Введение
Как организм получает и реагирует на болевые стимулы
В физиологии ноцицепция (/ˌnəʊsɪˈsɛpʃ(ə)n/), также ноциоцепция, – это процесс кодирования вредоносных стимулов сенсорной нервной системой. Она включает в себя ряд событий и процессов, необходимых для того, чтобы организм воспринял болевой стимул, преобразовал его в молекулярный сигнал и распознал и охарактеризовал этот сигнал для запуска соответствующей защитной реакции. При ноцицепции интенсивная химическая (например, капсаицин, содержащийся в перце чили или кайенском перце), механическая (например, разрезание, раздавливание) или термическая (тепловая и холодная) стимуляция сенсорных нейронов, называемых ноцицепторами, генерирует сигнал, который передается по цепочке нервных волокон через спинной мозг в мозг. Ноцицепция вызывает разнообразные физиологические и поведенческие реакции, направленные на защиту организма от воздействия, и обычно приводит к субъективному переживанию или восприятию боли у осязающих существ.
Обнаружение вредных раздражителей
Потенциально повреждающие механические, термические и химические стимулы обнаруживаются нервными окончаниями, называемыми ноцицепторами, которые находятся в коже, на внутренних поверхностях, таких как надкостница, суставные поверхности и в некоторых внутренних органах. Некоторые ноцицепторы представляют собой неспециализированные свободные нервные окончания, имеющие свои тела клеток вне спинного мозга, в спинномозговых ганглиях. Другие – это специализированные структуры в коже, такие как ноцицептивные клетки Шванна. Ноцицепторы классифицируются в соответствии с аксонами, которые проводят сигналы от рецепторов к спинному мозгу или головному мозгу. После повреждения нерва возможно, что сенсорные волокна, обычно передающие неопасные стимулы, могут восприниматься как болезненные. Ноцицептивная боль представляет собой адаптивную систему тревожной сигнализации. Ноцицепторы имеют определенный порог, то есть для запуска сигнала им требуется минимальная интенсивность стимуляции. Как только этот порог достигнут, сигнал передается по аксону нейрона в спинной мозг. Тестирование ноцицептивного порога намеренно применяет болезненный стимул к человеку или животному для изучения болевых ощущений. У животных этот метод часто используется для оценки эффективности анальгетиков, а также для определения дозировок и продолжительности действия. После установления исходного уровня вводится исследуемый препарат, и повышение порога регистрируется в установленные моменты времени. После прекращения действия препарата порог должен вернуться к исходному значению (до начала лечения). В некоторых случаях возбуждение болевых волокон усиливается по мере продолжения болевого стимула, что приводит к состоянию, называемому гипералгезией.
Последствия
Ноцицепция также может вызывать генерализованные автономные реакции до или без достижения сознания, приводя к бледности, потоотделению, тахикардии, гипертензии, легкому головокружению, тошноте и обмороку.
Обзор системы
В этом обзоре рассматриваются проприоцепция, термоцепция, хемоцепция и ноцицепция, поскольку все они тесно взаимосвязаны.
Механические
Проприоцепция определяется с использованием стандартных механорецепторов (особенно корпускул Руффини, реагирующих на растяжение, и транзиторных рецепторных потенциальных каналов (TRP-каналов). Проприоцепция полностью интегрирована в соматосенсорную систему, поскольку мозг обрабатывает эти сигналы совместно. Термоцепция относится к стимулам умеренных температур, в то время как всё, что выходит за пределы этого диапазона, воспринимается как боль и регулируется ноцицепторами. TRP-каналы и калиевые каналы [TRPM (1–8), TRPV (1–6), TRAAK и TREK] реагируют на различные температуры (наряду с другими стимулами), создавая потенциалы действия в нервах, которые объединяются с механо- (тактильной) системой в заднелатеральном тракте. Термоцепция, подобно проприоцепции, также интегрирована в соматосенсорную систему. TRP-каналы, обнаруживающие ноцицептивные стимулы (механическую, термическую и химическую боль), передают эту информацию ноцицепторам, которые генерируют потенциал действия. Механические TRP-каналы реагируют на деформацию клеток (как при прикосновении), термические TRP-каналы изменяют свою форму в зависимости от температуры, а химические TRP-каналы функционируют подобно вкусовым рецепторам, сигнализируя о связывании их рецепторов с определенными элементами или химическими веществами.
Нейрологическая
Ламина 3 и 5 формируют ядро собственное в спинном мозге. Ламина 2 составляет субстанцию Гельтинoзы Роландо, немиелинизированное серое вещество спинного мозга. Субстанция получает импульсы от ядра собственного и передает интенсивную, плохо локализованную боль. Ламина 1 преимущественно проецируется в парабрахиальную область и периакведуктальную серую материю, которая инициирует подавление боли посредством нейронной и гормональной ингибиции. Ламина 1 получает входные сигналы от терморецепторов по заднелатеральному тракту. Маргинальное ядро спинного мозга – единственный источник болевых сигналов, не поддающихся подавлению. Парабрахиальная область интегрирует информацию о вкусе и боли, а затем ретранслирует её. Парабрахиальная область проверяет, поступает ли болевой сигнал при нормальной температуре и активна ли вкусовая система; если оба условия соблюдены, боль предположительно вызвана ядом. Ао-волокна синаптируют на ламинах 1 и 5, Ab-волокна – на 1, 3, 5 и C, а C-волокна – исключительно на ламинах 2. Миндалевидное тело и гиппокамп создают и кодируют память и эмоции, вызванные болевыми стимулами. Гипоталамус сигнализирует об высвобождении гормонов, повышающих эффективность подавления боли; некоторые из них – половые гормоны. Периакведуктальная серая материя (с помощью гормонов гипоталамуса) гормонально сигнализирует ядрам Рафе ретикулярной формации о выработке серотонина, который ингибирует болевые ядра в ламинах. Латеральный спиноталамический тракт способствует локализации боли. Спиноретикулярный и спинотектальный тракты – это лишь ретрансляционные пути в таламус, способствующие восприятию боли и поддержанию бодрствования. Волокна перекрещиваются (левая сторона становится правой) через переднюю белую комиссуру спинного мозга. Латеральный лемниск – первая точка интеграции информации о звуке и боли. Нижний бугорок (IC) помогает в ориентации звука на болевой стимул. Верхний бугорок получает импульсы от IC, интегрирует визуальную ориентировочную информацию и использует топографическую карту для ориентации тела на болевой стимул. Нижний мозжечковый ножка интегрирует проприоцептивную информацию и передает её в вестибуломозжечок. Ножка не является частью латерального спиноталамического тракта; мозжечок получает информацию и передает её ножке из других источников (см. соматосенсорную систему). Таламус считается местом, где боль переходит в восприятие; он также способствует подавлению и модуляции боли, действуя как привратник, пропуская определенные уровни интенсивности в кору головного мозга и блокируя другие. Соматосенсорная кора декодирует ноцицептивную информацию для определения точного местоположения боли и обеспечивает осознание проприоцепции; нижняя мозжечковая ножка отвечает за бессознательную проприоцепцию. Островковая доля судит об интенсивности боли и обеспечивает способность к её воображению. Поясная кора предположительно является центром памяти, связанной с болью.
У не млекопитающих
Ноцицепция была задокументирована у других животных, включая рыб и широкий спектр беспозвоночных, таких как пиявки, нематоды, морские слизни и плодовые мушки. Как и у млекопитающих, ноцицептивные нейроны у этих видов обычно характеризуются преимущественной реакцией на высокую температуру (40 °C и выше), низкий pH, капсаицин и повреждение тканей.
История использования термина
Термин "ноцицепция" был введен Чарльзом Скотом Шеррингтоном, чтобы разграничить физиологический процесс (нервную активность) и боль (субъективное переживание). Он происходит от латинского глагола nocēre, означающего "причинять вред".