Antworteigenschaften spinaler Trigeminusneurone auf noxische Stimulation der Nasennebenhöhlen - ein Rattenmodell für Rhinosinusitis-Kopfschmerzen

Hintergrund und Ziele: Erkrankungen der Nase oder der Nasennebenhöhlen können Kopfschmerzen verursachen, die unter 11.5.1 (akute Rhinosinusitiskopfschmerzen) und 11.5.2 (chronische Rhinosinusitiskopfschmerzen) der Internationalen Klassifikation der Kopfschmerzerkrankungen (ICHD-3) aufgeführt sind (“Headache Classification Committee of the International Headache Society (IHS) The International Classification of Headache Disorders, 3rd edition,” 2018). Patienten mit chronischer Rhinosinusitis haben ein neunmal höheres Risiko für chronische Kopfschmerzen (Aaseth et al., 2010). Die zu Grunde liegende Pathophysiologie dieser Kopfschmerzen ist kaum bekannt, wohingegen die Entstehung von Kopfschmerzen im Allgemeinen mit der Aktivierung intrakranieller Afferenzen in Verbindung gebracht wird. In einem Tiermodell an der Ratte haben wir daher Neurone im spinalen trigeminalen Nucleus mit nozizeptivem afferenten Input aus der Dura mater und den Nasennebenhöhlen aufgesucht und elektrophysiologisch charakterisiert. Die Eigenschaften dieser Neurone könnten möglicherweise die Entstehung von Rhinosinusitis-Kopfschmerzen beim Menschen erklären. Methoden: Bei 20 adulten, mit Isofluran anästhesierten Ratten wurden extrazelluläre Ableitungen mittels Mikroelektroden von sekundären Neuronen im spinalen Trigeminuskern durchgeführt, welche afferenten Input von der freigelegten frontalen oder parietalen Dura mater erhielten. Hierfür wurden die frontale Dura rostral der Sutura coronalis und die parietale Dura innerhalb der Grenzen der Suturae coronalis, sagittalis und lambdoidea per Schädeltrepanation auf einer Seite freigelegt. Die Dura mater und verschiedene rezeptive Felder im Gesicht, insbesondere die supraorbitale Region, wurden mechanisch mit Hilfe kleiner Glasstäbe und von Frey Filamenten stimuliert und so für jedes Neuron das rezeptive Feld kartografiert. Anschließend folgte die Untersuchung der ebenfalls per vorsichtiger Trepanation bis auf eine feine Knochenschicht von dorsal zugänglich gemachten Nasennebenhöhlen unter dem Os nasale und dem Os praemaxillare. Neben der mechanischen Stimulation erfolgte zusätzlich eine sequenzielle chemische Stimulation der freigelegten Nasennebenhöhlen durch Applikation von artefizieller extrazellulärer Flüssigkeit (SIF) als Vehikel, 40 mM Kaliumchlorid (KCl), 100 μM Bradykinin, 1% Ethanol (Vehikel für Capsaicin) und 100 μM Capsaicin. Dabei wurde nach Gabe der jeweiligen Substanzen die Aktivität der Neurone als Anzahl der ausgelösten Aktionspotentiale über eine Minute registriert, danach schloss sich entsprechend eine Auswaschphase und Ruhephase an, bevor die nächste Substanz verabreicht wurde. Ergebnisse und Beobachtungen: Insgesamt konnten 25 Neurone mit Input aus der frontalen Dura mater und Antworten auf die chemische Stimulation der Nasennebenhöhlen identifiziert werden. Einige dieser Neurone hatten zusätzliche rezeptive Felder in der parietalen Dura, die meisten von ihnen wiesen rezeptive Felder im Gesicht auf. Auf die Verabreichung von SIF, KCl und Ethanol auf die exponierten Nasennebenhöhlen folgte keine signifikante Veränderung der neuronalen Aktivität. Die Gabe von Bradykinin provozierte eine verstärkte Aktivität in Form von Aktionspotential-Clustern bei 20 Neuronen, Capsaicin führte zu einer Erhöhung der Aktivität bei 23 Neuronen. Schlussfolgerungen: Bestimmte sekundäre Neurone im spinalen Trigeminuskern werden durch mechanische Reizung der frontalen Dura mater und durch chemische Stimulation der Nasennebenhöhlen erregt. Dieses Aktivitätsmuster kommt am wahrscheinlichsten durch konvergenten Input trigeminaler Afferenzen mit Innervationsgebiet sowohl im Bereich der Dura mater als auch der Nasenhöhlen und gemeinsame Projektion in den Nucleus spinalis nervi trigemini zustande. Dies könnte die Entstehung von Cephalgien bei Erkrankungen der Nasennebenhöhlen erklären. Entzündungsmediatoren wie Bradykinin scheinen bei der nozizeptiven Aktivierung dieser Hirnstammneurone von den Nasennebenhöhlen aus sehr effektiv zu sein.