FACULTEIT GENEESKUNDE EN

GEZONDHEIDSWETENSCHAPPEN

Academiejaar 2010 - 2011

FUNCTIONELE PROTON MAGNETISCHE

RESONANTIE SPECTROSCOPIE IN DE

FYSIOPATHOLOGIE VAN MIGRAINE:

de dynamiek van lactaat

Anneloor DIERICKX

Promotor: Prof. Dr. E. Achten

Co-promotor: Prof. Dr. K. Paemeleire

Scriptie voorgedragen in de 2de Master in het kader van de opleiding tot

MASTER IN DE GENEESKUNDE

FACULTEIT GENEESKUNDE EN

GEZONDHEIDSWETENSCHAPPEN

Academiejaar 2010 - 2011

FUNCTIONELE PROTON MAGNETISCHE

RESONANTIE SPECTROSCOPIE IN DE

FYSIOPATHOLOGIE VAN MIGRAINE:

de dynamiek van lactaat

Anneloor DIERICKX

Promotor: Prof. Dr. E. Achten

Co-promotor: Prof. Dr. K. Paemeleire

Scriptie voorgedragen in de 2de

Master in het kader van de opleiding tot

MASTER IN DE GENEESKUNDE

“De auteur en de promotor geven de toelating dit afstudeerwerk voor consultatie beschikbaar te

stellen en delen ervan te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de

beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting uitdrukkelijk de

bron te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit dit afstudeerwerk.”

6 mei 2011

Anneloor Dierickx Prof. Dr. Eric Achten

Voorwoord

„Functionele proton magnetische resonantie spectroscopie in de fysiopathologie van migraine: de

dynamiek van lactaat‟ was mijn thesisonderwerp van eerste keuze, en ik ben dan ook heel dankbaar

dat ik deel heb mogen uitmaken van deze studie. Het was een leerrijke en veelzijdige ervaring die ik

met voldoening presenteer in dit proefschrift.

Graag zou ik mijn dank willen betuigen aan Professor Dr. E. Achten en Professor Dr. K. Paemeleire,

omdat ze mij de kans geboden hebben om deel te nemen aan deze uitdagende studie. Professor Dr. E.

Achten wil ik tevens bedanken voor het ter beschikking te stellen van het MR-researchgebouw en de

nodige beeldvormende apparatuur om deze studie waar te kunnen maken. Professor Dr. K. Paemeleire

wil ik graag bedanken voor zijn inzet in de recrutering van de migraine patiënten alsook voor zijn

aanstekelijke interesse en boeiende kennisoverdracht betreffende migraine en meer algemeen,

neurologie .

Mijn speciale dank gaat uit naar Harmen Reyngoudt, voor zijn uitstekende begeleiding over alle

aspecten van deze thesis. Bedankt om mij wegwijs te maken in de wetenschap van de spectroscopie

alsook voor de vele uitleg en hulp die je me verleende over deze twee jaar. Een thesisstudent kan zich

geen betere begeleider wensen.

Ik wil graag mijn ouders bedanken voor hun eindeloze positieve aanmoedigingen en steun. Verder had

ik ook graag mijn broer Willem willen bedanken voor zijn bijdrage aan de vormgeving van deze thesis.

Tevens had ik graag mijn vriend Koen bedankt voor het inhoudelijke nazicht van mijn thesis en zijn

zus Julie voor het maken van de illustratie van de rekruteringsaffiche.

Tot slot zou ik graag mijn grote dankbaarheid willen uitdrukken aan alle deelnemers van de studie.

Anneloor Dierickx

Inhoudsopgave

ABSTRACT .............................................................................................................................. 1

INLEIDING .............................................................................................................................. 2

1. MIGRAINE ................................................................................................................................................... 2

1.1 Definitie en classificatie ......................................................................................................................... 2

1.2 Epidemiologie ........................................................................................................................................ 3

1.3 Neurobiologie ........................................................................................................................................ 4

1.3.1 Corticale spreidende depressie, aura en het trigeminovasculaire systeem ................................. 4

1.3.2 Neurotransmitters en farmacologische targets .............................................................................. 6

1.3.3 Ictaal versus interictaal en de invloed van triggers........................................................................ 7

1.3.4 Genetica ........................................................................................................................................ 8

1.3.5 Deficiënte corticale habituatie ..................................................................................................... 10

1.3.6 NO overgevoeligheid .................................................................................................................. 11

1.3.7 Metabole dysfunctie .................................................................................................................... 11

2. MAGNETISCHE RESONANTIE SPECTROSCOPIE EN MIGRAINE .................................................... 13

2.1 Principe van MRI en MRS .................................................................................................................. 13

2.2 MRS en migraine ................................................................................................................................. 21

2.3 Lactaat.................................................................................................................................................. 22

METHODOLOGIE ............................................................................................................... 28

1. DOEL VAN DE STUDIE ................................................................................................................................... 28

2. PROEFPERSONEN .......................................................................................................................................... 28

3. 1H-MRS EN VISUELE STIMULATIE ................................................................................................................ 29

3.1 Spectrale analyse.................................................................................................................................. 31

3.2 Kwantificatie ........................................................................................................................................ 32

3.3 Statistische analyse .............................................................................................................................. 32

RESULTATEN ....................................................................................................................... 33

1. KWALITEIT VAN HET IN VIVO SPECTRUM ...................................................................................................... 33

1.1 Fitting (specificiteit) ............................................................................................................................ 33

1.2 Signaal-ruisverhouding (sensitiviteit) .................................................................................................. 33

2. SIGNAALAMPLITUDES .................................................................................................................................. 34

2.1 Signaalvariatie in vitro (fantoom) ........................................................................................................ 34

2.2 Signaalvariatie in vivo ......................................................................................................................... 35

2.2.1 Variatie in het signaal tijdens het volledige paradigma ............................................................... 36

2.2.2 Variatie in het signaal tussen de verschillende stappen van het paradigma ............................... 36

2.2.3 Variatie in het signaal tussen de verschillende stappen van het paradigma bij controle X ....... 37

3. RELATIEVE KWANTIFICATIE ......................................................................................................................... 38

4. ABSOLUTE KWANTIFICATIE .......................................................................................................................... 39

DISCUSSIE ............................................................................................................................. 42

REFERENTIES ...................................................................................................................... 45

APPENDIX A: THE INTERNATIONAL HEADACHE CLASSIFICATION ................ 51

APPENDIX B: RECRUTERINGSAFFICHE ..................................................................... 55

APPENDIX C: MR-VRAGENLIJST................................................................................... 56

APPENDIX D: VERKLARENDE WOORDENLIJST ...................................................... 57

1

Abstract

Migraine is een frequent voorkomende invaliderende vorm van primaire hoofdpijn. De 1-

jaarsprevalentie van migraine bedraagt 11% en het komt drie keer meer voor bij vrouwen dan bij

mannen. Het treft voornamelijk de actieve bevolking en heeft bijgevolg een grote socio-economische

impact. Migraine wordt klinisch beschreven volgens de criteria van de „International Headache

Society‟ en kan in twee grote subtypes opgedeeld worden: migraine zonder aura (MO) en migraine

met aura (MA). De fysiopathologie ervan is nog niet volledig opgehelderd maar omvat mogelijks een

excessieve corticale activatie ten gevolge van een deficiënte habituatie bij repetitieve stimulatie

alsook een verminderde mitochondriale energiereserve in de hersenen.

Proton magnetische resonantie spectroscopie (1H-MRS) werd reeds in verscheidene studies

aangewend om op een niet-invasieve manier lactaatveranderingen in de geactiveerde cerebrale cortex

te meten. Een aantal van deze studies toonden een hoger basaal lactaatgehalte alsook een grotere

stijging van het lactaatgehalte tijdens de visuele stimulatie bij MA patiënten in vergelijking met

controles. Gelijkaardige studies betreffende de meest frequent voorkomende vorm van migraine, MO,

zijn echter schaars.

Reyngoudt et al. (2011) demonstreerden aan de hand van een 31

P-MRS studie een verlaagd

adenosinetrifosfaat (ATP) en fosfocreatine (PCr) gehalte in de visuele cortex van MO patiënten in rust,

suggestief voor een reductie in het aërobe metabolisme [58] en dit bood de ideale voorzet voor verder

onderzoek. Het doel van deze studie was na te gaan of het lactaatgehalte bij MO patiënten tijdens en

na visuele stimulatie gestegen zou zijn. Dit onderzoek werd niet enkel beschreven in dit proefschrift,

het werd tevens gepubliceerd in „The journal of headache and pain‟ [59].

De opzet van deze studie, die twintig MO patiënten en twintig controlepersonen includeerde, was het

uitvoeren van een 3T-1H-MRS onderzoek waarbij een 12 minuten durende visuele stimulatie werd

toegepast aan een frequentie van 8 Hz via een MR-compatibele bril. Er werden geen significante

verschillen in signaalintensiteiten, verhoudingen en absolute concentraties van de metabolieten

(inclusief lactaat) geobserveerd tussen de MO patiënten en de controles. Lactaat vertoonde ook geen

significante stijging tijdens of na het toedienen van de visuele stimulatie bij zowel de MO patiënten als

de controles.

Het moet vermeld worden dat eventuele subtiele lactaatveranderingen mogelijks niet gedetecteerd

werden in migrainepatiënten en controles, gezien de detectielimiet voor lactaat met fMRS in de orde

van 0.1-0.2 µmol/g is. Deze studie pleit evenwel tegen een significante omschakeling naar anaëroob

metabolisme tijdens langdurige visuele stimulatie in de visuele cortex van MO patiënten.

2

Inleiding

1. MIGRAINE

1.1 Definitie en classificatie

Volgens de richtlijnen van de International Headache Society (IHS) wordt een onderscheid gemaakt

tussen (1) primaire hoofdpijn, (2) secundaire hoofdpijn en (3) craniale neuralgieën, faciale pijn en

andere hoofdpijn. Secundaire hoofdpijn is het gevolg van een onderliggende aandoening, zoals: hoofd-

en/of nektrauma, transient ischemic attack (TIA), cerebrovasculair accident (CVA), hersenbloeding,

hersentumor, epilepsie, middelengebruik of abstinentie ervan, infectie, psychiatrische stoornis, etc. [75]

Bij primaire hoofdpijn daarentegen is er geen sprake van een onderliggende aandoening, naast

migraine behoren ook spanningshoofdpijn en clusterhoofdpijn tot deze categorie [75]. Zie Appendix A

voor de volledige IHS classificatie van hoofdpijn.

Migraine is een frequent voorkomende invaliderende aandoening die gekenmerkt wordt door een

episodisch verloop met hoofdpijnaanvallen die onbehandeld 4-72 uur duren. Migraine voldoet aan

minstens twee van de volgende criteria: (1) unilateraal gelokaliseerd, (2) kloppende pijn,

(3) middelmatige tot ernstige pijnintensiteit en/of (4) verergeren van de pijn bij routine fysieke

activiteit of een aanleiding tot de vermijding hiervan [75]. Migraine is ook steeds geassocieerd met één

van de volgende symptomen: (1) misselijkheid en/of braken, (2) foto- en fonofobie [75].

Migraine wordt onderverdeeld in twee grote subtypes: migraine zonder aura (MO) en migraine met

aura (MA) (tabel 1). Migraine zonder aura is de meest frequent voorkomende vorm. Bij 20-30 % van

de migrainepatiënten treden er auraverschijnselen op (MA) [75]. Deze aura‟s uiten zich in aanvallen

van reversibele neurologische symptomen die zich gradueel manifesteren over het verloop van

minstens 5 minuten en niet langer dan 60 minuten duren (per symptoom) [75]. Deze neurologische

manifestaties kunnen zijn: visuele symptomen met positieve (zoals lichtjes, vlekken of lijnen) of

negatieve (scotomen) verschijningsvorm, sensibele symptomen met positieve (naaldenprikken) of

negatieve (gevoelloosheid) verschijningsvorm en taal/spraakmoeilijkheden. Meestal wordt deze aura

binnen het uur gevolgd door hoofdpijn met de kenmerken van MO (typische aura met migraineuze

hoofdpijn) [75].

Andere subtypes van MA zijn: (1) typische aura met niet-migraineuze hoofdpijn, (2) typische aura

zonder hoofdpijn, (3) familiale hemiplegische migraine (FHM), (4) sporadische hemiplegische

migraine (SHM) en (5) basilaire migraine [75].

3

Een volledig overzicht van alle voorkomende types van migraine en complicaties ervan zijn opgesomd

in tabel 1 [75].

Migraine

1. Migraine zonder aura

2. Migraine met aura

2.1 Typische aura met migraineuze hoofdpijn

2.2 Typische aura met niet-migraineuze hoofdpijn

2.3 Typische aura zonder hoofdpijn

2.4 Familiale hemiplegische migraine (FHM)

2.5 Sporadische hemiplegische migraine

2.6 Basilaire migraine

3. Periodische syndromen in de kindertijd die frequent precursoren zijn van migraine

3.1 Cyclisch braken

3.2 Abdominale migraine

3.3 Benigne paroxismale vertigo in de kindertijd

4. Retinale migraine

5. Complicaties van migraine

5.1 Chronische migraine

5.2 Status migrainosus

5.3 Persistente aura zonder herseninfarct

5.4 Migraineus herseninfarct

5.5 Migraine-getriggerde convulsie

Tabel 1. De IHS classificatie van migraine. Bron: International Headache Society [75]

1.2 Epidemiologie

Migraine heeft een gemiddelde 1-jaarsprevalentie van 11% en komt drie keer meer voor bij vrouwen

dan bij mannen [5]. Vóór de puberteit is migraine meer prevalent bij jongens maar vanaf de

adolescentie is het meer prevalent bij meisjes [5]. Migraine heeft een piek prevalentie tussen de 25j en

55j, treft dus voornamelijk de actieve bevolking en heeft bijgevolg een grote socio-economische

impact (werkverzuim) [20]. De World Health Organisation (WHO) schat dat wereldwijd ongeveer

324 miljoen mensen getroffen zijn door migraine en rangschikt migraine als 19de

in de lijst van meest

invaliderende aandoeningen [37].

4

1.3 Neurobiologie

De zoektocht naar de onderliggende fysiopathologische mechanismen van migraine houdt menig

wetenschapper in de ban. De kennis is de laatste jaren aanzienlijk geëvolueerd maar er zijn nog steeds

talrijke controversen en onbeantwoorde vragen. Migraine is dus een „hot topic‟ in de

onderzoekswereld en vele onderzoeksgroepen dragen bij tot deze dynamische en kritische dialoog. In

dit proefschrift wordt er slechts een tipje van de sluier gelicht van het complexe causaliteitsmodel van

migraine: corticale spreidende depressie, triggers, deficiënte corticale habituatie, genetica, NO-

overgevoeligheid, metabole dysfunctie etc. Momenteel bestaat er echter nog geen sluitende theorie die

al deze elementen verbindt.

1.3.1 Corticale spreidende depressie, aura en het trigeminovasculaire systeem

Sinds de eerste beschrijving van corticale spreidende depressie (CSD) door Leão (1944) is algemeen

aangenomen dat CSD het elektrofysiologisch correlaat is van de migraineuze aura [36, 81]. Leão

beschreef CSD als een zelf-propagerende golf van intense neuronale activiteit (depolarisatie), startend

in de occipitale cortex (figuur 1), die zich gestaag (± 3 mm/min) uitspreidt over de cortex en gevolgd

wordt door een periode van neuronale inactiviteit [36]. Cao (1999) postuleerde dat CSD mogelijks aan

de basis ligt van de migraineaanval onafhankelijk van de aanwezigheid van aura symptomen [11]. Het

is nog niet volledig opgehelderd hoe CSD ontstaat.

Figuur 1. Corticale spreidende depressie (CSD) volgens Leão. CSD is een zelf-propagerende golf van intense

neuronale activiteit die start in de occipitale cortex, zich gestaag uitspreidt en gevolgd wordt door een periode van

neuronale inactiviteit. Bron: www.migraine-aura.org

De CSD golf veroorzaakt activatie van het trigeminovasculaire systeem door de loslating van

calcitonin gene-related peptide (CGRP), neurokinine A en substance P (SP) met als gevolg

vasodilatatie en verhoogde cerebrale bloeddoorstroming, alsook extravasatie van pro-inflammatoire

proteïnes uit de bloedvaten (steriele inflammatie) [15]. Dit resulteert in neurogene inflammatie van de

meningen met als gevolg activatie van de trigeminale zenuwuiteinden (figuur 2). Deze zenuwuiteinden

projecteren naar het trigeminale ganglion (1e orde neuron), die dan op zijn beurt het

trigeminocervicale complex (2e orde neuron, bestaande uit de trigeminale nucleus caudalis en de

dorsale hoorn van C1 en C2) activeert [25]. Het trigeminocervicale complex projecteert naar de

thalamus, deze brengt het signaal over naar de sensoriële cortex en veroorzaakt hoofdpijn [15].

5

Sensitisatie van de perifere en nadien ook de centrale sensoriële zenuwuiteinden maakt de

nociceptieve vezels gevoelig voor arteriële pulsaties en beweging, dit biedt een verklaring voor het

pulserende karakter van de pijn en het verergeren ervan bij hoesten, bukken of bewegen van het hoofd

[15]. De centrale sensitisatie staat mogelijks ook in voor de allodynie (verschijnsel waarbij niet-

pijnlijke prikkels als pijnlijk worden ervaren) die 2/3e van de patiënten ondervindt tijdens een

migraineaanval [15]. Het hersenweefsel zelf is niet pijngevoelig, de meningen en de grote

hersenbloedvaten daarentegen wel. Pijn afkomstig van deze structuren straalt uit naar het voorhoofd,

de nek en de hoofdhuid [15].

Figuur 2. Het trigeminovasculaire systeem. Neurogene inflammatie van de meningen resulteert in activatie van de

trigeminale zenuwuiteinden, deze projecteren naar het trigeminale ganglion (1e orde neuron) om nadien het

trigeminocervicale complex (2e orde neuron (TCC), bestaande uit de trigeminale nucleus caudalis en de dorsale hoorn

van C1 en C2) te activeren. Het trigeminocervicale complex projecteert verder naar de thalamus en deze brengt het

signaal over naar de sensoriële cortex. Bron: [25]

6

1.3.2 Neurotransmitters en farmacologische targets

Serotonine is een mono-amine (5-hydroxytryptamine, 5-HT) gesynthetiseerd uit tryptofaan en speelt

een belangrijke rol in de fysiologie van de gemoedstoestand, gastro-intestinale motiliteit en vasculaire

functie. Migrainepatiënten hebben een laag plasma serotoninegehalte interictaal en een verhoogde

ictale urinaire 5-hydroxy-indol-azijnzuur (5-HIAA, de belangrijkste metaboliet van serotonine)

excretie [45, 48]. Reserpine (een depletor van serotonine) kan een migraineaanval precipiteren en de

intraveneuze injectie van serotonine doet de hoofdpijnintensiteit dalen tijdens een aanval [45]. Deze

bevindingen zijn suggestief voor een rol van serotonine in de fysiopathologie van migraine en

serotoninereceptoren zijn dan ook een belangrijke target in de aanvalsbehandeling van migraine.

Triptanen worden verondersteld hun activiteit uit te oefenen via drie mechanismen (figuur 3). Het

eerste mechanisme betreft de stimulatie van de 5-HT1B/1D receptoren op de gladde spiercellen van de

meningeale bloedvaten, leidend tot vasoconstrictie. Het tweede mechanisme is de stimulatie van de 5-

HT1B/1D receptoren op de perifere trigeminale nociceptieve zenuwuiteinden, dit leidt tot verminderde

vrijstelling van neuropeptiden en dus inhibitie van de neurogene perivasculaire inflammatie. Het derde

mechanisme betreft de inhibitie van de 2e orde neuronen in het trigeminocervicale complex .[26]

Figuur 3. Mogelijke aangrijpingspunten van triptanen in het trigeminovasculaire systeem. Vessel : meningeaal

bloedvat. Peripheral neuron: perifere trigeminale nociceptieve zenuwuiteinde. Central neuron: 2e orde neuron in het

trigeminocervicale complex. Bron: [26]

7

Dopamine is een catecholamine dat gesynthetiseerd wordt uit tyrosine en speelt een belangrijke rol in

talrijke hersenfuncties zoals cognitie, willekeurige motoriek, motivatie, inhibitie van de prolactine

loslating etc. De mogelijke pathogenetische rol van dopamine in migraine is nog niet volledig

opgehelderd maar betreft onder meer een dopaminerge hypersensitiviteit [45] en een verhoogd

dopaminegehalte in de bloedplaatjes van migrainepatiënten [16]. De dopamine agonist lisuride blijkt

nuttig te zijn in de profylactische behandeling van migraine, maar dit zou ook kunnen werken via een

5-HT2B antagonisme [45]. Haloperidol, een inhibitor van D1, D2, 5-HT2, H1 en α2-adrenerge

receptoren, zou nuttig zijn in de aanvalsbehandeling van migraine [45]. Deze argumenten suggereren

een potentiële rol van dopamine in de fysiopathologie van migraine.

Glutamaat is de belangrijkste excitatorische neurotransmitter in het centrale zenuwstelsel en medieert

zijn effecten enerzijds via de ionotrope NMDA-(N-methyl-D-asparginezuur), AMPA-(α-amino-3-

hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropioninezuur) en kainaatreceptoren en anderzijds via de metabotrope

glutamaatreceptoren [16]. Enkele studies demonstreerden hogere glutamaat- en aspartaatgehaltes in

bloedplaatjes, plasma en het cerebrospinaal vocht van migrainepatiënten [16]. Voorts zou de inname

van glutamaatrijk voedsel in staat zijn een migraineaanval uit te lokken in voorbeschikte personen.

Deze bevindingen zijn het meest uitgesproken bij MA patiënten en zijn suggestief voor het bestaan

van een neuronale hyperexciteerbaarheid bij migrainepatiënten [16].

Overige potentiële doelwitreceptoren in de behandeling van migraine zijn: adrenerge-, calcitonine

gene-related peptide- (CGRP1 en CGRP2), adenosine- (A1, A2 en A3), endotheline- en vrouwelijke

hormoon- (oestrogeen en progesteron) receptoren [48].

1.3.3 Ictaal versus interictaal en de invloed van triggers

Migraine is een aandoening gekenmerkt door een onderliggende hersenaandoening (interictaal) die de

hersenen vatbaar maakt voor episodische migraineaanvallen (ictaal). Subcorticale structuren zoals de

hersenstam, de hypothalamus en de thalamus zijn belangrijke actoren in het genereren van een

migraine aanval (ictaal) [25]. Inzake de onderliggende fysiopathologische mechanismen die

predisponeren voor een migraineaanval en kenmerkend zijn voor de aandoening „migraine‟

(interictaal), bestaan er meerdere factoren die een rol zouden kunnen spelen. Tot nu toe is er nog geen

eenduidig geïntegreerde visie die een duidelijk antwoord geeft op deze vraag. De belangrijkste van

deze factoren zijn: (1) genetische predisposititie, (2) gebrek aan corticale habituatie, (3) NO

overgevoeligheid en (4) metabole dysfunctie (zie verder).

8

D‟Andrea en Leon (2010) beschouwen migraine als een biobehavioral disorder of threshold disorder.

Zij stellen dat migraine een multifactoriële aandoening is waarbij de aanvallen het gevolg zijn van de

inwerking van stressoren op een hyperexciteerbaar brein [16].

In de literatuur zijn talrijke uitlokkende factoren beschreven voor migraine, en in de algemene

klinische praktijk heerst de opvatting dat het vermijden van deze triggers een adequate strategie is om

migraineaanvallen te voorkomen [32].

Kelman (2007) bestudeerde 1207 migrainepatiënten en stelde vast dat migraineaanvallen getriggerd

waren bij 75.9% van deze patiënten: occasioneel in 40.4% van de patiënten, frequent (>33% van de

hoofdpijnaanvallen) in 26.7% van de patiënten en heel frequent (>66% van de aanvallen) in 8.8% van

de patiënten. De meest frequent beschreven triggers hierbij waren: hormonen (bij vrouwen), stress,

vasten, weersomstandigheden, parfum/geuren, verstoring van de slaap, licht, rook, warmte, laat

uitslapen, voedsel, fysieke activiteit, seksuele activiteit [32]. Triggers zijn niet te verwarren met de

oorzaak van migraine, zij hebben enkel een bijdragende functie in het uitlokken van een aanval.

1.3.4 Genetica

Migraine speelt zich niet enkel af in je hersenen, kennelijk ook in je genen: tweeling- en familiale

studies tonen aan dat er een genetische basis bestaat voor migraine. Russell et al.(1995) toonden aan

dat eerstegraadsverwanten van MO patiënten een 2 maal verhoogd risico hebben op MO en een 1.4

maal verhoogd risico op MA in vergelijking met controles [63]. Omgekeerd geldt dat

eerstegraadsverwanten van MA-patiënten een 4 maal verhoogd risico op MA en geen verhoogd risico

op MO hebben [63].

Studies over FHM, een zeldzame erfelijke vorm van MA, konden mutaties aantonen in drie genen die

een rol spelen in de controle van het ion- en neurotransmittergehalte in de hersenen, suggestief voor

een neuronale hyperexciteerbaarheid als belangrijk mechanisme in migraine fysiopathologie [17]. Er

werd echter geen overtuigend bewijs gevonden dat diezelfde genen ook een rol zouden spelen in

MA/MO, alhoewel er wel belangrijk bewijs bestaat dat er een rol is weggelegd voor verstoorde ionen-

en neurotransmitter regulatie [17].

Epidemiologische studies beschrijven een familiaal voorkomen van migraine met frequente maternele

transmissie, mogelijks duidend op een genetische mitochondriale basis. De observatie van het frequent

voorkomen van migraineaanvallen bij MELAS (Mitochondrial myopathy, Encephalopathy, Lactic

Acidosis, and Stroke-like episodes) patiënten pleit ook in het voordeel van voorgenoemde hypothese

betreffende de dysfunctionele energievoorziening bij migrainepatiënten [34]. Het MELAS-syndroom

is een maternaal overerfbare multisysteem aandoening veroorzaakt door mutaties in het

mitochondriale DNA (mtDNA).

9

In de literatuur zijn bij enkele migrainepatiënten mitochondriale abnormaliteiten beschreven, maar

systematische screening slaagde er tot nu toe niet in een duidelijk verband tussen migraine en bepaalde

mitochondriale DNA-afwijkingen aan te tonen [34].

In de veronderstelling dat de hersenen van migrainepatiënten gekenmerkt zouden zijn door een

gereduceerde mitochondriale fosforylatiepotentiaal, kan men redeneren dat riboflavine profylactisch

zou kunnen werken door verbetering van de mitochondriale energievoorziening. Riboflavine of

coenzyme Q10 is een essentieel element van de mitochondriale elektronentransportketen, die vrij

beweegt in de binnenste mitochondriale membraan en zo elektronen van het NADH dehydrogenase

complex (complex I) en succinaat-Q-reductase complex (complex II) naar cytochroom C transfereert

(figuur 4). Di Lorenzo et al.(2009) bestudeerden twee specifieke mitochondriale DNA (mtDNA)

haplotypes (H en non-H) en hun respons op riboflavine [18]. Riboflavine bleek meer effectief te zijn

bij migrainepatienten met het non-H mtDNA haplotype. Het onderliggende mechanisme is ongekend,

maar het zou mogelijks te maken hebben met een verhoogde activiteit in complex I (belangrijk target

van riboflavine) bij deze patiënten [18]. Het zou dus mogelijks eerder te maken hebben met haplotypes

(polymorfismen) van mtDNA eerder dan werkelijke mutaties in de genen die coderen voor de

respiratoire keten enzymen .

Figuur 4. De mitochondriale elektronentransportketen. Riboflavine of coenzyme Q10 beweegt vrij in de binnenste

mitochondriale membraan en transfereert zo elektronen van het NADH dehydrogenase complex (complex I) en

succinaat-Q-reductase complex (complex II) naar het cytochroom C (Cyt C) . Bron: [61]

In een uitgebreide genoomstudie (GWAS, Genome-Wide Association Study) over migraine claimen

de onderzoekers een associatie met het rs1835740 allel (single nucleotide polymorfisme) op

chromosoom 8q22.1 [1]. Dit allel is gelokaliseerd tussen, en speelt op die manier een rol in de

regulatie van twee genen : het metadherin (MTDH) gen en het plasma glutamaat carboxypeptidase

(PGCP) gen [1]. Deze genen spelen beide een belangrijke rol in de homeostase van glutamaat, een

neurotransmitter die al eerder een potentiële rol kreeg toegeschreven in de fysiopathologie van

migraine (zie 1.3.2).

10

Gezien de hoge prevalentie van migraine zou de ontdekking van één verantwoordelijk gen verassend

zijn, want dit zou betekenen dat dit gen veel meer voorkomend zou zijn in de bevolking dan elk ander

gekend ziekte-veroorzakend gen. Eerder dan de ontdekking van één oorzakelijk gen/mutatie zijn in de

literatuur een variëteit aan genetische polymorfismen beschreven, helaas geen enkele daarvan

reproduceerbaar. Russell et al. (1995) bestudeerden MA en MO aan de hand van een complexe

segregatieanalyse en kwamen tot de conclusie dat er voor beide soorten een patroon van

multifactoriële overerving bestaat. Bij deze analyse werd evenwel geen rekening gehouden dat één

fenotype door verschillende genotypes bepaald kan zijn (genetische heterogeniteit), hierdoor kunnen

we dus niet uitsluiten dat er een mendeliaans overervingspatroon zou kunnen bestaan [62].

1.3.5 Deficiënte corticale habituatie

Inzake de functionele status van het migraineuze brein bestaat er een duidelijke tegenstelling in de

literatuur. Volgens Welch (2003) is er sprake van een interictale hyperexciteerbaarheid [81] terwijl

Ambrosini en Schoenen (2003) beweren dat er eerder sprake zou zijn van een hypoexciteerbaar brein

[2]. Fumal et al. (2003) stellen dat deze controverse in de literatuur waarschijnlijk te wijten is aan

onderzoeksgerelateerde methodologische verschillen en een zwakke betrouwbaarheid van de

fosfeenmetingen bij de „Transcranial Magnetic Stimulation‟ (TMS) [22]. Deze discutabele kwestie

buiten beschouwing gelaten is er een vrij algemeen heersende eensgezindheid inzake de stelling dat

migraine een aandoening is gekenmerkt door twee fenomenen: excessieve corticale activatie ten

gevolge van een deficiënte habituatie [57, 58, 68, 69] alsook een verminderde mitochondriale

energiereserve in de hersenen [57, 58].

Habituatie is een proces van verminderde respons bij aangehouden stimulatie en is een

beschermingsmechanisme van de cerebrale cortex tegen sensoriële overload [14]. Het proces van

habituatie is uitgebreid bestudeerd aan de hand van neurofysiologische experimenten : TMS [7, 22,

67], „Visual Evoked Potentials‟ (VEP) [67], „Contingent Negative Variation‟ (CNV) [2, 14] alsook

functionele beeldvorming (fMRI) [9].

De informatieverwerking bij migrainepatiënten wordt gekenmerkt door een habituatiestoornis,

ongeacht of het de visuele, auditieve, somato-sensoriële of cognitieve potentialen betreft [2].

Onderliggende mechanismen van deze gebrekkige habituatie bij migrainepatiënten zijn onzeker. Er

zijn verschillende hypothesen waaronder het bestaan van een hypo/ hyperexciteerbaarheid van

motorische en sensorische cortex, alsook een afgenomen pre-activatie van de sensorische cortex

mogelijks ten gevolge van hypofunctionele subcortico-corticale aminerge banen [14].

11

1.3.6 NO overgevoeligheid

NO (nitric oxide) is een gasvormige signaalmolecule gevormd door NOS (NO-synthase), waarvan 3

isovormen aanwezig zijn in het lichaam: endotheliale NOS (eNOS), neuronale NOS (nNOS) en

induceerbare NOS (iNOS). Het eNOS komt voor in de endotheliale cellen van de durale en cerebrale

arteriën, terwijl het nNOS in de neuronen voorkomt. [51]

Theoretisch zijn er drie potentiële aangrijpingspunten voor NO in migraine beschreven. Als eerste

aangrijpingspunt beschrijft men de nitroxiderge parasympathische zenuwvezels: migraine is mogelijks

geïnduceerd door stimulatie van deze vezels met als gevolg vasodilatatie van cerebrale arteriën. Het

tweede punt betreft het vasculair endotheel: migraine is potentieel geïnduceerd door gestegen

plasmaconcentraties van agentia die binden op de endotheliale receptoren met NO vrijlating tot gevolg.

Het laatste punt betreft het centraal zenuwstelsel: NO is betrokken in de pijnverwerking in het centrale

zenuwstelsel en induceert migraine mogelijks via centrale mechanismen. [51]

Olesen (2008) beschrijft dat NO een cruciale rol speelt in de fysiopathologie van primaire hoofdpijn.

Toediening van nitroglycerine (NTG, actief product:NO) veroorzaakt hoofdpijn bij controles en een

tweedelige MO-aanval bij MO en MA patiënten [51]. NO blijkt dus een universele trigger voor

migraine te zijn. Deze gegevens zijn suggestief voor het bestaan van een NO-hypersensitiviteit en

hierbij zou een abnormale status van sensoriële (trigeminale en spinale) prikkelbaarheid een rol

kunnen spelen [54].

Deze NO-hypothese biedt een voorzet om verder onderzoek te verrichten naar nieuwe potentiële

farmacologische targets in de behandeling van migraine zoals bijvoorbeeld inhibitoren van de NO-

cyclic guanosine monophosphate (CGMP)-pathway [54].

1.3.7 Metabole dysfunctie

De hypothese van de metabole dysfunctie stelt dat een afwijking in het energiemetabolisme aan de

basis ligt van migraine, met name een mitochondriale dysfunctie met een gereduceerde

fosforylatiepotentiaal. Centraal staat het onevenwicht tussen energieaanbod en energieverbruik [4, 47,

83].

De afwijkingen in het energiemetabolisme werden reeds uitgebreid onderzocht aan de hand van

talrijke MRS-studies. MRS-onderzoek in de occipitale lobus van MO patiënten toont een verminderd

PCr gehalte, een gedaalde fosforylatiepotentiaal (energiestatus indicator) en een gedaald ATP gehalte

[58]. Deze bevindingen bekrachtigen de hypothese van de metabole dysfunctie. Verscheidene studies

beschrijven een gestegen basaal lactaatgehalte alsook een meer uitgesproken lactaatstijging in de

visuele cortex van MA patiënten tijdens visuele stimulatie in vergelijking met controles [64, 80].

12

Enkele MRS-studies demonstreerden deze lactaatverschillen tussen migraine patiënten en controles,

echter specifiek onderzoek naar de subgroep van patiënten met migraine zonder aura, de meest

voorkomende vorm van migraine, is schaars.

13

2. MAGNETISCHE RESONANTIE SPECTROSCOPIE EN MIGRAINE

2.1 Principe van MRI en MRS [10, 29]

MRI (Magnetische Resonantie Imaging), NMR (Nucleaire Magnetische Resonantie), of kortweg MR

(Magnetische Resonantie) genoemd, is een veelgebruikte beeldvormingstechniek met een uitstekend

contrast oplossend vermogen. In tegenstelling tot röntgen- en Computed Tomography (CT)-beelden

die vlak zijn en een povere contrastresolutie hebben, kan men met MRI sneden maken in drie vlakken

(sagittaal, coronaal, transversaal) en hieruit anatomische 3D-reconstructies opbouwen aan de hand van

gesofisticeerde software gebaseerd op het wiskundige principe van de Fourrier transformatie (figuur 1).

Ook kan men de MR-parameters aanpassen om een optimale pulssequentie te bekomen voor het

opsporen van een welbepaalde pathologie.

Figuur 1. MRI 3D reconstructie van het hoofd. Bron: www.brainblogger.com

Het grote voordeel van MR is de afwezige stralingsbelasting voor de patiënt en de mogelijkheid tot

multiplanaire beeldvorming met een superieure beeldkwaliteit. De nadelen van MR zijn de hoge

kostprijs en de lange onderzoekstijd, bovendien moet men rekening houden met metaalartefacten en

eventuele claustrofobie bij de patiënt. Contra-indicaties voor MR zijn de aanwezigheid van ijzer- en

nikkelhoudende voorwerpen, elektrische/magnetische/electromagnetische toestellen/implantaten en

zwangere vrouwen in de eerste drie maanden van de zwangerschap. Relatieve contra-indicaties zijn:

orthopedische implantaten, extracraniële vaatclips, MR-compatibele implantaten.

Een MR-scanner bestaat uit een beweegbare tafel waarop de patiënt plaatsneemt, deze wordt in een

holle cilindrische magneettunnel (bore) geschoven, die instaat voor het opwekken van een magnetisch

veld (tussen 0,5 en 7 tesla). Het magnetisch veld wordt opgewekt door een elektrische stroom

doorheen een supergeleidende spoel te sturen. Deze draadlus wordt gedompeld in een cryogeen,

Helium, om de elektrische weerstand te minimaliseren (figuur 2).

14

Figuur 2. Doorsnede van een MR scanner. Bron: www.telescript.denayer.wenk.be

De MRI techniek is gebaseerd op de specifieke eigenschappen van nuclei in het lichaam (1H,

31P,…),

gekenmerkt door drie parameters: lading, massa en spin (figuur 3). Elk kern wordt gekenmerkt door

een gyromagnetische verhouding (γ) die specifiek en constant is voor dit element. De gyromagnetische

verhouding van waterstof bedraagt 42.58MHz/T.

Figuur 3. Een rondspinnend (pijl naar rechts) geladen partikel zoals bijvoorbeeld waterstof (1H) genereert een

magnetisch veld (pijl naar boven). Bron: www.umkcradres.org

Enkel atomen met ongepaarde spin kunnen gebruikt worden voor MR-beeldvorming. Men maakt

meestal gebruik van waterstof (1H), het meest voorkomende atoom in ons lichaam. De nuclei worden

door het aanbrengen van een extern magnetisch veld (B0) georiënteerd volgens (lage energie

configuratie) of tegengesteld aan (hoge energieconfiguratie) de richting van dit veld (figuur 4).

Figuur 4. De applicatie van een extern magnetisch veld doet de protonen alligneren volgens B0 (hetzij naar boven,

hetzij naar onder). Bron: www.radiographics.rsna.org

15

Alle spins richten zich volgens B0 waardoor de netto magnetisatie (M0) eveneens volgens B0 is

georiënteerd. Deze netto magnetisatie wordt gekenmerkt door een resonantiefrequentie, de

Larmorfrequentie genaamd. Deze Larmorfrequentie is het product van de gyromagnetische verhouding

met de veldsterkte van het externe magnetische veld.

ω = − γB

Vervolgens wordt er een RF-puls (radiofrequente puls) aangelegd met dezelfde frequentie als de

Larmorfrequentie en deze brengt M0 in een vlak dat loodrecht staat op B0 (Y- richting op figuur 5). Dit

proces wordt de excitatie genoemd en resulteert in een transversale magnetisatievector (Mxy).

Figuur 5. Excitatie. Het aanleggen van de RF puls (RF, blauwe lijnen) met de Larmorfrequentie roteert M0 over 90°,

van de Z-as (uitgangspositie) naar de Y-as en dus loodrecht op B0. Bron: www.mri-physics.net

Aangezien er in de natuur gestreefd wordt naar een minimale energie-inhoud keren de geëxciteerde

protonen terug naar hun uitgangspositie (evenwichtstoestand: M0) en hierbij zenden ze een RF-golf uit

(figuur 6).

16

Figuur 6. Relaxatie. Als de RF excitatie puls stopt, dan zal de netto magnetisatie vector (rode pijl verticaal) langs de

Z-as groeien (stappen 1-2-3) met afgifte van een radiofrequente puls (RF, blauwe lijnen), tot aan de beginpositie (stap

4). Bron: www.mri-physics.net

Dit proces wordt de relaxatie genoemd en komt tot stand op twee manieren: de T1 en T2 relaxatie. T1

(longitudinale) relaxatie is de spin-rooster relaxatieconstante en wordt gedefinieerd als de tijd die de

longitudinale magnetisatie (Mz) nodig heeft om 63% van de oorspronkelijke waarde te bereiken

(figuur 7).

Figuur 7. T1 relaxatie. T1 (longitudinale relaxatie) is de spin-rooster relaxatieconstante en wordt gedefinieerd als de

tijd die de longitudinale magnetisatie (Mz) nodig heeft om 63% van de oorspronkelijke waarde te bereiken. Bron:

www.mri-physics.net

T2 (transversale) relaxatie is de spin-spin relaxatieconstante en is gedefinieerd als de tijd die nodig is

voor de transversale magnetisatie (Mxy) om tot 37% van de originele waarde te defaseren (figuur 8 en

9).

17

Figuur 8. T2 relaxatie. T2 (transversale) relaxatie is de spin-spin relaxatieconstante en is gedefinieerd als de tijd die

nodig is voor de transversale magnetisatie (Mxy) om tot 37% van de originele waarde te defaseren. Bron: www.mri-

physics.net

Figuur 9. T2 relaxatie. Meteen na de RF puls zijn alle spins nog coherent (allen in fase-stap A), nadien beginnen ze te

defaseren (stappen B-C-D) tot ze volledig incoherent rondspinnen (allen uit fase-stap E), dit is de T2 relaxatie.

Bron: www.mri-physics.com

De T2 relaxatie (transverse relaxatie) is een proces dat gekenmerkt wordt door defasering: initieel

bestaat er een grote fasecoherentie die vervolgens snel afneemt en hierbij kan men de uitgezonden

radiofrequente golf, het Free Induction Decay (FID) signaal, opvangen (figuur 10). Zo kan men T1-

gewogen beelden maken waarbij liquor- en waterrijke structuren donker kleuren en T2-gewogen

beelden waarbij deze eerder wit kleuren.

18

Figuur 10. Het Free Induction Decay signaal (FID). T2 relaxatie is een verval proces, de fase- coherentie is groot in het

begin, maar neemt snel af: het ontvangen signaal is sterk in het begin (tijdstip 0 op de grafiek) maar neemt snel af tot

de FID uiteindelijk 0 is . De duur van dit proces noemt men de relaxatietijd. Bron: www.mri-physics.net

Bij de spin echo sequentie wordt na de 90° puls een tweede RF-puls gegeven, een 180° puls. Deze puls

herstelt de fasecoherentie van de spins, het signaal dat dan ontstaat is een echo. De tijd tussen de twee

90° excitatiepulsen is de repetitietijd (TR) en de tijd tussen de 90°excitatiepuls en de echo is de

echotijd (TE) (figuur 11).

Figuur 11. Pulssequentie diagram spin echo sequentie. De tijd tussen de twee 90° excitatiepulsen is de repetitietijd (TR)

en de tijd tussen de 90°excitatiepuls en de echo is de echotijd (TE). Bron: www.mri-physics.net

Magnetische resonantie spectroscopie (MRS) is een MR-toepassing die gebruikt wordt om op een

niet-invasieve manier metabole informatie van een weefsel te achterhalen. De meest gebruikte MRS

toepassing betreft de diagnostiek van centraal zenuwstelsel aandoeningen: hersentumoren, diffuse

hersenschade, encefalopathieën en metabole aandoeningen. 1H-MRS is omwille van de overvloed aan

waterstof in het lichaam de meest gehanteerde techniek. Het opgevangen signaal wordt aan de hand

van een Fourrier transformatie omgezet van het tijdsdomein naar het frequentiedomein, resulterend in

een spectrum (figuur 12). Met behulp van deze techniek kunnen metabolieten zoals N-acetyl-aspartaat

(NAA), choline (Cho), creatine (Cr) en lactaat (lac) gemeten worden.

19

Figuur 12. Voorbeeld van een MRS spectrum. Van rechts naar links: lactaat (lac) op 1.31 ppm, N-acetylaspartaat

(NAA) op 2.01 ppm, creatine 1 (Cr1) op 3.03 ppm, myoinositol (mI) op 3.50 ppm, choline (chol) op 3.19 ppm, creatine

2 (Cr2) op 3.90 ppm. Ppm=parts per million. Bron: Department of Radiology and Nuclear Medicine, Ghent Institute

for Functional and Metabolic Imaging, Ghent University.

Lactaat heeft een doublet (dubbele piek) structuur, zichtbaar op 1.31 ppm (figuur 13). Lactaat is

normaalgezien niet rijkelijk aanwezig in gezonde weefsels en is een merker van anaërobe glycolyse.

Als lactaat overmatig aanwezig is in weefsels duidt dit op een pathologie bijvoorbeeld hoge

lactaatgehaltes in de hersenen van MELAS patiënten, of zoals dit onderzoek tracht te achterhalen;

eventueel gestegen lactaatgehaltes in de hersenen van migrainepatiënten. De klinische toepassingen

van de andere metabolieten en hun resonantiefrequenties staan samengevat in tabel 1.

Figuur 13. Voorbeeld van een lactaatdoublet. Bron: Department of Radiology and Nuclear Medicine, Ghent Institute

for Functional and Metabolic Imaging, Ghent University.

20

Tabel 1. Metabolieten in het MRS spectrum, hun klinische betekenis en resonantiefrequentie. Bron: [60]

De oppervlakte onder de curve is recht evenredig met de concentratie van de metaboliet. Zoals reeds

eerder vermeld resoneren de spins van de nuclei aan een bepaalde frequentie, de Larmorfrequentie, in

het magnetisch veld. De verschillende 1H nuclei worden gekenmerkt door verschillende

elektronendensiteiten omwille van hun geassocieerde bindingen, zo ondervinden ze onderling een

variërende B0. Bijgevolg vertonen deze nuclei een verschillende resonantiefrequentie en zijn ze op

verschillende frequenties in het spectrum te zien. Het verschil in resonantiefrequentie (uitgedrukt in

Hz) tussen twee types nuclei is afhankelijk van de veldsterkte.

De „chemical shift‟ (δ) van een nucleus is het verschil tussen de resonantiefrequentie van de nucleus

en de referentiefrequentie, en is bijgevolg onafhankelijk van de veldsterkte (uitgedrukt in ppm):

= ( - REF) x106 / REF

Een probleem bij

1H-MRS is het concentratieverschil in protonen tussen water en vetten enerzijds en

metabolieten anderzijds. Het water- en eventueel het vetsignaal moet onderdrukt worden indien we

signalen van welbepaalde metabolieten in het spectrum wensen te onderscheiden en, in dit onderzoek,

absoluut te kwantificeren.

21

2.2 MRS en migraine

MRS is een populaire methode in het onderzoek naar de fysiopathologie van migraine, voornamelijk

1H-MRS en

31P-MRS.

Bij 31

P-MRS experimenten concentreert men zich op de concentraties aan PCr, anorganisch fosfaat

(Pi), adenosinedifosfaat (ADP), ATP, magnesium (Mg), en de veranderingen in het pH gehalte. Welch

et al. (1989) observeerden het ictale hersenmetabolisme van MA en MO patiënten, zij rapporteerden

dat tijdens een migraineaanval het mol% ATP (ATP/totaal fosfaat signaal) gelijk bleef en het mol%

PCr (PCr/totaal fosfaat signaal) alsook het mol% Pi (Pi/totaal fosfaat signaal) stegen [83]. Ondanks de

aanwijzingen voor het bestaan van een kortsluiting in de energievoorziening van de hersenen van

migrainepatiënten, waardoor men een ictale hersenacidose zou verwachten, slaagde onderzoek er niet

in een significant pH verschil tussen migrainepatiënten en controles aan te tonen [82, 83]. Barbiroli et

al. (1990, 1992) beschreven een laag PCr, een hoog ADP gehalte en een lage fosforylatiepotentiaal bij

MA patiënten tijdens de interictale periode [3, 4]. Deze bevindingen werden ook in andere migraine

studies beschreven alsook de hypothese dat een mitochondriaal probleem mogelijks aan de basis ligt

van de aandoening [57].

Bij 1H-MRS experimenten in migraine concentreert men zich voornamelijk op de dynamiek van

lactaat en NAA tijdens visuele stimulatie. Het onderwerpen van migrainepatiënten aan visuele

stimulatie zou volgens sommige studies een metabole belasting met lactaataccumulatie veroorzaken,

die suggestief is voor een onderliggende mitochondriale dysfunctie. Het toedienen van visuele

stimulatie (photic stimulation: PS) zou bij gezonde controles een significante stijging in het

lactaatgehalte veroorzaken in de occipitale cortex, waarbij deze gradueel terug afneemt bij

aangehouden PS [35, 43, 55, 65]. Hiertegenover staat dat andere onderzoeksgroepen geen significante

lactaatstijging beschrijven bij PS [8, 64] of zelfs een lactaatdaling beschrijven in de eerste seconden

van PS [41].

In een tweetal studies vertoonden MA-patiënten een hoger basaal lactaatgehalte alsook een

proportioneel hogere lactaatstijging in respons op visuele stimulatie in vergelijking met controles [64,

80]. Gelijkaardige studies betreffende MO zijn schaars en beschrijven voornamelijk relatieve

kwantificatie [66]. Bij MO patiënten werden er geen significante verschillen in het basaal

lactaatgehalte gevonden in vergelijking met controles [57] . Visuele stimulatie zou bij MO patiënten

een subtiele lactaatstijging teweegbrengen, die mogelijks niet significant groter is dan die gemeten bij

controles [66]. Het is deze stelling die nader wordt onderzocht in het verdere bestek van deze thesis.

22

2.3 Lactaat

Hoewel de hersenen slechts 2-3% van het lichaamsgewicht uitmaken, verbruiken ze toch één vierde

van het totale glucosegehalte. Het basaal metabolisme van de hersenen is hoog waarbij de meeste

energie naar de glutamaterge neurotransmissie gaat: 80-90% van alle cerebrale corticale synapsen zijn

glutamaterg [73]. Deze energie wordt voornamelijk gebruikt om de ionengradiënten te

onderhouden/herstellen. De NA+/K

+-ATP pomp vervult hierbij een belangrijke rol en maakt ongeveer

80% van de ATP consumptie uit [52].

De energievoorziening van de hersenen in rust is voornamelijk aëroob met glucose als belangrijkste

energiesubstraat voor de ATP-synthese (conventionele hypothese: figuur 14) . De hersenen hebben

slechts een beperkte glucosereserve onder de vorm van glycogeen en deze is voornamelijk opgeslagen

in de astrocyten [79]. Glucose wordt door de GLUT-transporter doorheen de bloed-hersen barrière

geloodst en opgenomen in neuronen en astrocyten. Glucose wordt nadien omgezet in glucose-6-fosfaat

(G-6-P) door hexokinase en neemt deel aan de glycolyse, pentose-fosfaat-pathway en glycogenolyse

in de astrocyten [84]. Bij de glycolyse in het cytosol wordt G-6-P omgezet tot pyruvaat, deze neemt

vervolgens deel aan de Krebs cyclus en de oxidatieve fosforylatie in het mitochondrion [52]. Het

eindresultaat is de productie van 38 moleculen ATP (waarvan er 2 afgeleverd werden door de

glycolyse en de overige 36 door de oxidatieve fosforylatie) uit 1 molecule glucose met een zuurstof-

glucose ratio van 6 [52].

23

Figuur 14. Conventionele hypothese. (1) Bij neuronale activiteit ontstaat er een depolarisatie in het neuron door de

influx van Na+ en de efflux van K+. (2) De Na+/K+-ATPase wordt geactiveerd leidend tot een verhoogd ADP, AMP en

Pi en een verminderd ATP. (3a) Activatie van de glycolyse: glucose wordt omgezet naar pyruvaat. (3b) Activatie van

de Krebs-cyclus (TCA cycle) en de mitochondriale oxidative fosforylatie (OP). (4a+b) ATP productie. (5) Activatie

van de glycolyse verlaagt het glucosegehalte en dit leidt tot (6) activatie van de GLUT-3-glucosetransporter met influx

van glucose in het neuron. De vetgedrukte pijl wijst erop dat in de conventionele hypothese neuronen glucose

metaboliseren tot pyruvaat. Pyruvaat zal dan deelnemen aan de Krebs-cyclus en het geproduceerde ATP wordt

gebruikt om het Na+/K+-evenwicht te herstellen via de Na+/K+-ATPase. Snelle toename van de glycolyse resulteert in

een gestegen NADH/NAD+,H+, en cytoplasmatisch pyruvaat. Deze veranderingen drijven de lactaatdehydrogenase-

1(LDH-1)-reactie naar lactaatproductie. Deze factoren pleiten tegen het gebruik van lactaat uit de gliacellen. In

astrocyten activeert de influx van Na+ en glutamaat het oxidatieve glucosemetabolisme die ATP voorziet om het

Na+/K+ evenwicht te herstellen en glutamine te synthetiseren. Bron: [13]

Een aantal studies werden gepubliceerd die een nieuwe theorie inzake energievoorziening van het

neuron beschrijven. Deze theorie stelt dat neuronen eerder lactaat dan glucose zouden gebruiken

tijdens activatie: de astrocyte-neuron lactate shuttle hypothesis (ANLSH : figuur 15). Astrocyten zijn

een subtype van neurogliacellen, steuncellen van het zenuwweefsel. Ze hebben uitlopers omheen

capillairen en neuronen en vormen door middel van gap junctions een syncytium met andere

astrocyten. Ze hebben verscheidene functies (hoewel deze nog niet allemaal zijn opgehelderd) zoals

het verwijderen van neurotransmitters uit de synaptische spleet, de ionenhuishouding en de

ontwikkeling en herstel van neuronale componenten [33]. De ANLS hypothese [19, 24, 53, 77] stelt

dat neuronale activatie het extracellulaire glutamaat verhoogt en dat deze opgenomen wordt in de

astrocyt met behulp van de glutamaattransporter. In de astrocyt zorgt het glutamaat voor een activatie

van het enzym glutamine synthetase en hierbij wordt de anaërobe glycolyse gestimuleerd met de

omzetting van glucose naar lactaat. Lactaat wordt dan naar het neuron getransporteerd en daar gebruikt

als brandstof voor de activiteit.

24

Figuur 15. Astrocyte-neuron lactate shuttle hypothesis (ANLSH). (1)De opname van glutamaat en Na+ in de gliacel

via de glutamaattransporter.(2a+b) activatie van de Na+/K+- ATPase en glutamine synthase in de gliacel leidend tot

een verhoogd ADP, AMP en Pi en een verminderd ATP. (3) Dit activeert uitsluitend de anaërobe glycolyse met (4)

productie van lactaat die dan getransporteerd wordt over de gliale membraan naar de extracellulaire ruimte en via

zijn concentratiegradiënt naar het neuron. (5) Lactaat wordt dan via LDH-1 omgezet naar pyruvaat. (6) Pyruvaat

neemt deel aan de Krebs-cyclus met productie van ATP via oxidatieve fosforylatie. De vetgedrukte pijl wijst erop dat

lactaat van de gliale glycolyse de oxidatieve fosforylatie in de neuronen aandrijft. Het gedaalde glucosegehalte in de

gliacel wordt aangevuld via de GLUT-1-transporter uit het bloed en de extracellulaire ruimte. De ANLSH stelt dat de

ATP nodig voor het naar buiten brengen van 3 Na+ moleculen en het naar binnen brengen van 1 glutamaat molecule

precies aangevuld worden door de 2 ATP molecules geproduceerd door de anaërobe glycolyse van 1 glucose molecule.

De activiteitsgerelateerde toename van de anaërobe glycolyse is overeenkomstig met de toename aan ‘glutamate

cycling’. Bron: [13]

Bewijzen die het ANLS model ondersteunen:

Morgello et al (1995) toonden aan dat glucose transporters (GLUT-1) aanwezig zijn in

astrocyten en het endotheel van de bloed-hersenbarrière [49].

Pellerin et al (1998) toonden aan dat neuronen vooral lactaatdehydrogenase-1(LDH-1) tot

expressie brengen en astrocyten vooral LDH-5, deze bevindingen kunnen erop wijzen dat

lactaat geproduceerd wordt in de astrocyten en verbruikt wordt in de neuronen [53].

Sibson et al (1997) beschreven dat de stoichiometrie tussen het oxidatief

glucosemetabolisme en de glutamaat-neurotransmitter cyclus een verhouding heeft van

ongeveer 1:1. Dit is suggestief voor een nauwe koppeling tussen het neuronale

metabolisme en de recyclage van glutamine uit de astrocyten [72].

Bliss en Sapolsky (2001) postuleerden dat lactaat mogelijks voordelen biedt als

energiesubstraat in de omstandigheden waarbij het naar pyruvaat wordt omgezet in de

afwezigheid van ATP [6].

25

Bewijzen die het conventionele model ondersteunen:

Dienel en Herz (2001) beschreven dat er menige onduidelijkheden bestaan inzake de

lactaat loslating in celculturen, dat er aanduidingen bestaan voor een oxidatief glucose

metabolisme in de astrocyt tijdens de activatie en dat de lactaatopname in de neuronen en

astrocyten tijdens activatie zeer traag gebeurt [19].

Chih et al (2001) menen dat het aantonen van LDH-1/LDH-5 expressie in

neuronen/astrocyten onvoldoende is om te kunnen besluiten dat lactaat geproduceerd

wordt in astrocyten en vervolgens geconsumeerd wordt in neuronen. Neuronen hebben

GLUT-3-receptoren die sneller en efficiënter werken dan de astrocytaire receptoren en dit

pleit tegen de preferentiële opname van glucose in de astrocyt. [13]

Takahashi et al (1995) beschrijven de afwezigheid van een astrocytaire metabole respons

op een toegenomen hoeveelheid aan neuronale activiteitsindicatoren zoals kalium [74].

Gjedde et al.(2001) toonden aan dat tijdens aangehouden stimulatie neuronen eerder

pyruvaat gebruiken afkomstig van neuronale-, en niet astrocytaire glycolyse [23].

Mangia et al. (2003) beschrijven een gedaald lactaatgehalte in de beginfase van PS [41].

Alhoewel er duidelijk lactaat wordt geproduceerd tijdens neuronale activiteit, en neuronen dit kunnen

gebruiken als energiebron, faalden studies er dus tot nu toe in te bewijzen dat neuronen gliaal

geproduceerd lactaat als hun hoofdenergiebron gebruiken tijdens activiteit, zoals voorgesteld door de

ANLSH [13].

Lactaat is een indicator van anaërobe glycolyse en kan aangetoond worden met MRS. Gestegen

lactaatgehaltes zouden kunnen wijzen op een mitochondriale dysfunctie, maar ze zouden echter ook

kunnen kaderen binnen een breed spectrum van de normale fysiologie. Studies tonen immers aan dat

lactaat ook in aërobe omstandigheden geproduceerd wordt in de visuele cortex bij PS [39] en dat bij

hersenactivatie de zuurstof-glucose ratio afneemt, een aanwijzing dat de hersenen partieel gebruik

maken van anaërobe glycolyse [28]. Deze bevindingen sluiten aan bij bevindingen van voorgenoemd

MR spectroscopisch onderzoek inzake gestegen lactaatgehaltes bij hersenactivatie [35, 43, 55, 65] en

metingen van extracellulair lactaat met microdialyse [40]. Zie tabel 2 voor een overzicht van een

aantal belangrijke studies betreffende de dynamiek van lactaat in de visuele cortex van gezonde

proefpersonen tijdens visuele stimulatie. Zie tabel 3 voor een overzicht van een aantal belangrijke

studies betreffende basale lactaatgehaltes en de dynamiek van lactaat tijdens visuele stimulatie bij

migrainepatiënten.

26

Referentie Visuele

stimulatie

Veld -

sterkte

Proefpersonen Bevindingen

[55]

Prichard

1991

Flitsend rood

licht (bril)

16 Hz

2.1 T 5 gezonde

vrijwilligers

Lactaat stijging met 0.3-0.9 mM in de eerste 6

minuten van visuele stimulatie, nadien opnieuw

daling naar het basale lactaatgehalte.

[46]

Merboldt

1992

Flitsend Rood

licht

4-16 Hz

2 T 48 gezonde

vrijwilligers

Basale lactaatgehaltes vertoonden belangrijke

inter-individuele verschillen, gaande van niet te

detecteren tot 1 mM. Er werden geen

consistente lactaatveranderingen vastgesteld

tijdens de visuele stimulatie: zowel stijging,

daling als het constant blijven van het

lactaatgehalte werden geobserveerd.

[65]

Sappey-

Marinier

1992

Zwart/wit

schaakbord

2 Hz

2 T 6 gezonde

vrijwilligers

Lactaat 2.5 keer hoger in de eerste 6.4 minuten

van visuele stimulatie. Nadien opnieuw daling

naar het basale lactaatgehalte.

[35]

Kuwabara

1994

Flitsend licht

10 Hz

1.5 T 7 gezonde

vrijwilligers

Lactaat verdubbeling meteen na de start van de

visuele stimulatie, bij aangehouden stimulatie

opnieuw daling naar het basale lactaatgehalte.

[21]

Frahm

1996

Flitsend licht

10 Hz

2 T 25 gezonde

vrijwilligers

Lactaat stijging van 0.38 mM naar 0.64 mM in

de eerste 2.5 minuten van de visuele stimulatie.

[41]

Mangia

2003

Alternerende

zwarte/witte

strepen

6 Hz

1.5 T 5 gezonde

vrijwilligers

Lactaat daling in de eerste 5 seconden van

visuele stimulatie, om nadien terug te stijgen tot

het basale lactaatgehalte op 12 seconden.

[39]

Maddock

2006

Alternerend

schaakbord

8 Hz

1.5 T 6 gezonde

vrijwilligers

Lactaat stijging tijdens de tweede minuut van

visuele stimulatie, om dan constant te blijven

gedurende de volgende 9 minuten. Na het

stopzetten van de visuele stimulatie opnieuw

daling naar het basale lactaatgehalte.

[43]

Mangia

2007

Alternerend

rood/zwart

schaakbord

8 Hz

7 T 12 gezonde

vrijwilligers

Lactaat stijging van 23% tijdens de eerste

minuut van visuele stimulatie om dan een

steady state level te bereiken en te dalen naar

het basisgehalte bij het beëindigen van de

visuele stimulatie.

Tabel 2. 1H-MRS studies betreffende de dynamiek van lactaat tijdens visuele stimulatie bij gezonde proefpersonen.

27

Referentie Visuele

stimulatie

Veld -

sterkte

Proefpersonen Bevindingen

[80]

Watanabe

1996

Geen 1.5 T 6 gezonde

vrijwilligers en 6

migraine-

patiënten1

Verhoogde lactaatgehaltes in de visuele cortex

bij de 5 migrainepatiënten die in de voorgaande

2 maand een migraine aanval hadden

ondervonden. Afwezige lactaatpiek bij de

migrainepatiënt die reeds 4 jaar aanvalsvrij was.

[64]

Sandor

2005

Alternerend

geel/blauw

schaakbord

8 Hz

1.5 T 11 gezonde

vrijwilligers, 5

MA patiënten en

5 MA+2 patiënten

Bij MA patiënten is het basaal lactaatgehalte

verhoogd, zonder verdere toename tijdens PS.

Bij MA+ patiënten vond men geen verhoogd

basaal lactaatgehalte maar wel een

lactaatstijging tijdens de 14e minuut van de

visuele stimulatie, om nadien opnieuw af te

nemen.

[66]

Sarchielli

2005

Flitsend rood

licht (bril)

8 Hz

1.5 T 10 gezonde

vrijwilligers, 22

MA patiënten, 22

MO patiënten

Milde lactaat stijging bij MA patiënten tijdens

visuele stimulatie. Nadien opnieuw daling naar

het basale lactaatgehalte.

[27]

Grimaldi

2009

Geen 1.5 T 4 FHM2 patiënten Mild gestegen lactaatgehalte interictaal bij één

van de vier FHM2 patiënten.

Tabel 3. 1H-MRS studies betreffende lactaat bij migrainepatiënten: de basale lactaatgehalten en de dynamiek van

lactaat bij visuele stimulatie.

1 3 MA patiënten,1 migraine met verlengde aura (MwpA) patiënt,1 patiënt met een migraineus infarct

en 1 patiënt met basilaire migraine. 2 MA+: migraine met zowel visuele, somatosensorische, dysfatische en/of paretische aura.

28

Methodologie

1. Doel van de studie

De opzet van deze studie was het uitvoeren van een 3T-1H-MRS studie met twintig MO patiënten en

twintig controlepersonen. De deelnemers kregen een MR-compatibele bril opgezet waardoor men een

visuele stimulus kon waarnemen. Deze stimulus bestond uit een alternerend zwart-wit schaakbord dat

gedurende 12 minuten werd geprojecteerd aan een frequentie van 8 Hz (waarbij 1 Hz equivalent is aan

de omzetting zwart-wit). Tijdens het experiment werden metingen verricht in de visuele cortex die

vervolgens omgezet werden in spectra met nadien een relatieve en absolute kwantificatie van de

metabolieten. Op basis van dit onderzoek kunnen we vergelijken of er metabole verschillen optreden

tussen migrainepatiënten en controlepersonen, alsook of er verschillen zijn met de spectra waarbij

geen stimulus werd gegeven. Er werd vooral nadruk gelegd op het vinden van lactaatverschillen.

2. Proefpersonen

Twintig MO patiënten (31.9 ± 9.1 jaar, 3 mannen) en twintig twintig leeftijds- en geslacht

gecorreleerde controlepersonen (31.9 ± 10.3 jaar, 3 mannen) werden bestudeerd. Migraine patiënten

werden gerekruteerd via de hoofdpijnraadpleging van de dienst neurologie van het UZ Gent, onder het

toezicht van Prof. Dr. K. Paemeleire. De patiënten werden geselecteerd aan de hand van de IHS

criteria voor migraine zonder aura. De patiënten ondervonden gemiddeld 3.6 ± 1.1 aanvallen per

maand. Er werd nagegaan dat zowel de proefpersonen als de migrainepatiënten voldeden aan de

inclusiecriteria:

migraine zonder aura: ten minste 1 jaar, aanvang vóór de leeftijd van 50 jaar

geen preventieve behandeling voor migraine

aanvalsfrequentie: minstens 2 keer per maand (bij voorkeur 2-4 aanvallen per maand,

maximaal 15 hoofdpijndagen per maand)

leeftijd: 18-60 jaar

M/V

Er werd nagegaan of de patiënten 48 uur aanvalsvrij waren voor de test en wanneer de volgende

migraineaanval zich manifesteerde na de test (via mail). Deze studie werd goedgekeurd door het

ethisch comité en alle deelnemers tekenden een informed consent formulier.

Zie appendix B voor de rekruteringsaffiche met de in- en exclusiecriteria alsook appendix C voor de

MR-compatibiliteitsfiche.

29

3. 1H-MRS en visuele stimulatie

De metingen werden verricht met een 3T Siemens Trio Tim whole-body scanner ( Erlangen, Duitsland)

waarbij een (31

P-1H) multinucleaire volumespoel (Rapid Biomedical, Würzburg-Rimpar, Duitsland)

met een diameter van 26.5 cm gebruikt werd. Spectra werden verworven aan de hand van een PRESS-

sequentie (single voxel point-resolved spin echo sequence) met CHESS (chemical-shift-selective)

water suppressie. Vóór de meting werd het B0-veld „geshimd‟. Shimmen is een iteratief proces waarbij

kleine stroompjes geïnduceerd worden in zogenaamde „shim-coils‟ met als doel een homogeen B0-

veld te creëren.

De volume of interest (VOI) werd in de primaire visuele cortex geplaatst ter hoogt van Brodmann area

17, gecentreerd rond de calcariene fissuur (figuur 1).

Figuur 1. Illustratie visuele cortex. Primaire visuele cortex V1 (Brodmann area 17) en de secundaire visuele cortex V2

(area 18).

Telkens werden 64 water-gesupprimeerde spectra (TE=288 ms, TR=2,000 ms, 8 averages)

opgenomen alsook 10 water-ongesupprimeerde spectra met verschillende TE waarden (30, 50, 70, 90,

110, 150, 200, 300, 500, 1000ms, TR=10,000ms, 1 average). De totale duur van het experiment

bedroeg 40 min.

Visuele stimulatie werd toegepast met behulp van een MR-compatibele bril die een alternerend zwart-

wit schaakbord projecteerde aan een frequentie van 8 Hz . De personen werden gevraagd hun blik te

fixeren op het rode kruisje in het midden van het schaakbord (figuur 2).

Figuur 2. Illustratie schaakbord en controlestatus.

30

De controlestatus bestond uit een zwart scherm met een rood kruisje in het midden. Het paradigma

bestond uit 6‟24” controlestatus (16 spectra), 12‟48” visuele stimulatie (32 spectra) en opnieuw 6‟24”

controlestatus (16 spectra) (figuur 3).

Figuur 3. Illustratie experimentverloop. Het paradigma bestond uit 6’24” controlestatus (16 spectra), 12’48” visuele

stimulatie (32 spectra) en opnieuw 6’24” controlestatus (16 spectra).

Een fantoomexperiment (een model om de in vivo situatie na te bootsen) werd uitgevoerd om het 1H-

MRS protocol te evalueren. Het fantoom was een plastic sferisch fles met een diameter van 10.4 cm en

bevatte 10mM NAA en 1mM lactaat (figuur 4).

Figuur 4. Illustratie fantoom en fantoomspectrum.

31

3.1 Spectrale analyse

Resultaten werden verwerkt met jMRUI (MRS spectra verwerkingssoftware) [50]. Het signaal van

water (afkomstig van het water-ongesupprimeerde spectrum) werd bepaald aan de hand van HLSVD

(Hankel-Lanczos Singular Value Decomposition), een „black box’ (geen gebruikersinput) algoritme.

Water resoneert op de frequentie van 4.7 ppm en is zoals reeds eerder aangehaald in deze thesis zeer

abundant in humaan weefsel (circa 55 M). Metabolietconcentraties zijn typisch in de orde van 1-10

mM (een factor 5000-50000 kleiner). Bijgevolg is het noodzakelijk het watersignaal te supprimeren.

Vaak blijft er na de watersuppressie nog een zeker residu over dat met HLSVD (jMRUI) verder kan

verwijderd worden. De signalen van de te bepalen metabolieten ( Lac, NAA, tCr, cho) werden bepaald

nadat het residuele watersignaal (afkomstig van het water-gesupprimeerde spectrum) verwijderd werd.

Na watersuppressie (van het residu) zijn de signalen van Lac, NAA, tCr en Cho zichtbaar in het

spectrum op de respectievelijke frequenties 1.31, 2.01, 3.03 en 3.19 ppm. Deze spectra werden

gesommeerd per 16 (volgens het paradigma) en vervolgens onderworpen aan een filter (Lorentziaans,

5 Hz) en een fasecorrectie.

Signaalintensiteiten werden bepaald aan de hand van een specifiek algoritme: QUEST (jMRUI)

(figuur 5). Dit algoritme maakt gebruik van een gesimuleerde basisset van metabolieten of van

signalen afkomstig van fantoomexperimenten om de in vivo signalen van Lac, NAA, tCr en Cho te

bepalen. QUEST is dus in tegenstelling tot HLSVD geen „black box‟ methode maar vergt input van de

gebruiker. Essentieel bij deze methode is dat de gesimuleerde signalen tot stand gekomen zijn met

dezelfde MR-parameters (TE=288 ms, PRESS) als in vivo.

Figuur 5. Illustratie QUEST toepassing. De QUEST signaalamplitude wordt uitgedrukt in arbitrary units (AU).

Een uitvoerige uiteenzetting over signaalverwerking en specifiek over HLSVD en QUEST behoort

niet tot het bestek van deze thesis.

32

3.2 Kwantificatie

Metabolietratio‟s van NAA/tCr, Cho/tCr, Lac/tCr, Lac/NAA werden berekend aan de hand van de

signaal amplitudes berekend met QUEST. Absolute in vivo concentraties werden berekend aan de

hand van de „fantoomvervangingstechniek‟ (phantom replacement technique), volgens de volgende

vergelijking:

Hierbij corresponderen i met in vivo en r met referentiefantoom, [C] is de metabolietconcentratie, de

NAA metaboliet concentratie [Cr] in het referentiefantoom correspondeert met 10mM. S is de

signaalsterkte, V is het volume van de voxel waarin het signaal werd gemeten, N is het aantal protonen

dat bijdraagt tot de spectrale resonantie (N=3 voor NAA, tCr en Lac, N=9 voor Cho), cT1 en cT2 zijn

correctiefactoren voor het signaalverlies veroorzaakt door de longitudinale (T1) en transversale

relaxatie (T2), respectievelijk. T is de absolute temperatuur (Ti= 310.16 K in vivo, Tr= 294.16 K in het

fantoom). ρ Is de densiteit van water, Cload is een correctiefactor voor de verschillende spoelladingen

en Ccsf is de correctiefactor voor partiële volume effecten, dit is de fractie van CSF vergeleken met de

fractie water in het hersenparenchym in de VOI. Het volumeratio Vr/Vi kan geschrapt worden uit de

vergelijking aangezien deze volumes dezelfde zijn, namelijk 20x20x20 mm3. Reyngoudt et al. (2010)

berekenden deze correctiefactoren reeds in een voorgaande studie en deze waarden werden opnieuw

gebruikt [57].

3.3 Statistische analyse

De statistische analyse werd uitgevoerd aan de hand van SPSS software (SPSS 15.0 voor Windows).

Beschrijvende statistiek werd uitgevoerd voor leeftijd, geslacht, signaal-ruis-verhouding (SNR),

signaalamplitudes, metabolietratio‟s en absolute metabolietconcentraties. Om te bepalen of er

verschillen waren in metabolietratio‟s en absolute concentraties tussen de groepen (MO patiënten en

controles) en tussen de verschillende condities (voor, tijdens en na PS), werd een repeated measures

ANOVA (analysis of variance) toegepast. Hierbij werd de conditie als intra-individuele variatie en de

groep als interindividuele variatie genomen. Gelijkheid van variantie werd onderzocht aan de hand van

de Levene‟s test en de normaaldistributie van de data werd getoetst aan de hand van de Kolmogorov-

Smirnov test. Resultaten werden als significant beschouwd indien p<0.05.

33

Resultaten

1. Kwaliteit van het in vivo spectrum

1.1 Fitting (specificiteit)

Er bestaat een inherente variatie in het QUEST-algoritme per signaal. Er is dus een onzekerheid in te

calculeren wat betreft de fitting van de signaalamplitudes door het QUEST-algoritme: bij de fitting

van elke piek bestaat er een zekere standaardafwijking. Tabel 1 beschrijft de variatiecoëfficiënt (CV)

van het QUEST-algoritme voor iedere metaboliet.

Cho tCr Lac NAA

Controles 8.07 4.30 23.25 1.93

MO patiënten 7.82 4.32 21.61 1.89

Tabel 1. Variatiecoëfficiënten (%) van de metabolieten met het QUEST-algoritme. Alle waarden zijn gemiddelden van

20 controles en 20 patiënten.

Uit tabel 1 blijkt dat deze variatiecoëfficient het grootste is voor lactaat en het kleinste voor NAA. Dit

wil dus zeggen dat het QUEST algoritme de NAA piek goed fit en de lactaat piek veel minder accuraat,

namelijk met een standaardafwijking die tien maal hoger is als deze van NAA.

1.2 Signaal-ruisverhouding (sensitiviteit)

Van alle datasets werd de signaal-ruisverhouding (SNR) berekend: dit is de verhouding van de

signaalamplitude van de hoogste piek (i.e. NAA) tegenover de standaarddeviatie van de ruis.

SNR ∆SNR (%)

Controles 2.4 ± 0.37 5.2 ± 2.3

MO patiënten 2.4 ± 0.35 5.5 ± 2.5

Tabel 2. SNR en ∆SNR . Alle waarden zijn gemiddelden van 20 controles en 20 patiënten.

Uit tabel 2 blijkt dat de SNR zowel in de controlegroep als in de patiëntengroep identiek is, namelijk

2.4. Ook de standaardafwijking van de SNR is identiek: beide groepen vertonen 15% variatie op de

SNR.

De ∆SNR is de variatie van de SNR tussen de verschillende stappen in het paradigma (voor, tijdens en

na de visuele stimulatie). Deze waarde bedraagt 5.2% in de controlepopulatie en 5.5% in de

patiëntenpopulatie.

34

Er zijn dus geen verschillen op vlak van SNR tussen de twee groepen alsook zijn er geen verschillen in

de variatie van de SNR tussen de verschillende paradigmastappen bij de twee groepen. Indien

eventuele metabole verschillen tussen de twee groepen zouden gevonden worden, zijn deze dus niet te

wijten aan SNR variatie.

Het experiment werd uitgevoerd met een lange echotijd (TE=288 ms), hierbij zijn de

signaalamplitudes beduidend minder groot dan bij kortere echotijd (bv TE=30 ms) omwille van de

langere T2-relaxatie. NAA is een goede maatstaf om de SNR van het MR-spectrum in te schatten en

werd daarom gebruikt voor de kwaliteitscontrole van de spectra. Deze piek is minder gevoelig aan de

gereduceerde SNR ten gevolge van de korte TE dan andere metabolieten zoals lactaat, glutamaat,

GABA en myo-inositol en dit ten gevolge van zijn hoge concentratie, langere T2- waarde en

singletstructuur.

2. Signaalamplitudes

2.1 Signaalvariatie in vitro (fantoom)

De variatie van het signaal werd ook getest met behulp van een fantoom, in de veronderstelling dat

vloeistof in dit fantoom niet onderhevig is aan acute metabole veranderingen ten gevolge van de

visuele stimulatie. Om toch identieke omstandigheden als bij voorgaande experimenten te creëren

werd bij het fantoom alsnog visuele stimulatie toegediend.

De NAA signaalvariaties in het fantoom blijven onder de 1%-grens (tabel 3 en figuur 1), dit is niet zo

voor lactaat. Lactaat vertoont grote signaalvariaties (tabel 3 en figuur 2). Lactaat is duidelijk een

wispelturig metaboliet aangezien het een grotere variatie vertoont dan alle andere metabolieten in vitro

(fantoom), alsook in vivo. De redenen voor deze moeilijke kwantificatie van lactaat omvatten de

doubletstructuur, de j-coupling, de lage concentratie in vivo alsook de lage SNR waarmee gemeten

werd.

NAA lactaat

Gemiddelde 25.37 AU 22.61 AU

Standaarddeviatie 0.07 1.04

Variatiecoëfficient 0.28 4.60

Tabel 3. Absolute kwantificatie van NAA en lactaat in het fantoom: gemiddelde (AU), standaarddeviatie en

variatiecoëfficiënt (%). AU=arbitrary units .

35

Figuur 1. NAA gehalte (AU) in het fantoom (64 spectra) tijdens visuele stimulatie.

Figuur 2. Lactaatgehalte (AU) in het fantoom (64 spectra) tijdens visuele stimulatie.

2.2 Signaalvariatie in vivo

Totaal Voor-stimulatie Stimulatie-na Na-voor

controles patiënten controles patiënten controles patiënten controles patiënten

NAA 2.9 ± 1.7 3.0 ± 1.1 1.7 ± 3.3 1.3 ± 5.2 -2.5 ± 4.4 -1.4 ± 3.5 -0.8 ± 4.7 -0.3 ± 4.4

tCr 7.3 ± 4.4 7.7 ± 4.1 4.9 ± 14.4 4.5 ± 11.2 -4.9 ± 10.6 -0.5 ± 9.8 -1.4 ± 8.4 3.8 ± 14.1

Cho 11.9 ± 7.9 11.7 ± 7.1 8.1 ± 29.5 -0.3 ± 18.5 -2.4 ± 16.7 1.9 ± 19.5 3.1 ± 22.5 1.8 ± 28.7

Lac 33.4 ± 18.4 29.9 ± 17.2 16.9 ± 53.1 31.4 ± 74.5 7.9 ± 86.4 -5.8 ± 45.5 8.3 ± 55.9 -0.7 ± 42.8

Tabel 4. Signaalvariatie (%) van de metabolieten in vivo in totaal (gemiddelde van de verschillende condities) en

tussen de verschillende condities. Alle waarden zijn gemiddelden van 20 controles en 20 patiënten.

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50 60 70

Signaalamplitude (AU)

Spectra

NAA

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50 60 70

Signaalamplitude (AU)

Spectra

Lactaat

36

2.2.1 Variatie in het signaal tijdens het volledige paradigma

Tabel 4 (1e kolom) beschrijft de gemiddelde variatie (%) in signaalamplitude per metaboliet over alle

condities (totaal). Hieruit blijkt dat de signalen van de verschillende stappen van het paradigma (voor,

tijdens en na visuele stimulatie) gelijkaardige variaties vertonen, bij zowel controles als bij patiënten

(geen significante verschillen: p>0.05). NAA beschrijft de kleinste variatie (2.9%) tijdens het

volledige functionele paradigma, voor tCr en Cho daarentegen zijn hogere variaties beschreven

namelijk 7.3% en 11.9% respectievelijk. Lac beschrijft de grootste variatie, deze is 33.4%. Uit de tabel

blijkt ook dat de standaarddeviaties hoog zijn voor alle metabolieten.

2.2.2 Variatie in het signaal tussen de verschillende stappen van het

paradigma

Tabel 4 (2e-3

e-4

e kolom) beschrijft de variatie in signaalamplitude per metaboliet tussen de

verschillende condities (%). Uit de tabel blijkt dat het NAA signaal 1.7% en 1.3% stijgt na stimulatie

tegenover de beginconditie in controles en patiënten respectievelijk. De signaalvariatie van NAA

tussen het voor en stimulatie stadium staan geïllustreerd in figuur 3. Het lactaat signaal stijgt

gemiddeld 16.9% en 31.4% tussen het voor en stimulatie stadium in controles en patiënten

respectievelijk. De signaalvariatie van lactaat tussen het voor en stimulatie stadium staan geïllustreerd

in figuur 4. Voor alle waarden in de tabel gelden echter grote standaardafwijkingen, wat impliceert dat

deze waarden dus niet bruikbaar zijn om een gevalideerde tendens te beschrijven.

Figuur 3. Variatie (%) in het NAA signaal tussen het voor stadium(vóór applicatie van de visuele stimulatie) en het

stimulatie stadium (tijdens applicatie van de visuele stimulatie). De subjecten zijn genummerd van 1 tot 20 (patiënten

en controles).

-20,00-15,00-10,00

-5,000,005,00

10,0015,0020,00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Sign

aalv

aria

tie

(%

)

Subjecten

NAA: voor- stimulatie

MO patiënten

Controles

37

Figuur 4. Variatie (%) in het lactaat signaal tussen het voor stadium (vóór applicatie van de visuele stimulatie) en het

stimulatie stadium (tijdens applicatie van de visuele stimulatie). De subjecten zijn genummerd van 1 tot 20 (patiënten

en controles).

2.2.3 Variatie in het signaal tussen de verschillende stappen van het

paradigma bij controle X

Men zou kunnen stellen dat de hierboven beschreven signaalvariaties het gevolg zijn van het effect

van het functionele paradigma op de signaalamplitudes. Om dit te toetsen, werd hetzelfde protocol

doorlopen in een gezonde vrijwilliger (controle X), zonder toepassing van de visuele stimulatie. Tabel

5 beschrijft de gemiddelde variatie in de signalen bij de twintig controles die wel visuele stimulatie

toegediend kregen en bij controle X die geen visuele stimulatie toegediend kreeg.

De SNR in het experiment met controle X was gemiddeld 2.33 en dus vergelijkbaar met de andere

data. Bij controle X kan er geen invloed van de visuele stimulatie zijn opgetreden, de vastgestelde

variatie is hier dus niet het gevolg van.

Cho tCr Lac NAA

Controles 11.9 ±7.9 7.3 ± 4.4 33.4 ± 18.4 2.9 ± 1.7

Controle X 7.27 7.12 5.90 6.41

Tabel 5. Gemiddelde signaalvariaties (%) per metaboliet in vivo in totaal (over de verschillende condities) bij de 20

controles en bij controle X .

De oorzaak van deze variatie is vermoedelijk een combinatie van random fluctuaties van het systeem

(SNR variatie) en basale fluctuaties in het in vivo metabolisme. Het dient evenwel vermeld te worden

dat we slechts één controle X vergelijken met 20 andere controles.

-100,00-50,00

0,0050,00

100,00150,00200,00250,00300,00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Sign

aalv

aria

tie

(%

)

Subjecten

Lactaat: voor- stimulatie

MO patiënten

Controles

38

3. Relatieve kwantificatie

Om een goede vergelijking te kunnen maken tussen de twee groepen (controles en patiënten) en de

drie condities (vóór, tijdens en na stimulatie) werd een repeated measures ANOVA toegepast op de

data. De relatieve kwantificatie van de metabolieten is weergegeven in tabel 6.

Voor Stimulatie 1 Stimulatie 2 Na

NAA/tCr controles 2.34 ± 0.269 2.38 ± 0.289 2.26 ± 0.244 2.40 ± 0.239

patiënten 2.46 ± 0.248 2.41 ± 0.233 2.42 ± 0.233 2.38 ± 0.256

Cho/tCr controles 0.221 ± 0.061 0.236 ± 0.059 0.214 ± 0.050 0.224 ± 0.036

patiënten 0.222 ± 0.059 0.228 ± 0.047 0.221 ± 0.046 0.223 ± 0.045

Lac/tCr controles 0.242 ± 0.108 0.247 ± 0.118 0.270 ± 0.118 0.243 ± 0.117

patiënten 0.267 ± 0.146 0.249 ± 0.099 0.288 ± 0.127 0.258 ± 0.122

Lac/NAA controles 0.103 ± 0.044 0.104 ± 0.048 0.120 ± 0.053 0.104 ± 0.054

patiënten 0.112 ± 0.060 0.105 ± 0.043 0.126 ± 0.046 0.110 ± 0.050

Tabel 6. Relatieve kwantificatie van de metabolieten. Alle waarden zijn gemiddelden van 20 controles en 20 patiënten.

De condities werden uitgemiddeld over 16 spectra.

Uit tabel 7 blijkt dat er geen significante verschillen waar te nemen zijn in de metabolietratio‟s tussen

de verschillende condities en de verschillende groepen (p>0.05).

NAA/tCr Cho/tCr Lac/tCr Lac/NAA

Conditie 0.474 0.639 0.643 0.680

Groep 0.168 0.673 0.237 0.370

Tabel 7. P-waarden bij de relatieve kwantificatie van de metabolieten.

39

4. Absolute kwantificatie

Om een goede vergelijking te kunnen maken tussen de twee groepen (controles en patiënten) en de

drie condities (vóór, tijdens en na stimulatie) werd opnieuw een repeated measures ANOVA toegepast

op de data. De absolute kwantificatie van de metabolieten is weergegeven in tabel 8.

voor stimulatie 1 stimulatie 2 na

[NAA] controles 14.92 ± 1.39 15.05 ± 1.39 14.75 ± 1.53 14.84 ± 1.70

patiënten 15.22 ± 1.76 15.36 ± 1.88 15.30 ± 1.90 15.21 ± 1.80

[tCr] controles 12.68 ± 1.60 12.63 ± 1.69 13.14 ± 1.47 12.25 ± 1.47

patiënten 12.43 ± 1.84 12.59 ± 1.84 12.54 ± 1.69 12.67 ± 1.59

[Cho] controles 0.88 ± 0.22 0.93 ± 0.17 0.89 ± 0.21 0.88 ± 0.18

patiënten 0.92 ± 0.22 0.88 ± 0.18 0.89 ± 0.17 0.90 ± 0.18

[Lac] controles 0.51 ± 0.19 0.53 ± 0.23 0.60 ± 0.24 0.52 ± 0.24

patiënten 0.55 ± 0.29 0.60 ± 0.24 0.62 ± 0.23 0.53 ± 0.26

Tabel 8. Absolute kwantificatie van de metabolieten (mM). Alle waarden zijn gemiddelden van 20 controles of 20

patiënten. De condities werden uitgemiddeld over 16 spectra.

Uit tabel 9 blijkt dat NAA, choline en totaal creatine geen significante verschillen vertonen tussen de

verschillende condities en de verschillende groepen.

NAA tCr Cho Lac

Conditie 0.694 0.333 0.956 0.680

Groep 0.181 0.990 0.652 0.370

Tabel 9. P-waarden bij de absolute kwantificatie van de metabolieten.

Bij lactaat ziet men globaal (dit wil zeggen over de 3 condities) hogere waarden bij patiënten (figuur 6)

vergeleken met controles. Ook is er een lactaatstijging zichtbaar bij de applicatie van de visuele

stimulatie en dit zowel bij de controles als de patiënten, voornamelijk tijdens het eerste deel van de

visuele stimulatie. Deze verschillen blijken uit de statistische analyse echter niet significant te zijn.

40

Figuur 6. 3D staafdiagram van de lactaatconcentraties bij controles en patiënten over het verloop van de verschillende

condities.

Om na te gaan of er eventueel geen subgroep van migrainepatiënten uitschietende lactaatwaarden

vertoont staan de lactaatwaarden van de migrainepatiënten weergegeven in een spreidingsdiagram

(figuren 7,8,9,10). Deze toont een gelijkmatige spreiding van lactaat in zowel de patiënten als de

controles. Er werd een Levene‟s test uitgevoerd op de homogeniteit van de variantie: p>0.05 voor alle

condities, dit wil zeggen dat er geen significante verschillen zijn in de variantie van alle vier de

condities.

Figuur 7. Spreidingsdiagram van lactaat vóór de visuele stimulatie.

0,46

0,48

0,50

0,52

0,54

0,56

0,58

0,60

0,62

VoorStim1

Stim2Na

Ab

solu

te c

on

cen

trat

ie (

mM

)

Conditie

[Lactaat]

Controles

MO patiënten

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

[lac

taat

] (m

M)

Voor

MO patiënten

Controles

41

Figuur 8. Spreidingsdiagram van lactaat tijdens het eerste deel van de visuele stimulatie.

Figuur 9. Spreidingsdiagram van lactaat tijdens het tweede deel van de visuele stimulatie.

Figuur 10. Spreidingsdiagram van lactaat na de visuele stimulatie.

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

[lac

taat

] (m

M)

Stimulatie 1

MO patiënten

Controles

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

[lac

taat

] (m

M)

Stimulatie 2

MO patiënten

Controles

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

[lac

taat

] (m

M)

Na

MO patiënten

Controles

42

Discussie

De opzet van deze studie was het uitvoeren van een 3T-1H-MRS studie met twintig MO patiënten en

twintig controlepersonen om mits de applicatie van visuele stimulatie te achterhalen of er metabole

verschillen optraden tussen migrainepatiënten en controlepersonen, alsook of er verschillen ontstonden

met de basale spectra. De spectra werden opgenomen in de visuele cortex en er kunnen een aantal

argumenten aangevoerd worden om deze keuze te rechtvaardigen. De visuele cortex wordt gekenmerkt

door een hoog energiemetabolisme en is gemakkelijk te stimuleren. De occipitale lobus heeft een

significant hogere regionale zuurstofratio (cerebral metabolic oxygen rate: CMRO2) vergeleken met

andere corticale regio‟s [30] en volgens een PET studie zou de regionale glucoseratio (cerebral

metabolic glucose rate: CMRgl) het hoogste zijn in de occipitale witte stof en de visuele cortex [56].

Migraine werd reeds bestudeerd aan de hand van talrijke MRS onderzoeken en hierbij werden

regelmatig gestegen lactaatgehaltes basaal of tijdens visuele stimulatie beschreven. Deze studies

betroffen echter meestal MA of meer complexe vormen van migraine zoals MA+, MwpA, FHM,

basilaire migraine, migraineus infarct etc. [27, 64, 66, 80]. Studies over de meest voorkomende vorm

van migraine, migraine zonder aura, zijn echter schaars.

In voorgaande studies werd de ATP concentratie doorgaans als constant beschouwd, maar Reyngoudt

et al. (2011) demonstreerden aan de hand van een 31

P-MRS studie een verlaagd ATP en PCr gehalte in

de visuele cortex van MO patiënten in rust, suggestief voor een reductie in het aërobe metabolisme

[58]. In een 1H-MRS studie bij dezelfde patiëntengroep werd geen kwantificeerbaar lactaat

geobserveerd, suggererend dat er bij MO geen significante overschakeling is naar anaërobe glycolyse

in rust [57]. Het doel van deze studie was na te gaan of het lactaatgehalte bij MO patiënten tijdens en

na visuele stimulatie gestegen zou zijn. De opmerkelijke bevinding van het gedaalde ATP gehalte

versterkt de theorie betreffende de mitochondriale component in migraine en bood dan ook de ideale

voorzet voor dit onderzoek. Deze studie kadert dus in de lijn van voorgaand MRS onderzoek en werd

niet enkel beschreven in dit proefschrift, het werd tevens gepubliceerd in „The journal of headache and

pain‟ [59].

Er werden, vóór het toedienen van de visuele stimulatie, geen significante verschillen gevonden in

lactaat tussen MO patiënten en controles. Deze bevindingen staan in contrast met voorgenoemde

studies betreffende MA en meer complexe vormen van migraine die een gestegen basaal

lactaatgehalte beschrijven [27, 64, 80] . In deze vormen van migraine wordt de lactaataccumulatie

toegeschreven aan een stoornis in het oxidatieve metabolisme (deficiënte energievoorziening) die

kenmerkend is voor een mitochondriale dysfunctie [31].

43

Er werden tijdens de visuele stimulatie geen significante lactaatstijgingen gevonden bij zowel de MO

patiënten als de controles. Sandor et al. (2005) beschreven een transiënte lactaatstijging tijdens de

visuele stimulatie bij MA+ patiënten, maar niet bij MA patiënten en controles. MA patiënten

vertoonden een gestegen basaal lactaatgehalte zonder verdere toename tijdens de visuele stimulatie

[64]. Het gestegen basale lactaatgehalte zou het gevolg zijn van de reeds eerder vernoemde

mitochondriale dysfunctie en het constant blijven van het lactaatgehalte tijdens de visuele stimulatie

zou het gevolg zijn van saturatie van het lactaat transporter systeem [64]. Ook postuleerde men dat in

de subgroep van patiënten met MA de aura beperkt bleef tot de visuele cortex, terwijl dit niet het geval

was voor de MA+ patiënten. Experimenten toonden aan dat de gedaalde pH (geassocieerd aan het

gestegen extracellulaire lactaatgehalte) een inhiberende factor is voor de corticale spreidende depressie,

die geassocieerd wordt met de aura symptomen [76].

Bij de gezonde controles werden geen gestegen lactaatgehaltes gedetecteerd na de visuele stimulatie,

dit in tegenstelling tot minder recente fMRS studies [21, 55, 65] die lactaatstijgingen van 60 tot 150%

beschreven. De resultaten van deze studies dienen echter wel kritisch geëvalueerd te worden aangezien

er een aantal methodologische problemen gebleken zijn betreffende de zichtbaarheid en de

kwantificatie van lactaat onder verscheidene experimentele omstandigheden [8, 46]. De zwakke

betrouwbaarheid van deze studies noodzaakte bijgevolg een optimalisatie van de sensitiviteit en

accuraatheid van de MRS methodologie. Mangia et al. [42-44] deden hier uitgebreid onderzoek over

in verscheidene geavanceerde MRS studies en observeerden lactaatstijgingen van 0.1-0.2 µmol/g

tijdens de eerste minuut van de visuele stimulatie, corresponderend met een stijging van slechts 20% .

In tegenstelling tot de meeste andere studies [8, 21, 46, 55, 65] werden deze studies uitgevoerd aan 7 T,

resulterend in een lagere chemische shift dispersie en een hogere signaal-ruisverhouding. Daarenboven

maakte men in deze studies gebruik van een ultrakorte echotijd en een lange repetitietijd resulterend

in een minimalisatie van de T1 en T2 relaxatie effecten, dit leidde tot zeer reproduceerbare signalen

met een hoge signaal-ruisverhouding.

In deze studie maakte men gebruik van een lange echotijd (288 ms), in overeenstemming met

verscheidene andere fMRS studies [8, 46, 65], en dit resulteerde in spectra met een lage signaal-

ruisverhouding, een grote variabiliteit in de gedetecteerde lactaat signalen, en bijgevolg dus grote

standaarddeviaties. Er werden geen lactaatveranderingen vastgesteld bij zowel de controles als de MO

patiënten aangezien de variaties lager zijn dan de detectielimiet van 0.1 µmol/g (maximaal 0.09 mM,

tabel 8). Deze detectielimiet werd vastgesteld door Mangia et al.(2006) in een functionele 7T 1H-MRS

studie en bedroeg voor de meeste metabolieten 0.2 µmol/g, voor lactaat bedroeg deze echter 0.1

µmol/g [42].

44

De berekende absolute metabolietconcentraties (i.e. rond 0.5-0.6 mM) liggen binnen de grenzen van

wat als normaal wordt beschouwd in een gezond brein (i.e. 0.2-1.0 mM) [43] en lactaatstijgingen tot

0.2 mM zijn dus onvoldoende om een indicator te zijn van een overschakeling naar de anaërobe

glycolyse .

Conclusie:

In deze studie werden geen significante verschillen in basale lactaatratio‟s en absolute concentraties

geobserveerd tussen de MO patiënten en de controles. Lactaat vertoonde ook geen significante stijging

tijdens of na het toedienen van de visuele stimulatie zowel bij de MO patiënten als de controles. Deze

bevindingen staan in contrast met de resultaten van andere studies betreffende MA en meer complexe

vormen van migraine. Bijgevolg suggereert dit dat de geobserveerde lactaatstijgingen in deze studies

gecorreleerd zijn met de aura en dus afwezig zijn in onze MO studiepopulatie. Er zijn evenwel enkele

beperkingen betreffende deze studie, namelijk dat subtiele metabole veranderingen mogelijks niet

gedetecteerd werden omwille van de experimentele condities (3T, sequentie, lange echotijd).

Daarentegen is deze studie een kwantitatieve analyse betreffende twee homogene, leeftijd- en

geslachtsgecorreleerde groepen (MO patiënten en controles) die pleit tegen een significante

overschakeling naar anaëroob metabolisme tijdens langdurige visuele stimulatie in de visuele cortex

van MO patiënten.

.

45

Referenties

1. Anttila V., Stefansson H., Kallela M. et al. Genome-wide association study of migraine implicates

a common susceptibility variant on 8q22.1. Nature genetics 2010; 42 (10) : 869-874.

2. Ambrosini A., Schoenen J. The electrophysiology of migraine. Current opinion in neurology 2003;

16 (3): 327-331.

3. Barbiroli B., Montagna P., Cortelli P., Martinelli P., Sacquegna T., Zaniol P., Lugaresi E.

Complicated migraine studied by phosphorus magnetic resonance spectroscopy. Cephalalgia 1990;

10 (5): 263-272.

4. Barbiroli B., Montagna P., Cortelli P., Funicello R., Iotti S., Monari L., Pierangeli G., Zaniol P.,

Lugaresi E. Abnormal brain and muscle energy metabolism shown by 31P magnetic resonance

spectroscopy in patients affected by migraine with aura. Neurology 1992; 42 (6): 1209-1214.

5. Bigal M.E., Lipton R.B. The epidemiology, burden, and comorbidities of migraine. Neurologic

clinics 2009; 27 (2) : 321-334.

6. Bliss T.M., Sapolsky R.M. Interactions among glucose, lactate and adenosine regulate energy

substrate utilization in hippocampal cultures. Brain research 2001; 899 (1-2): 134-41.

7. Bohotin V., Fumal A., Vandenheede M., Gérard P., Bohotin C., Maertens de Noordhout A.,

Schoenen J. Effects of repetitive transcranial magnetic stimulation on visual evoked potentials in

migraine. Brain 2002; 125 (4) : 912-922.

8. Boucard C.C., Mostert J.P., Cornelissen F.W., De Keyser J., Oudkerk M., Sijens P.E. Visual

stimulation, 1H MR spectroscopy and fMRI of the human visual pathways. European radiology

2005; 15 (1): 47-52.

9. Bramanti P., Grugno R., Vitetta A., Di Bella P., Muscara N., Nappi G. Migraine with and without

aura: electrophysiological and functional neuroimaging evidence. Functional neurology 2005; 20

(1) : 29-32.

10. Buxton R.B. Introduction to Functional Magnetic Resonance Imaging: Principles and techniques.

Cambridge university press, Cambridge, 2002.

11. Cao Y., Welch K.M., Aurora S., Vikingstad E.M. Functional MRI-BOLD of visually triggered

headache in patients with migraine. Archives of neurology 1999, 56 (5) : 548-554.

12. Chen T., Qian Y.Z., Di X., Zhu J.P., Bullock R. Evidence for lactate uptake after rat fluid

percussion brain injury. Acta neurochirurgica 2000 (suppl.) ; 76 : 359-364.

13. Chih C.P., Lipton P., Roberts E.L. Jr. Do active cerebral neurons really use lactate rather than

glucose? Trends in neurosciences 2001; 24 (10) :573-578.

14. Coppola G., Pierelli F., Schoenen J. Habituation and migraine. Neurobiology of learning and

memory 2009; 92 (2) : 249-259.

46

15. Dalkara T., Zervas N.T., Moskowitz M.A. From spreading depression to the trigeminovascular

system. Neurological sciences 2006; 27 S2: S86-S90.

16. D'Andrea G., Leon A. Pathogenesis of migraine: from neurotransmitters to neuromodulators and

beyond. Neurological sciences 2010; 31 S1: S1-S7.

17. de Vries B., Frants R.R., Ferrari M.D., van den Maagdenberg A.M. Molecular genetics of

migraine. Human genetics 2009; 126 (1) : 115-132.

18. Di Lorenzo C., Pierelli F., Coppola G., Grieco G.S., Rengo C., Ciccolella M;, Magis D, Bolla M;,

Casali C., Santorelli F.M., Schoenen J. Mitochondrial DNA haplogroups influence the therapeutic

response to riboflavin in migraineurs. Neurology 2009; 72 (18) : 1588-1594.

19. Dienel G.A., Hertz L. Glucose and lactate metabolism during brain activation. Journal of

neuroscience research 2001; 66 (5): 824-838.

20. Edmeads J., Mackell J.A. The economic impact of migraine: an analysis of direct and indirect

costs. Headache 2002; 42 (6) : 501-509.

21. Frahm J., Krueger G., Merboldt K.D., Kleinschmidt A. Dynamic uncoupling and recoupling of

perfusion and oxidative metabolism during focal brain activation in man. Magnetic resonance in

medicine 1996; 35 (2) : 143-148.

22. Fumal A., Bohotin V., Vandenheede M., Schoenen J. Transcranial magnetic stimulation in

migraine: a review of facts and controversies. Acta neurologica Belgica 2003; 103 (3) : 144-154.

23. Gjedde A., Marrett S. Glycolysis in neurons, not astrocytes, delays oxidative metabolism of

human visual cortex during sustained checkerboard stimulation in vivo. Journal of cerebral blood

flow and metabolism 2001; 21 (12) : 1384-1392.

24. Gladden L..B. Lactate metabolism: a new paradigm for the third millenium.The Journal of

physiology 2004; 558 (1) : 5-30.

25. Goadsby P.J. Pathophysiology of migraine. Neurologic clinics 2009; 27 : 335-360.

26. Goadsby P.J., Lipton R.B., Ferrari M.D. Migraine--current understanding and treatment. The New

England journal of medicine 2002; 346 (4) : 257-270.

27. Grimaldi D., Tonon C., Cevoli S., Pierangeli G., Malucelli E., Rizzo G., Soriani S., Montagna P.,

Barbiroli B., Lodi R., Cortelli P. Clinical and neuroimaging evidence of interictal cerebellar

dysfunction in FHM2. Cephalalgia 2009; 30 (5): 507-518.

28. Hedera P., Wu D., Lewin J.S., Miller D., Lerner A.J., Friedland R.P. Temporal patterns of

uncoupling between oxidative metabolism and regional cerebral blood flow demonstrated by

functional magnetic resonance imaging. Investigative radiology 1995; 30 (11) : 625-633.

29. Hornak J.P. The basics of MRI. www.cis.rit.edu/htbooks/mri/.

30. Ishii K., Sasaki M., Kitagaki H., Sakamoto S., Yamaji S., Maeda K. Regional difference in

cerebral blood flow and oxidative metabolism in human cortex. Journal of nuclear medicine 1996;

37 (7) : 1086-1088.

47

31. Kaufmann P., Shungu D.C., Sano M.C., Jhung S., Engelstad K., Mitsis E., Mao X., Shanske S.,

Hirano M., DiMauro S., De Vivo D.C. Cerebral lactic acidosis correlates with neurological

impairment in MELAS. Neurology 2004; 62 (8) : 1297-1302.

32. Kelman L. The triggers or precipitants of the acute migraine attack. Cephalalgia 2007; 27 (5) :

394-402.

33. Kimelberg H.K. Primary astrocyte cultures - a key to astrocyte function. Cellular and molecular

neurobiology 1983; 3 (1): 1-16.

34. Klopstock T., May A., Seibel P., Papagiannuli E., Diener H.C, Reichmann H. Mitochondrial

DNA in migraine with aura. Neurology 1996; 46 (6): 1735-1738 .

35. Kuwabara T.,Watanabe H.,Tanaka K.,Tsuji S.,Ohkubo M.,Ito T.,Sakai K.,Yuasa T.Mitochondrial

encephalomyopathy: elevated visual cortex lactate unresponsive to photic stimulation- a localized

1H-MRS study. Neurology 1994; 44 :557-559.

36. Leão A. Spreading depression of activity in the cerebral cortex. Journal of neurophysiology 1944;

7 (6): 359-389.

37. Leonardi M., Steiner T.J., Scher A.T., Lipton R.B. The global burden of migraine: measuring

disability in headache disorders with WHO's Classification of Functioning, Disability and Health

(ICF). The journal of headache and pain 2005; 6 (6) : 429-440.

38. Loder E. Triptan therapy in migraine. The New England journal of medicine 2010; 363 (1) : 63-70.

39. Maddock R.J., Buonocore M.H., Lavoie S.P., Copeland L.E., Kile S.J., Richards A.L., Ryan J.M.

Brain lactate responses during visual stimulation in fasting and hyperglycemic subjects: a proton

magnetic resonance spectroscopy study at 1.5 Tesla. Psychiatry research 2006; 148 (1) : 47-54.

40. Magistretti P.J, Pellerin L. Cellular mechanisms of brain energy metabolism and their relevance to

functional brain imaging. Philosofical transactions of the Royal Society B: Biological Sciences

1999; 354 (1387) : 1155-1163.

41. Mangia S., Gareffa G., Bianciardi M., Giove F., Di Salle F., Mariviglia B. The aerobic brain:

lactate decrease at the onset of neural activity. Neuroscience 2003; 118 (1) : 7-10.

42. Mangia S., Tkác I., Gruetter R., Van de Moortele P.F., Giove F., Maraviglia B., Ugurbil K.

Sensitivity of single-voxel 1H-MRS in investigating the metabolism of the activated human cortex

at 7T. Magnetic resonance imaging 2006; 24 (4 ): 343-348.

43. Mangia S., Tkác I., Gruetter R., Van de Moortele P.F., Maraviglia B., Uğurbil K. Sustained

neuronal activation raises oxidative metabolism to a new steady-state level: evidence from 1

H

NMR spectroscopy in the human visual cortex. Journal of cerebral blood flow and metabolism

2007; 27 (5) :1055-1063.

44. Mangia S., Tkác I., Logothetis N.K., Gruetter R., Van de Moortele P.F., Ugurbil K. Dynamics of

lactate concentration and blood oxygen level-dependent effect in the human visual cortex during

repeated identical stimuli. Journal of neuroscience research 2007; 85 (15) : 3340-3346.

48

45. Mehrotra S., Gupta S., Chan K.Y., Villalón C.M., Centurión D., Saxena P.R.,

MaassenVanDenBrink A. Current and prospective pharmacological targets in relation to

antimigraine action. Naunyn-Schmiedeberg‟s archives of pharmacology 2008; 378 (4) : 371-394.

46. Merboldt K.D., Bruhn H., Hänicke W., Michaelis T., Frahm J. Decrease of glucose in the human

visual cortex during photic stimulation. Magnetic resonance in medicine 1992; 25 (1) : 187-194.

47. Montagna P., Cortelli P., Barbiroli B. Magnetic resonance spectroscopy studies in migraine.

Cephalalgia 1994; 14 (3) : 184-193.

48. Monteith T.S., Goadsby P.J. Acute migraine therapy: new drugs and new approaches. Current

treatment options in neurology 2011; 13 (1) : 1–14.

49. Morgello S., Uson R.R., Schwartz E.J., Haber R.S. The human blood-brain barrier glucose

transporter (GLUT1) is a glucose transporter of gray matter astrocytes. Glia 1995; 14 (1) : 43-54.

50. Naressi A., Couturier C., Castang I., de Beer R., Graveron-Demilly D. Java-based graphical user

interface for MRUI, a software package for quantitation of in vivo/medical magnetic resonance

spectroscopy signals. Computers in biology and medicine 2001; 31 (4) : 269-286.

51. Olesen J. The role of nitric oxide (NO) in migraine, tension-type headache and cluster headache.

Pharmacology & therapeutics 2008; 120 (2) : 157-171.

52. Paemeleire K. The cellular basis of neurovascular metabolic coupling. Acta neurologica Belgica

2002; 102 (4) : 153-157.

53. Pellerin L., Pellegri G., Bittar P.G., Charnay Y., Bouras C., Martin J.L., Stella N., Magistretti P.J.

Evidence supporting the existence of an activity-dependent astrocyte-neuron lactate shuttle.

Developmental neuroscience 1998; 20 (4-5) : 291-299.

54. Perrotta A., Serrao M., Tassorelli C., Arce-Leal N., Guaschino E., Sances G., Rossi P, Bartolo M,

Pierelli F, Sandrini G, Nappi G. Oral nitric-oxide donor glyceryl-trinitrate induces sensitization in

spinal cord pain processing in migraineurs: A double-blind, placebo-controlled, cross-over study.

European journal of pain 2010; article in press.

55. Prichard J., Rothman D., Novotny E., Petroff O., Kuwabara T., Avison M., Howseman A.,

Hanstock C., Shulman R. Lactate rise detected by 1H-NMR in human visual cortex during

physiologic stimulation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of

America 1991; 88 (13) : 5829-5831.

56. Reivich M., Kuhl D., Wolf A., Greenberg J., Phelps M., Ido T., Csella V., Fowler J., Hoffman E.,

Alavi A., Som P., Sokoloff L. The [18]fluorodeoxyglucose method for the measurement of local

cerebral glucose in man. Circulation research 1979; 44 (1) : 127-137.

57. Reyngoudt H., De Deene Y., Descamps B., Paemeleire K., Achten E. 1H-MRS of brain

metabolites in migraine without aura: absolute quantification using the phantom replacement

technique. Magnetic resonance materials in physics, biology, and medicine 2010; 23 (4) : 227-241.

49

58. Reyngoudt H., Paemeleire K., Descamps B., De Deene Y., Achten E. 31

P-MRS demonstrates a

reduction in high-energy phosphates in the occipital lobe of migraine without aura patients.

Cephalalgia 2011; article in press.

59. Reyngoudt H., Paemeleire K., Dierickx A., Descamps B., Vandemaele P., De Deene Y., Achten E.

Does visual cortex lactate increase following photic stimulation in migraine without aura patients?

A functional 1H-MRS study. The journal of headache and pain 2011; article in press.

60. Ross B.D., Danielsen E.R., Blüml S. Proton magnetic resonance spectroscopy: the new gold

standard for diagnosis of clinical ans subclinical hepatic encephalopathy? Digestive diseases 1996;

14 S1: 30-39.

61. Rozen T.D., Oshinsky M.L., Gebeline C.A., Bradley K.C., Young W.B., Shechter A.L.,

Silberstein S.D. Open label trial of coenzyme Q10 as a migraine preventive. Cephalalgia 2002; 22

(2) : 137-141.

62. Russell M.B., Iselius L., Olesen J. Inheritance of migraine investigated by complex segregation

analysis. Human genetics 1995; 96 (6) : 726-730.

63. Russell M.B., Olesen J. Increased familial risk and evidence of genetic factor in migraine. Britisch

medical journal 1995; 311 (7004) : 541-544.

64. Sandor P.S., Dydak U., Schoenen J., Kollias S.S., Hess K., Boesiger P., Agosti R.M. MR-

spectroscopic imaging during visual stimulation in subgroups of migraine with aura. Cephalalgia

2005; 25 (7) : 507-518.

65. Sappey-Marinier D., Calabrese G., Fein G., Hugg J.W., Biggins C., Weiner M.W. Effect of photic

stimulation on human visual cortex lactate and phosphates using 1H and

31P magnetic resonance

spectroscopy. Journal of cerebral blood flow and metabolism 1992; 12 (4) : 584-592.

66. Sarchielli P., Tarducci R., Presciutti O., Gobbi G., Pelliccioli G.P., Stipa G., Alberti A., Capocchi

G. Functional 1H-MRS findings in migraine patients with and without aura assessed interictally.

Neuroimage 2005; 24 (4) : 1025-1031

67. Schoenen J., Ambrosini A., Sandor P.S., Maertens de Noordhout A. Evoked potentials and

transcranial magnetic stimulation in migraine: published data and viewpoint on their

pathophysiologic significance. Clinical neurophysiology 2003; 114 (6) : 955-972.

68. Schoenen J. Cortical electrophysiology in migraine and possible pathogenetic implications.

Clinical neuroscience 1998; 5 (1) : 10-17.

69. Schoenen J. Pathogenesis of migraine: the biobehavioural and hypoxia theories reconciled. Acta

neurologica Belgica 1994; 94 (2) : 79-86.

70. Schulz U.G., Blamire A.M., Corkill R.G., Davies P., Styles P., Rothwell P.M. Association

between cortical metabolite levels and clinical manifestations of migrainous aura: an MR-

spectroscopy study. Brain 2007; 130 (12) : 3102-3110.

50

71. Schurr A., Payne R.S., Miller J.J., Rigor B.M. Glia are the main source of lactate utilized by

neurons for recovery of function posthypoxia. Brain research 1997; 774 (1-2) : 221-224.

72. Sibson N.R., Dhankhar A., Mason G.F., Behar K.L., Rothman D.L., Shulman R.G. In vivo 13

C

NMR measurements of cerebral glutamine synthesis as evidence for glutamate-glutamine cycling.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 1997; 94 (6) :

2699-2704.

73. Somogyi P., Tamas G., Lujan R., Buhl E.H. Salient features of synaptic organisation in the

cerebral cortex.Brain research. Brain research reviews 1998; 26 (2-3) : 113-135.

74. Takahashi S., Driscoll B.F., Law M.J., Sokoloff L. Role of sodium and potassium ions in

regulation of glucose metabolism in cultured astroglia. Proceedings of the National Academy of

Sciences of the United States of America 1995; 92 (10) : 4616-4620.

75. The International Headache Society Classification Subcommittee. The International Classification

of Headache Disorders: 2nd edition. Cephalalgia 2004; 24 : 9-160.

76. Tong C.K., Chesler M. Modulation of spreading depression by changes in extracellular pH.

Journal of neurophysiology 2000; 84 (5) : 2449-2457.

77. Tsacopoulos M., Magistretti P.J. Metabolic coupling between glia and neurons. Journal of

neuroscience 1996; 16(3) : 877-885.

78. Van den Bergh V., Amery W.K., Waelkens J. Trigger factors in migraine: a study conducted by

the Belgian migraine society. Headache 1987; 27 (4) : 191-196.

79. Walz W., Mukerji S. Lactate production and release in cultured astrocytes. Neuroscience letters

1988; 86 (3) : 296-300.

80. Watanabe H., Kuwabara T., Ohkubo M., Tsuji S., Yuasa T. Elevation of cerebral lactate detected

by localized 1H-magnetic resonance spectroscopy in migraine during the interictal period.

Neurology 1996, 47 (4) : 1093-1095.

81. Welch K.M. Contemporary concepts of migraine pathogenesis. Neurology 2003; 61 (8) S4 : S2-8.

82. Welch K.M., Levine S.R., D'Andrea G., Helpern J.A. Brain pH in migraine: an in vivo

phosphorus-31 magnetic resonance spectroscopy study. Cephalalgia 1988; 8 (4) : 273-277.

83. Welch K.M., Levine S.R., D'Andrea G., Schultz L.R., Helpern J.A. Preliminary observations on

brain energy metabolism in migraine studied by in vivo phosphorus 31 NMR spectroscopy.

Neurology 1989; 39 (4) : 538-541.

84. Wiesinger H., Hampbrecht B., Dringen R. Metabolic pathway for glucose in astrocytes. Glia. 1997;

21 (1) : 22-34.

51

Appendix A : The International

Headache Classification (ICHD-2)

I. I. The primary headaches

II.

1. Migraine

1.1 Migraine without aura

1.2 Migraine with aura

1.3 Childhood periodic syndromes that are commonly precursors of migraine

1.4 Retinal migraine

1.5 Complications of migraine

1.6 Probable migraine

2. Tension-type headache

2.1 Infrequent episodic tension-type headache

2.2 Frequent episodic tension-type headache

2.3 Chronic tension-type headache

2.4 Probable tension-type headache

3. Cluster headache and other trigeminal autonomic cephalalgias

3.1 Cluster headache

3.2 Paroxysmal hemicrania

3.3 Short-lasting unilateral neuralgiform headache attacks with conjuctival injection and tearing

(SUNCT)

3.4 Probable trigeminal autonomic cephalalgia

4. Other primary headaches

4.1 Primary cough headache

4.2 Primary exertional headache

4.3 Primary headache associated with sexual activity

4.4 Hypnic headache

4.5 Primary thunderclap headache

4.6 Hemicrania continua

4.7 New daily-persistent headache (NDPH)

52

II. The secondary headaches

1. Headache attributed to head and/or neck trauma

1.1 Acute post-traumatic headache

1.2 Chronic post-traumatic headache

1.3 Acute headache attributed to whiplash injury

1.4 Chronic headache attributed to whiplash injury

1.5 Headache attributed to other head and/or neck trauma

1.6 Post-craniotomy headache

2. Headache attributed to vascular intracranial disorder

2.1 Headache attributed to ischaemic stroke or transient ischaemic attack

2.2 Headache attributed to non-traumatic intracranial haemorrhage

2.3 Headache attributed to unruptured vascular malformation

2.4 Headache attributed to arteritis

2.5 Carotid or vertebral artery pain

2.6 Headache attributed to cerebral venous thrombosis (CVT)

2.7 Headache attributed to other intracranial vascular disorder

3. Headache attributed to non-vascular intracranial disorder

3.1 Headache attributed to high cerebrospinal fluid pressure

3.2 Headache attributed to low cerebrospinal fluid pressure

3.3 Headache attributed to non-infectious inflammatory disease

3.4 Headache attributed to intracranial neoplasm

3.5 Headache attributed to intrathecal injection

3.6 Headache attributed to epileptic seizure

3.7 Headache attributed to Chiari malformation type I

3.8 Syndrome of transient Headache and Neurological Deficits with cerebrospinal fluid

Lymphocytosis (HaNDL)

3.9 Headache attributed to other non-vascular intracranial disorder

4. Headache attributed to a substance or its withdrawal

4.1 Headache induced by acute substance use or exposure

4.2 Medication-overuse headache (MOH)

4.3 Headache as an adverse event attributed to chronic medication

4.4 Headache attributed to substance withdrawal

53

5. Headache attributed to infection

5.1 Headache attributed to intracranial infection

5.2 Headache attributed to systemic infection

5.3 Headache attributed to HIV/AIDS

5.4 Chronic post-infection headache

6. Headache attributed to disorder of homoeostasis

6.1 Headache attributed to hypoxia and/or hypercapnia

6.2 Dialysis headache

6.3 Headache attributed to arterial hypertension

6.4 Headache attributed to hypothyroidism

6.5 Headache attributed to fasting

6.6 Cardiac cephalalgia

6.7 Headache attributed to other disorder of homoeostasis

7. Headache or facial pain attributed to disorder of cranium, neck, eyes,

ears, nose, sinuses, teeth, mouth or other facial or cranial structures

7.1 Headache attributed to disorder of cranial bone

7.2 Headache attributed to disorder of neck

7.3 Headache attributed to disorder of eyes

7.4 Headache attributed to disorder of ears

7.5 Headache attributed to rhinosinusitis

7.6 Headache attributed to disorder of teeth, jaws or related structures

7.7 Headache or facial pain attributed to temporomandibular joint (TMJ) disorder

7.8 Headache attributed to other disorder of cranium, neck, eyes, ears, nose, sinuses, teeth, mouth

or other facial or cervical structures

8. Headache attributed to psychiatric disorder

8.1 Headache attributed to somatisation disorder

8.2 Headache attributed to psychotic disorder

54

III. Cranial Neuralgias Central and Primary Facial Pain and Other

headaches

1. Cranial neuralgias and central causes of facial pain

1.1 Trigeminal neuralgia

1.2 Glossopharyngeal neuralgia

1.3 Nervus intermedius neuralgia

1.4 Superior laryngeal neuralgia

1.5 Nasociliary neuralgia

1.6 Supraorbital neuralgia

1.7 Other terminal branch neuralgias

1.8 Occipital neuralgia

1.9 Neck-tongue syndrome

1.10 External compression headache

1.11 Cold stimulus headache

1.12 Constant pain caused by compression, irritation or distortion of cranial nerves or

<<<<<<<upper cervical roots by structural lesions

1.12 Optic neuritis

1.13 Ocular diabetic neuropathy

1.14 Head or facial pain attributed to herpes zoster

1.15 Tolosa-Hunt syndrome

1.16 Ophtalmoplegic “migraine”

1.17 Central causes of facial pain

1.18 Other cranial neuralgia or other centrally-mediated facial pain

2 Other headache, cranial neuralgia, central or primary facial pain

2.11 Headache not elsewhere classified

2.12 Headache unspecified

Bron : The International Classification of Headache Disorders: 2nd edition. Cephalalgia. 2004;24 (1):

9-160.

55

Appendix B : recruteringsaffiche

56

Appendix C : MR-vragenlijst

57

Appendix D : verklarende woordenlijst

ADP: adenosine diphosphate

ANLSH: astrocyte-neuron lactate shuttle hypothesis

ANOVA: analysis of variance

ATP: adenosine triphosphate

B0 : external magnetic field

BBB: blood brain barrier

CBF : cerebral blood flow

CGMP: cyclic guanosine monophosphate

CGRP: calcitonin gene-related peptide

CHESS: chemical-shift-selective

Cho: choline

CMR: cerebral metabolic rate

CNV: contingent negative variation

Cr: creatine

CSD : cortical spreading depression

CVA: cerebrovascular accident

DNA: deoxyribonucleic acid

eNOS: endothelial NOS

FHM: familial hemiplegic migraine

fMRI: functional magnetic resonance imaging

γ: gyromagnetic ratio

G-6-P: glucose-6-phosphate

GLUT: glucose transporter

58

GWAS: Genome Wide Association Study

1H: hydrogen

Hz: herz

IHS: International Headache Society

iNOS: inducible NOS

K+: potassium

KSS: Kearns Sayre Syndrome

Lac: lactate

LDH: lactate dehydrogenase

LSD: least significance test

MA : migraine with aura

MA+: migraine with visual as well as somatosensory, dysphasic and/or paretic aura

MELAS: Mitochondrial myopathy, Encephalopathy, Lactic Acidosis, and Stroke-like episodes

Mg: magnesium

MO: migraine without aura

MR: magnetic resonance

MRI: magnetic resonance imaging

MRS: magnetic resonance spectroscopy

MRUI: Magnetic Resonance User Interface

mtDNA: mitochondrial DNA

MwpA: migraine with prolonged aura

Mxy: transverse magnetisation vector

Mz: longitudinal magnetisation vector

Na+: sodium

59

NAA: N-acetyl-aspartate

NMDA: N-methyl-D-aspartic-acid

NMR: nuclear magnetic resonance

nNOS: neuronal NOS

NOS: NO synthase

31P: phosporus

PCr: phosphocreatine

PET: Positron Emission Tomography

Pi: inorganic phosphate

ppm: parts per million

PRESS: single voxel point-resolved spin echo sequence

PS: photic stimulation

SNR: signal-to-noise ratio

T1: longitudinal relaxation time

T2: transverse relaxation time

tCr: total creatine

TIA: transient ischemic attack

TMS : transcranial magnetic stimulation

VEP : visual evoked potential

VOI: volume of interest

WHO: world health organization

ω: Larmor frequency