В формировании болевой чувствительности принимают участие три нейрона. Первый нейрон находится в спинномозговом узле, второй - в задних рогах спинного мозга и третий - в зрительном бугре. В целом, в передаче болевых импульсов и формировании боли принимают участие нервные проводники, подкорковые образования и кора мозга. Известно, что соматический нерв состоит из миелинизированных их в 3 - 4 раза больше) и немиелинизированных волокон. Миелинизированные (толстые волокна) относятся к группе А, а немиелинизированные - к группе С. Волокна группы А подразделяются на альфа, бета, гамма, дельта и основной их особенностью является быстрое проведение импульсов преимущественно тактильной и глубокой чувствительности, в то время как С-волокна являются медленно проводящими. Выделяются С-волокна дорсальных корешков, которые проводят импульсы, обеспечивают тактильную, температурную и болевую чувствительность. С-волокна имеются и в постганглионарных симпатических волокнах.
По современным представлениям, болевые импульсы поступают только по тонким миелинизированным (А-дельта) и не-миелинированным С-волокнам к клеткам I-VI пластин дорсального рога (серое вещество спинного мозга). В них имеются клетки размером от 5 до 25 мкм.
Доказательством участия А-дельта и С-волокон в проведении болевых импульсов является их возбуждение только в случае повреждения кожи (Мельзак Р., 1981), хотя при более сильном повреждении в проведение импульса вовлекаются и другие волокна. Различается и скорость проведения импульсов. Для А-дельта волокон она колеблется от 4 до 30 м/с, и потому они относятся к быстро проводящим, а для С-волокон - от 0,4 до 2 м/с и они относятся к медленно проводящим нервным волокнам. Установлено, что импульсы, проходящие по А-дельта во-локнам, осуществляют формирование первичной или острой локализованной боли, в то время как по С-волокнам проходят импульсы, способствующие формированию вторичной или плохо локализованной, ноющей, жгучей и длительной боли. Конечно, как мы увидим позже, характер боли определяется не только про-ведением импульсов по нервным волокнам, но и, в первую очередь, центральными образованиями мозга. Исследованиями M.Behbehani (1986) показано, что у больных при активации А-дельта волокон возникает ощущение боли. Если сила стимула
возрастает и возбуждаются А-дельта и С-волокна, то также возникает ощущение боли. Если анестетиком блокировать передачу только по С-волокнам, тот же самый стимул вызовет ощущение прикосновения или пульсации. Если блокируются А-дельта волокна, то раздражение нервного пучка вызывает боль.
Установлено, что основная масса афферентных импульсов поступает по задним корешкам спинного мозга и по чувствительным черепным нервам. Причем, в заднем корешке количество немиелинизированных афферентов в 2 раза больше чем миелинизированных. Около 20 - 30 % болевых волокон входят в спинной мозг через передний корешок и позже сливаются с другими афферентными системами. Большинство этих афферентов являются также немиелинизированными, т.е. С-волокнами. Прохождение части болевых импульсов по переднему (двигательному) корешку объясняет сохранение болевого ощущения после перерезки задних корешков (ризбтомии).
Часть С-волокон проводят эффекторные симпатические импульсы, принимающие участие в вегетативных проявлениях боли (Шток В.Н., 1988; Willis W., 1985). В задних корешках и спинном мозге тонкие миелинизированные А-дельта и немиелинизированные С-волокна расположены латеральнее волокон с большим диаметром. Тонкие миелинизированные волокна заканчиваются в I, III и нижней части II пластинки заднего рога, а С-волокна во II, частично в V пластинке. Неболевые афференты входят более медиально, достигая III, IV пластин и ниже.
Химическая передача боли в заднем роге регулируется такими нейропептидами, как субстанция Р и соматостатин. Причем, истощение субстанции Р введением капсаицина уменьшает реакцию животных на болевые стимулы.
Врожденный или вследствие нейропатии дефицит вещества Р в задних рогах спинного мозга человека понижает его чувствительность к боли (Maciewicz R., Sandrew В., 1985). Первичные болевые волокна, идущие от головы, заканчиваются в ядре мозгового пути тройничного нерва и в основаниях задних рогов серого вещества спинного мозга (Шток В.Н., 1988).
Как уже говорилось, в спинном мозге выделяют IX слоев или пластин. Они включают:
- I маргинальную пластину;
- II - III пластины составляют желатинозную субстанцию;
- IV - V - собственное ядро;
- VII - VIII - промежуточное ядро;
- IX - двигательную часть с моторными клетками переднего рога спинного мозга.
Клетки I пластины возбуждаются болевыми импульсами из кожи и глубоких соматических структур.
II пластина играет большую роль в восприятии и модуляции ноцицептивных импульсов, особенно с кожи. Причем, полагают, что ее клетки - главное место действия опиоидов на уровне спинного мозга.
Считают, что висцеральные афферентные волокна заканчиваются в V и меньше в I пластине заднего рога. По данным Дж.Моргана-мл. и С.Мэгид (1998), V пластина реагирует на ноци- и неноцицептивные сенсорные импульсы и принимает участие в формировании соматической и висцеральной боли.
Миелинизированные А-дельта волокна заканчиваются в I - III пластинах, причем на уровне желатинозной субстанции имеются так называемые крадущиеся клетки, которые обеспечивают связь с нейронами всех пластин, и островковые клетки, которые направляют аксон к пресинаптическим образованиям первичных болевых афферентов; им придают большую роль в торможении передачи болевых импульсов.
В задних рогах спинного мозга содержатся такие нейромедиаторы как энкефалин, динорфин, серотонин, гистамин, ГАМК, норадреналин.
Следует также отметить, что тактильные низкопороговые миелинизированные волокна большого диаметра заканчиваются на уровне IV - V пластин дорсального рога и дают большое количество коллатералей желатинозной субстанции. Отсюда становится понятным эффект обезболивания при действии электрораздражения кожи, акупунктуре, механическом растирании. Эти импульсы, влияя на пре- и постсинаптические мембраны, тормозят выделение медиатора боли - субстанции Р и усиливают образование эндогенных опиатов, особенно энкефалинов. Это явление и положено в основу теории «воротного контроля» боли R.Melzack и P.Wall, предложенной ими в 1965 году.
Благодаря связи афферентов с нейронами IX пластины -моторными клетками переднего рога, на уровне спинного мозга (сегментарный уровень) возможно формирование двигательной реакции на первичную локализованную боль. Она заключается в непроизвольном одергивании или вздрагивании в результате фазического мышечного сокращения.
Далее при формировании вторичной нелокализованной боли возникает тоническое напряжение гладкой мускулатуры, ее спазм, а в месте повреждения образуются биологические вещества, в т.ч. обладающие алгогенными свойствами. Поэтому при вторичной боли в месте повреждения кроме тонического напряжения поперечно-полосатой мускулатуры обнаруживается спазм сосудов, отек, повышение чувствительности болевых рецепторов.
В формировании боли в области головы принимают участие волокна тройничного (V пара), лицевого (VII пара), языкоглоточного (IX пара) и блуждающего нервов. Считают, что Гассеров узел (тройничный) представляет собой скопление тел первых чувствительных нейронов. Периферические их отростки идут в составе ветвей тройничного нерва - глазного нерва, верхнечелюстного и нижнечелюстного нервов. Тела первых чувствительных нейронов лицевого нерва находятся в узле коленца, языкоглоточного нерва, в верхнем и нижнем узлах языкоглоточного нерва, блуждающего нерва, в верхнем (соматическая иннервация) и нижнем (вегетативная иннервация) узлах блуждающего нерва. Проксимальные отростки аксонов первых нейронов из этих узлов достигают ядер черепных нервов, где образуют синапсы со вторыми нейронами (Морган-мл.Дж., Мэгид С, 1998).
От спинно-мозгового ядра тройничного нерва и задних рогов спинного мозга берут начало неотригемино- и спинно-таламические пути. Причем, волокна второго нейрона в спинном таламический путь; в составе бокового канатика белого вещества спинного мозга и в его передних отделах поднимаются до продолговатого и далее до ствола мозга.
Ноцицептивная информация, поступившая в задние рога спинного мозга, попадает в мозг по восходящим ноцицептивным путям (спинно-таламический тракт), которые проходят в антеролатеральном (переднебоковом) квадранте спинного мозга.
В проведении боли важнейшее значение принадлежит
спинно-таламическому тракту, который состоит из неоспинно- и палеоспинно-таламического путей. Первый его нейрон находится в спинномозговом узле. Его аксоны, соединенные со свободными нервными окончаниями, проходят в задние рога спинного мозга по задним спинномозговым корешкам. В заднем роге серого вещества спинного мозга находится второй нейрон, аксоны которого начинаются от I - IV пластин заднего рога и многие переходят на противоположную сторону спинного мозга. Передний (вентральный) канатик белого вещества спинного мозга, смещаясь более латерально восходящими волокнами этого пути, заканчивается в ядрах ствола и зрительного бугра.
Как уже отмечалось, более половины волокон спинноталамического тракта не достигает таламуса. Он частично заканчивается в каудальной части ствола мозга, в основном в области гигантоклеточного ядра. Сюда приходят болевые импульсы от конечностей, тела, световая и звуковая информации. Эта область важна не столько для дискриминационной чувствительности, сколько для изменения чувствительности к ноцицептивному раздражителю. Повреждение гигантоклеточного ядра ослабляет peакцию животных на боль, а его стимуляция - усиливает. Кроме того, спинно-таламический путь отдает волокна, которые заканчиваются в среднем мозге, особенно в клиновидном ядре и центральном сером околоводопроводном веществе. Этот проводящий путь берет начало от I и V пластин заднего рога (Maciewicz R., SandrewB., 1985).
Специальные исследования (метод антидромного тестирования, введение меченой лошадиной пероксидазы и др.) (Willis W., 1985), посвященные изучению распределения клеток, дающих в спинном мозге начало второму болевому нейрону, показали, что это зависит не только от вида животных, уровня спинного мозга, но и от зоны проекции в таламусе. Большинство клеток спинно-таламического пути проецируется в контрлатеральный таламус. Специальные концентрации ипсилатерально проецирующихся клеток спинно-таламического тракта найдены в верхних отделах шейных сегментов и в крестцовом отделе спинного мозга. Большинство нейронов спинно-ретикулярного тракта находится в VII и VIII пластинах заднего рога, в то время как спинно-таламические и спинно-мезэнцефалические нейроны концентрируются в I и V пластинах, а спинно-цервикальный тракт - в III, IV и V.
Спинно-таламический тракт заканчивается в трех областях таламуса - вентропостеролатеральном ядре, задней группе ядер и медиальных таламических ядрах, играющих различную функциональную роль в чувствительности. В вентропостеролатеральном ядре заканчиваются также нейроны от ядер тройничного нерва. В целом, вентропостеролатеральные и вентропостеромедиальные ядра таламуса составляют так называемое вентробазальное ядро или вентробазальный комплекс, которому принадлежит важная роль в проведении болевых импульсов. Причем, нейронное представительство туловища находится в вентропостеролатеральном, а лица - в вентропостеромедиальном ядре таламуса.
Спинно-таламические афференты разделяются на неоспинно-таламический и палеоспинно-таламический тракты. Неоспинно-таламический тракт является филогенетически молодым, лежит в латеральных отделах спинного мозга. Нервные волокна этого пути поступают в вентропостеролатеральное ядро таламуса, которое тесно связано с первой и второй соматосенсорными зонами коры. Спинно-таламические афференты перекрывают в вентропостеролатеральном ядре терминальное поле лемнисковой системы, с участием которой осуществляется передача основной массы импульсов тактильной и глубокой чувствительности. Полагают, что, благодаря слиянию в этой области таламуса болевой, тактильной, суставной и мышечной чувствительной афферентации, в области вентропостеролатерального ядра формируется дискриминационная болевая чувствительность, т.е. определяется локализация ноцицептивного раздражителя, интенсивность боли и ее длительность.
Локализованная боль возникает после очень короткого латентного периода, и болевые импульсы проводятся по быстро проводящим нервным волокнам (А-дельта). Это подтверждается тем, что при повреждении вентропостеролатерального ядра происходит нарушение дискриминационной чувствительности и одновременно наблюдается кратковременная аналгезия. Электрическая стимуляция этой зоны вызывает аналгезию и локальные парастезии. Исследованиями (Шумарин А.Е., Женило В.М., 1996 - 1999) показано, что при электрическом раздражении ядер таламуса изменяется биоэлектрическая активность различных структур мозга. Стимуляция вентропостеролатерального ядра таламуса проявляется активацией противоболевых образований (центрального серого околоводопроводного вещества, большого ядра шва) и, напротив, электрораздражение центрального серого околоводопроводного вещества и большого ядра шва тормозит активность вентропостеролатеральной группы ядер таламуса.
Палеоспинно-таламический путь более старый, лежит в медиальной части ствола, связан с нейронами центрального серого околоводопроводного вещества таламуса и лимбическими образованиями ретикулярной формации, гипоталамусом, медиальными и интраламинарными группами таламуса (задняя группа ядер таламуса), а также через ретикулярную формацию с различными зонами коры. Задняя группа ядер и ядра медиального таламуса также получают информацию по лемнисковым путям о тактильной и глубокой чувствительности, но в значительно меньшем объеме, чем вентропостеролатеральное ядро. Причем, именно нейронам задней группы ядер таламуса и медиального таламуса принадлежит важная роль в генерализованной информации в разные участки мозга. Этот путь принимает участие в передаче информации и развитии ощущения тупой нелокализованной боли с обязательным участием надсегментарной реакции со стороны эндокринной, сердечно-сосудистой системы, дыхания, мотиваций и защитной реакции, т.е. принимает участие в формировании вегетативных и эмоциональных проявлений боли.
Таким образом, спинно-таламический тракт, достигая вентробазальных ядер таламуса (неоспинно-таламический путь), образует специфическую систему боли, а интраламинарных и задних ядер таламуса (палеоспинно-таламический путь), образует неспецифическую ее систему.
Кроме важнейшего спинно-таламического тракта, в проведении болевых импульсов принимают участие и альтернативные пути. Так, спинно-ретикулярный путь принимает участие в активации вегетативного отдела нервной системы. Нейроны спинно-мезэнцефалического пути заканчиваются в области центрального серого околоводопроводного вещества и поэтому играют важную роль в активации его нисходящих антиноцицептивных влияний. Болевые импульсы по спинно-гипоталамическому и спинно-телеэнцефалическому путям активируют гипоталамус и таким образом не только принимают участие в формировании вегетативных, эмоционально-поведенческих, но и нисходящих антиноцицептивных влияний.
Контакты между афферентными ноцицептивными нейронами и симпатическими нейронами в спинном мозге и активация гипоталамуса обеспечивают вегетативную реакцию на боль как со стороны сердечно-сосудистой системы, так и всех видов обмена веществ.
Имеются сведения, что повреждение заднего таламуса у человека и животных уменьшает болевую чувствительность, в то время как электрическая стимуляция его вызывает ощущение жгучей боли (Maciewicz R., Sandrew В., 1985).
В клинике повреждение таламуса сопровождается развитием нарастающих с наступлением сна центральных и таламических болей, крайне мучительных, с ощущением жжения в дистальных отделах руки, половине лица и ноге (Михеев В.В., Мельничук П.В., 1981). То, что эти боли нивелируются назначением седуксена, говорит о нарушении роли фильтра импульсов как ретикулярной формации, так и в самом таламусе.
Исследованиями, проведенными в последнее время, показано, что центральная боль развивается при поражении нижнего ствола мозга, коры мозга и межуточного мозга, таламуса, внутренней капсулы и базальных ганглиев. Самой частой причиной центральной боли (92 %) является нарушение кровообращения.
Важное значение в формировании боли принадлежит лимбическим образованиям и переднему отделу коры. В настоящее время лимбическую систему мозга связывают с вегетативным обеспечением эмоциональных и поведенческих реакций. Причем, по данным Е.О.Брагина (1991), гипоталамус является исполнительным центром в формировании эмоций, а такие лимбические образования как перегородка, гиппокамп, миндалина оказывают модулирующее влияние. По мнению Е.О.Брагина и В.В.Яснецова (1991), в прогнозировании биологической значимости сигнала для организма основное значение принадлежит переднему отделу новой коры и гиппокампу. Полагают, что передняя кора ориентируется на сигналы высоко вероятных событий, а гиппокамп - на сигналы маловероятных событий. В то же время миндалина не принимает участия в прогнозировании вероятности события и выполняет важнейшую мотивационную функцию. При ее разрушении животное не может выбрать мотивационный стимул: ни пища, ни боль не могут стать доминантными в его поведении, здесь важная роль принадлежит состоянию дофаминергической системы.
Если учесть, что лимбическая кора связана с ассоциативными зонами коры большого мозга, то при психогенном стресссе это является причиной нарушения регуляции механизмов гомеостаза (Чебаевская И.П., Лебедев В.А., 1987).
Лимбические образования переднего мозга ответственны за формирование эмоций. Уменьшение или исключение поступления болевой информации в лимбические структуры ослабляет эмоциональные проявления боли (психическое возбуждение, ярость, гнев, страх, агрессию).
По данным R.Maciewicz и B.Sandrew (1985), в медиальном таламусе обнаружено обилие опиатных и энкефалиновых рецепторов и поэтому морфин или его аналоги связываются с теми отделами, которые включают эмоциональные компоненты восприятия боли. На эту же систему действуют и антидепрессанты. При перерезке болевых путей, соединяющих таламус с лимбическими образованиями (лейкотомия), интенсивность боли не уменьшается, а изменяется отношение к ней больного вследствие исключения эмоциональных аспектов боли. Боль переносится сравнительно легко, ибо боль становится безразличной, как бы далекой.
Имеется и ряд других путей передачи болевой информации, особенно слабо локализованной, тупой боли, в частности, мультисинаптическая афферентная система, основу которой составляют короткие нейронные связи.
Учитывая, что в спинном мозге имеется много межсегментарных и перекрестных волокон, полное исключение боли можно наблюдать только после полной его перерезки. Третий нейрон идет от зрительного бугра через заднюю ножку внутренней капсулы к задней центральной извилине, где находится первая соматосенсорная зона (Si), и к верхней стенке боковой борозды, где локализована вторая соматосенсорная зона (Sn) коры. Они имеют тесную связь с вентробазальным комплексом. Кроме того, нейроны медиальных ядер таламуса образуют синапсы с клетками передней поясной извилины, что обеспечивает эмоциональный компонент боли.
Экспериментальные исследования показывают, что удаление SI приводит к увеличению порога болевой чувствительности на противоположной стороне, а разрушение SII снижает болевой порог на контрлатеральной стороне.
В.К.Решетняк, М.Л.Кукушкин (1986) полагают, что соматосенсорная зона коры (SI) выполняет тонкий дискриминационный анализ соматической чувствительности и ответственна за восприятие и формирование ощущений, связанных с первичной эпикритической болью; область же SII отвечает за первичный ситуационный анализ, определяет степень ответной реакции при ноцицептивном раздражении, оценивая при этом ее интенсивность и контролируя вход ноцицептивных сигналов путем модулирующего влияния на активность антиноцицептивной системы. Согласно более ранним данным зарубежных ученых, зона SII принимает участие в регуляции двигательного акта на боль, a SI - в восприятии боли.
Полагают, что общая реакция соматосенсорной зоны коры на боль заключается в одновременном чувствительно-дискриминативном анализе раздражителя (SI) и запуске адаптивных систем и эмоциональных форм поведения (Sn) (Шухов B.C., 1990). С возбуждением фронтальных и теменных областей коры и экстралемнисковой системы связывают генерализованные формы ощущений, ассоциирующиеся с эмоционально-аффективными и моторно-мотивационными проявлениями боли.
Кроме того, в общекогнитивном процессе осознания боли могут принимать участие зрительные, обонятельные, слуховые сенсорные зоны коры.