Assessment of autonomic changes by analysis of cardiorespiratory dynamics in chronic pain pathologies

Chronic pain is a widespread problem and one of the main cause of disability worldwide, causing immense economic and social costs to communities and fibromyalgia and migraine are among the most common pathologies involved and they are linked by a phenomenon called “autonomic dysfunction” which concerns the disrupted neural pathways of the Autonomic Nervous System. This dissertation has as its goal the characterization of autonomic changes in those patients when different autonomic inputs were applied, and the study of a novel vagal stimulation technique called “RAVANS” designed to reduce migraine attacks frequency and intensity. Subjects were investigated with a Point Process approach applied to cardiorespiratory signals, able to characterize the evolution of the vagal tone along the time with HRV and RSA signals, which are autonomic activity markers. Results were encouraging for clinical application of RAVANS, since it proved to be effective in modulating the autonomic nuclei in the brainstem in charge of the autonomic regulation, suggesting to investigate a longer stimulation period. Fibromyalgia subjects autonomic tone was characterized by a lower parasympathetic activation at rest, being similar to Healthy Controls subjects when receiving mechanical pain. Results also discarded the hypothesis that catastrophizing phenomenon has a direct influence on the autonomic tone. This work provide knowledge about the autonomic nervous system state of subjects in pain.

Il dolore cronico è un problema molto diffuso nel mondo ed una delle principali cause di disabilità, portando ad immensi costi sociali ed economici. Emicrania e fibromialgia sono tra le principali patologie che riguardano questa condizione e sono collegate da un fenomeno chiamato “disfunzione autonomica” che riguarda percorsi neuronali alterati. Questo lavoro ha come scopo la caratterizzazione dei cambiamenti autonomici in tali soggetti quando sottoposti a diversi stimoli e lo studio di una nuova tecnica di stimolazione vagale chiamata “RAVANS”, progettata per ridurre frequenza ed intensità degli attacchi d’emicrania. I soggetti sono stati analizzati con un approccio point process dei segnali HRV e RSA, considerati marcatori di attività autonomica. I risultati sono stati incoraggianti per l’applicazione clinica di RAVANS, poiché sembra essere stata efficace nel modulare i centri autonomici del tronco cerebrale, anche se le prove sembrano suggerire una stimolazione di durata maggiore. I soggetti fibromialgici hanno manifestato una ridotta attivazione vagale a riposo, con un profilo simile a quando viene somministrato dolore meccanico ai soggetti sani di controllo. I risultati sembrano rigettare l’ipotesi che il fenomeno di catastrofizzazione abbia un qualche effetto sul tono autonomico. In conclusione, questo lavoro fornisce conoscenza utile riguardante il sistema nervoso autonomico di pazienti che soffrono di dolore cronico.