Нейрофизиологическая природа боли

 

Система восприятия, передачи, модуляции и обработки болевых сигналов называется ноцицептивной. Процесс восприятия болевых раздражителей называется трансдукцией и осуществляется рецепторами, носящими название ноцицепторов. К ним относятся мономодальные экстеро - и интерорецепторы при их сверхсильном или неадекватном раздражении, а также мультимодальные специализированные ноцицепторы - свободные не инкапсулированные нервные окончания. Порог возбуждения таких рецепторов непостоянен и зависит от многих факторов. В патологически измененных тканях он снижен, что обозначается как сенситизация.

Проведение нервного импульса, трансмиссия, осуществляется по двум типам нервных волокон. Импульсы от мономодальных ноцицепторов (в основном кожных) проводятся по быстропроводящим тонким миелиновым волокнам группы А-гамма и А-дельта; а при возбуждении мультимодальных ноцицепторов (от внутренних органов) – по медленно-проводящим безмиелиновым волокнам группы С.

Этот факт лежит в основе возникновения известного двойного ощущения боли. Ранняя боль, возникающая тотчас после нанесения болевого воздействия является кратковременным сигналом о вредоносном раздражении. Она получила название эпикритической боли. Для ее проявления характерны эффекты, связанные прежде всего с активацией симпатической нервной системы: общее возбуждение, тахикардия, учащение дыхания, повышение артериального давления, гипергликемия. По сути – все это проявления стрессорного воздействия. Эпикритическая боль отчетливо выражена при действии на кожу, слизистые оболочки.

Примерно через 1-2 сек. эпикритическая боль сменяется длительной, более интенсивной, диффузной болью, которая плохо локализуется пациентом. Это – так называемая протопатическая боль. Она отчетливо выявляется при повреждении внутренних органов и проявляется вагусными эффектами

Модуляция – это процесс изменения ноцицептивной информации, ее обработка на уровне спинного мозга и противоболевой системы. В дальнейшем сигнал поступает в высшие центры обработки – головной мозг, где осуществляется перцепция.

Кора больших полушарий (задняя центральная извилина, сенсомоторная зона) определяет зону поражения. Таламус (специфические и неспецифические ядра; таламо-кортикальные пути реверберации) формируют «болевую» память, которая используется при восприятии очередного болевого импульса. Лимбическая система мозга отвечает за эмоциональное восприятие боли.

ТЕОРИИ БОЛЕВОЙ ПЕРЦЕПЦИИ

 

Исторически в развитии теории болевой перцепции можно выделить 3 этапа.

1. Первый этап связан с именем французского философа и физиолога Р. Декарта. Его учение о рефлексе послужило основой "теории специфичности", согласно которой боль представляет собой отдельную сенсорную систему, в которой любой повреждающий стимул активирует особые болевые рецепторы, передающие болевой импульс по специальным нервным путям в спинной мозг и в болевые центры головного мозга, вызывая ответную защитную реакцию, направленную на удаление раздражителя. Согласно этой теории психологическое ощущение боли, её восприятие и переживание признаются адекватными и пропорциональными физической травме и периферическому повреждению.

2. Теория «воротного контроля». Сущность ее заключается в том, что поток афферентных болевых импульсов на пути к нейронам задних рогов спинного мозга подвержен контролю со стороны клеток субстанции желатиноза боковых рогов спинного мозга. При этом болевое ощущение, вызванное проведением по ноцицептивным волокнам, прерывается за счет пресинаптического торможения нейронов задних рогов спинного мозга тормозными нейронами субстанции желатиноза. Возбуждение тормозных нейронов субстанции желатиноза осуществляется быстропроводящими миелиновыми волокнами группы А. Так формируется спинальный контроль за потоком болевых импульсов в вышележащие отделы мозга.

Основные положения теории «воротного контроля» заключаются в следующем:

1. Передача нервных импульсов в центральную нервную систему модулируется специальными "воротными" механизмами, расположенными в задних рогах спинного мозга.

2. Спинальные воротные механизмы представляют собой взаимосвязь активности афферентных волокон большого диаметра (L) и волокон малого диаметра (S): активность L-волокон тормозит передачу импульсов ("закрывает ворота"), в то время как активность S-волокон облегчает их передачу ("открывает ворота").

3. Спинальные "воротные" механизмы, в свою очередь, регулируются нисходящими импульсами от головного мозга, активируемыми системой быстропроводящих волокон большого диаметра (L).

4. При достижении критического уровня поток импульсов от нейронов спинного мозга (релейные, трансмиссивные нейроны, передаточные Т-клетки) активирует так называемую систему действия, т.е. те зоны центральной нервной системы, которые формируют сложные поведенческие реакции на боль.

5. В последние годы получает все большее распространение теория нейроматрикса.

Под нейроматриксом понимают обширную сеть нейронов, образующих функциональные петли между таламусом и корой, между корой и лимбической системой. Синаптические связи в этой нейронной сети генетически детерминированы и в этом смысле представляют собой как бы материнскую "матрицу", генерирующую, воспроизводящую и модулирующую сенсорную информацию.

Принято считать, что нейронные петли расходятся (дивергируют) и формируют отдельные компоненты нейроматрикса – «нейромодули», в которых ведётся одновременная, параллельная обработка поступающей информации. По ее завершению происходит конвергенция (схождение) обработанной информации по нейронным петлям, с параллельным взаимодействием между ними и формированием конечного результата - созданием характерного паттерна сигналов, "нейросигнатуры". Под этим термином понимают непрерывный, исходящий из нейроматрикса поток как генетически детерминированных, так и ситуационно изменённых импульсов, направляющихся в следующий компонент системы - "сенсорный невральный центр", в котором происходит оценка этого потока сигналов, его осознание, осмысление и накопление опыта.

Одновременно такой же паттерн сигналов (нейросигнатур) направляется в нейроматрикс действия и далее в спинной мозг, вызывая быстрые мышечные ответные реакции.

Считается, что в нейроматриксе действия и сенсорном невральном центре происходит одновременная и параллельная циклическая обработка нескольких возможных вариантов реагирования с устранением ненужных и выбором наиболее оптимального в конкретных условиях способа действия.

Следует подчеркнуть, что хотя нейроматрикс, как было сказано, предопределён генетическими факторами, однако его синаптическая индивидуальная архитектура формируется и определяется поступающими в него в течение всей жизни человека сенсорными сигналами и воздействиями.

Следует также отметить, что головной мозг не только воспринимает, анализирует и модулирует входные сенсорные сигналы. Он обладает также свойством генерировать болевую перцепцию даже в тех случаях, когда никакие внешние импульсы и раздражения с периферии не поступают.

ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ БОЛЬ

 

Как было сказано, о патологической боли говорят в случае формирования последовательных реакций на болевой раздражитель, теряющих свой первоначальный защитно-приспособительный характер.

Возникающие повреждения обычно связаны с развитием сенситизации (повышением чувствительности) на различных уровнях нервной системы и нарушением деятельности антиноцицептивной системы.

Подчеркнем, что чаще всего формирование патологической боли начинается с усиления потока болевой импульсации с периферии, с изменения синаптических процессов, осуществляющих передачу ноцицептивной информации.

ПЕРИФЕРИЧЕСКАЯ СЕНСИТИЗАЦИЯ

 

При длительном повреждении тканей (воспалении) происходит местное накопление биологически активных веществ. Среди них различают клеточные (гистамин, серотонин, простациклины, лейкотриены, цитокины и др.) и плазменные (брадикинин). Их сочетанное действие приводит к повышению чувствительности ноцицепторов в месте повреждения, что обозначают как периферическая сенситизация. Клинически она выражается в гиперальгезии, т.е. выраженном болевом ощущении уже при лёгком болевом раздражении и аллодинии, - возникновении болевого ощущения даже при действии не болевых (например, тактильных) раздражителей.

В формировании периферической сенситизации играет роль и возможное развитие нейрогенного воспаления.

ЦЕНТРАЛЬНАЯ СЕНСИТИЗАЦИЯ

 

В основе центральной сенситизации лежит резкое усиление активности NMDA-рецепторов, в физиологических условиях способствующей продукции ц-ГМФ.

Установлено, что основным нейротрансмиттером в ноцицептивных системах задних рогов спинного мозга является аминокислота глутамат, молекула которого может связываться с несколькими классами рецепторов. На постсинаптической мембране чувствительных нейронов существует два типа глутаматных рецепторов. В восприятие острой физиологической боли в основном вовлечены AMPA-рецепторы. Взаимодействие с ними глутамата ведёт к деполяризации мембран нейронов задних рогов спинного мозга и формированию при превышении порога возбуждения потенциала действия.

При длительной, повторяющейся болевой стимуляции, обеспечивающей постоянное и значительное присутствие глутамата в пресинаптическом пространстве, в постсинаптической мембране происходит активация NMDA-рецепторов, за счет вытеснения ионов магния, закрывающих их натриевые и кальциевые каналы.

Высокая активность NMDA-рецепторных комплексов приводит к возникновению следующих феноменов:

- феномену "взвинчивания" (wind-up phenomen), при котором происходит временная и пространственная суммация возбуждения, что обеспечивает передачу сигнала боли при значительно меньшем количестве глутамата;

- опиоидной толерантности (устойчивости к действию как эндогенных, так и экзогенных опиатов);

- усиленному поступлению ионов натрия и кальция в афферентные терминали и тело нейрона. В результате активируется NO-синтаза и происходит образование оксида азота (NO). NO поступает в пресинаптическую мембрану ноцицептора и, во-первых, ингибирует калиевые каналы, тем самым формируя торпидность к действию эндогенных опиатов, и, во-вторых, стимулирует высвобождение субстанции Р - нейротрансмиттера.

В свою очередь субстанция Р связывается со специфическими NK-1 (нейрокинин-1)-рецепторами, что приводит к повышению концентрации ионов кальция внутри клетки, повышению возбудимости постсинаптической мембраны и её стойкой деполяризации.

Кроме того, показано, что нейрокинин-1 (NK-1) рецепторы стимулируют регенерацию нерва и продукцию c-fos онкогенного протеина, признанного в настоящее время маркёром патологической боли. C-fos протеин облегчает проведение болевых импульсов и его распространение в высшие отделы ЦНС, способствуя расширению болевого ощущения за пределы дерматома первоначального периферического поражения.

В результате описанных событий (повышенного выделения глутамата в пресинаптическое пространство, длительной активации NMDA-рецепторов, образования оксида азота и c-fos онкогенного протеина и др.) происходит гиперактивация, истощение и гибель нейронов, формируются очаги демиелинизации и дегенерации в различных отделах центральной нервной системы.

Как следствие – повышается возбудимость центральных ноцицептивных структур мозга, возникает центральная сенситизация. Клинически это выражается в усилении первичной гиперальгезии и аллодинии, в появлении зон вторичной гиперальгезии, распространяющихся гораздо шире зон первичного поражения; в развитии холодовой и механической гипералгезии, обусловленной феноменом "прорастания" терминалей А-волокон в задних рогах спинного мозга.

Одновременно могут возникать очаги повышенной электрической активности, способные длительно продуцировать поток усиленной импульсации (эктопические анормальные пейсмекеры). Это могут быть либо непосредственно невромы, образующиеся при травматическом повреждении нерва, либо другие очаги демиелинизации, регенерации или гибели нервных клеток дорзальных рогов спинного мозга, возникающие при длительной болевой стимуляции.

В последующем такие же очаги образуются не только на уровне спинного, но и на уровне структур головного мозга. Их главная особенность заключается в возможности спонтанной активности и функциональной связи с областью первичного поражения, в результате чего у больных возникают болевые ощущения, по характеру и локализации напоминающие их прежние болевые ощущения.

АНТИНОЦИЦЕПТИВНАЯ СИСТЕМА

 

Характер болевых ощущений зависит не только от состояния ноцицептивной системы, но и от активности противоболевых механизмов, осуществляющих контроль за активностью структур, участвующих в восприятии, проведении и анализе болевых сигналов.

Установлено, что болевые сигналы, поступающие с периферии, стимулируют активность различных отделов центральной нервной системы (околопроводное серое вещество, ядра шва ствола мозга, ядра ретикулярной формации, ядра таламуса, внутренней капсулы, мозжечка, интернейроны задних рогов спинного мозга и др.) оказывающих нисходящее тормозное действие на передачу ноцицептивной афферентации в дорзальных рогах спинного мозга.

В механизмах развития анальгезии наибольшее значение придаётся серотонинергической, норадренергической, ГАМКергической и опиоидергической системам мозга. Основная из них, опиоидергическая система, образованная нейронами, тело и отростки которых содержат опиоидные пептиды (бета-эндорфин, мет-энкефалин, лей-энкефалин, динорфин).

Связываясь со специфическими опиоидными рецепторами (мю-, дельта- и каппа- опиоидные рецепторы), они способствуют высвобождению различных химических веществ (например, гамма-аминомасляной кислоты), тормозящих передачу болевых импульсов.

Эта болеутоляющая система так же важна для нормальной жизнедеятельности, как и болесигнализирующая. Благодаря ей, незначительные повреждения типа ушиба пальца, вызывают сильные болевые ощущения только на короткое время, от несколько минут до нескольких часов, не заставляя человека страдать в течение дней и недель, что случилось бы при сохранении боли до полного заживления.