Die Migränewelle

Aktiv an der Erforschung der eigenen Krankheit etwas beitragen, das geht. Dass Hunderte die Vorboten ihrer Migräneattacken dokumentierten, half mit, die Rolle der Migränewelle weitgehend aufzuklären. Ein Patient hatte mit seinen sehr präzisen Beobachtungen sogar einen besonders großen Anteil daran.

Die Migränewelle, in der Fachsprache »spreading depression« genannt, geht dem Schmerz um viele Minuten voraus. Bei ca. einem Viertel der Betroffenen verursacht die Welle zunächst äußerst eigentümliche Erlebnisse, während sie durch die Großhirnrinde (»Cortex«) läuft. Man nennt diese Erlebnisse auch etwas eigentümlich, nämlich »Aura«.

Migräneaura: gelegentliche Vorboten des Schmerzes

Zur Migräneaura gehören Erscheinungen im Gesichtsfeld, Kribbeln und Taubheitsgefühl in bestimmten Hautpartien, Schwierigkeiten selbst ganz einfache Wörter zu finden oder auch Störungen der mentalen Repräsentation des eigenen Körpers, so dass Rumpf, Hals, Kopf oder Gliedmaßen verzerrt oder fremd erscheinen. Um nur einige Migräneauren zu nennen. Viele Hunderte von Erfahrungsberichten haben wir in den letzten 15 Jahren gesammelt und im Internet dokumentiert. Was immer erlebt wird, der Spuk ist in den weit überwiegenden Fällen nach ca. einer Stunde vorbei – dann beginnen die Kopfschmerzen.

Als direkter Vorbote einer Migräneattacke nährt die »spreading depression« die Hoffnungen eine Antwort auf die Frage zu geben, wie die Kopfschmerzen bei Migräne physiologisch entstehen. Diese Frage gilt als der heilige Gral der Migräneforschung. Zunächst erscheint es sehr merkwürdig. Denn drei Viertel der Migräneerkrankten erleben keine Aura (oder extrem selten) und andere wiederum, ca. 5% der Betroffenen, nur die Aura jedoch gar keine Kopfschmerzen (die Dunkelziffer könnte höher liegen, da eine Diagnose ohne die Schmerzen nicht selten ausbleibt).

Mit und ohne Aura, mit und ohne Kopfschmerz

Was bedeutet es für die Schmerzentstehung, dass es drei sehr unterschiedliche Verlaufsformen der Migräneattacken gibt, nämlich Migräne ohne Aura (MO), Migräne mit Aura (MA) und Migräne mit Aura und ohne Kopfschmerzen (MX)? Patienten berichten auch von unterschiedlichen Verlaufsformen ihrer Attacken; sie erleben Attacken mit und ohne Aura sowie auch Auren, ohne dass Schmerzen folgen. Die Variabilität (MA, MO, MX) existiert also nicht nur zwischen Patienten, sondern auch innerhalb eines Patienten zwischen den Attacken.

Seit etwa zehn Jahren nimmt man an, dass die »spreading depression« bei den meisten zunächst leise durch die Hirnrinde läuft – »klinisch still« heißt das in der Fachsprache. Sie verursacht jedoch in den darüberliegenden Hirnhäuten schmerzhafte Folgeschäden (MO). Nur etwa bei einem Drittel der Fälle verursacht die »spreading depression« unmittelbar neurologische Symptome, die man Aura nennt, noch vor den Kopfschmerzen (MA). Und bei den glücklichen 5% verursacht sie exklusiv nur diese Aura und bleibt ansonsten harmlos (MX).

Nur: Wie kann die »spreading depression« so unterschiedlich verlaufen? Wie so oft ist die Antwort im Nachhinein recht einfach.

Eine virtuelle Reise ins Nervengewebe

Computersimulationen geben eine plausible Antwort, wie es zu diesen drei unterschiedlichen Verlaufsformen MO, MA und MX durch die Migränewelle kommen kann. Solche Computersimulationen sind wie eine Möglichkeit, in eine Windung der Hirnrinde zu reisen und dort den Durchlauf dieser Migränewelle einmal direkt zu beobachten und dabei auf Unterschiede zu achten, zum Beispiel wir nahe die Welle den schmerzempfindlichen Hirnhäuten kommt.

Bei dieser virtuellen Reise ins Nervengewebe, das übrigens selbst völlig schmerzunempfindlich ist, können wir beobachten, wie die Nervenzellen allmählich unruhig werden. Die Migränewelle naht. Immer schneller und schneller feuern nun Nervenzellen Signale ab. Am Schluss so schnell, dass sie schließlich erschöpft verstummen müssen. Was jetzt geschieht ist das eigentliche Kennzeichen der »spreading depression«: massenhaft werden weiterhin elektrisch geladene Teilchen (Ionen) von den verstummten Nervenzellen mit der Umgebung ausgetauscht. Sie tauschen sogar in diesem Erschöpfungszustand deutlich mehr Ionen aus, als noch in der Phase, in der sie aktiv feuerten. Dabei nehmen die Nervenzellen netto mehr Ionen auf als sie abgeben, so dass auch Wasser mit in die Zellen einströmt, um den osmotischen Druck auszugleichen. Wir sehen in Comuptersimulationen, wie die Nervenzellen bis zum Anschlag anschwellen. Jetzt ist der Wellenkamm erreicht.

Die »spreading depression« wurde oft mit einem Tsunami verglichen. Denn gegenüber den normalen physiologischen Schwankungen im Ionenhaushalt des Nervengewebes verursacht die »spreading depression« viel gewaltigere »pathologische« Schwankungen, die sogar die der Epilepsie deutlich übertreffen. Etwa eine Stunde wird es dauern, bis der Ionenhaushalt im Nervengewebe sich wieder völlig normalisiert hat.

Soliton: Das einzelne Wellestück

Steigen wir aus dem Nervengewebe auf und beobachten die Ereignisse von oben. Von hier erleben wir, wie dieser Tsunami (rot markier im Video unten) von Zelle zu Zelle langsam durch eine Hirnwindung sich in eine Richtung fortpflanzt. Nur in eine Richtung!

(VIDEO: In blau ist eine etwa Streichholzschachte große Hirnwindung gezeigt, durch die die Migränewelle hindurchläuft. Das Video basiert auch einer personalisierten Computersimulation, bei der die individuellen Sehstörungen einer visuellen Migräneaura eines Patienten mit der Krümmung seiner sogenannten primären visuellen Cortex abgeglichen wurde. Der primäre visuelle Cortex ist ein Hirnrindenfeld, das Nervensignale aus den Netzhäuten der Augen erhält. Genauer ist das Vorgehen der personalisierten Computersimulation in der aktuellen Ausgabe von “Gehirn & Geist” beschrieben. Im “Physik Journal” sind die mathematischen Modelle aus der Physik-Perspektive erklärt (Link offen).)

Was sofort an der Simulation auffällt ist, dass die Welle nur einen Wellenkamm hat und sich nicht in alle Richtungen ausbreitet, sondern wie ein Fragment formstabil nur in eine Richtung läuft. Man nennt das eine »solitäre« Welle oder auch ein »Soliton«. (Um es ganz genau zu sagen, die Migränewelle ist ein »dissipatives Soliton«. Womit im wesentlichen gemeint ist, dass es sich um eine räumliche Struktur handelt, die von dem Durchfluss von Energie selbstorganisierend aufrecht erhalten bleibt. Diesbezüglich gibt es Unterschiede zu einem Tsunami. Das soll uns im weiteren aber nicht stören.)

Die Computermodelle legen nahe, dass hinter jeder Verlaufsform der Migräne (MO, MA und MX) ein unterschiedliches raumzeitliches Wellenmuster liegt, wobei man auch die Lage des Wellenmustern zu Faltung der Hirnrinde berücksichtigen muss.

So weit so gut. Doch wo hat diese Welle ihren Ursprung? In der Analogie zum Tsunami ist das die Frage nach dem Ort des unterseeischen Erdbebens.

Cortikale Hot Spots

Auch bei dieser Frage liefern Computersimulationen Antworten. Sie weisen auf Hot Spots in der gekrümmten Hirnrinde hin, die eine Mangelversorgung (»Ischämie«) am schlechtesten tolerieren und somit Orte sind, von den die »spreading depression« am ehesten aufkeimen wird. Erste Vergleiche von Zeichnungen eines Patienten mit Daten aus der funktionelle Magnetresonanztomographie belegen die Vermutungen (s. aktuellen Ausgabe von “Gehirn & Geist” ).

(VIDEO: Titelbild der aktuellen Augabe von “Gehirn& Geist” mit einer überlagerten Computersimulation einer typischen visuellen Migräneaura, die man »Fortifikation« nennt. Mehr über diese Computersimulation in dem Heft.)

Migränepatienten helfen

Migränepatienten können helfen, noch letzte offene Fragen zu beantworten, in dem sie eigenen Erfahrungen als Migränepatient der Forschung zur Verfügung stellen. Bisher waren es vor allem Ärzte und Wissenschaftler selbst, die Beobachtungen zu ihre Migräneaura aufzeichneten und dies wissenschaftlich publizierten. Richard JungBernhard HassensteinOtto-Joachim Grüsser und Ernst Pöppel, sie alle beschrieben ihre Erfahrungen während der Migräneaura, um nur eine kleine Auswahl deutscher Gehirnforscher zu nennen.

„Meine eigenen Erfahrungen als Migränepatient weckten schon früh mein Interesse am Gehirn“ (Oliver Sacks)

Der nächste Schritt: Vorboten der Migränewelle

Über die Migränewelle wissen wir heute bis ins Detail, was in der Hirnrinde geschieht, auch wenn die Hypothesen, die aus den Computersimulation hervorgegangen sind, klinisch noch weiter und unabhängig überprüft werden müssen.

Für die Erforschung der Migräne am Computer ist damit noch lange nicht Schluss. Denn die Migräneaura ist weder das einzige noch das frühste Warnsymptom einer Migräneattacke. In der Vorbotenphase (»Prodromalphase«), die noch vor der Auraphase liegt und bis zu 48 Stunden dem Kopfschmerz vorausgeht (manche Wissenschaftler sprechen sogar von 72 Stunden), kommt es zu weiteren, teils sehr subtilen Symptomen.

Zu ihnen gehören: Licht-, Geruchs- und Lärmempfindlichkeit und Gesichtsblässe, kalte Extremitäten (Hände und/oder Füße), Rücken- oder Nackenschmerzen, Nackenverspannung, Schlafstörungen, Intensives Gähnen, Gereiztheit, Stimmungsschwankung, Hyperaktivität, Antriebslosigkeit, depressive Stimmung, Erschöpfung, Müdigkeit, Sprachstörungen, Vergesslichkeit, Konzentrationsschwierigkeiten, Schwindel, Übelkeit, Durchfall, Appetitlosigkeit, Durst und Heißhunger.

Diese Störungen sind die Vorboten der unterseeischen Erdbeben, um ein letztes mal das Tsunami-Bild zu bemühen. Unter der Hirnrinde, im Zwischenhirn und Hirnstamm liegt somit die Urstörung einer Migräneattacke verborgen. Alle Vorbotensymptome weisen auf ein bestimmtes, »autonomes« Netzwerk. Es wird als autonom bezeichnet, weil es sich der willkürlichen Kontrolle weitgehend entzieht.

Um die Funktionsweise dieses Netzwerkes auch bis ins Detail aufzuklären, so bin ich überzeigt, brauchen wir wieder Computermodelle und nochmal einen Citizen-Science-Ansatz, die beide zusammen die klassische klinische Forschung ergänzen.

Wir müssen wiederholen, was wir für die Auraphase in den letzen 15 Jahren erreicht haben. Genau diesen Ansatz verfolgen wir mit dem Forschungsprojekt M-sense.

M-sense ist eine Migräne-App, deren Bedienkonzept so ausgelegt wird, dass die Vorboten sichtbar werden. Neu ist das nicht. Schon das erste digitale Kopfschmerztagebuch wurde vor zwölf Jahren entwickelt, um die Vorbotenphase der Migräne objektiv zu erfassen. Damals noch mit einem Personal Digital Assistant von Philips. Neu sind die Möglichkeiten, die mobile Gesundheitsdienste mit Smartphone und »wearables« heute bieten. Neu ist auch, das wir M-sense zusammen mit Betroffenen entwickeln und ihre Erfahrungen in vielen einzelnen Schritten zusammentragen, um gemeinsam eine möglichst effiziente Dokumentation relevanter Migräne-Parameter in den nächsten Jahren zu ermöglichen (hier mehr zu den aktuell nächsten Schritt).

Ab 2016 können mit M-sense von Migräne Betroffene ihr eigenes Migränemuster erkunden, und, wer möchte, kann zudem aktiv etwas zur Erforschung der Migräne beitragen, indem diese Daten anonymisiert der Forschung zur Verfügung gestellt werden.

 

 

 

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Markus A. Dahlem

Markus Dahlem forscht seit über 20 Jahren über Migräne, hat Gastpositionen an der HU Berlin und am Massachusetts General Hospital. Außerdem ist er Geschäftsführer und Mitgründer des Berliner eHealth-Startup Newsenselab, das die Migräne- und Kopfschmerz-App M-sense entwickelt.

8 Kommentare

  1. Je nachdem wo die Migränewelle durchwandert also andere neurologische Symptome, in vielen Fällen darum auch keine neurologischen Symptome oder mindestens keine subjektiv wahrgenommenen. Als Reaktion auf die Stoffwechselstörung, die mit der Migränewelle einhergeht dann die Kopfschmerzen, die von den Hirnhäuten ausgehen -allerdings nicht bei allen Patienten.

    Vor der eigentlichen Welle oft diffuse Prodromalerscheinungen die nicht einem einzelnen Hirnteil zuzordnen sind.

    Diese migräneassoziierten Prozesse können alle asympomatisch verlaufen, was die Möglichkeit eröfffnet, dass bei fast alle Menschen solche Prozesse hin und wieder stattfinden könnten und eben nur die Migränepatienten Symptome zeigen. Vielleicht ist der Migränepatient auch dadurch charakterisiert, dass die migräneassozieerten Prozesse nicht mehr sporadisch vorkommen sondern sich “einbrennen” und das Gehirn sie immer wieder wiederholt.

    • Meine Vermutung ist folgende:

      Bei Menschen noch nicht an Migräne erkrankt sind, sind die Schwankungen in dem autonomen Netzwerk niedriger, weil es in einem stabileren Zustand ist. Zusätzlich ist die kritische Masse der cortikalen Gehirnzellen höher, so dass eine lokale Mangelversorgung nicht zur Welle aufkeimen kann. Das wäre ein doppelter Schutzmechanismus.

      Bricht der erste zuerst, kommt es zur Migräne ohne Aura (und einer nicht-propagiernden Sonderform der spreading depression). Bricht der zweite zuerst kommt es zu Migräne mit Aura, allerdings mit sehr seltenen Anfällen und klareren Auslösern, sowie weniger bis keine Prodrome.

      Beides sind aber (auf Modellrechnungen basierende) Spekulationen.

      Ist einer gebrochen, kann und wird wahrscheinlich etwas gesehen, das Sie so schön mit “einbrennen” bezeichnen und das Bild ändert sich weiter zum schlechteren.

  2. Folgendes ist mir neu: Zusätzlich ist [bei Nicht-Migränikern] die kritische Masse der cortikalen Gehirnzellen höher, so dass eine lokale Mangelversorgung nicht zur Welle aufkeimen kann.”

    Heisst das, dass Migräne den Cortex schädigt oder dass ein Verlust von Cortexzellen Migräne begünstigt?
    Ich fand dazu folgende Artikel
    The relevance of cortical thickness in migraine sufferers wo ein Zusammenhang zwischen fokalen Cortexdysplasien und Migräne gefunden wurde und Migraine Headaches May Cause Brain Damage, Mouse Study Shows wo man liest:

    Migraines may be doing more than causing people skull-splitting pain. Scientists have found evidence that the headaches may also be acting like tiny transient strokes, leaving parts of the brain starved for oxygen and altering the brain in significant ways.

    • Zunächst einmal mache ich ja keine Aussage zu Ursache und Wirkung, wenn ich annehme, dass die kritische Masse zur Auslösung einer “spreading depression” im Migränegehirn kleiner ist.

      Was bedeutet “kritische Masse” in diesem Kontext? Es ist die Frage, wie viele zusämmenhängende Gehirnzellen zeitgleich gestört werden müssen (z.B. durch eine Mangelversorgung), damit von diesem Gebiet eine Störung sich selbst aufrechterhalten und sogar weiter propagieren kann.

      Das Konzept ist generisch. Man könnte fragen, wieviele nebeneinandersitzende Fussballfans zeitgleich aufspringen müssen, damit eine La Ola-Welle los geht. Oder Wie viele Menschen in einem Ort an der Beulenpest erkranken müssen, damit die Seuch sich über Europa ausbreitet (siehe hier).

      • Danke für den Link. Die Aussage von dort:Pathologien des Gehirns müssen folglich auf zwei komplementären Ebenen beschrieben werden, der lokalen zellulären Ebene und der Ebene der Transmission innerhalb des neuronalen Gewebes. bedeutet im Fall der Migräne, dass die Mirgränewelle nicht überall mit gleicher Wahrscheinlichkeit entsteht. Wenn sie aber einmal entstanden ist, gelten andere Regeln, die Regeln der Transmission. Auch ganz normales Hirngewebe mit ganz normalen Stoffwechselverhältnissen kann einmal entsandene Erregungswelle möglicherweise weiterleiten. Entstehen tut die Erregungswelle aber vorzüglich in Bereichen wo das lokale Hirngewebe am wenigsten natürliche Barrieren besitzt. Beispielsweise in fokalen Dysplasien mit wenig “kritischer Masse”. Das erklärt dann auch den immer wieder gleichen Ablauf, ausgehend vom immer gleichen “Herd”. Es eröffnet auch eine Therapiemöglichkeit. Man könnte versuchen, den oder die “Migränefoki” zu therapieren (Operativ?, Implantat an der kritischen Stelle?, externe kraniale Neurostimulation?).

        • Im wesentlichen stimmt das so, doch wollte ich das so nicht mit dem Satz:

          “Pathologien des Gehirns müssen folglich auf zwei komplementären Ebenen beschrieben werden, der lokalen zellulären Ebene und der Ebene der Transmission innerhalb des neuronalen Gewebes.”

          sagen (glaube ich).

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