หลักฐานจำนวนมากบ่งชี้ว่า การเปลี่ยนแปลงของระบบควบคุมการรับความเจ็บปวดของหลอดเลือดสมอง เป็นขั้นตอนสำคัญในพยาธิกำเนิดของโรคปวดศีรษะไมเกรน งานวิจัยในระยะหลังแสดงว่าผู้ป่วยด้วยโรคปวดศีรษะไมเกรน มีการตอบสนองต่อการได้รับสารที่ให้ไนตริกออกไซด์มากกว่าปกติ จากหลักฐานดังกล่าว จึงเกิดสมมติฐานว่า โรคปวดศีรษะไมเกรนอาจเกิดจากการมีความไวในการตอบสนองต่อไนตริกออกไซด์มากกว่าปกติอย่างไรก็ตาม กลไกที่แท้จริงของการเกิดภาวะนี้ ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด เป็นที่ยอมรับกันว่าซีโรโตนินมีบทบาทสำคัญในพยาธิกำเนิดโรคปวดศีรษะไมเกรน การเปลี่ยนแปลงระดับของสารสื่อประสาทชนิดนี้ เกี่ยวข้องกับการเกิดโรคปวดศีรษะไมเกรน การศึกษาครั้งนี้จัดทำขึ้นเพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างภาวะพร่องซีโรโตนินกับการตอบสนองของหลอดเลือดสมองระดับจุลภาคต่อไนตริกออกไซด์ รวมทั้งการกระตุ้นระบบควบคุมการรับความเจ็บปวดของหลอดเลือดสมอง ในการศึกษาครั้งนี้ ทำโดยแบ่งหนูพันธุ์วิสตาร์ เพศผู้เป็นกลุ่มควบคุมและกลุ่มพร่องซีโรโตนิน ภาวะพร่องซีโรโตนินทำโดยฉีดสารพาราคลอโรฟีนิลอะลานีน (PCPA) ซึ่งเป็นสารยับยั้งเอนไซม์ทริปโตแฟนไฮดรอกซีเลสเข้าช่องท้องในปริมาณ 300 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม ล่วงหน้า 3 วัน ก่อนทำการทดลอง หลังจากทำให้ซีโรโตนินพร่องลงแล้ว สัตว์ทดลองจะถูกเตรียมเพื่อศึกษาการตอบสนองของขนาดหลอดเลือดต่อไนตริกออกไซด์ โดยใช้สารไนโตรกลีเซอรีน (NTG) ขนาด 8 และ 10มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม เป็นสารที่ให้ไนตริกออกไซด์ ทำการศึกษาหลอดเลือดระดับจุลภาคชั้นเพียร์ ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนต์ ขนาดของหลอดเลือดที่เวลา 0, 5,15, 30 และ 60 นาที หลังจากให้ NTG จะถูกบันทึกและวัด หลังจากนั้นจะเก็บสมองของหนูทดลองไว้เพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ของหลอดเลือดสมองในระดับกล้องจุลทรรศน์อิเลคตรอน ศึกษาผลของการได้รับ NTG ต่อระบบควบคุมการรับความเจ็บปวดของหลอดเลือดในสมอง โดยวัดจำนวนเซลล์ประสาทที่เกิดโปรตีนฟอสด้วยวิธีimmunohistochemistry ผลการศึกษาครั้งนี้พบว่า การได้รับ NTG จะทำให้หลอดเลือดชั้นเพียร์ มีการขยายตัวใหญ่ขึ้น โดยจะขึ้นกับขนาดของ NTG ที่ได้รับผลของการขยายตัวของหลอดเลือดจะมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ ในกลุ่มหนูที่ได้รับ PCPA โดยเฉพาะที่เวลา 30 และ 60 นาที หลังจากได้รับ NTG 8 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม ร้อยละของการเปลี่ยนแปลงขนาดของหลอดเลือดจากขนาดปกติที่เวลา 30 นาที คือ 42.5(+,-)3.1และ 16.8(+,-)2.7 สำหรับกลุ่มที่พร่องซีโรโตนิน และกลุ่มที่ควบคุมตามลำดับ(P<0.001) การศึกษาทางด้านจุลทรรศน์อิเลคตรอนพบว่า การได้รับสารที่ให้ไนตริกออกไซด์ จะเกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างของหลอดเลือดสมองระดับจุลภาคได้แก่ การเพิ่มขึ้นของไมโครวิลไล, พิโนไซติค เวสซิเคิล, การบวมของไมโตคอนเดรียของเซลล์เอ็นโดธีเลียม, การเกิดการบวมของเซลล์เอ็นโดธีเลียม และการบวมขึ้นของฟุทเพลทของเซลล์แอสโทรไซท์บริเวณรอบหลอดเลือด ซึ่งจะทำให้เกิดการแยกตัวของหลอดเลือดสมองจากเนื้อสมองรอบๆ หลอดเลือด การเปลี่ยนแปลงนี้สามารถเห็นได้ชัดในกลุ่มที่พร่องซีโรโตนินอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ การได้รับสารที่ให้ไนตริกออกไซด์ที่ขนาด 10 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม ยังสามารถกระตุ้นการเกิดโปรตีนฟอสในสมองได้หลายบริเวณ ซึ่งมีส่วนเกี่ยวข้องกับกระบวนการถ่ายทอดความเจ็บปวด โปรตีนฟอสสามารถพบได้ที่ไทรเจมมินัลคลอดาลีสนิวเครียส, นิวเครียสแทรกทัสโซลิทาเรียส, เรติคูลาร์นิวเครียส, อินฟีเรียร์โอลีฟ, พาราเวนทริคูลาร์นิวเครียสของไฮโปธาลามัส และฮาบินูลาร์ ของอิพิธาลามัส อย่างไรก็ตาม จำนวนของเซลล์ที่ย้อมติดฟอสในกลุ่มควบคุมและกลุ่มพร่องซีโรโตนินไม่มีความแตกต่างกัน จากผลการทดลองบ่งชี้ว่า 1) การได้รับไนตริกออกไซด์สามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในหลอดเลือดชั้นเพียร์ และหลอดเลือดสมองระดับจุลภาค รวมทั้งการเกิดการกระตุ้นระบบการรับรู้ความเจ็บปวดของหลอดเลือดแดง และ 2) ภาวะพร่องซีโรโตนินสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของหลอดเลือดชั้นเพียร์ และหลอดเลือดสมองระดับจุลภาคเพิ่มขึ้น ผลที่ได้จากการศึกษาครั้งนี้ บ่งชี้ว่าภาวะพร่องซีโรโตนินอาจเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดภาวะตอบสนองต่อไนตริกออกไซด์มากผิดปกติในผู้ป่วยโรคปวดศีรษะไมเกรนได้