Fizyolojik uyarılarla kortikal yayılan depresyonun oluşturulması
Induction of cortical spreading depression with physiological stimuli
Yazar: ŞAHİN HANALİOĞLU KHANİYEV
Danışman: PROF. DR. TURGAY DALKARA ; PROF. DR. YASEMİN ÖZDEMİR
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Nörolojik ve Psikiyatrik Temel Bilimler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Nöroloji = Neurology
Dizin: Baş ağrısı = Headache ; Duyular = Sensation ; Migren hastalıkları = Migraine disorders ; Ouabain = Ouabain ; Uyarılmış potansiyeller = Evoked potentials

Özet:
Migren, tüm dünyada %12-15 gibi yüksek yaygınlığa sahip, önemli işlev ve işgücü kayıplarına neden olan bir primer baş ağrısı türüdür. Migren aurasının beyinde oluşan kortikal yayılan depresyon (KYD) dalgaları ile ilişkili olduğu bilinmektedir. Yakın zamanda yapılan çalışmalar aurayı takip eden baş ağrısının da KYD tarafından tetiklenebildiğini göstermiştir. Bu nedenle KYD, deneysel çalışmalarda migreni modellemek amacıyla kullanılmaktadır. Fakat deney hayvanlarında KYD oluşturmak için kullanılan mekanik, elektriksel ve kimyasal yöntemler beyine doğrudan müdahale içermekte olup, bu yönüyle migrenlilerdeki atak oluşumunu tam olarak temsil edememektedir. Öte yandan migren atağının stres, kuvvetli ışık uyarısı, egzersiz, açlık, çeşitli gıdalar, uyku bozuklukları vb. birtakım etmenlerle tetiklenebildiği iyi bilinmektedir. Bu verilerden hareketle, bu tez çalışmasında KYD'nin migrene yatkın hale getirilmiş fare beyninde kuvvetli duyusal uyarılarla oluşturulabileceği hipotezinin test edilmesi amaçlanmıştır. Çalışmada, fare beynini KYD oluşumuna (migrene) yatkın hale getirmek amacıyla ilgili duyusal korteks üzerine topikal uvabain (Na+-K+ ATPaz inhibitörü) uygulaması yapılmış, tetikleyici olarak ise kuvvetli ışık veya bıyık uyarısı kullanılmıştır. Korteks üzerine uygulanan farklı uvabain konsantrasyonları ile yapılan deneylerde, uvabain dozu arttıkça KYD sıklığının arttığı bulunmuş, KYD oluşumu için eşik konsantrasyon 0.1 mM olarak belirlenmiştir. 0.1 mM topikal uvabain uygulamasını takiben son spontan KYD oluşumundan 30 dakika geçtikten sonra başlatılan ışık veya bıyık uyarıları ile KYD oluşma olasılığının anlamlı ölçüde arttığı bulunmuştur. Ayrıca bir floresan potasyum belirteci olan APG-4 ile yapılan floresan mikroskopi çalışmalarında, KYD ve duyusal uyarım sırasındaki hücre dışı potasyum artışları kaydedilmiştir. Bu bulgular, KYD oluşumuna duyarlı hale getirilen kortekste (migrenlilerde olduğu gibi), kuvvetli duyusal uyarılarla KYD'nin (auranın) tetiklenebildiğini ve bu tetiklenmeye olasılıkla hücre dışı potasyum konsantrasyonundaki artışın neden olduğunu göstermektedir. Bu yönüyle, bu tez çalışması bir yandan KYD'nin migren patofizyolojisindeki yerine destek sağlarken, bir yandan da insandaki aurayı modelleyen ve fizyolojik bir deneysel migren modelinin geliştirilmesinin de önünü açmaktadır. Gelecekte KYD oluşum ve yayılım mekanizmalarının daha iyi anlaşılmasıyla, migrene yönelik daha etkin koruyucu önlemlerin ve tedavi stratejilerinin geliştirilmesi mümkün olacaktır.

Abstract:
Migraine is a primary headache disorder with an annual prevalence of 12-15% in the general population, causing considerable disability and productivity loss. Migraine aura is associated with cortical spreading depression (CSD) waves occurring in the brain. Recent studies showed that CSD itself triggers headache, which follows aura within 60 minutes. Hence, CSD has been widely used to model migraine in experimental research. However, the methods to induce CSD in animals involve direct mechanical, electrical or chemical stimuli to the brain, which do not constitute a proper representation of the actual attack initiation in migraineurs. On the other hand, it is well known that a migraine attack can be triggered by a variety of factors such as stress, intense light exposure, exercise, fasting, certain foods, sleep disturbances and hormonal imbalance. Therefore, in this study, we hypothesized that CSD can be induced by intense sensory stimulation in the susceptible mouse brain. We applied ouabain, a Na+-K+ ATPase blocker, topically to the relevant sensory cortex (visual or somatosensory) to make mouse brain susceptible to CSD (migraine), and used intense photic or whisker stimulation to trigger CSD. Increasing doses of ouabain were found to be associated with higher frequencies of spontaneous CSDs, and the threshold concentration to induce CSD was determined as 0.1 mM. Photic or whisker stimulation started at least 30 minutes after the last spontaneous CSD following the ouabain application were found to increase the CSD incidence significantly. Furthermore, we visualized extracellular potassium increases with a florescent potassium indicator, APG-4, during the CSD and sensory stimulation. Taken together, these findings show that CSD (aura) can be triggered in the susceptible mouse brain (like in migraineurs) with intense sensory stimulation, and this induction is possibly caused by extracellular potassium rise. This thesis study therefore lends support to the role of CSD in migraine pathophysiology, and also opens new avenues for the development of more realistic and physiologic experimental migraine models. Better understanding of CSD initiation and propagation mechanisms will eventually lead to more efficient preventive and therapeutic interventions in migraine.