Структурно-функциональная организация ноцицептивной системы

Просмотров: 653

Опубликовано 05.06.2015, 13:43 (мск) Предложить Статью в Неврология, Статьи

Очень плохая статьяПлохая статьяТак себе статьяХорошая статьяОтличная статья (1 баллов, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
ноцептивная система

Структурно-функциональная организация ноцицептивной системы

Интенсивные раздражения, повреждающие ткани организма, были названы Шеррингтоном (Sherrington, 1903) ноцицептивными раздражениями. Неповреждающие, но потенциально опасные для целостности тканей раздражения, способные вызывать защитные рефлексы и болевое ощущение, он также отнес к ноцицептивным раздражениям. В соответствии с этим все рецепторы, способные отвечать на повреждающие воздействия, с 1903 года принято называть ноцицепторами. Эти рецепторы были названы не болевыми, а ноцицептивными для того, чтобы провести грань между объективными нервными процессами и субъективным восприятием боли.

Морфологически ноцицепторы представляют собой свободные нервные окончания тонких миелинизированных А-дельта и безмиелиновых С-волокон. Однако не все тонкие волокна являются ноцицепторами. Как А-дельта, так и С — волокна могут отвечать на слабые механические и термические раздражения. Из общего числа А-дельта волокон 75% являются низкопороговыми механо- и терморецепторами и только 25% представляют собой механоноцицепторы. Диаметр А-дельта волокон составляет 1−5 ц, скорость проведения 2,5−52,5 м/с. С-волокна имеют диаметр 0,3−1р и скорость проведения 0,4−1 м/с. С-волокна также способны возбуждаться слабыми механическими и термическими раздражениями. Количество таких волокон составляет половину от общего числа С-волокон. Другая половина этих афферентов является полимодальными ноцицепторами, которые активируются механическими, термическими стимулами и действием химических веществ. Способность полимодальных ноцицепторов активироваться при действии химических веществ имеет большое биологическое значение как показатель нарушения метаболизма в тканях.

Основным параметром, определяющим активность хемоноцицепторов, является уровень кислородного дыхания тканей, поддерживающий их нормальную жизнедеятельность. Аналогичного мнения придерживаются и другие авторы. Они считают, что С — волокна выполняют не только функцию проводников сенсорной чувствительности, но также и своеобразных химических датчиков, информирующих ЦНС о химическом состоянии окружающих тканей.

Отличием между мономодальными и полимодальными ноцицепторами является то, что мономодальные ноцицепторы адаптируются к повторным раздражениям, а полимодальные, наоборот, усиливают свою активность. Это явление получило название «сенситизация». Такой феномен отмечается при механическом повреждении кожи, еще более он выражен при термическом повреждении и наиболее наглядно проявляется при воспалении. В этом случае порог полимодальных ноцицепторов настолько снижается, что они способны отвечать на неповреждающие механические и термические стимулы. Данные, полученные на обезьянах при ожоге кожи в сопоставлении с психофизиологическими исследованиями на людях, позволили сделать заключение, что при длительном термическом раздражении гипералгезия обусловлена С-волокнами и не связана с возбуждением А-дельта — волокон. Активность С-ноцицепторов является главной причиной боли в нормальной и обожженной коже.

С-волокна локализуются как в тканях наружного покрова тела, так и во всех внутренних органах. Ноцицепторы не распределены по коже равномерно. Как и в случае механо- и терморецепции болевые стимулы воспринимаются только в дискретных «болевых точках». Их гораздо больше, чем точек давления: отношение составляет 9:1 соответственно. Благодаря высокой плотности расположения ноцицепторов, человек довольно точно может определить место нанесения болевого раздражения. Так при тепловом болевом раздражении люди с завязанными глазами указывали на место раздражения с ошибкой 17,1 мм на коже ноги, 9,5−16,0 мм на тыльной стороне кисти, 10,5 мм на ладони и 7,5 мм на пальцах. Недавно было проведено сравнительное исследование точности локализации боли на тыльной поверхности кисти при использовании различных методов нанесения болевого раздражения. Авторы использовали луч лазера, при котором возбуждаются только термоноцицепторы, и укол очень тонкой иглой, которая одновременно активирует тактильные рецепторы и ме-ханоноцицепторы. Кроме того, авторы наносили волосками Фрея только тактильные раздражения. Было установлено, что при активации термоноцицепто-ров ошибка локализации источника боли составляла 8,6 мм. При тактильном раздражении она составляла 9,0 мм. При уколе иглой ошибка составляла всего 5,1 мм. Исследователи пришли к заключению, что особенно высокая точность определения места раздражения при одновременной активации механоноцицепторов и тактильных рецепторов свидетельствует о синергизме этих двух систем. Подобное мнение хорошо согласуется с представлениями о том, что эпикритическая боль является по своей структурнофункциональной организации такой же сенсорной модальностью, как и все остальные.

В целом ряде исследований, проведенных на людях, установлено, что первичная, эпикритическая боль, хорошо локализованная, проводится только А-дельта волокнами, а вторичная, протопатическая, диффузная, с негативным эмоциональным восприятием возникает в результате активации С- волокон. При термическом раздражении кожи по мере увеличения температуры в С-волокнах лучевого нерва человека повышается частота разрядов. При частоте разрядов, превышающей 0,3 имп/с ощущалась боль. При интенсивном нагревании кожи частота разрядов увеличивалась до 50−60 имп/с, и ощущение боли усиливалось. При использовании болевого механического раздражения кожи также было показано, что при увеличении силы или времени болевого раздражения увеличивалась частота разрядов в А-дельта и С-волокнах лучевого нерва и усиливалось болевое восприятие. Следует подчеркнуть, что для возникновения боли требовалось раздражение С-волокон частотой не менее 3 Гц и выше. При использовании механических, термических и химических раздражений установлено, что феномен временной суммации играет большую роль в системе С-волокон. В исследованиях на людях показано, что боль усиливается и в том случае, если происходит пространственная суммация активности кожных ноцицепторов.

При прохождении в периферических нервах и в дорзальных корешках толстые и тонкие афферентные волокна не имеют определенного распределения между собой. Однако перед самым вхождением корешков в спинной мозг толстые волокна занимают медиальное положение, а тонкие афференты входят более латерально.

Первой релейной станцией для ноцицептивных сигналов являются задние рога спинного мозга. Важно подчеркнуть, что в маргинальной зоне задних рогов спинного мозга или в I пластине по Рекседу находятся почти исключительно те нейроны, которые отвечают на ноцицептивную стимуляцию. Впервые этот факт, имеющий большое значение для доказательства теории специфичности, был установлен в 1970 году. Эти авторы показали, что клетки, расположенные в пластине 1, отвечают на ноцицептивное раздражение А-дельта и С- волокон. Однако в дальнейших исследованиях, выполненных в той же лаборатории, было установлено, что в пластине I возбуждаются только те нейроны, которые получают входы от А-дельта- волокон, а клетки получающие афферентацию по С-волокнам, расположены в желатинозной субстанции в пластине II. Аналогичные данные были получены и другими авторами на обезьянах. На кошках было продемонстрировано, что нейроны I пластины активируются при нанесении ноцицептивных раздражений и не отвечают на раздражение низкопороговых механорецепторов. На крысах также было показано, что большинство нейронов I пластины отвечают на ноцицептивную стимуляцию. В исследованиях на крысах было обнаружено, что проекции тонких афферентных волокон, идущих от различных нервов задней конечности, заканчиваются с определенной соматотопией в пластинах I и II.

Специфические ноцицепторы и пути передачи возбуждения от них в центральной нервной системе являются филогенетически новыми образованиями. У амфибий в отличие от млекопитающих еще нет специфических ноцицепторов и нейронов, отвечающих только на ноцицептивные раздражения, а наблюдаются лишь так называемые нейроны широкого динамического диапазона (ШДД), как их предложили называть Д.Д. Прайс и Д.Й. Мэйер. Эти нейроны способны отвечать на неноцицептивную стимуляцию, а при увеличении интенсивности стимулов до ноцицептивных значений усиливают свою активность. В экспериментах на лягушках было показано, что все нейроны дорзальных рогов спинного мозга отвечали как на низкоинтенсивные, так и на ноцицептивные раздражения. Эти результаты свидетельствуют о том, что в филогенезе, а у млекопитающих и в онтогенезе, происходит формирование специфических ноцицепторов, дающих возможность воспринимать четко локализованную эпи-критическую боль, на основе которой формируется высокоинтегрированное защитное поведение.

Принято считать, что пластина I содержит ноцицепторы, получающие аф-ферентацию по А-дельта — волокнам, в дорзальной части пластины II расположены ноцицепторы, получающие входные сигналы от С — волокон. В более вентральных отделах пластины II (подраздел III) функционируют неноцицептивные нейроны также получающие афферентацию по С-волокнам. Рецептивные поля нейронов, лежащих в поверхностных пластинах дозальных рогов, организованы по соматотопическому принципу.

Согласно теории «контроля входа» торможение ноцицептивных сигналов осуществляется за счет пресинаптического торможения. Тормозные нейроны расположены в желатинозной субстанции, т. е. в пластинах II — III. В соответствии с этим на ноцицептивных нейронах пластины I и пластины, Но должны быть аксо — аксональные синапсы. Однако в морфологических исследованиях такие синапсы не были обнаружены. Следовательно, нейроны желатинозной субстанции не могут оказывать пресинаптического торможения на входе первичных ноцицептивных афферентов, как это постулирует теория «контроля входа». Кроме того, данная теория не применима для объяснения деафферентационных болей, когда после перерезки болевых волокон боль может возникать при тактильном раздражении толстых волокон. Этот феномен получил название аллодиния.

В этой связи очень интересными представляются результаты клинических исследований, выполненных на 9 пациентах, страдавших фантомными болями в руке. После множественной, локальной коагуляции желатинозной субстанции на уровне сегментов спинного мозга С5 — Т4 боль исчезала. Эти экспериментальные и клинические данные хорошо иллюстрируют недостаточную обоснованность теории «контроля входа». Авторы этой теории были вынуждены существенно пересмотреть свои взгляды на механизмы контроля боли.

Экспериментальные исследования, выполненные на кошках и обезьянах, показали, что низкопороговые механорецепторы располагаются в пластинах III и IV. В пластинах V- VIII, наряду с низкопороговыми нейронами, присутствуют ШДД нейроны. Эти нейроны имеют широкие рецептивные поля и могут активироваться как кожными, мышечными, так и висцеральными афферентами. Они могут принимать участие в механизмах отраженной боли. Большинство ШДД нейронов расположено в V пластине. Помимо ШДД нейронов в этой пластине присутствует незначительное число специфических ноцицепторов. Наличие специфических ноцицепторов в пластинах V-VII показано и другими исследователями. Эти авторы установили, что нейроны V-VII пластин получают афферентые сигналы из VII пластин дорзального рога по С — волокнам. Следует отметить, что при деафферентации гипералгезия у крыс возникает при гиперактивности нейронов именно V пластины дорзальных рогов спинного мозга.

Особенно сложным объектом для изучения механизмов боли являются ядра тригеминального комплекса. Аналогом дорзального рога спинного мозга считается каудальное ядро тригеминального комплекса. Только в этом ядре имеется маргинальная зона и желатинозная субстанция. В маргинальной зоне расположены специфические ноцицептивные нейроны. ШДД нейроны и клетки с низкопороговыми входами располагаются в глубоких слоях этого ядра. Экспериментально установлено наличие соматотопической организации входа для ноцицептивных нейронов в каудальном ядре. Ноцицептивные сигналы из области лица поступают в каудальное ядро. Такое мнение подтверждается клиническими наблюдениями, показывающими, что перерезка тригеминального тракта каудальнее обекса или разрушение каудального ядра приводит к исчезновению боли в области лица. Что же касается тканей ротовой полости, в частности зубов, то поступление ноцицептивных сигналов от них происходит как в каудальное ядро, так и в более ростральные структуры тригеминального комплекса. Проекции пульпарных афферентов поступают во все ядра тригеминального комплекса и заканчиваются в I — II, а V пластинах. Такое широкое распространение пульпарных афферентов объясняет тот факт, что зубная боль диффузна и плохо локализуется.

Ноцицептивные сигналы поступают в спинной мозг не только по дорзальным, но и по вентральным корешкам. Около 15% волокон вентральных корешков пояснично-крестцового отдела кошки составляют афферентные ноцицептивные С-волокна, заканчивающиеся в дорзальных рогах спинного мозга. Рецепторные поля этих волокон расположены в соматических и висцеральных тканях. Предполагается, что эти ноцицепторы могут вызывать прессорную реакцию в ответ на ноцицептивное раздражение и участвовать в сегментарных двигательных, защитных рефлексах.

В настоящее время выделяют более 30 нейрохимических соединений, участвующих в механизмах возбуждения ноцицептивных нейронов в центральной нервной системе. Среди многочисленной группы нейромедиаторов, нейрогормонов и нейромодуляторов, опосредствующих проведение ноцицептивных сигналов, существуют как простые молекулы — возбуждающие аминокислоты (ВАК) — глютамат, аспартат, так и сложные высокомолекулярные соединения (субстанция Р, нейрокинин А, кальцитонин ген-родственный пептид и др.). ВАК играют важную роль в механизмах ноцицепции. Глютамат содержится более чем в половине нейронов дорзальных ганглиев и высвобождается под действием ноцицептивных импульсов. ВАК взаимодействуют с несколькими подтипами глютаматных рецепторов. Это прежде всего ионотропные рецепторы: NMDA-рецепторы (N- метил-П-аспартат) и АМРА-рецепторы (а-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазол-пропионовой кислоты), а также металоболо-тропные глутаматные рецепторы. При активации этих рецепторов происходит интенсивное поступление ионов Са^ в клетку и изменение ее функциональной активности.

Как уже было упомянуто, С-волокна обладают свойством сенситизации, а их высокочастотное электрораздражение приводит к длительному облегчению синаптической передачи в ноцицептивных нейронах дорзальных рогов спинного мозга. Тетаническая электростимуляция седалищного нерва вызывает длительное увеличение вызванных потенциалов в дорзальных рогах и активности ШДЦ нейронов. Такое увеличение активности ШДЦ нейронов может длиться до 6 часов. Длительное увеличение активности ШДЦ нейронов может наблюдаться и при естественном ноцицептивном раздражении, и после повреждения нерва. Такое длительное усиление нейрональной активности объясняется увеличением выброса возбуждающих аминокислот и пептидов из пресинаптических терминалей, увеличением числа и/или чувствительности глютаматных рецепторов и активацией системы вторичных мессенджеров. В частности, помимо глютамата предполагается участие субстанции Р. Этот нейропептид находится в С-волокнах, оканчивающихся з маргинальных пластинах спинного мозга, в самих нейронах дорзальных рогов и в терминалях нейронов, лежащих на супраспинальном уровне. Субстанция Р играет важную роль в передаче ноцицептивных сигналов на уровне спинного мозга. Ноцицептивная стимуляция первичных афферентов, введение формалина под кожу вызывают выделение субстанции Р в спинном мозге. Показано также увеличение уровня содержания этой субстанции в спинном мозге при использовании капсаицина, который прямо и избирательно активирует только полимодальные С-волокна. Субстанция Р реализует свое гипералгези-ческое действие через нейрокинин 1 и 2 (NK-1, NK-2) рецепторы. Введение в спинной мозг антагониста NK-1 рецепторов предотвращает или прекращает гипералгезию, развивающуюся после перерезки седалищного нерва. Было установлено, что эта субстанция действительно способствует возникновению гипералгезии после тетанической ноцицептивной электростимуляции, но после возникновения гипералгезии не участвует в поддержании ее длительности.

Из спинного мозга и тригеминального комплекса в головной мозг ноцицептивные сигналы поступают в вышележащие структуры по ряду проводящих путей. К ним относятся: спиноталамический, спиноретикулярный, спиноцервикальный и проприоспинальная короткоаксонная восходящая система, подразделяющаяся на интеркорнуальный тракт и тракт Лиссауэра. Определенное участие в проведении ноцицептивной информации могут принимать непервичные афференты системы дорзальных столбов. Показано, что в нежном ядре дорзальных столбов располагаются клетки, отвечающие как на неноцицептивную стимуляцию, так и на раздражение висцеральных ноцицепторов. Недавно установлено, что ШДЦ нейроны нежного ядра, проецирующиеся в вентробазальные ядра таламуса, усиливают свою активность после перерезки седалищного нерва и участвуют в механизмах гипералгезии на механические раздражения кожи. Спино-цервикальный тракт у человека, в отличие от животных, практически редуцирован.

Основное значение в проведении ноцицептивных сигналов имеют спиноталамический и спиноретикулярный тракты. Исследования, выполненные на грызунах, хищниках, обезьянах, а также клинические исследования на людях свидетельствуют о том, что спиноталамический тракт проводит ноцицептивную информацию, на основе которой формируется как сенсорно-дискриминативный, так и эмоционально-аффективный компоненты боли. Волокна спиноталамического тракта заканчиваются как в специфических, так и в неспецифических ядрах таламуса.

Спиноретикулярный тракт начинается преимущественно от нейронов V-VIII пластин дорзального рога. В этих пластинах, как уже было сказано, располагаются ШДД нейроны. Они имеют широкие рецептивные поля и отвечают на билатеральную стимуляцию. Значительное число нейронов ретикулярной формации продолговатого и среднего мозга отвечают на ноцицептивные раздражения. Многие из этих нейронов проявляют свойства ШДД нейронов. При повторении ноцицептивного раздражения у этих нейронов возникает феномен «взвинчивания» — увеличение частоты разрядов и длительности ответной реакции на каждое последующее раздражение. Мезенцефалическая ретикулярная формация играет важную роль в процессе интеграции ноцицептивных сигналов, на основе которых она принимает участие в сложных поведенческих реакциях, включающих в себя сенсорные, эмоциональные, вегетативные и моторные компоненты. Ретикулярная формация продолговатого мозга, получающая проекции по спиноталамическому тракту, в свою очередь посылает диффузные проекции в ростральные отделы мозга, в частности, к ядрам медиального таламуса. Эти проекции назыгаются бульбо-таламический тракт. Помимо этого ретикулярная формация посылает свои проекции к центральному серому веществу (ЦСВ), верхним буграм четверохолмия, к субталамусу, гипоталамусу и неопределенной зоне. Ноцицептивные нейроны обнаружены в гипоталамусе. Хорошо известно большое значение гипоталамуса в аффективных защитных реакциях и его тесные связи с ЦСВ.

Многие авторы показали наличие специфических ноцицептивных нейронов в вентробазальном комплексе таламуса. Было сделано предположение, что именно клетки вентробазального комплекса ответственны за проведение информации о локализации болевого ощущения. В дальнейшем это было подтверждено в целом ряде исследований. Специфические ноцицептивные клетки расположены в виде тонкой скорлупы, окружающей с вентральной и дорзальной сторон каудальную часть вентробазального комплекса. ШДД нейроны также представлены в виде скорлупы более рострально по отношению к специфическим ноцицептивным нейронам, получающим афферентацию по А-дельта волокнам.

В латеральном таламусе ноцицептивные нейроны у животных и у человека расположены по сомато-топическому приниципу. Интраламинарные ядра таламуса содержат в основном ШДД нейроны, не кодирующие параметры ноцицептивного раздражения (Р.А. Дуринян и др., 19 836; М. Peschanski et al., 1980; Н. Т. Chang, 1983). Рецептивные поля этих нейронов широкие, часто билатеральные (G.J. Giesler et al., 1981). Ноцицептивные клетки интраламинарных ядер таламуса получают информацию не только по С-волокнам (В.В. Гаркавенко и др., 1986; J.N. Zhou et al., 1987), но и по быстропроводящим А-бета волокнам и играют важную роль в быстрой передаче информации о новом потенциально опасном раздражении (М. Peschanski et al., 1981). Считается, что нейроны медиальных интраламинарных ядер таламуса в отличие от ядер вентробазального таламуса выполняют интегративную функцию, отражающую реакцию настораживания как на болевые, так и на другие неожиданные раздражители у животных и у человека. У пациентов с хроническими болевыми синдромами электрораздражение этих ядер вызывает жгучую, диффузную боль в отличие от острой хорошо локализованной боли при стимуляции вентробазальных ядер таламуса (В. Ishijima et al., 1975). При разрушении интраламинарных ядер у пациентов подавляется эмоционально-аффективный компонент боли (Э.И. Кандель, 1981). Эти наблюдения согласуются с данными о связи интраламинарных ядер таламуса с гипоталамусом (Т.С. Сотниченко, Л.А. Истомина, 1981), который играет ведущую роль в возникновении мотиваций и эмоций.

Длительное время роль коры большого мозга в восприятии боли отрицалось рядом исследователей. Вместе с тем давно известно, что восприятие эпи-критической боли нарушается при повреждении постцентральной борозды коры мозга у обезьян (T.L. Peele, 1944) и у человека (D. Bowsher, 1976). Удаление орбито-фронтальной области коры у пациентов с хронической болью приводит к устранению эмоционально-аффективного компонента боли (Г.Н. Кассиль, 1975). Электростимуляция соматосенсорной коры у пациентов, страдающих хроническими болевыми синдромами, вызывает боль (К. Sano, 1977), причем возникает она только при раздражении того участка соматосенсорной коры, который соответствует зоне коркового представительства больной конечности (R.R. Tasker, 1984).

Об участии коры мозга в восприятии боли свидетельствуют многочисленные исследования, в которых продемонстрировано, что амплитуда коркового вызванного потенциала (ВП) при ноцицетивном раздражении у людей коррелирует с интенсивностью болевого восприятия.

Некоторые авторы считали, что ведущее значение в восприятии боли имеет вторая соматосенсорная область (С2) коры мозга. Однако было показано, что специфические ноцицептивные нейроны располагаются в первой соматосенсорной области (С1) коры мозга крыс, кошек обезьян и у человека. Эти нейроны по своим свойствам аналогичны специфическим ноцицептивным нейронам вентробазального комплекса таламуса (D.R. Kenshalo, О. Isensee, 1983). Показана прямая связь между ноцицептивными нейронами этого комплекса и областью Cl (W.D. Willis, 1984). При стимуляции пульпы зуба установлена колончатое расположение но-цицептивных нейронов в области Cl (N. Matsumoto et al., 1989). В отличие от области С1 в области С2 в основном располагаются ШДД нейроны, имеющие большие рецепторные поля (М.Л. Кукушкин, В.К. Решетняк, 1986). Они даже могут отвечать на билатеральную стимуляцию (C.J.Robinson, Н. Burton, 1980). При раздражении пульпы зубов нейроны области С1 отвечали только на раздражение контралатеральных зубов, а нейроны области С2 отвечали на билатеральную стимуляцию зубов, а также на неноцицептивную стимуляцию кожи морды. Все эти данные, а также данные других исследователей убедительно свидетельствуют о том, что область С1 ответственна за восприятие сенсорно-дискриминативного компонента боли. Область С2 считается конечным корковым звеном, участвующим в оценке потенциально опасных раздражителей и формирование адекватных защитных реакций. Орбито-фронтальная область коры мозга участвует в формировании сложных эмоционально-аффективных проявлений боли и связанных с ней психических переживаний. Эти три области коры играют различную роль в формировании хронических болевых синдромов.

Таким образом, ноцицептивная система является сложноорганизованной, многоуровневой, гетерогенной системой, от функционального состояния которой зависит восприятие боли.


Предложить Статью (1251 Статей)
В этом разделе мы публикуем статьи и материалы по медицинской тематике, присланные нашими читателями. Если у вас есть что-то интересное, чем бы вы хотели поделиться с другими людьми, мы будем рады разместить вашу статью на нашем сайте. Внимание! В случае, если присланный вами материал не соответствует тематике сайта, он не будет опубликован без объяснения причины отказа в публикации. Если в вашей статье имеются ссылки, или статьи будут носить рекламный характер, то Вам сюда.   Защита авторских прав! Присланный вами материал не должен нарушать авторских прав. Если это ваш материал, укажите ваше имя, и оно будет опубликовано в статье. В случае, если вы являетесь правообладателем и заметили, что размещенный на сайте материал нарушает ваши авторские права, напишите нам, этот материал будет немедленно удален с сайта. В письме приложите доказательства того, что вы являетесь автором материала или правообладателем.   По вопросам размещения пишите письма на email — [email protected]