von Simon Schöpf
Der Neurologe Florian Frank arbeitet in der Forschungsgruppe für Kopf- und Gesichtsschmerzen an der Universitätsklinik für Neurologie, Innsbruck. In unserem Interview hat er uns spannende Einblicke in seine Forschung rund um die Migräne gewährt. Zum Einsatz kommt dabei unter anderem die (funktionelle) Magnetresonanztomographie (MRT bzw. FMRI) mit deren Hilfe Unterschiede in den Gehirnen von Patient*innen und gesunden Kontrollen gesucht wird. Der zweite große Teil seiner Grundlagenforschung befasst sich mit dem gezielten Auslösen von Migräne, um Einflussfaktoren zu identifizieren und so die Erkrankung besser verstehen zu können.
Was ist eigentlich Migräne?
Migräne ist eine eigenständige neurologische Erkrankung und gehört zu den primären Kopfschmerzerkrankungen. Primär bedeutet, dass der Schmerz selbst die Erkrankung ist und es keine strukturelle Ursache dafür gibt. Sekundäre Kopfschmerzerkrankungen entstehen in Verbindung mit einem Auslöser (aktuelles Bsp.: Kopfschmerzen durch COVID-19). Die Migräne tritt in Form von wiederkehrenden Attacken auf. Zwischen den Attacken sind die Patienten beschwerdefrei. Dazu kommt eine bestimmte Dauer (zwischen mindestens vier und 72 Stunden) und Stärke des Kopfschmerzes (fünf bis zehn auf einer zehnteiligen Skala). Der Schmerz tritt typischerweise pulsierend und einseitig auf und wird begleitet von Licht- und/oder Lärmempfindlichkeit, sowie Übelkeit und/oder Erbrechen. Häufig sind die Patient*innen während den Attacken rückzugbedürftig, d.h. sie wollen sich hinlegen und schlafen. Das Pulsieren/Pochen kann sich bereits durch leichte körperliche Betätigungen, wie z.B. Treppensteigen, wesentlich verstärken. Circa 20 % aller Migränepatient*innen haben eine sogenannte Migräne-Aura, eine Besonderheit, die kennzeichnend für die Erkrankung ist. Die Aura zeichnet sich durch visuelle Symptome aus: Flimmersehen, eingeschränktes Sichtfeld oder Sensibilitätsstörungen (Ameisenlaufen im Gesicht, auf der Zunge und den Lippen). Teilweise kommt es zuäußerst ausgeprägten Wahrnehmungsstörungen die auch einen Einzug in Kunst und Kultur gefunden hat (siehe Lewis Carroll und VanGogh). Bei speziellen Formen der Migräne kann es sogar kurzzeitig zur einseitigen Erblindung (Retinale Migräne) oder Lähmung (Familiäre hemiplegische Migräne) kommen.
Der Ursprung der Erkrankung ist noch nicht vollständig geklärt. Als Generator der Migräneattacke wird derzeit eine Fehlfunktion des Hirnstammes diskutiert. Die Migräneaura hingegen konnte mittlerweile elektrophysiologisch dargestellt werden. Hierbei handelt es sich um eine elektrische Entladung im Gehirn die mit 3mm/s von hinten (Okzipitalkortex) nach vorne (Motorcortex) „wandert“ (=Cortical Spreading Depression). Neben unterschiedlichsten Einflussfaktoren wie Umwelt, Ernährung und Hormonen, gibt es auch einen Zusammenhang mit der Vererbung, jedoch kann die Migräne (bis auf Sonderformen) nicht auf ein einzelnes Gen zurückgeführt werden.
Ewiger Begleiter
„Er schien etwas vor sich zu sehen, das wie ein Licht vor ihm leuchtete, gewöhnlich in einem Teil des rechten Auges; als dies endete, trat ein heftiger Schmerz in der rechten Schläfe ein, dann im ganzen Kopf und Nacken…. Erbrechen, wenn es möglich war, konnte vom Schmerz ablenken und diesen mäßigen.“ Dieses Zitat stammt von Hippokrates von Kos welcher bereits um ca. 400 v.Chr. die Symptome der Migräne beschrieb. Es gibt sogar noch ältere Beschreibungen bzw. Artefakte, die darauf schließen lassen, dass die Migräne uns Menschen bereits seit langer Zeit begleitet. Laut der „Global Burden of Disease“ Studie sind ca. 10 bis 15% der Weltbevölkerung von der Migräne betroffen, somit zählt sie zu den häufigsten neurologischen Erkrankungen. „Andere Kopfschmerzformen, wie z.B. Spannungskopfschmerzen sind noch häufiger, aber diese werden von den meisten Patient*innen als weniger belastend empfunden, so dass der Einfluss auf das alltägliche Leben geringer ist“, hält der Mediziner fest. Typischerweise tritt Migräne erstmals zwischen dem 15. und 45. Lebensjahr auf, wobei Frauen in etwa dreimal so oft betroffen sind wie Männer. Frauen verzeichnen den Beginn der Erkrankung häufig in der Pubertät und eine Besserung der Erkrankung in Schwangerschaft, Stillzeit und nach der Menopause, was auf hormonelle Zusammenhänge hinweist. Warum das Wetter ein Auslöser sein kann, haben laut Florian Frank US-amerikanische Forscher*innen untersucht. Diese stellten die These auf, dass es nicht direkt an den Druck- und Temperaturschwankungen bei einem Wetterwechsel liegt. Vielmehr sei es auf die Feinpartikel zurückzuführen, die bei einem Wetterwechsel aufgewirbelt werden, dabei die Nasenschleimhäute reizen und über den sogenannten axonalen Transport sogar die Blut-Hirn-Schranke passieren könne und so zu einer inflammatorischen Reaktion führen, was die Entstehung von Migräneattacken begünstigen kann.
MRT und Höhenkammer
Das Mittel der Wahl in der Kopfschmerzforschung ist das MRT. MRTs bieten einen hohen „Gewebekontrast“ und erlauben zusätzlich die Darstellung vom Sauerstoffgehalt in den roten Blutkörperchen, wodurch auf die Durchblutung, und so Aktivität, im Gehirn geschlossen werden kann. In der Migräneforschung wird versucht Unterschiede in den Gehirnen von gesunden und erkrankten Menschen festzustellen. Bei der Migräne gibt es jedoch keine eindeutigen morphologischen Unterschiede in den Gehirnarealen. Jedoch können funktionelle Unterschiede erkannt werden. So wurde bei Migränepatient*innen bisher eine Dysfunktion im Hirnstamm gezeigt. Der größte Schmerzrezeptor im Kopfbereich (Nervus Trigeminus) wird im Rahmen einer Migräneattacke überstimuliert und gerät in eine Art Feedbackschleife was zum weiteren entkoppeln des Gleichgewichts führt. Wird eine gewisse „Schwelle“ überschritten kommt es zu den oben beschriebenen Symptomen. Deswegen versuchen sich die Patient*innen dann zurückzuziehen, damit das Gehirn in Ruhe einen „Reset“ machen kann.
In der neuesten Migräneforschung kommt, neben der „klassischen“ bildgebenden MRT, die MRT-Spektroskopie dazu. Dabei werden mit Hilfe von MRTs gezielt Ionen (je nach Anwendung Wasserstoff, Phosphor, Natrium) angeregt und deren Resonanzfrequenz in bestimmt. Diese Frequenzen unterscheiden sich je nach Molekülzusammensetzung und ergeben ein Spektrum. Die MRT-Spektren von gesunden und erkrankten Menschen können dann verglichen werden, um Unterschiede in der molekularchemischen Hirnfunktion herauszufinden.
Da die Auslöser für Migräne vielfältig sein können, versuchte das Team um Florian Frank gezielt Attacken an freiwilligen Migränepatient*innen auszulösen, um die Erkrankung in Zukunft besser untersuchen zu können. Dazu nutzen sie die Hypothese, dass „reaktive Sauerstoffspezies“ (ROS) vermutlich im Zusammenhang mit der Migräne stehen, welche durch Sauerstoffmangel (Hypoxie) im Gehirn „erzeugt“ werden können. Das Institut für Sportwissenschaften der Universität Innsbruck stellte dafür ihre Höhenkammer zu Verfügung, in welcher die Proband*innen bei simulierten 4500 m.ü.M sich für sechs Stunden aufhielten. In der simulierten Höhe liegt der inspiratorische Sauerstoffpartialdruck nur bei 12,6% (im Vergleich zu ca. 21% in der normalen Atemluft). Insgesamt konnte bei 60% der Teilnehmer*innen eine Migräne und bei 16% sogar eine Migräneaura ausgelöst werden. Das experimentelle Auslösen von Migräneaura ist ein seltener und gleichzeitig hochspannender Erfolg, da die Migräneaura ein einzigartiges Ereignis ist, welches die Migräne von anderen Kopfschmerzen signifikant unterscheiden lässt.
Piercings und Placebo
Aufgrund der weiten Verbreitung der Erkrankung findet sich eine Vielzahl an Behandlungsmethoden, welche zum Teil wissenschaftlich umstritten sind, wie z.B. Anti-Migräne-Piercings oder Akupunktur. Florian Frank hält dazu fest: „In den ständig aktualisierten Guidelines zur Migränetherapie werden die Ergebnisse aus kontrollierten und im Idealfall geblindeten und randomisierten Studien zusammengefasst. Für viele alternative Behandlungsmethoden gibt es, um eine endgültige Entscheidung zu treffen, nur wenige Studien mit teilweise geringer Fallzahl und Qualität. Man muss auch beachten, dass bei Migränestudien ein besonders hoher Placeboeffekt auftritt. Je nach Invasivität des Eingriffs (Spritze, orale Medikation, Akupunktur) erfahren bis zu 30% der Patient*innen die ein Placebo einnehmen, eine Besserung. D.h. ein zugelassenes Arzneimittle oder Therapie muss zu den 30% noch eine signifikant höhere Verbesserung erzielen.
Moleküle tanzen lassen
Florian Franks Faszination an seiner Forschung ist, neben dem Wohl der Patient*innen, die vielen Rätsel die unser „kleiner Computer da oben“ noch bereithält. Besonders das MRT hat es ihm angetan: „Bildgebung ist wahnsinnig spannend. Man kann Wasserstoffatome für sich ‚tanzen‘ lassen, um diese ‚Black Box‘ ein bisschen weiter zu entschlüsseln und besser verstehen zu können.“
Weitere Ressourcen:
Researchgate Profil von Florian Frank https://www.researchgate.net/profile/Florian_Frank5
Klassifikation von Kopfschmerzen: https://ichd-3.org/
Global Burden of Disease Study: https://www.thelancet.com/gbd
Zitat von Hippokrates von Kos: „He seemed to see something shining before him like a light, usually in part of the right eye; at the end of a moment, a violent pain supervened in the right temple, then in all the head and neck…. vomiting, when it became possible, was able to divert the pain and render it more moderate.”
https://jnnp.bmj.com/content/jnnp/49/10/1097.full.pdf
https://sae.saw-leipzig.de/de/dokumente/papyrus-ebers
Migräne und Hypoxie (Open Access): https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/0333102420949202
Wetter und Migräne (Paywall): https://headachejournal.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/head.12725