläinen SK. Modulation of facial sensitivity by navigated rTMS in healthy subjects. Pain 2009; 142: 149-158.
  22. Satow T, Mima T, Hara H, Oga T, Ikeda A, Hashimoto N, Shibasaki H. Nausea as a complication of low-frequency repetitive transcranial mag- netic stimulation of the posterior fossa. Clin. Neurophysiol. 2002; 113: 1441-1443.
  23. Sugishita M, Takayama Y. Paraesthesia elicited by repetitive magnetic stimulation of the postcentral gyrus. Neuroreport 1993; 4: 569-570.
  24. Saitoh Y, Hirayama A, Kishima H, Shimokawa T, Oshino S, Hirata M. Reduction of intractable deafferentation pain due to spinal cord or peri- pheral lesion by high-frequency repetitive transcranial magnetic stimula- tion of the primary motor cortex. J. Neurosurg. 2007; 107: 555-559.
  25. Wassermann EM. Risk and safety of repetitive transcranial magnetic stimulation: report and suggested guidelines from the International Workshop on the Safety of Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation. Electroencephalography and clinical Neurophysiology 1998; 108: 1-16.
  26. Schrader LM, Stern JM, Koski L, Nuwer MR, Engel Jr J. Seizure inci- dence during single-and paired-pulse transcranial magnetic stimulation (TMS) in individuals with epilepsy. Clinical Neurophysiology 2004; 115: 2728-2737.
  27. Wassermann EM, Cohen LG, Flitman SS, Chen R, Hallett M. Seizures in healthy people with repeated 'safe' trains of transcranial magnetic stim- uli. Lancet 1996 a; 347: 825.
  28. Sampson SM, Rome JD, Rummans TA. (2006) Slow-frequency rTMS reduces fibromyalgia pain. Pain Med. 2006; 7: 115-118.
  29. Saitoh Y, Hirayama A, Kishima H, Oshino S, Hirata M, Kato A. Stimula- tion of primary motor cortex for intractable deafferentation pain. Acta Neurochir. Suppl. 2006; 99: 57-59.
  30. Rothwell JC, Thompson PD, Day BL, Boyd S, Marsden CD. Stimulation of the human motor cortex through the scalp. Experimental Physiology 1991; 76: 159-200.
  31. Willer JC, Boureau F, Albe-Fessard D. Supraspinal influences on no- ciceptive flexion reflex in man. Br. Res. 1979; 179: 61-68.
  32. Stöcker H. Taschenatlas der Physik. Formeln, Tabellen, Übersichten. Frankfurt am Main, Verlag Harri Deutsch 1994.
  33. Rothwell JC. Techniques and mechanisms of action of transcranial stimulation of the human motor cortex. J. of Neuroscience Methods 1997; 74: 113-122.
  34. Sandrini G, Serrao M, Rossi P, Romaniello A, Cruccu G, Willer JC. The lower limb flexion reflex in humans. Progress in Neurobiology 2005; 77: 353-395.
  35. Sandrini G, Arrigo A, Bono G, Nappi G. The nociceptive flexion reflex as a tool for exploring pain control systems in headache and other pain syndromes. Cephalgia 1993; 13: 21-27.
  36. Skljarevski V, Ramadan NM. The nociceptive flexion reflex in humans - review article. Pain 2002; 96: 3-8.
  37. Wassermann EM, Lisanby SH. Therapeutic application of repetitive transcranial magnetic stimulation: a review. Clinical Neurophysiology 2001; 112: 1367-1377.
  38. Siebner HR, Rothwell J. Transcranial magnetic stimulation: new insights into representational cortical plasticity. Exp. Brain Res. 2003; 148: 1-16.
  39. Wassermann EM, Grafman J, Berry C, Hollnagel C, Wild K, Clark K, Hal- lett M. Use and safety of a new repetitive transcranial magnetic stimula- tor. Electroenceph. Clin. Neurophysiol. 1996 b; 101: 412-417.
  40. Terkelson, AJ, Andersen OK, Hansen PO, Jensen TS. Effects of heterotopic and segmental counter-stimulation on the nociceptive with- drawal reflex in humans. Acta. Phys. Scand. 2001; 172: 211-217.
  41. Terkelson AJ, Andersen OK, Molgaard H, Hansen J, Jensen TS. Mental stress inhibits pain perception and heart rate variability but not a no- ciceptive withdrawal reflex. Acta. Phy. Scand. 2004; 180: 405-414.
  42. Rollnik JD, Wüstefeld S, Däuper J, Karst M, Fink M, Kossev A, Dengler R. Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation for the Treatment of Chronic Pain – A Pilot Study. European Neurology 2002; 48: 6-10.
  43. Sherrington CS. Flexion-reflex of the limb, crossed extension-reflex and reflex stepping and standing. J. Physiol. 1910; 40: 28-121.


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