CC BY
1629
Вестник Смоленской медицинской академии, 2003, № 4
УЧЕБНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ, ОРДИНАТОРОВ
УДК 612 (075.8)
ФИЗИОЛОГИЯ БОЛИ И ОБЕЗБОЛИВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ОРГАНИЗМА
В. А. Правдивцев, С. Б. Козлов, С. В. Ефременков, Л. П. Нарезкина, Н. М. Осипов, А. В. Евсеев, Л. Ю. Путенкова, В. М. Остапенко
Смоленская государственная медицинская академия
Болевой анализатор - комплекс периферических и центральных структур нервной системы, обеспечивающий восприятие, переработку болевой импульсации, а также инициирующий приспособительные реакции, направленные на устранение или минимизацию действия боли на организм. В целостной болевой реакции можно выделить относительно самостоятельные компоненты (Р. Шмидт, Л. В. Калюжный). Прежде всего, это перцептуальный (сенсорный, или сенсорно-дискриминативный) компонент, отражающий возникновение ощущения боли. Далее, это - негативно-эмоциональный компонент в виде страдания, тягостных переживаний, формирующихся на основе распространения генерализованных возбуждений подкорковых гипоталамо-ретикулярных образований к структурам лимбической, лобной и теменной коры головного мозга. Далее, вегетативный компонент, отражающий активированный статус основных вегетативных центров ствола мозга, проявляющийся в изменениях деятельности почти всех вегетативных эффекторов. Наконец, двигательный компонент, выступающий в виде рефлекса избегания, локального или генерализованного напряжения определенных групп мышц, в других формах двигательной активности организма.
Причины возникновения болевой реакции. Боль у человека возникает всякий раз, когда сверхсильные механические, термические раздражители, действуя на живые ткани, разрушают или создают угрозу разрушения целостности их защитных покровных оболочек. Второй причиной возникновения боли является нарушение процессов тканевого дыхания. Например, боль всегда сопровождает ишемию, при этом она тем сильнее, чем выше уровень функциональной активности ткани. Так, в сокращающихся скелетных мышцах верхних конечностей при пережатии их артериальных сосудов манжеткой боль появляется через 15-25 с. В отсутствии сокращений боль появляется через 3-4 мин. Причиной возникновения боли при остром нарушении кровообращения являются расстройство микроциркуляции, кислородное голодание клеток, активация циклов анаэробного дыхания, постепенное накопление в межклеточном пространстве органических кислот, разрушение клеток, появление в межклеточном пространстве протеолитических ферментов, биологически активных веществ тканевого или плазменного происхождения. Как выяснилось, многие химические вещества, постепенно накапливающиеся в тканях при кислородном голодании, оказывают прямое раздражающее влияние на тканевые образования, вызывая у человека ощущения боли.
Типы болевых ощущений и их характеристика. По критерию места возникновения боль разделяют на соматическую и висцеральную. Боль, возникающая в коже, получила название соматической поверхностной боли. Её примером является боль, вызываемая введением инъекционной иглы под кожу человека. В чувственной картине такой боли выделяют два компонента. Первый - «быстрый», непродолжительный, легко локализуемый компонент, отражающий ощущение четкой, яркой боли, возникающей с латентным периодом порядка 0,1 с. Второй - «медленный», поздний, плохо локализуемый компонент, отражающий ощущение тупой боли, возникающей с латентным периодом порядка 1 с и более, постепенно увеличивающейся по выраженности в течение нескольких секунд или минут.
Боль, возникающая в мышцах, суставах, суставных связках, костных образованиях, получила название соматической глубокой боли. Типичным примером такой боли является зубная (дентальная) боль. Глубокая боль почти всегда плохо локализуется. Так, зубная боль, вызванная развитием патологического процесса в зубе, может обнаруживать себя первично в различных участках лица, шеи, головы.
Висцеральная боль по своим качественным характеристикам во многом совпадает с глубокой соматической болью. Основные причины ее возникновения: 1) ишемия тканей, приводящая к накоплению метаболитов и нарушению тканевого дыхания; 2) выход содержимого полых органов при повреждении целостности их стенок (например, выход содержимого аппендикса в брюшную полость при его воспалении и разрыве); 3) сильные тонические сокращения или растяжения мышц желудка, желчного пузыря, кишечника, мочевого пузыря, мочеточников.
По критерию продолжительности во времени различают боль острую, подострую и хроническую. Острая - внезапно возникающая боль. В практике врача-стоматолога острую боль можно вызвать у больного в ходе обследования кариозной полости пораженного зуба металлическим зондом. Острая боль обычно имеет предупредительное, т. е. сигнальное значение. Хроническая - длительная, долго сохраняющаяся или регулярно повторяющаяся боль разной интенсивности. Примером такой боли могут служить определенного вида головные боли, боли в спине при остеохондрозе, при опухолях на поздних стадиях их развития. Подострая боль - занимает промежуточное положение по своим характеристикам между острой и хронической видами боли. Здесь же отметим мгновенную, приступообразную, непрерывную, пульсирующую виды боли, отражающие субъективное качественное восприятие интенсивности боли в пределах некоторого временного интервала.
По критерию отношения боли к причинным факторам ее возникновения - различают боль физическую и психогенную. Физическая боль возникает в результате влияния на тканевые структуры организма неких конкретных внешних или внутренних факторов различной природы. В отличие от физической психогенная боль является следствием нарушения психических функций человека, возникая как страдание по поводу не-
коего «болящего» органа (Р. Шмидт), функциональные характеристики которого при объективной оценке не выходят за пределы физиологической нормы.
Рецепторные аппараты, воспринимающие боль. Представления о неспецифической природе болевых ощущений, в соответствии с которыми боль возникает при «чрезмерном раздражении любых сенсорных рецепторов», в настоящий момент практически оставлены, т. к. получены убедительные доказательства того, что боль возникает в результате воздействия раздражителей на специализированные высокопороговые болевые рецепторы, или ноцицепторы (от латинского посеге - разрушать).
Гистологически ноцицепторы кожи, слизистых, фасций, сухожилий, скелетных мышц, надкостницы, суставных поверхностей, адвентициальной оболочки мелких кровеностных и лимфатических сосудов (близ просвета), эндоневрия нервных стволов, мозговых оболочек, тканей внутренних органов представляют собой свободные - неинкапсулированные окончания нервных волокон, имеющие разнообразную форму волосков, сплетений, спиралей, пластинок.
Большое число ноцицепторов - «болевых точек» можно насчитать на поверхности кожи. Оно намного превышает число рецепторов прикосновения, тепла, холода. Наибольшая плотность кожных ноцицепторов у человека отмечается в паховой области - 100-200 на 1 см , на ладони, кончике носа, на поверхности уха их меньше - всего 40-70 на 1 см2 . Очень много свободных нервных окончаний сосредоточено в пульпе зуба. Не случайно, даже не очень сильная электрическая или механическая стимуляция пульпы зуба у человека сопровождается отчетливыми болевыми ощущениями. В2целом количество ноцицепторов в тканях зуба достигает очень больших величин. Так, в пересчете на 1 см на границе соприкосновения эмали и дентина располагается примерно 75000 ноцицепторов. Интересно, что на слизистой полости рта есть участок, практически не имеющий ноцицепторов. Он тянется от второго коренного зуба к углу рта на внутренней поверхности щеки в виде узкой полосы. Топография болевой чувствительности слизистой оболочки полости рта представлена на рис. 1.
Физиологические свойства ноцицепторов. Большинство ноцицепторов реагируют на механические, термические и химические раздражители. Обычно «быстрая» боль вызывается механическими и термическими болевыми раздражителями. «Медленная» боль вызывается тремя видами болевых раздражителей - механическими, термическими и химическими болевыми раздражителями. Функционально основная часть болевых рецепторов различных тканевых структур человека представляет собой мультимодальные ноцицепторы (Л. Н. Смолин). К ним относятся кожные механотермоноцицепторы, подкожные механотермоноциценторы, механотермохемоноцицепторы, механохемоноцицепторы мышц, внутренних паренхиматозных органов. Мономодальные ноцицепторы (механоноцицепторы, термоноцицепторы) встречаются редко.
Электрофизиологический механизм возникновения рецепторных потенциалов ноцицепторов изучен недостаточно. Высказываются предположения, что в случае механического воздействия на мембрану ноцицептора рецепторный потенциал возникает в результате деформации и растяжения фрагмента мембраны, активирующих перенос катионов натрия внутрь ноцицептора. Возможна и иная схема возникновения рецепторного потенциала. Предполагается, что под влиянием механического воздействия из терминалей сенсорной клетки выделяется медиаторное вещество. В последующем оно реагирует со специфическими хеморецепторами мембраны ноцицептора, запуская генерацию рецепторного потенциала (рис. 2). В случае термического воздействия - формирование рецепторных потенциалов протекает, очевидно, также с участием медиатор-ного вещества, выделяющегося из терминалей сенсорной клетки в ответ на изменение интенсивности метаболических реакций под влиянием температуры. Медиаторное вещество вступает в реакцию с хеморецепто-рами, запуская генерацию рецепторного потенциала, при этом динамика развития рецепторного потенциала, отражающая скорость взаимодействия медиаторного вещества с хеморецепторами и предопределяющая частоту возникающих потенциалов действия, по-видимому, модулируется температурным воздействием на ноцицептор (А. Гайтон, Дж. Холл).
Рис. 1. Топография болевой чувствительности слизистой полости рта. 1— участок максимальной чувствительности верхней челюсти; 2 — участок отсутствия болевой чувствительности; 3 - участок максимальной чувствительности нижней челюсти.
Рис. 2. Механизм возможной активации ноцицептора под влиянием сильного механического воздействия. (По Ф. Лембеку, П. Холтону, Дж. Генри, В. Г. Зилову, В. И. Бадикову и др., с изменениями).
В теле сенсорного нейрона (1) синтезируется нейротрансмиттер (вещество П), доставляемый по центральному отростку (2) и периферическому отростку (5) сенсорного нейрона к центральным синапсам (3) и к периферическим свободным нервным окончаниям (6), выполняющих функцию ноцицепторов. Под влиянием сильного механического стимула происходит выделение нейротрансмиттера (8) из нервных окончаний (10) с последующим взаимодействием с рецепторами (7) их мембраны. Возникающие потенциалы действия передаются в ЦНС, фермент-ингибитор (9) разрушает нейротрансмиттер. I, II, III - этапы взаимодействия нейротрансмиттера и фермента-ингибитора.
При воспалительных реакциях ощущение боли у человека обычно возникает в результате активации нони-цепторов химическими веществами - алгогенами, действующими, как выяснилось, и на ноцицептор, и на проводниковую мембрану сенсорного нейрона в составе своеобразного химического конвейера. В него входят тканевые алгогены, появляющиеся в результате разрушения тканевых структур (гистамин, серотонин, простагландины, катионы калия и т. д.), а также плазменные алгогены, появляющиеся в результате выхода в межклеточное пространство компонентов крови, катализирующих механизм образования кининов - в первую очередь каллидина и брадикинина, в значительной степени усиливающих активацию ноцицепторов. Подчеркнем, что алгогены всех типов отчетливо угнетают клеточное дыхание. Это обстоятельство допускает возможность существования некоего общего механизма раздражающего влияния алгогенов на ноницепторы избыточными концентрациями катионов водорода.
Несмотря на то, что при экспериментальном изучении электрофизиологической активности ноцицепторов иногда удается показать феномен их адаптации (Л. Н. Смолин) к действию болевого раздражителя, субъективный опыт, клиническая практика, свидетельствуют о том, что практически адаптации к боли не наблюдается. В частности, головная боль, зубная боль могут длиться часами без малейших признаков видимого изменения.
Передача болевой импульсации от ноцицепторов в ЦНС осуществляется тонкими миелинизированными волокнами типа А5 (группа III) и тонкими немиелинизированными волокнами типа С (группа IV) - по классификации Гассера. Скорость проведения возбуждения по А5-волокнам составляет 2,5-30 м/с, скорость проведения возбуждения по С-волокнам составляет 0,5-2 м/с. Общее число волокон типа А5 намного меньше волокон типа С, что свидетельствует о том, что последним отводится главная роль в обеспечении связи ноцицепторов с ЦНС.
Доказательства участия волокон А5 и С в передаче болевой импульсации были получены в ходе оценки ощущений у испытуемых при градуальной электрической стимуляции кожных нервов. Оказалось, что возбуждение низкопороговых миэлинизированных волокон типа А|3 не сопровождается возникновением ощущения боли, тогда как отчетливые болевые ощущения появляются при усилении воздействия, достаточного для возбуждения волокон типа А5 и С. В таких опытах удалось показать, что «быстрая», точно локализованная поверхностная кожная боль обеспечивается проведением возбуждения по А5-волокнам, тогда как «медленная», тупая, субъективно неприятная боль обеспечивается проведением возбуждения по С- волокнам. Ноцицепторы лица, туловища, скелетных мышц, сухожилий, суставных сумок передают импульсацию в ЦНС по волокнам А5 и С. Большинство волокон ноцицепторов внутренних органов, пульпы зуба передают импульсацию в ЦНС исключительно по волокнам типа С.
Проводящие пути болевой чувствительности. Болевая импульсация по волокнам А5 поступает в задние рога спинного мозга (рис. 3), где в поверхностном слое (краевая зона) происходит переключение на нейрон второго порядка. Предполагается, что передача возбуждения здесь обеспечивается глютаминовой кислотой -одним из наиболее распространенных медиаторов ЦНС. Далее, аксоны нейронов второго порядка переходят на противоположную сторону, направляясь в ствол мозга в составе переднего спиноталамического (неоспи-ноталамического) тракта. На своем пути в стволе мозга волокна переднего спиноталамического тракта отдают коллатерали к ядрам стволовой ретикулярной формации. В дальнейшем они вступают в таламус, где
происходит переключение на нейроны специфического сенсорного комплекса ядер вместе с волокнами дор-зальных столбов, формирующих медиальную петлю и обеспечивающих передачу возбуждения от проприо-рецепторов, а также рецепторов прикосновения кожи лица, туловища, конечностей.
С-волокна вступают в задние рога спинного мозга в составе задних корешков (рис. 3). В области желати-нозной субстанции меньшая часть волокон переключается на вставочные нейроны, тогда как большая часть направляется дальше, переключаясь на нейроны задних рогов, аксоны которых переходят на противоположную сторону, направляясь в ствол мозга в составе латерального спиноталамического (палеоспиноталамиче-ского) тракта. Предполагается, что окончания С-волокон, контактирующие с нейронами спинного мозга, выделяют два медиаторных вещества - глютаминовую кислоту и субстанцию Р. Глютаминовая кислота действует исключительно быстро, реализуя свой специфический эффект на клетку-мишень в течение нескольких миллисекунд, тогда как, субстанция Р реализует свои эффекты весьма медленно из-за того, что наращивание ее эффективной концентрации осуществляется в течение секунд или даже минут (А. Гайтон, Дж. Холл).
Волокна латерального спиноталамического тракта на уровне ствола мозга вступают в контакт с различными нейронными структурами. Среди них - серое околоводопроводное вещество, ядра тектальной области, ядра ретикулярной формации продолговатого мозга, моста, среднего мозга. Многократно переключаясь на ретикулярных нейронах с короткими аксонами, возбуждения в последующем направляются преимущественно в неспецифические (интраламинарные) ядра таламуса. Частично эти возбуждения направляются в специфические (вентролатеральные) ядра таламуса, а также в структуры гипоталамуса и других подкорковых образований мозга. 10-20% волокон латерального спиноталамического тракта вступают в неспецифические ядра таламуса, проходя ствол мозга транзитом - без переключений.
Рис. 3. Передача болевых возбуждений по волокнам типа А5 и С на уровне нейронов спинного мозга.
Проводящие пути болевой чувствительности от органов челюстно-лицевой области. Болевая импуль-сация от кожи лица, слизистой полости рта, периодонта, пульпы зуба (рис. 4) по волокнам А5 («быстрая» боль) и С («медленная» боль) в составе тройничного нерва направляется в продолговатый мозг, где они в основном заканчиваются на нейронах ядра спинального тригеминального тракта. Часть волокон подходит к ядрам ретикулярной формации продолговатого мозга, а также к ядрам шва. Выходные нейроны ядра спи-нального тригеминального тракта образуют несколько восходящих трактов. Их них «быстрая» болевая им-пульсация, возникающая при действии механических раздражителей на ноцицепторы самых различных структур челюстно-лицевой области, проводится по вентральному и дорзальному тригемино-таламическим трактам, заканчивающихся на нейронах специфических ядер и, частично, на нейронах неспецифических ядер таламуса. Главная роль в проведении «медленной» болевой импульсации от органов челюстно-лицевой области отводится тригемино-ретикуло-таламическому тракту, обеспечивающего генерализованную передачу болевой импульсации через нейронные сети ретикулярной формации к ядрам неспецифического таламу-са, а также к структурам лимбико-гипоталамической области головного мозга. Таким образом, можно отметить, что принципиальных различий в организации проведения болевой импульсации от органов челюстно-лицевой области и прочих участков тела человека не имеется.
Участие коры больших полушарий в формировании болевых ощущений. На основании ряда экспериментальных данных казалось очевидным, что ведущими центрами болевой чувствительности организма являются ретикулярная формация ствола мозга, гипоталамус. Конечной собирательной инстанцией болевой им-пульсации рассматривался таламус, а не кора головного мозга. Один из аргументов в пользу таких представлений основывался на результатах наблюдений над животными, у которых полностью удалялись соматосен-сорные корковые поля. Как выяснилось, животные после операции в ответ на действие болевых раздражителей демонстрировали признаки «переживания» боли почти во всех компонентах. В дальнейшем было показано, что электрическая стимуляция ядер ретикулярной формации, неспецифических ядер таламуса усиливают вегетативные, гормональные, соматические проявления болевой активации оперированных животных. Следовательно, можно было заключить, что корковые структуры в реакциях организма на болевые раздражители функционально выполняют преимущественно вспомогательные функции выделения участков тела, выступающих источником болевой импульсации, оценки качества боли, ее специфического «портрета».
Задние корешки Передний спиноталамический спинного мозга (неоспиноталамический) тракт
Боковой спиноталамический (палеоспиноталамический) тракт
Вентролатеральны й канатик
Тщательное изучение вопроса привело к пониманию того, что роль коры головного мозга оказывается гораздо сложнее.
12
Рис. 4. Схема, иллюстрирующая восходящие болевые (ноцицептивные) пути (волокна типа С) от органов челюстно-лицевой области (По Ю. П. Лиманскому, С. М. Будылиной, В. П. Дегтяреву, с изменениями).
1— ноцицепторы пульпы, языка, слизистой оболочки, кожи лица; 2 — сенсорные клетки гассерова ганглия; 3 — сенсорный корешок тройничного нерва; 4 — ядро спинального тригеминального тракта; 5 - ретикулярная формация; 6 - тригемино-ретикуло-таламический тракт; 7 - вентральный и дорзальный (ипсилатеральный) тригемино-таламические тракты; 8 — неспецифические ядра тала-муса; 9 — специфические ядра таламуса; 10 — орбитофронтальная область коры; 11 - поле С1; 12 — Поле С2; 13 - генерализованные (неспецифические) таламо-кортикальные проекции.
В частности, было установлено, что изолированное повреждение корковых областей в глубине теменной части центральной борозды человека вызывает устойчивую нечувствительность к боли (частичную или полную) в контралатеральной половине тела (Р. Шмитд). Эти данные совпали с данными, полученными при проведении нейрохирургических вмешательств, сопровождавшихся локальной электрической стимуляцией глубинных участков теменной части центральной борозды. Оказалось, что такая стимуляция всегда сопровождалась отчетливыми ощущениями боли, что ранее отрицалось. Таким образом, стало ясным, что полноценное чувственное восприятие боли организмом без участия коры головного мозга является невозможным. Этот вывод представляется важным в контексте приоритетной роли коры головного мозга в привязке биологически отрицательных эмоциональных состояний к организации целенаправленных поведенческих актов, освобождающих организм от такого рода состояний (К. В. Судаков).
С точки зрения имеющейся на сегодняшний день информации частные функции корковых проекционных полей болевого анализатора сводят к следующему.
Первичное соматосенсорное проекционное поле (С1) - обеспечивает восприятие «быстрой» боли, идентификацию места ее возникновения на теле. Интересно, что абсолютно точная идентификация участка кожной поверхности, на которую действует болевой раздражитель, требует параллельного вовлечения в процесс кожных тактильных рецепторов. Показано, что без подключения кожных тактильных рецепторов показатели идентификации болевого участка на коже значимо ухудшаются. Полю С1 отводится ведущая роль в экстренном включении моторной защитной реакции организма в ответ на действие болевого раздражителя. Морфологически и функционально соответствующие моторные реакции обеспечиваются прямыми синапти-ческими связями нейронов поля С1 с нейронами моторной коры. Ощущения «медленной» боли обычно идентифицируются плохо. Испытуемый в опыте или пациент в клинике чаще всего сообщают, что боль возникает в «руке», в «ноге», в «затылке» и т. д. Невозможность четко локализовать «медленную» боль объясняется тем, что пути ее проведения представляют в основном мультисинаптические нейронные цепи ретикулярной формации, неспецифических ядер таламуса, генерализованно передающие возбуждения в самые различные корковые поля, в том числе в поля С1 и С2 болевого анализатора.
Вторичное соматосенсорное проекционное поле С2 располагается на границе пересечения центральной борозды с верхним краем височной доли. Нейроны данного поля имеют двусторонние связи с ядрами таламу-са. Это позволяет полю С2 избирательно фильтровать проходящие через таламус возбуждения, прежде всего болевого происхождения. После их выделения, представления в специфических паттернах импульсной активности входных нейронов выходные нейроны поля С2 в дальнейшем вовлекаются в многостадийные
процессы системной деятельности мозга, связанные с извлечением из памяти энграммы потребного поведенческого акта, его реализации на эффекторах, оценки качества достигнутого в поведении полезного результата.
Антиноцицептивная (обезболивающая) система. В ходе алгезиметрии - выведения зависимости между силой потенциально болевого раздражителя, действующего на человека, и характером вызываемой у него субъективной реакции было показано, что ощущения боли впервые обнаруживаются при некоторой минимальной силе раздражителя, получившей название болевого порога. Сила раздражителя, при которой испытуемый просит прекратить его действие из-за невыносимой боли, получила название порога болеустойчиво-сти.
Детальное изучение вопроса о способности испытуемых переносить болевые воздействия в разных вариантах опытов по алгезиметрии, психологические, клинические наблюдения представили убедительные доказательства того, что при некоторых изменениях общего состояния испытуемых у них наблюдается варьирование болевых порогов, а также порогов болеустойчивости. В ряде случаев это - гипералгезия, характеризующаяся снижением болевого порога, порога болеустойчивости, но часто это - гипоалгезии, характеризующаяся повышением болевого порога, порога болеустойчивости вплоть до аналгезии, т. е. полной нечувствительности к боли. Исследования, проведенные на животных и человеке с целью уточнения функциональных особенностей различных подкорковых образований ЦНС при электрической стимуляции ядер промежуточного, среднего, продолговатого мозга показали, что часто следствием стимуляции подкорковых ядер была достоверная гипоалгелзия или аналгезия. Собранные воедино факты позволили высказать предположения, что активность структур, относящихся к болевому анализатору, может изменяться некими центральными механизмами, обладающими способностью редуцировать болевые импульсации, перемещающиеся в ЦНС, вплоть до низведения их на уровень, при котором возникают состояния гипоалгезии и аналге-зии. Соответствующий комплекс механизмов получил название эндогенной антиноцицептивной (обезболивающей) системы.
В течение последних 35 лет накопилось большое количество данных, продемонстрировавших актуальность нового направления в физиологии, связанного с рассмотрением вопросов функционирования антиноцице-пивной системы. Дополнительным толчком к изучению частных принципов ее работы, внутренней архитектоники явилось открытие в ЦНС опиатных рецепторов - участков связывания препаратов опия. Было известно, что препараты опия (морфин, его производные), взаимодействуя с опиатными рецепторами, вызывают состояние аналгезии. Открытие опиатных рецепторов интенсифицировало поиск эндогенных, т. е. естественных, аналогов морфина, вырабатываемых клетками самого организма. В конечном итоге эндогенные опиоиды были обнаружены. Ими оказались пептиды - продукты протеолиза гипофизарного гормона бета-липотропина, получившие название эндорфинов (альфа, бета, гамма), энкефалинов (метионин-энкефалин, лейцин-энкефалин), динорфинов. Анализ свойств эндорфинов, энкефалинов, динорфинов показал, что они, как и морфин, угнетают действие веществ (простагландины, брадикинин и др.), вызывающих активацию но-цицепторов, уменьшают возбудимость и проводимость проводников болевой импульсации, угнетают вызванную реакцию нейронов, находящихся в составе цепей, опосредующих передачу болевой импульсации. Наряду с констатацией уникальных свойств эндогенных опиоидов, получением доказательств того, что они выделяются в окончаниях пептидергических нейронов, в разных экспериментах была установлена причастность к антиноцицептивным механизмам серотонинергических, норадренергических, дофаминергических нейронов, а также нейротензина, ангиотензина, окситоцина, холецистокинина, других биологически активных веществ. Все вместе взятое подтвердило правильность исходных гипотез об антиноцицептивной системе как совокупности гетерогенных механизмов ЦНС, фактически выступающих составной частью ноцицеп-тивной системы организма, т. е. системы болевого анализатора.
Стволовые механизмы антиноцицептивной системы. В первую очередь к стволовым механизмам анти-ноцицептивной системы относятся механизмы центрального серого околоводопроводного вещества (ЦСОВ) и ядер шва (ЯШ), образующие единый функциональный блок. Доказано, что изолированная электрическая стимуляция ЦСОВ-ЯШ блокирует прохождение болевой импульсации на уровне релейных нейронов ядер задних рогов спинного мозга, а также релейных нейронов сенсорных ядер тройничного нерва.
Специфические влияния ЦСОВ-ЯШ на ядра-мишени (рис. 5) реализуются нисходящими волокнами, большинство из которых в своих окончаниях выделяют серотонин (СТ), вызывающий ТПСП на релейных нейронах и ВПСП на энкефалинергических вставочных нейронах ядер-мишеней. Вовлечение энкефалин-ергических нейронов, располагающихся в непосредственной близости от релейных, включает дополнительные механизмы пост- и пресинаптического торможения, что приводит к существенному удлинению тормозного состояния релейных нейронов в сравнении с тем, что обеспечивается серотонином.
Отметим, что пусковые угнетающие влияния ЦСОВ-ЯШ на передачу болевой импульсации не сводятся исключительно к серотонинергическим механизмам, т. к. около 15% нейронов ЦСОВ-ЯШ в окончаниях своих аксонов выделяют не серотонин, а энкефалины (Эн), вещество П (ВП), ацетилхолин (АХ), другие вещества, очевидно выполняющих функции модуляторов синаптической передачи в нейронных объединениях ядер-мишеней. Кроме ЦСОВ-ЯШ в состав антиноцицептивных механизмов стволового уровня входят крупноклеточное, парагигантоклеточное ядра ретикулярной формации продолговатого мозга и голубое пятно. Все они морфологически связаны между собой, с комплексом ЦСОВ-ЯШ прямыми и обратными связями.
Необходимо подчеркнуть, что хотя аксоны ядер ретикулярной формации, голубого пятна обнаруживаются в задних рогах спинного мозга, наибольшая их плотность наблюдается в местах расположения сенсорных ядер тройничного нерва. Показано, что стимуляция парагигантоклеточного ядра ретикулярной формации, стимуляция голубого пятна подавляют ответы нейронов тройничных сенсорных ядер, вызванных болевыми стимулами. Механизмы подавления ответов - пост- и пресинаптические за счет энкефалинергических (со
стороны аксонов парагигантоклеточного ядра) и норадренергических (со стороны аксонов голубого пятна) влияний на рецепторы соматической мембраны нейронов, а также рецепторы мембраны пресинаптических С-волокон. Особенностью норадренергических антиноцицептивных механизмов ствола мозга является привнесение большей избирательности в процесс угнетения передачи болевой импульсации в сравнении с качеством угнетения за счет ЦСОВ-ЯШ. Последние блокируют импульсации не только болевого, но и неболевого характера.
Каким образом в обычных условиях активируются стволовые механизмы антиноцицептивной системы, какова их функциональная роль? Одна из гипотез приспособительную активность стволовых механизмов ан-тиноцицепции связывает с управлением интенсивности восходящего болевого потока в условиях усиления его на входе в ЦНС. Так, в случаях возрастания силы болевого воздействия усиливающийся поток импуль-саций по волокнам спинно-таламических, тригемино-таламичесих трактов активирует за счет коллатералей нейроны гигантоклееточного ядра ретикулярной формации (рис. 5). Последнее возбуждает почти весь комплекс антиноцицептивных механизмов ствола мозга. В итоге - включаются нисходящие механизмы ограничения поступления избыточной болевой импульсации в ЦНС. Фактически в данной ситуации мы сталкиваемся с проявлением модуляции физиологического процесса отрицательной обратной связью (Р. Шмидт).
Рис. 5. Упрощенная схема, иллюстрирующая основные механизмы антиноцицептивной системы.
С1, С2 - соматосенсорные проекционные поля коры 1 и 2; МК - моторная область коры; СпЯ -специфические ядра таламуса; НсЯ - неспецифические ядра таламуса; ГРЯ - гигантоклеточное ядро ретикулярной формации; ЦСОВ - центральное серое околоводопроводное вещество; ЯШ -ядра шва; ЯРФ - ядра ретикулярной формации продолговатого мозга; ГП - голубое пятно; АХ -ацетилхолин; бета-Энд -бета-эндорфин; ВП - вещество П; ДОФА - дофамин, НА- норадрена-лин; СТ - серотонин; РН - релейный нейрон; РецЭн - рецептор Эн (опиатный рецептор); ТН -тормозные нейроны, реализующие постсинаптическое торможение под влиянием серотонина, но-радреналина и т. д. ; Эн - энкефалинергический нейрон;
Гипоталамические механизмы антиноцицептивной системы. Гипоталамические механизмы - с одной стороны функционируют самостоятельно, с другой - выступают как надстройка, контролирующая и регулирующая антиноцицептивные механизмы стволового уровня за счет связей гипоталамических нейронов разной ядерной принадлежности и разной нейрохимической специфичности. Среди них идентифицированы нейроны, в окончаниях аксонов которых выделяются энкефалины, бета-эндорфин, норадреналин, дофамин.
Известно, что многие гипоталамические ядра входят в зоны, стимуляция которых вызывает эмоционально окрашенные состояния - положительные и отрицательные (Дж. Олдс, Ю. А. Макаренко). Как оказалось, раздражение зон положительного подкрепления (дорзомедиальное ядро гипоталамуса) вызывает гипоалге-
зию - частично, за счет энкефалинергических влияний, повышающих активность антиноциптивных механизмов стволового уровня, частично за счет бета-эндорфинергических влияний, угнетающих передачу болевой импульсации через неспецифические ядра таламуса. Раздражение зон отрицательного подкрепления (вентромедиальное ядро), как и натуральные состояния агрессии, тоски, страха (стрессовые состояния) также сопровождаются гипоалгезией, в ряде случаев - аналгезией. Показано, что применительно к этим ситуациям первостепенная роль в возникновении состояний гипоалгезии, аналгезии отводится активации но-радренергических и дофаминергических механизмов. Интересно, что всегда отмечаемый при стрессе выброс в кровь из передней доли гипофиза АКТГ, всегда сопровождается параллельным выбросом также из передней доли гипофиза бета-эндорфина (Ф. Блюм). Бета-эндорфин, реализуя свои влияния гуморально, оказывает угнетающее влияние на активность ноцицепторов, а также нейронов большинства каналов передачи болевой импульсации в ЦНС, внося дополнительный вклад в поддержание гипоалгезии или аналгезии гипоталамического происхождения при стрессе.
Корковые механизмы антиноцицептивной системы. Нисходящие волокна коркового контроля болевой чувствительности, направляющиеся к задним рогам спинного мозга, сенсорным ядрам тройничного нерва, берут начало в различных областях моторной, орбитальной коры, в полях С1, С2, при этом наибольшее число волокон составляют аксоны нейронов, локализованных в поле С2.
В целом кортикофугальные влияния на ядра-мишени проявляют себя по-разному. Они могут оказывать возбуждающие моносинаптические влияния на выходные нейроны ядер-мишеней, однако преобладают пост- и пресинаптические тормозные влияния на эти нейроны, в особенности на нейроны, контактирующие с аффе-рентами С-типа. Помимо прямых влияний на ядра спинного мозга, тройничного нерва, поле С2 контролирует их активность опосредованно, видоизменяя активность стволового комплекса антиноцицептивной системы. Нельзя не отметить специфическую роль моторных, соматосенсорных полей коры мозга в контроле проведения афферентных импульсаций через таламус. В экспериментах, проведенных многими исследователями, было установлено, что пропускная активность таламических ядер всегда организуется с учетом функционального состояния организма и направлена на изменение «удельного веса» определенных импульсаций, проходящих в кору (П. Г. Костюк, Т. Цумото, С. Накамура, К. Ивама). Например, в условиях обычного состояния организма под влиянием фазной активности кортикальных нейронов приоритетно пропускается импульсация от кожных неболевых рецепторов. При выполнении моторных движений преимущественно пропускается кинестетическая импульсация, при действии болевых раздражителей на организм - из общего потока возбуждений на уровне таламуса начинают дозировано выделяться болевые импульсации, направляющиеся в ассоциативные, орбито-фронтальные поля, поля С1, С2 - для всесторонней оценки и анализа. Физиологические механизмы выделения возбуждений той или иной модальности, в частности, болевой -пост- и пресинаптические виды торможения, реализуемые вставочными нейронами, контактирующие с кортикальными нейронами.
Помимо таламуса, корковые влияния, регламентирующие прохождение болевых импульсаций в ЦНС, проявляют себя в гипоталамусе, а также в связанных с ним функционально образованиях лимбического мозга, ретикулярной формации.
Ведущая роль в обеспечении кортико-гипоталамических влияний отводится нейронам лобной коры. Характер корковых влияний на гипоталамус - модулирующий, имеющий результатом в одних случаях усиление активности гипоталамических ядер, участвующих в обработке болевых импульсаций, в других - их угнетение. Знак влияний зависит от многих факторов, вытекающих, в основном, из складывающейся наличной ситуации в отношении целей и задач подготавливаемых корой поведенческих актов. Примером чисто корковой коррекции реагирования организма на болевой раздражитель за счет первоочередного изменения гипо-таламической активности являются опыты, проведенные в лаборатории И. П. Павлова, по выработке пищевого условного рефлекса у собак на болевой раздражитель в качестве условного сигнала. Как оказалось, реакция на боль у собаки в виде генерализованных движений, учащенного дыхания, голосовых реакций и т. п., свидетельствующих об очевидном проявлении эмоционального переживания боли в результате вовлечения в процесс гипоталамических эмоциогенных центров, наблюдалась только в первых предъявлениях условного болевого сигнала. В дальнейшем эта реакция исчезала, а в ответ на предъявление условного болевого сигнала у собаки отмечалось выделение слюны. Ч. Шеррингтон, когда ему продемонстрировали данный опыт, сказал: «Теперь я понимаю психологию мучеников».
В заключение раздела отметим, что субъективное восприятие боли человеком не определяется одной лишь силой экзогенного или эндогенного болевого воздействия. Во многом оно зависит от баланса активностей ноцицептивной и антиноцицептивной систем организма. Повышение функциональной активности ноцицеп-тивной системы или снижение активности антиноцицептивной системы приводит к уменьшению болевого порога. Наоборот, снижение активности ноцицептивной системы при одновременном повышении активности антиноцицептивной системы приводит к повышению болевого порога. Подобного рода сочетанные изменения тонической активности двух систем имеют приспособительное значение. Так, в случае преодоления человеком кризисных ситуаций адаптивным фактором выступает аналгезия, помогая ему поддержать избыточный уровень физической активности, не обращая внимание на объективные ограничения, связанные с травмами или даже с серьезными ранениями. В других случаях адаптивным фактором может быть гиперал-гезия, позволяя человеку, например, в процессе ожидания воздействия на него губительных раздражителей, быстро выделить начальные, ранние проявления воздействия таких раздражителей, что повышает вероятность успешного уклонения человека от соприкосновения с этими раздражителями.
Физиологические механизмы обезболивания. Проведение болевой импульсации на уровне ноцицепторов, периферических нервных волокон можно предотвратить, используя местную инфильтрационную анестезию. При этом ткань (например, мышца) инфильтрируется анестезирующим веществом. В случае применения проводниковой анестезии анестезирующее вещество подводят в область расположения того или иного
нервного ствола. Продолжительность местной анестезии зависит от вида анестетика, обычно длится 20-60 мин, используется при вмешательствах малого объема и продолжительности (удаление зуба). Местные анестетики (новокаин) блокируют реакции воротного механизма натриевых потенциал-управляемых каналов нервных волокон на изменения мембранного потенциала. Это приводит к тому, что распространяющиеся потенциалы действия в зоне обработанного анестетиком волокна оказываются неспособными открыть натриевые каналы и запустить регенеративную деполяризацию. Именно поэтому в обработанном участке нервные волокна временно теряют возбудимость и проводимость.
Рис. 6. Схема возможного механизма акупунктурной аналгезии (По Б. Померанцу, с изменениями). Описание в тексте. БАТ - биологически активная точка; ЦСОВ-ЯШ - ядра центрального серого околоводопроводного вещества, ядра шва.
Общая анестезия - используется при выполнении сложных, длительных оперативных вмешательств. Достигается применением особых наркотических препаратов, которые вводятся ингаляционно, внутривенно, прерывая проведение болевой импульсации преимущественно на подкорковом уровне.
В последние годы для борьбы с болью широкое распространение получили нетрадиционные методы обезболивания. Среди них отметим метод механического воздействия на биологически активные точки тела (скопление сенсорных рецепторов) с помощью специальных игл - иглоукалывание, или акупунктура. Разновидностью акупунктуры является электроакупунктура - метод электрического воздействия на биологически активные точки. В обоих случаях стимуляция биологически активных точек в течение 20-30 мин вызывает эффект аналгезии. Физиологический механизм акупунктурной аналгезии объясняется рефлекторным выбросом в кровь из гипофиза во время проведения сеанса иглоукалывания эндорфинов (рис. 6). В последующем эндорфины возвращаются в мозг, связываются с опиатными рецепторы, нарушая синаптическую передачу болевой импульсации в ЦНС (Б. Померанц). Подтверждением данной гипотезы являются опыты с удалением гипофиза у крыс. Как выяснилось, после гипофизэктомии акупунктурная аналгезия не наступает.
Боль с позиции теории функциональной системы. С позиций теории функциональной системы (П. К. Анохин, К. В. Судаков) боль выступает как сигнал опасности для нормального функционирования целого организма. Производными поступления в ЦНС болевой (ноцицептивной) импульсации, последующего возникновения чувства боли, являются реакции разного уровня сложности. В наборе эфферентных звеньев представленной на рис. 7 схемы функциональной системы, сформированной на базе развернутого болевого статуса человека, следует отметить поведенческий акт, имеющий целью устранение причин, вызвавших и поддерживающих состояние боли. В качестве компонента развивающегося поведенческого акта необходимо выделить специальные виды моторной активности, обеспечивающие процесс щажения поврежденного органа.
Далее следует указать на активацию защитных сил - эндогенных механизмов, препятствующих возникновению или развитию возможных патологических процессов в результате пролонгированных влияний болевых раздражителей на организм человека. К ним следует отнести перестройки в работе вегетативной нервной системы, желез внутренней секреции (гипофиза, надпочечников), изменения в работе аппарата внешнего дыхания, ускорение свертывания крови, повышение ее фагоцитарной активности, лейкоцитоз, усиление выработки антител, системное усиление кровотока, местное расширение сосудов в болевом очаге, улучшающее трофику тканей, доставку клеткам кислорода и т.д. Наконец, необходимо отметить особую роль механизмов антиноцицептивной системы, ограничивающей в определенных объемах избыточное поступление болевой (ноцицептивной) импульсации в ЦНС как на уровне входных нейронов, так и на уровне промежуточных инстанций ЦНС. Весь комплекс представленных реакций, интегрированных в составе специализированной функциональной системы, совокупно ориентирован на обеспечение целостности покровных оболочек организма, поддержание стабильности процессов клеточного дыхания тканей - абсолютно необходимых условий нормальной жизнедеятельности организма в среде его естественного обитания.
Рис. 7. Функциональная система, обеспечивающая поддержание целостности покровных оболочек тканей, уровня окислительных процессов тканевых структур организма с участием боли (По Л. В. Калюжному, с изменениями).
Рекомендуемая литература
1. Гельгорн Э., Луфборроу Дж. Эмоции и эмоциональные расстройства. М.: Мир.1966. 642 с.
2. Основы физиологии функциональных систем. Под ред. К. В. Судакова. М.: Медицина. 1983. 270 с.
3. Физиология человека. Под ред. В. М. Смирнова. М:Медицина. 2000. 605 с.
4. Физиология, основы и функциональные системы. Под ред. К. В. Судакова. М.: Медицина. 2000. 781 с.
5. Физиология челюстно-лицевой области. Под ред. С. Будылиной, В. Дегтярева.. 2000. М: Медицина. 348 с.
6. Физиология человека. Т. 2. Под ред. В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько. М: Медицина. 1998. 355 с.
7. Физиология человека. Т. 1. Под ред. Р. Шмидта, Г. Тевса. М: Мир. 1996. 323 с.
8. Эндорфины. Под ред. Э. Коста, М. Трабукки. М: Мир. 1981, 366 с.
9. Лиманский Ю. П. Рефлексы ствола головного мозга. Киев: Наукова Думка. 1987. 240 с.
10. C. Guyton, J. E. Hall. Textbook of medical physiology - 10th ed. 2001. 1064 p.
УДК 616.857+612.8
HEADACHE
A. Guyton, J. E. Hall
University of Missisippi Medical Center
Раздел учебника для мецинских вузов - Textbook of Medical Physiology -10th ed. 2001. 560-563 p. Перевод с английского - А. В. Евсеев
Головные боли могут исходить от кожных поверхностей головы, но чаще бывают связаны с нарушениями в работе глубинных структур головного мозга. Иногда болевые ощущения обусловлены чрезмерной активностью внутричерепных образований, но, нередко, являются результатом нарушения функционирования внут-рикостных полостей (например, носовых пазух).
Головная боль внутричерепного происхождения
Собственно мозговая ткань практически не чувствительна к боли. Рассечение скальпелем или электрическая стимуляция сенсорных областей коры мозга только изредка сопровождается болевыми ощущениями. Обычно, такого рода воздействия вызывают парестезии, как правило, проявляющиеся ощущением покалывания в различных частях тела. В связи с этим, считают, что непосредственные причины головной боли редко бывают напрямую связаны с повреждением мозговой ткани. В свою очередь, изменение объёма венозных синусов мозга, повреждение намёта мозжечка или растяжение твёрдой мозговой оболочки (особенно в области основания мозга) могут вызывать сильнейшие головные боли. К тому же, почти любая травма, раздавлива-
