ПАТОФИЗИОЛОГИЯ БОЛИ

Боль – algos, или ноцицепция, представляет собой неприятное ощущение, реализующееся специальной системой болевой чувствительности и высшими отделами мозга, имеющими отношение к регуляции психоэмоциональной сферы. На практике боль всегда сигнализирует о воздействии таких экзогенных и эндогенных факторов, которые вызывают повреждение тканей, или о последствиях повреждающих воздействий. Болевые импульсы формируют ответную реакцию организма, которая направлена на избегание или устранение возникшей боли. В этом случае физиологическая адаптивная роль боли, защищающая организм от чрезмерного по силе ноцицептивного воздействия, преобразуется в патологическую. В патологии боль теряет физиологическое качество адаптации и приобретает новые свойства – дезадаптации, в чем и состоит ее патогенное значение для организма.

Патологическая боль осуществляется измененной системой болевой чувствительности и приводит к развитию структурно-функциональных сдвигов и повреждений в сердечно-сосудистой системе, внутренних органах, микроциркуляторном русле, вызывает дистрофию тканей, нарушение вегетативных реакций, изменения в деятельности нервной, эндокринной, иммунной и других систем организма. Патологическая боль угнетает психику, доставляет мучительные страдания больному, заслоняя собой порой основную болезнь и приводя к инвалидизации.

Со времен Шеррингтона (1906 г.) известно, что болевые рецепторы – ноцицепторы представляют собой голые осевые цилиндры. Общее их число достигает 2-4 млн., а в среднем на 1 см² приходится около 100-200 ноцицепторов. Их возбуждение направляется в центральную нервную систему по двум группам нервных волокон – главным образом тонким миелинизированным (1-4 мкм) группы А [так называемым А-δ (А-дельта) со средней скоростью проведения возбуждения 18 м/с] и тонким немиелизированным (1 мкм и менее) группы С (скорость проведения 0,4-1,3 м/с). Есть указания на участие в этом процессе и более толстых (8-12 мкм) миелинизированных волокон со скоростью проведения возбуждения 40-70 м/с – так называемые А-β волокна. Вполне возможно, что именно за счет различий в скорости распространения импульсов возбуждения последовательно воспринимается первоначально острое, но кратковременное болевое ощущение (эпикритическая боль), а затем спустя некоторое время тупая, ноющая боль (протопатическая боль).

Ноцицептивные окончания афферентных волокон группы А-δ (механоноцицепторы, термоноцицепторы, хемоноцицепторы) активируются неадекватными для них сильными механическими и термическими стимулами, в то время как окончания афферентных волокон группы С возбуждаются и химическими агентами (медиаторами воспаления, аллергии, ответа острой фазы и т.п.), и механическими, и термическими стимулами, в связи с чем их принято называть полимодальными ноцицепторами. Химические агенты, активирующие ноцицепторы, чаще всего представлены биологически активными веществами (гистамин, сертонин, кинины, простагландины, цитокины) и их называют алгезирующими агентами, или алгогенами.

Нервные волокна, проводящие болевую чувствительность и являющиеся аксонами псевдоуниполярных нейронов околоспинальных ганглиев, вступают в спинной мозг в составе задних корешков и образуют синаптические контакты со специфическими ноцицептивными нейронами задних его рогов в пределах I-II, а также в V и VII пластинках. Релейные нейроны I-ой пластинки спинного мозга (первая группа нервных клеток), реагирующие исключительно на болевые стимулы, называют специфическими ноцицептивными нейронами, а нервные клетки второй группы, отвечающие на ноцицептивные механические, химические и термические стимулы, называют нейронами «широкого динамического диапазона», или нейронами с множественными рецептивными полями. Они локализованны в V-VII пластинках. Третья группа ноцицептивных нейронов находится в желатинозной субстанции II-ой пластинки дорсального рога и влияет на формирование восходящего ноцицептивного потока, непосредственно действуя на активность клеток первых двух групп (так называемый «воротный контроль боли»).

Перекрещивающиеся и неперекрещивающиеся аксоны этих нейронов формируют спиноталамический тракт, занимающий переднебоковые отделы белого вещества спинного мозга. В спиноталамическом тракте выделяют неоспинальную (расположенную латерально) и палеоспинальную (расположенную медиально) порции. Неоспинальная часть спиноталамического тракта заканчивается в вентро-базальных ядрах, а палеоспинальная – на интраламинарных ядрах зрительного бугра. Предварительно палеоспиналиная система спиноталамического тракта контактирует с нейронами ретикулярной формации ствола мозга. В ядрах таламуса находится третий нейрон, аксон которого достигает соматосенсорной зоны коры больших полушарий (S_I и S_II). Аксоны интраламинарных ядер таламуса палеоспинальгой части спиноталамического тракта проецируются на лимбическую и лобную кору.

Поэтому патологическая боль (известно более 250 оттенков боли) возникает при повреждении или раздражении как периферических нервных структур (ноцицепторов, ноцицептивных волокон периферических нервов – корешков, канатиков, спинномозговых ганглиев), так и центральных (желатинозная субстанция, восходящие спиноталамические проводящие пути, синапсы на разных уровнях спинного мозга, медиальная петля ствола, включая таламус, внутренняя капсула, кора больших полушарий). Патологическая боль возникает вследствие формирования в ноцицептивной системе патологической алгической системы.

Периферические источники патологической боли. Ими могут быть тканевые рецепторы при их усиленном и длительном раздражении (например, вследствие воспаления), действии продуктов распада тканей (опухолевый рост), хронически повреждаемые и регенерирующие чувствительные нервы (сдавление рубцом, костной мозолью и т.п.), демиелинизированные регенерирующие волокна поврежденных нервов и т.д.

Поврежденные и регенерируемые нервы весьма чувствительны к действию гуморальных факторов (К⁺, адреналин, серотонин и многие другие вещества), в то время как в нормальных условиях такой повышенной чувствительностью они не обладают. Таким образом, они становятся источником непрерывной стимуляции ноцицепторов, как, например, это имеет место при формировании невромы – образования из хаотически разросшихся и переплетенных между собой афферентных волокон, которая возникает при неупорядоченной их регенерации. Именно элементы невромы проявляют крайне высокую чувствительность к механическим, физическим, химическим и биологическим факторам воздействия, вызывая каузалгию – приступообразную боль, провоцируемую самыми различными воздействиями, включая эмоциональные. Здесь же отметим, что боли, возникающие в связи с повреждением нервов, называют нейропатическими.

Центральные источники патологической боли. Длительная и достаточно интенсивная ноцицептивная стимуляция может стать причиной формирования генератора патологически усиленного возбуждения (ГПУВ), который может сформироваться в на любом уровне ЦНС в пределах ноцицептивной системы. ГПУВ морфологически и функционально представляет собой агрегат гиперактивных нейронов, воспроизводящий интенсивный неконтролируемый поток импульсов или выходной сигнал. Образование и последующее функционирование ГПУВ является типовым патологическим процессом в ЦНС, который реализуется на уровне межнейрональных взаимоотношений.

Побудительными механизмами формирования ГПУВ могут быть:

1. Устойчивая, выраженная и длительная деполяризация мембраны нейрона;

2. Нарушения тормозных механизмов в нейронных сетях;

3. Частичная деафферентация нейронов;

4. Трофические расстройства нейронов;

5. Повреждения нейронов и изменения в окружающей их среде.

В естественных условиях возникновение ГПУВ происходит под влиянием (1) длительной и усиленной синаптической стимуляции нейронов, (2) хронической гипоксии, (3) ишемии, (4) нарушении микроциркуляции, (5) хронической травматизации нервных структур, (6) действии нейротоксических ядов, (7) нарушении распространения импульсов по афферентным нервам.

В эксперименте ГПУВ можно воспроизвести путем воздействия на те или иные отделы ЦНС различных конвульсантов или иных возбуждающих веществ (аппликация на мозг пенициллина, глутамата, столбнячного токсина, ионов калия и т.п.).

Обязательным условием образования и деятельности ГПУВ является недостаточность тормозных механизмов в популяции заинтересованных нейронов. Важное значение приобретает повышение возбудимости нейрона и активирующие синаптические и несинаптические межнейрональные связи. По мере нарастания нарушения популяция нейронов превращается из передаточного реле, которую она выполняла в норме, в генератор, формирующий интенсивный и длительный поток импульсов. Однажды возникнув, возбуждение в генераторе может поддерживаться в течение неопределенно длительного времени, уже не нуждаясь в дополнительной стимуляции из других источников. Дополнительная стимуляция может играть пусковую роль или активировать ГПУВ либо способствовать его активности. Примером самоподдерживающейся и саморазвивающейся активности может служить ГПУВ в тригеминальных ядрах (невралгия тройничного нерва), в задних рогах спинного мозга – болевой синдром спинального происхождения, в таламической области – таламические боли. Условия и механизмы образования ГПУВ в ноцицептивной системе принципиально те же, что и в других отделах ЦНС.

Причинами возникновения ГПУВ в задних рогах спинного мозга и ядрах тройничного нерва может быть усиленная и длительная стимуляция с периферии, например, из поврежденных нервов. В этих условиях боль первоначально периферического происхождения приобретает свойства центрального генератора, и может иметь характер центрального болевого синдрома. Обязательным условием возникновения и функционирования болевого ГПУВ в любом звене ноцицептивной системы является недостаточное торможение нейронов этой системы.

Причинами возникновения ГПУВ в ноцицептивной системе может быть частичная деафферентация нейронов, например, после перерыва или повреждения седалищного нерва или задних корешков. В этих условиях электрофизиологически регистрируется эпилептиформная активность первоначально в деафферентированном заднем роге (признак формирования ГПУВ), а затем в ядрах таламуса и сенсомоторной коре. Возникающий в этих условиях деафферентационный болевой синдром имеет характер фантомного болевого синдрома – боль в отсутствующей в результате ампутации конечности или другого органа. У таких людей боль проецируется на определенные зоны несуществующей или лишенной чувствительности конечности. ГПУВ и, соответственно, болевой синдром могут возникать в задних рогах спинного мозга и таламических ядрах при локальном воздействии на них определенных фармакологических препаратов – конвульсантов и биологически активных веществ (например, столбнячного токсина, ионов калия и т.п.). На фоне деятельности ГПУВ аппликация тормозных медиаторов – глицина, ГАМК и т.п. на область ЦНС, где он функционирует, купирует болевой синдром на время действия медиатора. Аналогичный эффект наблюдается при использовании блокаторов кальциевых каналов – верапамила, нифедипина, ионов магния, а также антиконвульсантов, например, карбамазепама.

Под влиянием функционирующего ГПУВ изменяется функциональное состояние других звеньев системы болевой чувствительности, повышается возбудимость их нейронов и появляется тенденция к возникновению популяции нервных клеток с длительной усиленной патологической активностью. С течением времени могут формироваться вторичные ГПУВ в разных звеньях ноцицептивной системы. Пожалуй, наиболее существенным для организма является вовлечение в патологический процесс высших отделов этой системы – таламуса, соматосенсорной и фронтоорбитальной коры, которые осуществляют перцепцию боли и определяют ее характер. В патологию алгической системы вовлекаются также структуры эмоциональной сферы и вегетативной нервной системы.

Антиноцицептивная система.Система болевой чувствительности – ноцицепция включает в себя свой функциональный антипод – антиноцицептивную систему, которая выступает как регулятор деятельности ноцицепции. Структурно антиноцицептивная, как и ноцицептивная система, представлена теми же нервными образованиями спинного и головного мозга, где осуществляются релейные функции ноцицепции. Реализация деятельности антиноцицептивной системы осуществляется через специализированные нейрофизиологические и нейрохимические механизмы.

Антиноцицептивная система обеспечивает предупреждение и ликвидацию возникшей патологической боли – патологической алгической системы. Она включается при чрезмерных болевых сигналах, ослабляя поток ноцицептивных импульсов из ее источников, и тем самым снижает интенсивность болевого ощущения. Таким образом, боль остается под контролем и не приобретает своего патологического значения. Становится понятным, что, если деятельность антиноцицептивной системы грубо нарушена, то даже минимальные по интенсивности болевые стимулы вызывают чрезмерную боль. Подобное наблюдается при некоторых формах врожденной и приобретенной недостаточности антиноцицептивной системы. Кроме того, возможно рассогласование в интенсивности и качестве формирования эпикритической и протопатической болевой чувствительности.

При недостаточности антиноцицептивной системы, которая сопровождается формированием чрезмерной по интенсивности боли, необходима дополнительная стимуляции антиноцицепции. Активация антиноцицептивной системы может осуществляться прямой электростимуляцией определенных структур мозга, например, ядер шва через хронически вживляемые электроды, где имеется нейрональный субстрат антиноцицепции. Это послужило основанием считать данную и другие структуры мозга основными центрами модуляции боли. Важнейшим центром модуляции боли является область среднего мозга, расположенная в области сильвиевого водопровода. Активация околоводопроводного серого вещества вызывает длительную и глубокую аналгезию. Тормозящее действие этих структур осуществляется через нисходящие проводящие пути из большого ядра шва и синего пятна, где имеются серотонинергические и норадренергичские нейроны, которые посылают свои аксоны к ноцицептивным структурам спинного мозга, осуществляющих пресинаптическое и постсинаптическое их торможение.

Стимулирующим эффектом на антиноцицептивную систему обладают опиоидные аналгетики, хотя они могут действовать и на ноцицептивные структуры. Существенно активируют функции антиноцицептивной системы и некоторые физиотерапевтические процедуры, особенно акупунктура (иглоукалывание).

Возможна и противоположная ситуация, когда активность антиноцицептивной системы остается чрезвычайно высокой, и тогда может наступить угроза резкого снижения и даже подавления болевой чувствительности. Такая патология возникает при формировании ГПУВ в структурах самой антиноцицептивной системы. В качестве подобного рода примеров можно указать на выпадение болевой чувствительности при истерии, психозах, стрессе.

Нейрохимические механизмы боли. Нейрофизиологические механизмы деятельности системы болевой чувствительности реализуются нейрохимическими процессами на различных уровнях ноцицептивной и антиноцицептивной систем.

Периферические ноцицепторы активируются многими эндогенными биологически активными веществами: гистамином, брадикинином, простагландинами и другими. Однако особое значение в проведении возбуждения в первичных ноцицептивных нейронах имеет субстанция Р, которую рассматривают в системе ноцицепции как медиатор боли. При усиленной ноцицептивной стимуляции, особенно из периферических источников в заднем роге спинного мозга, можно обнаружить множество медиаторов, в том числе и медиаторов боли, среди которых фигурируют возбуждающие аминокислоты (глицин, аспарагиновая, глутаминовая и другие кислоты). Некоторые из них не относяться к болевым медиаторам, однако они деполяризуют мембрану нейронов, создавая предпосылки для формирования ГПУВ (например, глутамат).

Деафферентация и/или денервация седалищного нерва ведет к снижению содержания субстанции Р в нейронах задних рогов спинного мозга. Зато резко увеличивается содержание другого медиатора боли – ВИП (вазоинтестинального ингибирующего полипептида), который в этих условиях как бы замещает эффекты субстанции Р.

Нейрохимиические механизмы деятельности антиноцицептивной системы реализуются эндогенными нейропептидами и классическими нейромедиаторами. Аналгезия вызывается, как правило, сочетанием или последовательным действием нескольких передатчиков. Наиболее эффективными эндогенными аналгетиками являются опиоидные нейропептиды – энкефалины, бета-эндорфины, динорфины, которые действуют через специфические рецепторы на те же клетки, что и морфин. С одной стороны, их действие угнетает активность передаточных ноцицептивных нейронов и изменяет активность нейронов центральных звеньев восприятия боли, с другой, повышает возбудимость антино-цицептивных нейронов. Опиатные рецепторы синтезируются внутри тел ноцицептивных центральных и периферических нейронов и далее через аксоплазматический транспорт экспрессируются на поверхность мембран, включая мембраны периферических ноцицепторов.

Эндогенные опиоидные пептиды обнаружены в различных структурах ЦНС, участвующих в передаче или в модуляции ноцицептивной информации – в желатинозной субстанции задних рогов спинного мозга, в продолговатом мозге, в сером веществе околоводопроводных структур среднего мозга, гипоталамусе, а также в нейроэндокринных железах – гипофизе и недпочечниках. На периферии наиболее вероятным источником эндогенных лигандов для опиатных рецепторов могут быть клетки иммунной системы – макрофаги, моноциты, Т- и В-лимфоциты, которые синтезируют под влиянием интерлейкина-1 (и, возможно, при участии других цитокинов) все три известных эндогенных нейропептида – эндорфин, энкефалин и динорфин.

Реализация эффектов в антиноцицептивной системе происходит не только под действием субстанции Р, но и при участии других нейромедиаторов – серотонина, норадреналина, дофамина, ГАМК. Серотонин является медиатором антиноцицептивной системы на уровне спинного мозга. Норадреналин, помимо участия в механизмах антиноцицепции на спинальном уровне, оказывает тормозное влияние на формирование болевых ощущений в стволе мозга, а именно, в ядрах тройничного нерва. Следует отметить роль норадреналина как медиатора антиноцицепции в возбуждении альфа-адренорецепторов, а также его участие в серотонинергической системе. ГАМК принимает участие в подавлении активности ноцицептивных нейронов к боли на снинальном уровне. Нарушение ГАМК-ергических тормозных процессов вызывает образование в спинальных нейронах ГПУВ и тяжелого болевого синдрома спинального происхождения. Вместе с тем, ГАМК может тормозить активность нейронов антиноцицептивной системы продолговатого и среднего мозга, и, таким образом, ослаблять механизмы обезболивания. Эндогенные энкефалины могут предотвращать ГАМК-ергическое торможение и тем самым усиливать нисходящие антиноцицептивные влияния.