Болевые ощущения и лечение боли - с точки зрения нейрофизиологии

Более 30% обращений к врачу и до 50% обращений в отделения неотложной помощи связаны с болью. Люди испытывают боль из-за острых травм, таких как переломы костей, хронических состояний, таких как рак и артрит, и иных состояний, таких как скованность мышц, вызванная физическими упражнениями. Женщины испытывают боль во время менструаций, беременности и родов. С возрастом люди все чаще испытывают боль — для многих боль становится постоянным спутником.

а) Восприятие боли. Люди могут испытывать центральную боль в не имеющей видимых повреждений части тела. Один из видов центральной боли — это фантомная боль. Как описано в разд. «Исследование: Фантомная боль», человек может испытывать фантомные ощущения в отсутствующей конечности.

Хотя страдающие от боли люди будут рады обойтись без нее, боль необходима: в редких случаях, когда люди рождаются без болевых рецепторов, у них возникают деформации тела из-за неспособности скорректировать позу. Такие люди часто получают травмы, потому что не могут уклониться от травмирующего воздействия.

Восприятие боли обусловлено интеграцией разнообразной сенсорной информации. Судя по количеству выделяемых раздраженными или поврежденными нервами пептидов и других химических веществ, можно предположить, что существует около восьми видов проводящих боль нервных волокон. Некоторые из вырабатываемых химических веществ раздражают окружающие ткани, заставляя их выделять другие вещества, которые стимулируют кровообращение и сами нервные волокна. Такие реакции являются причиной боли, покраснения и отека в поврежденной области.

Давайте рассмотрим зуд. Благодаря ощущению зуда мы можем удалить чужеродный объект со своего тела. Мы также часто чувствуем зуд в отсутствие очевидных раздражителей. Некоторые препараты, в том числе опиоиды, усиливают зуд в отсутствие физического раздражителя в зудящей части тела.

Свой вклад в восприятие боли также вносит тактильная информация. Например, люди могут точно сообщать о местонахождении и характеристиках различных видов боли, однако в отсутствие информации о прикосновении и давлении боль становится труднее идентифицировать и локализовать.

Изображенный на рис. ниже передний спиноталамический тракт — это основной восходящий путь проведения боли, однако передачу информации о боли от спинного мозга к головному обеспечивают еще четыре проводящих пути. Такие пути могут как перекрещиваться, так и не перекрещиваться. Они проецируются в ретикулярную формацию среднего мозга, где обеспечивают активацию, в миндалевидное тело, где участвуют в формировании обычно ассоциированных с болью эмоциональных ответов, а также в гипоталамус, где они обеспечивают активацию гормональных и сердечно-сосудистых ответов.

Восходящие пути соматосенсорной системы. После того как аксоны нейронов спинальных ганглиев входят в спинной мозг, они разделяются, образуя два восходящих пути соматосенсорной системы

Присутствие в спинном мозге нескольких путей проведения боли затрудняет лечение хронической боли, в том числе путем рассечения переднего спиноталамического тракта (радикальная операция, используемая для лечения хронической боли). По-видимому, каждый из путей выполняет свою функцию, отвечая за чувствительность, возбуждение, эмоциональные ответы или другие физиологические реакции.

Нейронные цепи в спинном мозге позволяют путям тактильной и проприоцептивной чувствительности и путям ноцицептивной чувствительности взаимодействовать друг с другом. Именно это взаимодействие может быть причиной наших разных, часто непредсказуемых реакций на боль. Например, участник боевых действий или спортивных соревнований может получить серьезную травму и лишь много позже почувствовать боль.

В походе на нашего друга напал медведь гризли, после чего на его раны наложили 200 швов. Когда друзья спросили его, больно ли было, когда его кусал гризли, он неожиданно ответил: «Нет, -и добавил, — за неделю до этого я читал о человеке, убитом и съеденном медведем гризли. Я думал, что медведь съест меня, если я не уйду. У меня не было времени на ощущение боли — я всеми силами боролся за свою жизнь. Боль я почувствовал только на следующий день».

Доминирование страха над болью у нашего друга было связано со стрессом, который он испытывал. Эта история наглядно демонстрирует, что реакция «бей-или-беги» является адаптивной — формирование такой реакции может быть связано с активацией эндогенных опиоидных пептидов. Для лечения боли применяют опиоидные препараты (такие как морфин), иглоукалывание (его эффект связан с быстрой вибрацией вставленных в кожу игл), а также простое растирание области вокруг повреждения.

Значение имеют не только обезболивающие препараты, но и психологические факторы; результаты большинства исследований существующих методов лечения боли показывают, что плацебо может быть не менее эффективным, чем настоящее лечение.

Чтобы объяснить, как работают механизмы восприятия и подавления боли, Рональд Мелзак и Патрик Уолл (Ronald Melzack, Patrick Wall, 1965) создали пользующуюся неизменной популярностью воротную теорию боли (или теорию «воротного контроля боли»). Теория гласит, что различные сенсорные пути способны изменять сенсорный вход друг для друга, таким образом регулируя интенсивность болевых ощущений. Согласно воротной теории боли, стимуляция путей тактильной и проприоцептивной чувствительности способствует уменьшению болевых ощущений, в то время как отсутствие такой стимуляции способствует усилению боли из-за взаимодействия с воротами боли.

Представленные на рис. 1 ворота боли состоят из нервного волокна тактильной и проприоцептивной чувствительности, обеспечивающих передачу информации о прикосновениях и давлении, и нервного волокна ноцицептивной чувствительности, обеспечивающего проведение боли. Коллатерали волокон тактильной и проприоцептивной чувствительности возбуждают вставочный нейрон, а коллатерали волокон ноцицептивной чувствительности тормозят его.

Рисунок 1. Воротная теория боли. Вставочный нейрон спинного мозга принимает возбуждающий сигнал (знак «+») от пути тактильной и проприоцептивной чувствительности, а также тормозной сигнал (знак «-») от пути проведения боли и восприятия температуры. Затем относительная активность вставочного нейрона определяет, поступит ли информация о боли и температуре в головной мозг.

Вставочный нейрон, в свою очередь, тормозит нейрон, который перенаправляет информацию о боли из спинного мозга в головной мозг. Соответственно, возбуждение пути тактильной и проприоцептивной чувствительности обеспечивает стимуляцию вставочного нейрона, который тормозит нейрон, проецирующийся в головной мозг и передающий информацию о боли. Вставочный нейрон срабатывает как ворота, уменьшая болевые ощущения.

б) Исследование: Фантомная боль. С феноменом фантомной конечности, в том числе с болью и другими ощущениями, а также двигательными фантомами, такими как фантомные движения и судороги, сталкиваются до 80% людей с ампутированными конечностями (Kern et al., 2009). Фантомные ощущения и движения — это создаваемые мозгом пространственные иллюзии.

Различные способы уменьшения фантомной боли предполагают обезболивание с использованием опиоидов и введение обезболивающих препаратов в спинной мозг. Инновационный метод, разработанный В. С. Рамачандраном и Д. Роджерс-Рамачандран (V. S. Ramachandran, D. Rogers-Ramachandran, 1996), предполагает создание у пациента иллюзии присутствия нормальной конечности, способной нормально передавать сенсорные сигналы в головной мозг.

Рамачандран использовал зеркальный куб, в который помещали здоровую руку лишившегося руки пациента, давая ему возможность наблюдать за отражением руки в зеркале. Как показано на рисунке, зеркало создавало иллюзию наличия руки и возможности контролировать руку (мы оставили от куба только зеркало, чтобы было видно спрятанную внутри куба руку). Восприятие отсутствующей конечности как здоровой элиминировало фантомные боли и судороги.

Вдохновленные зеркальным кубом Рамачандрана исследователи стали использовать другие методы создания иллюзии наличия конечности и возможности контролировать конечность. Один из методов предполагает использование очков виртуальной реальности. Другой метод основан на использовании резиновой руки (это тоже позволяет создать иллюзию наличия конечности). Для этого одновременно проводят стимуляцию культи ампутированной конечности и прикасаются к искусственной руке, за которой наблюдает пациент.

Все указанные методы позволяют уменьшить фантомную боль и судороги, создавая иллюзию наличия здоровой конечности. Руководствуясь той же логикой, Хеллман и его коллеги (Hellman, 2015) заявили о возможности разработки нейропротезов конечностей, способных передавать пользователям сенсорную информацию, таким образом, позволяя элиминировать фантомные ощущения.

Алессандриа с коллегами (Alessandria, 2011) решили проверить, могут ли феномен фантомной конечности и соответствующие ощущения возникнуть во время сна. Они будили спящих пациентов в стадии быстрого сна и просили их пересказывать сновидения. Ни в одном из сновидений испытуемые не видели ампутированную конечность и не испытывали фантомные ощущения.

Феномен фантомной боли можно объяснить тем, что созданная мозгом схема тела сохраняется и после утраты конечности. Интерпретацию этого феномена затрудняют данные о существовании пациентов, воспринимающих собственные конечности как чужеродные. Такие пациенты отказываются признавать, что одна из их конечностей действительно имеет к ним отношение.

в) Лечение боли. Воротная теория боли позволяет объяснить действие многих средств обезболивания (Foster et al., 2015). Например, ударившись большим пальцем ноги, мы чувствуем боль, поскольку ворота боли открыты. Когда мы трем большой палец, боль уменьшается. Трение активирует путь тактильной и проприоцептивной чувствительности и уменьшает поток информации внутри пути проведения боли, потому что ворота боли переходят в полузакрытое состояние, «вытесняя» боль и уменьшая таким образом ее интенсивность.

Аналогичным образом различные методы обезболивания, в том числе массаж, погружение в теплую воду и иглоукалывание, могут уменьшать боль благодаря приводящей к закрытию ворот боли избирательной активации волокон тактильной и проприоцептивной чувствительности, относительно волокон проведения боли. При использовании иглоукалывания воткнутые в разные точки тела вибрирующие иглы, по-видимому, активируют реагирующие на прикосновения и давление волокна.

Воротная теория боли также позволяет объяснить, почему на боль влияют опиоидные препараты: выполняющий функцию ворот вставочный нейрон использует эндогенный опиоид в качестве нейромедиатора. Таким образом, опиоиды снимают боль, имитируя действие эндогенного опиоидного нейромедиатора вставочного нейрона.

Одним из наиболее эффективных методов обезболивания является введение низких доз морфина под расположенную над остальными мозговыми оболочками твердую мозговую оболочку. Такая (эпидуральная) анестезия опосредована действием морфина на вставочные нейроны в спинном мозге. Хотя морфин является очень эффективным обезболивающим, его эффект при многократном применении становится менее выраженным. Такой вид привыкания может возникать вследствие изменений постсинаптических рецепторов нейронов боли в спинном и головном мозге.

Кроме того, воротная теория боли позволяет объяснить, почему мы чувствуем покалывание, когда долго сидим в одном и том же положении. Снижение уровня кислорода вследствие уменьшения кровотока приводит к инактивации крупных аксонов, обеспечивающих передачу информации о прикосновениях и давлении, не оказывая воздействия на мелкие немиелинизированные аксоны, отвечающие за передачу информации о боли и температуре. В результате в отсутствие ворот боли сенсорная информация идет по пути проведения ее и температуры, вызывая ощущение характерного покалывания.

Похожие на ворота боли нейронные цепи могут располагаться в стволе мозга, коре больших полушарий и спинном мозге. Работой ворот можно объяснить влияние на боль когнитивной деятельности и эмоций, а также механизмы действия других способов обезболивания. Например, ученые установили, что сильные болевые ощущения можно уменьшить, переключив внимание человека на другие стимулы. Этот метод на протяжении многих лет применяют в стоматологии — во время лечения пациенты стоматологов смотрят или слушают что-нибудь успокаивающее.

Головной мозг также может влиять на сигналы о боли, поступающие из спинного мозга. Тела нейронов представленного на рис. 2 околоводопроводного серого вещества располагаются вокруг водопровода мозга, соединяющего третий и четвертый желудочки. Электростимуляция околоводопроводного серого вещества представляет собой эффективный метод обезболивания. Нейроны околоводопроводного серого вещества оказывают обезболивающее действие, возбуждая пути (в том числе серотонинергические и норадренергические) ствола мозга, которые проецируются на спинной мозг.

Рисунок 2. Околоводопроводное серое вещество. Околоводопроводное серое вещество — это одно из ядер покрышки, которое показано здесь на поперечном разрезе среднего мозга

Там они тормозят нейроны, образующие восходящие пути проведения боли. Активацией таких тормозных цепей можно отчасти объяснить уменьшение болевых ощущений и восприятия боли во время сна. Глубинная стимуляция мозга с помощью имплантированных в околоводопроводное серое вещество микроэлектродов является одним из способов лечения боли, не поддающейся купированию другими способами, в том числе с помощью опиоидных препаратов.

Многие внутренние органы, в том числе сердце, почки и кровеносные сосуды, содержат болевые рецепторы, однако передающие информацию от этих рецепторов нейроны ганглия не имеют собственных путей передачи сигнала в головной мозг. Вместо этого они образуют синаптические соединения с нейронами спинного мозга, принимающими ноцицептивную информацию с поверхности тела. Соответственно, нейроны спинного мозга, перенаправляющие информацию о боли и температуре в головной мозг, принимают два вида сигналов — сигналы от поверхности тела и сигналы от внутренних органов.

Такие нейроны спинного мозга не способны различать сигналы разных видов, как и мы сами. Поэтому мы ощущаем боль во внутренних органах как отраженную боль на поверхности тела. Например, боль в сердце при инфаркте миокарда ощущается как боль в области левого плечевого сустава и плеча (рис. 3). Боль в желудке ощущается как боль по средней линии туловища, боль в почках — как боль в пояснице, а боль в кровеносных сосудах головы — как диффузная боль, которую мы называем головной болью. (Напомним, что в мозге нет болевых рецепторов.)

Рисунок 3. Отраженная боль. При инфаркте миокарда боль, на которую реагируют рецепторы в сердце, обычно ощущается как боль в области левого плечевого сустава и плеча, в особенности у мужчин

Видео проводящие пути болевой и температурной чувствительности

- Читать далее "Вестибулярная система и равновесие - с точки зрения нейрофизиологии"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 28.9.2023