Aspects of brain health and pain tolerance in a general population

Abstract

Pain is a major burden both for affected individuals and for society. While it has been established that processing in the brain is key to the experience of pain, most of the research is done in healthy volunteers or patients with specific pain conditions. Less is known about how the status of the brain may relate to pain sensitivity in the general population. While clinical pain can differ because of differences in the disease or injury causing it, experimental pain studies provide the opportunity to study the relationship between the brain and a standardized nociceptive stimulus. The Tromsø study is a population-based study that has collected a broad selection of health data, including MRI of the brain, cognitive testing, and experimental pain assessments. This provides a unique opportunity to examine these relationships in a general population. We examined whether total and regional gray matter volume (GMV), cognitive function and previous cerebral stroke were associated with pain tolerance to the cold pressor test (CPT). In the CPT, the participants are asked to keep their hand and wrist in a cold-water bath (3C) for as long as they can or until a maximum time (106 or 120 seconds). We found that larger total GMV was associated with longer endurance time to the CPT. Larger effect sizes and significant association after correction for multiple testing were found in several clusters across the brain, including in the postcentral gyri, insula, cingulate and orbitofrontal cortices, regions known to be commonly activated by painful stimuli in functional studies. Likewise, higher scores on cognitive tests were associated with longer tolerance to the CPT and to cuff pain algometry (CPA). Stroke was associated with increased risk of hand withdrawal at earlier times. Our findings have possible clinical implications, as patients with stroke or other brain diseases affecting gray matter volume or cognitive function might be more sensitive – or have more difficulty coping with – pain. It is also possible that the status of the brain has implications with regards to risk for chronic pain. In summary, the more you have got of a healthy brain, the more pain you are able to tolerate.

Smerte er et betydelig problem både for de personene som har den og for samfunnet som helhet. Forskning har gjort det klart at prosessering i hjernen er avgjørende for opplevelse av smerte, men det meste av forskningen er gjort med friske frivillige forsøkspersoner eller personer med sykdommer og man vet mindre om hvorvidt det er sammenheng mellom ulikheter i hjernens tilstand og ulikheter i smertefølsomhet i en befolkning. Ulikheter i hvor mye smerte som oppleves ved sykdommer og skader kan ha å gjøre med alvorligheten av tilstanden, mens eksperimentelle smertetester gjør det mulig å undersøke forholdet mellom hjernen og et standardisert smertestimulus. Tromsøundersøkelsen er en befolkningsbasert helseundersøkelse som har samlet en bred mengde data, inkludert MR av hjernen, tester av kognitiv funksjon og eksperimentelle smertetester. Dette gir en unik mulighet til å undersøke disse forholdene i en generell befolkning. Vi har undersøkt om volum av grå substans i hjernen, resultater på tester av kognitiv funksjon, eller det å ha hatt et hjerneslag har sammenheng med smertetoleranse testet med kuldepressortest. I denne testen blir deltagerne bedt om å holde hånda i kaldt vann (3C) så lenge de klarer eller til en makstid (106 eller 120 sekunder). Vi fant at det å ha større volum av grå substans var forbundet med å tolerere kuldepressortesten lenger. Effekten var sterkest blant annet i områder i postsentral gyrus, insula, gyrus cinguli og orbitofrontal cortex, områder som er kjent å være viktige i smerteprosessering. På tilsvarende måte var bedre testresultat på kognitive tester forbundet med lenger toleransetid. Det å ha hatt et hjerneslag var forbundet med økt sannsynlighet for å trekke ut hånda på tidligere tidspunkt. Disse funnene kan ha betydning i klinisk sammenheng, ettersom pasienter med hjerneslag eller andre hjernesykdommer som påvirker grå substans eller kognitiv funksjon kan være mer følsomme for smerte. Det er også mulig at hjernens tilstand kan ha betydning for risiko for å utvikle kronisk smerte. Oppsummert; jo mer du har av en frisk hjerne, jo mer smerte er du i stand til å håndtere.