De magneten van de scanner maken een hels kabaal, waar geen ontsnappen aan is voor de oorlogsveteraan die met zijn hoofd in de buis ligt. Hij moet knarsetanden van de pijn – maar niet vanwege het geluid.
Toen de jongeman twee jaar eerder op missie was, werd hij in zijn dij geschoten, en nadien is de pijn chronisch geworden. Artsen hebben niet veel kunnen doen om het leed te verzachten, maar nu laat de scanner precies zien hoe de pijn in de hersenen van de soldaat is opgebouwd.
Het is een denkbeeldig voorbeeld, maar de behandeling kan over een paar jaar al toegankelijk zijn voor pijnpatiënten.
De psycholoog Tor Wager van de universiteit van Colorado in de VS heeft ontdekt dat de wijze waarop de hersenen omgaan met pijn veel ingewikkelder is dan de wetenschappers tot voor kort dachten.
De pijn van een wond groeit van minuut tot minuut
Tot 1 seconde: prikkend gevoel
De beschadiging van het weefsel activeert de mechanisch gevoelige receptoren van de zenuwuiteinden. Het korte signaal dat erop volgt, geeft een precies gelokaliseerd, scherp en prikkend gevoel.
Na enkele minuten: schrijnend gevoel
De vernietigde cellen scheiden melkzuur en zure waterstofionen af, die chemisch gevoelige receptoren activeren. Dit veroorzaakt een langdurige, vage pijn en een branderig gevoel.
Na enkele uren: bonkend gevoel
Immuuncellen reageren met een ontsteking die de wond zal laten helen. Hun signaalstoffen activeren chemische receptoren, wat een dagenlange pijn oplevert die moeilijk te lokaliseren is en kloppend voelt.
Door honderden pijnpatiënten te scannen heeft Wager drie pijncircuits in de hersenen in kaart gebracht die samen onze pijnbeleving creëren.
Slechts één ervan ontvangt signalen van de pijnreceptoren, terwijl de twee andere de pijn dempen of verergeren, afhankelijk van onze mentale toestand.
Dat verklaart waarom pijn soms nog jaren kan aanhouden als er al lang geen aantoonbare oorzaak meer is.
Onlangs heeft Wager via hersenscans gemeten dat bloed laten prikken pijnlijker is als je op voorhand verwacht dat het zeer gaat doen. Dat betekent ook dat je pijn kunt voorkomen door simpelweg de sombere verwachtingen te temperen.
Wagers scans laten zien hoe de psyche van een patiënt de pijnbeleving beïnvloedt, en dat maakt de weg vrij voor een nieuwe en doelgerichtere behandeling van pijn, waar ook nog eens minder medicijnen bij komen kijken.
Pijn is moeilijk te stillen
Pijn is een van de basale gevoelens van het sensorische apparaat, en we kennen het allemaal van kleine ongelukjes: je snijdt in je vinger, je verstuikt je enkel of je stoot je hoofd.
Dit soort pijn is meestal heel precies gelokaliseerd en heeft een welomschreven oorzaak, maar pijn komt ook voor bij veel ziekten, en dan is hij vaak diffuser.
Een Duits onderzoek uit 2015 toont aan dat 60 procent van de wereldbevolking de afgelopen maand wel pijn heeft ervaren. Maar hoewel pijn zo wijdverspreid is, is hij moeilijk te verlichten en zijn de medische behandelingen lang niet altijd effectief.
Mutaties werken als hasj in de hersenen van Jo Cameron
De artsen in het ziekenhuis in de Schotse stad Inverness keken op toen een 65-jarige vrouw vertelde dat ze wat last had met haar hand. Uit de onderzoeken bleek dat ze leed aan ernstige reuma, die gewoonlijk gepaard gaat met hevige pijn. Maar dat was geen probleem voor Jo Cameron, die ook geen pijnstillers nodig had na de operatie.
De artsen stuurden hun bijzondere patiënt naar onderzoekers van University College London, waar ze zei dat ze nog nooit pijn had gevoeld, ook al had ze verschillende keren een arm en been gebroken. En als ze zich brandde, ontdekte ze dat pas als ze verschroeid vlees rook.
Jo Cameron bleek twee mutaties te hebben in genen die het FAAH-enzym aansturen. Muisproeven tonen aan dat FAAH natuurlijke cannabisachtige stoffen in de hersenen beïnvloedt, waardoor de signaalroutes van de pijn veranderen.
Daardoor voelen de muizen geen pijn of angst. Jo Cameron is zeker niet de enige die leeft zonder pijn te voelen, want mutaties in veel andere genen kunnen op dezelfde manier tot uitdrukking komen.
De biochemicus Andrew Moore van de Britse universiteit van Oxford presenteerde in 2017 een analyse van vele onderzoeken naar veelvoorkomende pijnstillers.
Daaruit blijkt dat ibuprofen de meest effectieve stof is, maar ondanks deze eerste plaats verlicht het middel de pijn slechts in de helft van alle gevallen.
Voor morfinepreparaten is het cijfer zelfs nog lager. En slechts een op de acht patiënten heeft bijvoorbeeld echt baat bij paracetamoltabletten.
Dat pijn zo lastig te bestrijden is, komt in hoge mate doordat je pijnbeleving niet alleen afhangt van de fysieke intensiteit ervan; pijn kan ook je psyche beïnvloeden en bijvoorbeeld de angst oproepen dat je in gevaar bent, nare herinneringen aan een vergelijkbare situatie opwekken of je in een slecht humeur brengen.
En het effect werkt ook de andere kant op. Als je psychisch niet in orde bent, kun je gevoeliger zijn, ook voor kleine pijntjes.
Omgekeerd kun je bijvoorbeeld best op blote voeten door een rotsachtig terrein rennen zonder de pijn ook maar te voelen wanneer je op de vlucht bent voor een gevaar.
Deze wisselwerking tussen pijn en de psyche proberen psycholoog Tor Wager en zijn collega’s nu bloot te leggen met behulp van hersenscans.
Pijn is zeer subjectief, en tot nu toe hebben artsen hun patiënten alleen kunnen vragen hoe zeer iets doet, maar Wager heeft een circuit van zenuwverbindingen in de hersenen ontdekt die goed kunnen worden gebruikt als een objectieve maatstaf die aangeeft of je pijn voelt en zo ja met welke intensiteit.
Drie hersencircuits bepalen de pijnsterkte
Zodra de signalen van de pijnzenuwen de hersenen bereiken, activeren ze een circuit van zenuwactiviteit dat registreert hoe erg de pijn is. Maar hoe je beleving van pijn is, wordt bepaald door twee andere circuits.
De pijn wordt geregistreerd
Dit circuit wordt rechtstreeks beïnvloed door de pijnzenuwen. Het bestaat uit signalen tussen meerdere hersengebieden en registreert de sterkte en de locatie van de pijn. Eerder dachten de onderzoekers dat de pijnbeleving vrijwel alleen van dit circuit afhangt.
De pijn wordt versterkt
Dit circuit ontvangt geen signalen van de pijnzenuwen. De activiteit wordt dus ook niet beïnvloed door de sterkte of zwakte van de pijnsignalen, maar meer door onze verwachtingen en gedachten. Hoe hoger de activiteit, des te intenser de pijnbeleving is.
De pijn wordt gedempt
Ook dit circuit registreert zelf geen pijn, maar hoe groter de activiteit, des te sterker je pijnbeleving wordt gedempt. Als je je ontspannen en zorgeloos voelt, neemt de activiteit in dit circuit toe en schroeven de hersenen het pijnniveau dat je ervaart, omlaag.
Onderzoekers meten de pijn
Tor Wagers proefpersonen namen plaats in een MRI-scanner en elektroden bezorgden hun aan de binnenkant van de onderarm een licht warmte-effect.
Als de temperatuur onder de 45 °C bleef, wat meestal geen pijn oplevert, was er niets ongewoons te zien in de hersenen.
Maar wanneer de temperatuur ietsje hoger werd, ontstond er een duidelijk patroon van hersenactiviteit in onder meer het zogeheten somatosensorische deel van de hersenschors en de thalamus, waarvan bekend is dat ze zintuiglijke indrukken zoals aanraking en temperatuur registreren, en in de insula en ACC, hersengebieden die over bewustzijn, alertheid en zelfperceptie gaan.
Door de scans te bestuderen konden de onderzoekers niet alleen vaststellen of een proefpersoon pijn voelde, maar ook hoe intens die was.
Pijn hangt af van wat je verwacht
Hoe erger de pijn die je verwacht, hoe erger de pijn die je ervaart. Dit blijkt uit een proef uit 2018, toen psycholoog Tor Wager 61 proefpersonen blootstelde aan een matig pijnlijke hitte van 47-49 °C. Van tevoren werden sommige deelnemers gewaarschuwd dat de temperatuur hoog zou zijn, terwijl de anderen te horen kregen dat de temperatuur laag zou zijn.
Naderhand rapporteerden degenen die de hitte hadden verwacht een 40 procent hoger pijnniveau. Hersenscans bevestigden dat ze een sterkere pijn voelden dan de anderen.
Dit patroon van door de pijn opgeroepen hersenactiviteit werd de ‘neurologische pijnsignatuur’ genoemd, en in 2017 toonden de wetenschappers aan hoe de methode ook licht kan werpen op de raadselachtige ziekte fibromyalgie.
Patiënten met deze ziekte hebben een diffuse, onverklaarbare pijn en een lage pijngrens, en tot enkele tientallen jaren geleden werd gedacht dat de pijn ingebeeld was. Door 37 patiënten met fibromyalgie en 35 gezonde controlepersonen op hun duimnagel te drukken ontdekte Tor Wager echter dat de neurologische pijnsignatuur van de fibromyalgiepatiënten geactiveerd werd bij een significant lagere druk dan bij de controlegroep.
Toen de druk verhoogd werd, was de activiteit in de pijnsignatuur van de patiënten bovendien circa tweemaal zo hoog als bij de gezonde proefpersonen.
De top 5 van pijn
Pijnbeleving is individueel, maar baren, nierstenen en schotwonden zijn de pijnlijkste dingen die je kunt meemaken.
Baren
Het hoofdje van de baby dat zich door het geboortekanaal perst, belast de bekkengewrichten maximaal en drukt hard op het stuitje.
Nierstenen
De afvalstoffen in de urine kunnen steentjes van 1 centimeter doorsnee vormen en felle pijn opleveren als ze van de nier naar de blaas gaan.
Schotwond
Een kogel verwoest het weefsel en veroorzaakt een hevige pijn doordat spieren, bloedvaten en zenuwen bruut verscheurd worden.
Gordelroos
Het virus sluimert na een waterpokkeninfectie bij de wortels van de zenuwen, en vooral bij ouderen kan het hevig oplaaien en de zenuwen beschadigen.
Sikkelcelanemie
Doordat deze zeldzame erfelijke ziekte rode bloedcellen vervormt, komen ze moeilijk door de dunste bloedvaten heen om zuurstof af te leveren.
Je kunt zelf de pijn verlagen
Dat pijn zo naar is en bijna niet te negeren valt, komt doordat de pijnzenuwen van het lichaam niet alleen het primaire pijncircuit van de hersenen activeren, dat de intensiteit en locatie van de pijn registreert.
Tor Wager vond met zijn hersenscans in 2017 nog twee andere circuits die een wisselwerking met de psyche aangaan en cruciaal zijn voor de manier waarop we de pijn beleven en erop reageren.
In tegenstelling tot het primaire pijncircuit, dat in toenemende mate wordt geactiveerd bij fysieke pijn, staan de andere twee circuits niet in direct contact met de pijnzenuwen van het lichaam.
Zo werken de verschillende typen pijnstillers
Pijnstillende middelen kunnen de pijn op verschillende plekken langs de route van lichaam naar hersenen stoppen.
Ibuprofen werkt bijvoorbeeld direct op de zere plek, terwijl paracetamol in de hersenen werkt.
Ibuprofen werkt op de zere plek zelf
Stoffen als ibuprofen voorkomen dat het beschadigde weefsel de receptoren van de pijnzenuwen beïnvloedt.
Acetylsalicylzuur remt de vorming van stoffen die de pijnzenuw rechtstreeks activeren, en ibuprofen dempt de ontstekingstoestand die de pijnzenuwen activeert.
Bijnierschorshormonen raken de pijnzenuw
Bijnierschorshormonen die in de pijnzenuw worden gespoten, zorgen ervoor dat het zenuwsignaal wegebt.
Lidocaïne onderbreekt het elektrische zenuwsignaal als het ware, terwijl bijnierschorshormonen de zenuw ontspanning brengen, waardoor die minder pijnsignalen afvuurt.
Ketamine dooft signalen in het ruggenmerg
Dit type stoffen voorkomt de overdracht van zenuwsignalen van de pijnzenuw naar de zenuw die het signaal via het ruggenmerg naar het brein brengt.
Ketamine blokkeert de cruciale signaalstoffen; een ruggenprik legt de zenuwcellen lam, zodat ze hun zenuwsignalen niet kunnen afvuren.
Paracetamol remt pijnsignalen in het brein
Paracetamol en morfine werken in op het vermogen van de zenuwcellen om het bericht van pijn over te brengen via signaalmoleculen, maar dat doen ze elk op hun manier.
Panodil verandert de balans van de signaalstoffen, terwijl morfine juist als een van deze signaalstoffen werkt.
Het ene van de twee circuits versterkt de ervaren pijn, hoe sterk of zwak de signalen van de pijnzenuwen in het lichaam ook zijn.
Op basis van wat de wetenschappers al van deze hersengebieden weten, denkt Wager dat dit circuit ervoor zorgt dat je je aandacht op de pijn richt, zodat je maatregelen kunt nemen.
Het andere circuit dempt juist het gevoel van pijn, en Wagers theorie is dat dit gebeurt door het onderdrukken van onze bewuste gedachten aan de pijn.
Tor Wagers onderzoek kan ertoe leiden dat artsen in een zeer nabije toekomst hun pijnpatiënten kunnen onderzoeken met een MRI-scanner, net als in het voorbeeld van de door pijn getergde oorlogsveteraan.
Wellicht blijkt uit diens scan dat er niet zo veel activiteit is in het hersennetwerk dat de impulsen van de pijnzenuwen ontvangt en de intensiteit van de pijn registreert. Dat zou erop duiden dat de oude schotwond nauwelijks zeer doet.
Wel zal er in het tweede circuit een verhoogde activiteit zijn, waardoor de veteraan alsmaar pijn blijft verwachten – én dus voelen.
Een geringe hersenactiviteit in het derde circuit wijst uit dat zijn vermogen om van elke situatie het beste te maken, is aangetast.
De artsen besluiten hem daarom weinig medicatie voor de fysieke pijn te geven, die immers niet zo zwaar is, en schrijven hem gesprekstherapie voor om zijn hersenen te steunen met het dempen van de ervaren pijn.
Net als deze soldaat zullen miljoenen patiënten in de toekomst een veel betere behandeling krijgen doordat de artsen het pijnproces in de hersenen kunnen zien.