Ноцицепторы: Сенсорные нейроны, обнаруживающие боль.

Введение

Сенсорный нейрон, обнаруживающий боль.

Ноцицептор (; ) – это сенсорный нейрон, реагирующий на повреждающие или потенциально повреждающие стимулы, отправляя сигналы о "возможной угрозе" в спинной мозг и головной мозг. Головной мозг создает ощущение боли, чтобы привлечь внимание к пораженному участку тела, позволяя устранить угрозу; этот процесс называется ноцицепцией.

Терминология

Ноцицепция и боль обычно вызываются только давлением и температурой, которые потенциально могут повредить ткани. Этот порог контрастирует с более чувствительными зрительными, слуховыми, обонятельными, вкусовыми и соматосенсорными реакциями на стимулы. Восприятие боли индивидуально и может быть подавлено стрессом или усилено предвкушением. Простая активация ноцицептора не всегда приводит к возникновению боли, поскольку последняя также зависит от частоты потенциалов действия, интеграции пре- и постсинаптических сигналов и влияния высших или центральных процессов. Вследствие исторического заблуждения, ноцицепторы ошибочно называют болевыми рецепторами. Психологические факторы могут влиять на ее воспринимаемую интенсивность, но любая боль реальна.

Научные исследования

Ноцицепторы были открыты Чарльзом Скотом Шеррингтоном в 1906 году. В предшествующие века ученые полагали, что животные подобны механическим устройствам, преобразующим энергию сенсорных стимулов в двигательные ответы. Шеррингтон провел множество различных экспериментов, чтобы показать, что различные типы стимуляции рецептивного поля афферентного нервного волокна вызывают разные реакции. Некоторые интенсивные стимулы провоцируют рефлекторное отведение, определенные автономные реакции и боль. Специальные рецепторы для этих интенсивных стимулов были названы ноцицепторами. Исследования ноцицепторов проводились как на сознательных людях, так и на моделях на животных. Этот процесс сложен из-за инвазивных методов, которые могут изменять клеточную активность изучаемых ноцицепторов, невозможности регистрации сигналов от небольших нейронных структур и неопределенности в моделях на животных относительно того, следует ли приписывать реакцию боли или какому-либо другому фактору. Тройчатые ганглии – это специализированные нервы, иннервирующие лицо, в то время как спинномозговые ганглии связаны с остальной частью тела. Аксоны простираются в периферическую нервную систему и заканчиваются ветвями, формируя рецептивные поля.

Типы и функции

Ноцицепторы обычно электрически неактивны в отсутствие стимуляции. Когда электрическая энергия достигает порогового значения, индуцируется потенциал действия и он распространяется к центральной нервной системе (ЦНС). Это запускает цепочку событий, обеспечивающих сознательное восприятие боли. Сенсорная специфичность ноцицепторов определяется высоким порогом чувствительности только к определенным характеристикам стимулов. Ноцицепторы активируются только тогда, когда этот высокий порог достигается под воздействием химических, тепловых или механических факторов. По скорости проведения импульсов ноцицепторы делятся на две группы. Аксоны Aδ-волокон миелинизированы и позволяют потенциалу действия распространяться к ЦНС со скоростью от 5 до 30 метров в секунду. Аксоны C-волокон проводят импульсы медленнее – со скоростью от 0,4 до 2 метров в секунду, из-за их меньшего диаметра и незначительной или отсутствующей миелинизации аксона.

Тепловой

Термические ноцицепторы активируются вредным теплом или холодом при различных температурах. Существуют специфические ноцицепторные трансдукторы, которые определяют, как и будет ли конкретное нервное окончание реагировать на тепловой стимул. Первым был обнаружен TRPV1, его порог активации соответствует температуре, при которой возникает ощущение жгучей боли – 43 °C. Другие температуры в диапазоне от теплой до горячей опосредуются несколькими TRP-каналами. Каждый из этих каналов экспрессирует специфический C-концевой домен, отвечающий за чувствительность к теплу и горячему. Механизмы взаимодействия между этими каналами и то, как определяется уровень температуры, превышающий болевой порог, в настоящее время остаются неизвестными. Холодные стимулы воспринимаются TRPM8-каналами. Его C-концевой домен отличается от C-концевых доменов теплочувствительных TRP-каналов. Несмотря на то, что этот канал реагирует на холодные стимулы, пока неясно, участвует ли он также в обнаружении интенсивного холода. Интересно отметить, что при воздействии холода тактильная чувствительность и двигательная функция ухудшаются, в то время как восприятие боли сохраняется.

Механические

Механические ноцицепторы реагируют на избыточное давление или механическую деформацию. Они также реагируют на разрезы, повреждающие поверхность кожи. Реакция на стимул обрабатывается корой головного мозга как боль, подобно химическим и термическим реакциям. Эти механические ноцицепторы часто обладают полимодальными характеристиками. Поэтому возможно, что некоторые трансдукторы для тепловых стимулов идентичны трансдукторам для механических стимулов. То же самое справедливо и для химических стимулов, поскольку TRPA1 обнаруживает как механические, так и химические изменения. Некоторые механические стимулы могут вызывать высвобождение промежуточных химических веществ, таких как АТФ, который может быть обнаружен P2-пуринергическими рецепторами, или фактора роста нервов, который может быть обнаружен киназой рецептора тропомиозина А (TrkA). Кислотно-чувствительные ионные каналы (ASIC) также обнаруживают кислотность. Они являются наиболее распространенным типом ноцицепторов C-волокон и экспрессируют богатый репертуар нейротрансмиттеров. Этот эффект нисходящего торможения можно продемонстрировать путем электрической стимуляции серого вещества вокруг водопровода среднего мозга или перивентрикулярного ядра. Они, в свою очередь, проецируются в другие области, участвующие в регуляции боли, такие как ядро raphe magnus, которое также получает подобные афференты от ядра reticularis paragigantocellularis (NPG). В свою очередь, ядро raphe magnus проецируется в область субстанции гелатинозы спинного рога и опосредует ощущение спиноталамических импульсов. Это происходит сначала, когда ядро raphe magnus посылает серотонинергические нейроны к нейронам спинного мозга, которые, в свою очередь, секретируют энкефалин к интернейронам, передающим восприятие боли. Энкефалин функционирует путем связывания с опиоидными рецепторами, вызывая ингибирование постсинаптического нейрона и, таким образом, подавляя боль. После сенсорного нейрогенеза происходит дифференцировка, в результате которой формируются два типа ноцицепторов. Они классифицируются как пептидергические или непептидергические ноцицепторы, каждый из которых экспрессирует отличный репертуар ионных каналов и рецепторов. Их специализация позволяет рецепторам иннервировать различные центральные и периферические мишени. Эта дифференцировка происходит как в перинатальном, так и в постнатальном периодах. Непептидергические ноцицепторы отключают TrkA и начинают экспрессию протоонкогена RET, который является трансмембранным сигнальным компонентом, обеспечивающим экспрессию нейротрофического фактора, полученного из глиальных клеток (GDNF). Этот переход поддерживается runt-related transcription factor 1 (RUNX1), который играет жизненно важную роль в развитии непептидергических ноцицепторов. Напротив, пептидергические ноцицепторы продолжают использовать TrkA и экспрессируют совершенно другой тип фактора роста. В настоящее время проводится множество исследований различий между ноцицепторами, включая рыб и широкий спектр беспозвоночных, таких как пиявки, нематоды, морские слизни и личинки плодовых мух. Хотя пути и связи этих нейронов с центральной нервной системой могут отличаться от таковых у ноцицепторов млекопитающих, ноцицептивные нейроны у не млекопитающих часто активируются в ответ на аналогичные стимулы, как и у млекопитающих, такие как высокая температура (40 градусов Цельсия и выше), низкий pH, капсаицин и повреждение тканей. Например, у плодовых мух специфические мультидендритные сенсорные нейроны играют роль в ноцицепции. У моллюсков ноцицептивные реакции опосредуются педальными сенсорными нейронами. Ракообразные, с другой стороны, используют различные типы сенсорных клеток, включая хордотональные органы и механорецепторы, для обнаружения потенциально повреждающих стимулов (см. также «Боль у ракообразных»).

Mechanical nociceptors respond to excess pressure or mechanical deformation. They also respond to incisions that break the skin surface. The reaction to the stimulus is processed as pain by the cortex, just like chemical and thermal responses. These mechanical nociceptors frequently have polymodal characteristics. So it is possible that some of the transducers for thermal stimuli are the same for mechanical stimuli. The same is true for chemical stimuli, since TRPA1 appears to detect both mechanical and chemical changes. Some mechanical stimuli can cause release of intermediate chemicals, such as ATP, which can be detected by P2 purinergic receptors, or nerve growth factor, which can be detected by Tropomyosin receptor kinase A (TrkA). Acid sensing ion channels (ASIC) also detect acidity. They are the most common type of C fiber nociceptors and express a rich repertoire of neurotransmitters. This effect of descending inhibition can be shown by electrically stimulating the periaqueductal grey area of the midbrain or the periventricular nucleus. They both in turn project to other areas involved in pain regulation, such as the nucleus raphe magnus which also receives similar afferents from the nucleus reticularis paragigantocellularis (NPG). In turn the nucleus raphe magnus projects to the substantia gelatinosa region of the dorsal horn and mediates the sensation of spinothalamic inputs. This is done first by the nucleus raphe magnus sending serotoninergic neurons to neurons in the dorsal cord, that in turn secrete enkephalin to the interneurons that carry pain perception. Enkephalin functions by binding opioid receptors to cause inhibition of the post synaptic neuron, thus inhibiting pain. Following sensory neurogenesis, differentiation occurs, and two types of nociceptors are formed. They are classified as either peptidergic or nonpeptidergic nociceptors, each of which express a distinct repertoire of ion channels and receptors. Their specializations allow the receptors to innervate different central and peripheral targets. This differentiation occurs in both perinatal and postnatal periods. The nonpeptidergic nociceptors switch off the TrkA and begin expressing RET proto oncogene, which is a transmembrane signaling component that allows the expression of glial cell line derived neurotrophic factor (GDNF). This transition is assisted by runt related transcription factor 1 (RUNX1) which is vital in the development of nonpeptidergic nociceptors. On the contrary, the peptidergic nociceptors continue to use TrkA, and they express a completely different type of growth factor. There currently is a lot of research about the differences between nociceptors. including fish and a wide range of invertebrates, including leeches, nematode worms, sea slugs, and larval fruit flies. Although these neurons may have pathways and relationships to the central nervous system that are different from those of mammalian nociceptors, nociceptive neurons in non mammals often fire in response to similar stimuli as mammals, such as high temperature (40 degrees C or more), low pH, capsaicin, and tissue damage. For example, in fruit flies, specific multidendritic sensory neurons play a role in nociception. In mollusks, nociceptive responses are mediated by pedal sensory neurons. Crustaceans, on the other hand, utilize a variety of sensory cell types, including chordotonal organs and mechanoreceptors, to detect potentially damaging stimuli (see also Pain in crustaceans).