Darstellung der strukturspezifischen Schmerzkomponenten der Ratte im Formalinmodell mittels funktioneller Magnetresonanztomographen [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Ghassan Borghol

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• Publié le: 01 janvier 2010
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• Langue: Deutsch
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Extrait

I
Aus dem Institut für Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie
der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Prof. Dr. med. Dr. h.c. Kay Brune
Darstellung der strukturspezifischen Schmerzkomponenten der Ratte im
Formalinmodell mittels funktioneller Magnetresonanztomographen
Inaugural-Dissertation
zur Erlangung der Doktorwürde
der Medizinischen Fakultät
der Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg
vorgelegt von
Ghassan Borghol
aus IbbenbürenII
Gedruckt mit Erlaubnis der
Medizinischen Fakultät der Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg
Dekan: Prof. Dr. J. Schüttler
Referent: PD Dr. A. Hess
Korreferent: Prof. Dr. Dr. K. Brune
Tag der mündlichen Prüfung: 06.10.2010III
Meinen Eltern in Dankbarkeit gewidmet.IV
Inhaltsverzeichnis
1 Zusammenfassung................................................................................................ 1
1.1 Hintergrund und Ziele.................. 1
1.2 Versuchstiere, Material und Untersuchungsmethoden 1
1.3 Ergebnisse und Beobachtungen ................................................................... 1
1.4 Praktische Schlussfolgerung........ 2
1 Summary .............................................................................................................. 3
1.1 Background and objectives.......... 3
1.2 Laboratory animals, material and research methods.................................... 3
1.3 Results.......................................................................... 3
1.4 Practical Conclusion..................................................... 3
2 Einleitung............. 5
2.1 Allgemeine Beschreibung von Magnetresonanztomografie (MRT)............ 5
2.2 Schmerz........................................................................................................ 7
2.2.1 Definition. 7
2.2.2 Schmerzwahrnehmung, -leitung und -verarbeitung. 7
2.2.2.1 Peripherie ......................................................................................... 7
2.2.2.2 Zentrales Nervensystem................................... 8
2.2.3 Schmerzmessung.................... 11
2.2.3.1 Verhalten........................ 11
2.2.3.1.1 „Hot Plate Method“.................................... 12
2.2.3.1.2 „Tail Immersion Test“................................ 12
2.2.3.1.3 „Electrical Stimulation of the Tail“............ 12
2.2.3.1.4 „Grid Shock Test“...... 13
2.2.3.1.5 Formalin ..................................................................................... 13
2.2.3.1.5.1 Formalintest ......................................................................... 14
2.2.3.2 Elektrophysiologie......... 14
2.2.3.3 Bildgebung..................... 15
2.2.3.3.1 Positronen-Emissions-Tomografie (PET).. 15
2.2.3.3.2 Funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRT) 16
2.2.3.4 Formalintest mit bisherigen MR-Befunden ................................... 17
2.3 Morphin...................................................................... 17
2.4 Fragestellung.............................. 18
3 Material und Methode........................................................................................ 19
3.1 Versuchstier................................ 19
3.2 Vorgehensweise bei den MR-Untersuchungen.......... 20
3.2.1 Tiervorbereitung für Formalin-Test ....................................................... 20
3.2.2 Tiervorbereitung für Formalin-Morphin-Test........ 21
3.2.3 Vorbereitung der Messung..................................................................... 21
3.2.4 MR-Abstimmung................... 22
3.2.4.1 Positionieren des zu scannenden Objektes..... 22
3.2.4.2 Matching/Tuning............ 22V
3.2.4.3 Shimming....................................................................................... 22
3.2.5 MR-Messprotokolle............... 22
3.2.5.1 TRI_Pilot........................ 23
3.2.5.2 Coronal RARE............... 23
3.2.5.3 Fastmap .......................................................................................... 23
3.2.5.4 EPI PPM 1sl 300x .......................................................................... 23
3.2.5.5 EPI PPM 30sl 1x............ 24
3.2.5.6 EPI PPM 30sl 1078x...... 24
3.2.5.7 Anatomie der funktionellen Schicht............... 24
3.2.6 Darstellung der Formalin- und Formalin-Morphin-Versuche 25
3.2.7 Erstellen von 3D-Aktivitätsmustern....................................................... 25
3.3 Funktionelle Analyse ................................................. 25
3.3.1 Datenvorverarbeitung............. 25
3.3.2 Korrelationsanalyse................................................ 26
3.3.3 Clusteranalyse........................ 28
3.4 Gruppenanalyse.......................................................... 28
3.4.1 Binäre Maskenerstellung vom Gehirn ................................................... 28
3.4.2 Alignierung............................ 28
3.4.3 Güteverfahren......................... 31
3.4.3.1 Overlap........................................................... 31
3.4.3.2 Kreuzkorrelation............................................ 32
3.5 Gehirnstruktur spezifischer Zeitprofile...................... 32
4 Ergebnisse .......................................................................... 34
4.1 Statistische Kopplungsgüte........................................ 34
4.2 Aktivitätsvolumen...................................................... 37
4.2.1 Aktivitätsvolumen des Formalin-Versuches.......... 37
4.2.1.1 Aktivitätsvolumen aller Strukturen................................................ 38
4.2.1.2 Aktivitätsvolumina in Funktionsgruppen....... 39
4.2.2 Bewertung der Volumen des Formalin-Morphin-Versuches................. 41
4.2.2.1 Aktivitätsvolumen aller Strukturen................ 42
4.2.2.2 Aktivitätsvolumina in Funktionsgruppen....................................... 43
4.2.3 Zusammenfassung der Volumenanalyse................ 45
4.3 Aktivitätsamplitude.................................................................................... 45
4.3.1 Bewertung der Aktivitätsamplitude....................... 45
4.3.1.1 Erste Antwort................. 46
4.3.1.2 Zweite Antwort.............. 48
4.3.1.3 Dritte Antwort ................................................................................ 50
4.3.2 Zusammenfassung der Aktivitätsamplitude........... 51
5 Diskussion.......................................... 53
6 Literaturverzeichnis............................................................ 56
7 Abkürzungsverzeichnis...................................................... 58
8 Anhang ............................................................................... 59
9 Danksagung........................................ 62
10 Tabellarischer Lebenslauf.................. 631
1 Zusammenfassung
1.1 Hintergrund und Ziele
Die Schmerzforschung besitzt weltweit einen hohen Stellenwert innerhalb der
medizinischen Grundlagenforschung. Hierbei hat aktuell insbesondere die
Erforschung des menschlichen Gehirns mittels nicht-invasiver funktioneller
Bildgebung (fMRT) wegweisende Erkenntnisse für die äußerst wichtige Bedeutung
des zentralen Nervensystems bei der Schmerzverarbeitung erbracht. Für die
Erforschung neuartiger Analgetika sind jedoch Tierexperimente unerlässlich. Hierbei
ist der sog. Formalin-Test einer der am besten untersuchten und am häufigsten
benutzen Methoden. Diesen Schmerztest mittels neuartiger funktioneller Bildgebung
nun am Versuchstier zu untersuchen und dabei Aufschluss über die an der
Schmerzverarbeitung beteiligten Gehirnstrukturen zu erhalten, war
Untersuchungsgegenstand dieser Arbeit. Das Institut für Experimentelle
Pharmakologie und Toxikologie der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-
Nürnberg bot hierfür mittels etabliertem Kleintier MR-Tomographen geeignete
Bedingungen, um spezifischer und detaillierter als in bisherigen Studien zu
untersuchen, welche Gehirnstrukturen für die Schmerzverarbeitung nach Formalin-
Injektion zuständig sind. Um aufzuzeigen, dass am Versuchstier mittels fMRT auch
analgetische Effekte darstellbar sind, wurde bei einigen Versuchstieren der
Formalintest nach Morphin-Applikation - als analgetischem Goldstandard -
vergleichend untersucht.
Ziel dieser experimentell angelegten Arbeit war die Darstellung der spezifischen
Schmerzantworten und deren Hemmung von 125 Gehirnarealen im Gehirn von
Ratten.
1.2 Versuchstiere, Material und Untersuchungsmethoden
Für diese Studie wurde nach dem Good Laboratory Practice (GLP) gearbeitet. Alle
Versuche wurden an Isofluran-betäubten Wistar-Ratten vorgenommen. Bei den
Formalin-Versuchen wurde 50 µl Formalin in die rechte Pfote subkutan injiziert. Bei
den Formalin-Morphin-Versuchen wurde kurz vorher zusätzlich Morphin, abhängig
vom Gewicht der Ratte, in die Schwanzvene intravenös appliziert. Die Aktivität im
Gehirn der Ratten wurde nicht invasiv mittels funktioneller
Magentresonanztomographie (BOLD-Signal) aufgezeichnet.
1.3 Ergebnisse und Beobachtungen
Unsere Ergebnisse b