From Heart to Brain: The Genesis and Processing of Cardiac Pain

Angina pectoris is important because of its association with heart disease and risk of death. Historically after Heberden's account of angina in 1772, the association of pain with coronary artery disease quickly followed. Within a few years, Burns suggested an etiological role for ischemia. Subsequently, theories of differential myocardial stretch dominated thinking until Lewis' chemical hypothesis in 1932, in which the local release of chemical substances during ischemia was seen as the cause of pain.This review considers how ischemia at the tissue level triggers activation of afferent nociceptive pain fibres. The afferent projections of sympathetic and vagal afferent fibres are described, with a number of methodologies cited (eg, injection of pseudorabies virus into the heart with mapping of the retrograde viral transport pathways; and elevation of neuronal c-fos synthesis in brain regions activated by capsaicin application to the heart). Our own functional neuroimaging studies of angina are also reviewed.There are 2 intriguing features of angina. The first is the poor correlation between symptoms and extent of coronary disease. The spectrum ranges from entirely silent myocardial ischemia to that of a functional pain syndrome—the ‘sensitive heart’—of cardiac syndrome X. An even more difficult aspect is the wide variability in symptoms experienced by an individual patient.A new paradigm is presented which, besides considering myocardial oxygen supply/demand imbalance, also draws insights from the broader field of pain research. Neuromodulation applies at multiple levels of the neuraxis—peripheral nerves, spinal cord, and brain—and it invites exploitation, whether pharmacological or electrical, for the benefit of the cardiac patient in pain.

RésuméL'angine de poitrine est importante en raison de son lien avec la maladie cardiaque et le risque de mortalité. Historiquement, après les travaux d'Heberden sur l'angine, en 1772, le lien entre la douleur et la maladie coronarienne a rapidement été reconnu. En quelques années, Burns suggérait un rôle étiologique à l'ischémie. Subséquemment, les théories d'étirement myocardique différentiel ont dominé jusqu'à l'hypothèse chimique de Lewis, en 1932, selon laquelle la libération locale de substances chimiques durant l'ischémie était considérée comme la raison de la douleur.Cette revue examine comment l'ischémie au niveau tissulaire déclenche l'activation des fibres nociceptives afférentes. Les projections afférentes de fibres afférentes sympathiques et vagales sont décrites, avec un grand nombre de méthodologies citées (par exemple, l'injection du virus de la pseudorage dans le cœur avec cartographie des voies de transport viral rétrograde et l'augmentation de la synthèse neuronale de la protéine c-fos dans les régions du cerveau activées par l'application de capsaïcine au cœur). Nos propres études en imagerie neurologique fonctionnelle sur l'angine sont aussi revues.Il y a 2 caractéristiques intrigantes de l'angine. La première est la mauvaise corrélation entre les symptômes et l'étendue de la maladie coronarienne. Le spectre s'étend de l'ischémie myocardique silencieuse à celui d'un syndrome de douleur fonctionnelle – le « cœur sensible » – du syndrome X cardiaque. Un aspect encore plus difficile est la grande variabilité dans les symptômes ressentis par chacun des patients. Un nouveau paradigme est présenté lequel, en plus de considérer le déséquilibre entre la demande et l'approvisionnement du myocarde en oxygène, nous donne aussi un aperçu du vaste domaine de la recherche sur la douleur. La neuromodulation applique à plusieurs niveaux de l'axe neural – nerfs périphériques, moelle épinière et cerveau – et elle invite à l'exploitation, tant pharmacologique qu'électrique, au bénéfice du patient cardiaque souffrant de douleur.