Ноцицептор - Nociceptor

Ноцицептор
Структура сенсорной системы (4 модели) E.PNG
Четыре типа сенсорных нейронов и их рецепторные клетки. Ноцицепторы показаны как свободные нервные окончания введите
Идентификаторы
MeSHD009619
Анатомическая терминология

А ноцицептор («болевой рецептор») является сенсорный нейрон который реагирует на повреждающие или потенциально опасные стимулы, посылая сигналы «возможной угрозы»[1][2][3][4] спинного и головного мозга. Если мозг воспринимает угрозу как достоверную, он создает ощущение боли, чтобы направить внимание на часть тела, чтобы можно было надеяться, что угрозу можно уменьшить; этот процесс называется ноцицепция.

История

Ноцицепторы были открыты Чарльз Скотт Шеррингтон в 1906 году. В более ранние века ученые полагали, что животные похожи на механические устройства, которые преобразовывают энергию сенсорных стимулов в двигательные реакции. Шеррингтон провел множество различных экспериментов, чтобы продемонстрировать, что разные типы стимуляции афферентное нервное волокно с рецептивное поле привели к разным ответам. Некоторые интенсивные раздражители вызывают рефлекс снятие, определенный автономные ответы, и боль. Специфические рецепторы этих интенсивных раздражителей были названы ноцицепторами.[5]

Место расположения

У млекопитающих ноцицепторы обнаруживаются в любой части тела, которая может ощущать вредные раздражители. Наружные ноцицепторы обнаруживаются у ткань такой как кожа (кожные ноцицепторы ), роговица, а слизистая оболочка. Внутренние ноцицепторы обнаруживаются во множестве органов, таких как мышцы, то суставы, то мочевой пузырь, висцеральные органы и пищеварительный тракт. Тела этих нейронов расположены либо в ганглии задних корешков или тройничный ганглии.[6] Ганглии тройничного нерва - это специализированные нервы лица, тогда как ганглии задних корешков связаны с остальной частью тела. Аксоны проходят в периферическую нервную систему и заканчиваются ветвями, образуя рецептивные поля.

Разработка

Ноцицепторы развиваются из нервный гребень стволовые клетки. Нервный гребень ответственен за большую часть раннего развития у позвоночных. Он особенно отвечает за развитие периферической нервной системы (ПНС). Стволовые клетки нервного гребня отделяются от нервной трубки, когда она закрывается, и ноцицепторы вырастают из дорсальной части этой ткани нервного гребня. Они формируются поздно во время нейрогенеза. Ранее формирующиеся клетки из этой области могут стать рецепторами, не воспринимающими боль. проприоцепторы или с низким порогом механорецепторы. Все нейроны, происходящие из нервного гребня, включая эмбриональные ноцицепторы, экспрессируют TrkA, который является рецептором фактора роста нервов (NGF). Однако факторы транскрипции, определяющие тип ноцицептора, остаются неясными.[7]

После сенсорного нейрогенеза происходит дифференциация и образуются два типа ноцицепторов. Они классифицируются как пептидергические или непептидергические ноцицепторы, каждый из которых выражает отдельный репертуар ионных каналов и рецепторов. Их специализация позволяет рецепторам иннервировать различные центральные и периферические мишени. Эта дифференциация происходит как в перинатальный, так и в постнатальный периоды. Непептидергические ноцицепторы выключают TrkA и начинают экспрессировать Ret, который является трансмембранным сигнальным компонентом, который обеспечивает экспрессию фактора роста, происходящего из глиальных клеток (GDNF). Этому переходу способствует Runx1, который жизненно важен для развития непептидергических ноцицепторов. Напротив, пептидергические ноцицепторы продолжают использовать TrkA, и они экспрессируют фактор роста совершенно другого типа. В настоящее время проводится много исследований о различиях между ноцицепторами.[7]

Типы и функции

Периферический терминал зрелого ноцицептора - это место, где вредные раздражители обнаруживаются и преобразуются в электрическую энергию.[8] Когда электрическая энергия достигает порогового значения, потенциал действия побуждается и движется к Центральная нервная система (ЦНС). Это приводит к череде событий, позволяющих осознать боль. Сенсорная специфичность ноцицепторов устанавливается по высокому порогу только определенных свойств раздражителей. Ноцицепторы срабатывают только тогда, когда достигается высокий порог в химической, термической или механической среде. Большинство ноцицепторов классифицируются по модальностям окружающей среды, на которые они реагируют. Некоторые ноцицепторы реагируют более чем на одну из этих модальностей и, следовательно, называются полимодальными. Другие ноцицепторы не реагируют ни на одну из этих модальностей (хотя они могут реагировать на стимуляцию в условиях воспаления) и называются спящими или безмолвными.

Ноцицепторы имеют два разных типа аксонов. Первые - это Волокно Aδ аксоны. Они миелинизированы и могут позволить потенциалу действия перемещаться со скоростью около 20 метров в секунду в направлении ЦНС. Другой тип - более медленно проводящий C волокно аксоны. Они проводят только со скоростью около 2 метров в секунду.[9] Это происходит из-за легкого или немиелинизации аксона. В результате боль бывает двух фаз. Первая фаза обеспечивается быстропроводными волокнами Aδ, а вторая часть - волокнами (Polymodal) C. Боль, связанная с волокнами Aδ, может быть связана с первоначальной чрезвычайно острой болью. Вторая фаза - более продолжительное и немного менее интенсивное ощущение боли в результате острого повреждения. Если имеется массивный или продолжительный вход в C-волокно, происходит прогрессирующее накопление в спинном роге спинного мозга; это явление похоже на столбняк в мышцах, но называется заводиться. Если происходит заворот, есть вероятность повышенной чувствительности к боли.[10]

Термический

Тепловые ноцицепторы активируются ядовитым жаром или холодом при различных температурах. Существуют определенные преобразователи ноцицепторов, которые отвечают за то, как и если конкретное нервное окончание реагирует на тепловой стимул. Первым было обнаружено TRPV1, и у него есть порог, который совпадает с температурой тепловой боли 43 ° C. Другая температура в теплом и горячем диапазоне опосредуется более чем одним Канал TRP. Каждый из этих каналов выражает определенный C-концевой домен, который соответствует чувствительности к теплу и теплу. Взаимодействие между всеми этими каналами и то, как определяется уровень температуры выше болевого порога, в настоящее время неизвестно. Крутые раздражители воспринимаются TRPM8 каналы. Его С-концевой домен отличается от термочувствительных TRP. Хотя этот канал соответствует холодным стимулам, до сих пор неизвестно, способствует ли он обнаружению сильного холода. Интересное открытие, связанное с холодными стимулами, заключается в том, что тактильная чувствительность и двигательная функция ухудшаются, а восприятие боли сохраняется.

Механический

Механические ноцицепторы реагируют на избыточное давление или механическую деформацию. Они также реагируют на разрезы, повреждающие поверхность кожи. Реакция на раздражитель обрабатывается корой головного мозга как боль, как и химические и тепловые реакции. Эти механические ноцицепторы часто обладают полимодальными характеристиками. Таким образом, возможно, что некоторые преобразователи тепловых раздражителей одинаковы для механических раздражителей. То же верно и для химических стимулов, поскольку TRPA1, по-видимому, обнаруживает как механические, так и химические изменения.

Химическая

Химические ноцицепторы имеют каналы TRP, которые реагируют на широкий спектр специй. Тот, который получает наибольший отклик и очень широко тестируется, - это капсаицин. Другие химические стимуляторы являются раздражителями окружающей среды, например акролеин, а Первая Мировая Война химическое оружие и компонент сигаретного дыма. Помимо этих внешних стимуляторов, химические ноцицепторы обладают способностью обнаруживать эндогенные лиганды и определенные амины жирных кислот, которые возникают в результате изменений во внутренних тканях. Как и в тепловых ноцицепторах, TRPV1 может обнаруживать химические вещества, такие как капсаицин и токсины пауков.[7]

Спящий / тихий

Хотя у каждого ноцицептора может быть множество возможных пороговых уровней, некоторые из них вообще не реагируют на химические, термические или механические раздражители, если только не произошло фактическое повреждение. Их обычно называют молчащими или спящими ноцицепторами, поскольку их реакция возникает только в начале воспаления в окружающей ткани.[6]

Полимодальный

Многие нейроны выполняют только одну функцию; поэтому нейроны, которые выполняют эти функции в сочетании, получают классификацию «полимодальных».[11]

Путь

Афферентный ноцицептивные волокна (передающие информацию к, скорее, чем из мозг) вернуться в спинной мозг где они образуют синапсы в его спинной рог. Это ноцицептивное волокно (расположенное на периферии) является нейроном первого порядка. В клетки в спинном роге разделены на физиологически отдельные слои, называемые пластинками. Формируются разные типы волокон синапсы в разных слоях, и используйте либо глутамат или же вещество P как нейротрансмиттер. Волокна Aδ образуют синапсы в пластинках I и V, волокна C соединяются с нейронами в пластинке II, волокна Aβ соединяются с пластинками I, III и V.[6] Достигнув специфической пластинки спинного мозга, ноцицептивы первого порядка проецируются на нейроны второго порядка, которые пересекают среднюю линию в передней белой комиссуре. Затем нейроны второго порядка отправляют свою информацию двумя путями в таламус: the медиально-лемнискальная система дорсальной колонны и переднебоковая система. Первый предназначен больше для обычных неболевых ощущений, а боковой - для болевых ощущений. Достигнув таламуса, информация обрабатывается в заднем вентральном ядре и отправляется в кора головного мозга в головном мозге через волокна в задней конечности внутренней капсулы. Поскольку существует восходящий путь к мозгу, который инициирует сознательное осознание боли, существует также нисходящий путь, который модулирует болевые ощущения. Мозг может запросить выпуск конкретных гормоны или химические вещества, которые могут оказывать обезболивающее действие, уменьшая или подавляя болевые ощущения. Область мозга, которая стимулирует выброс этих гормонов, - это гипоталамус.[12]

Этот эффект нисходящего торможения может быть продемонстрирован путем электрического стимулирования периакведуктальный серый область среднего мозга. Периакведуктальный серый цвет, в свою очередь, проецируется на другие области, участвующие в регуляции боли, такие как ядро раны магнус который также получает аналогичные афференты от ядро reticularis paragigantocellularis (НПГ). В свою очередь ядро шва магнус проекты в желатиновая субстанция область спинного рога и опосредует ощущение спиноталамических входов. Серый периакведуктальный также содержит опиоидные рецепторы что объясняет один из механизмов, с помощью которого опиоиды, такие как морфий и диацетилморфин проявляют обезболивающее действие.

Чувствительность

Чувствительность ноцицепторных нейронов модулируется большим количеством медиаторов во внеклеточном пространстве.[13] Периферическая сенсибилизация представляет собой форму функциональной пластичности ноцицептора. Ноцицептор может превратиться из простого детектора вредных стимулов в детектор не вредных стимулов. В результате раздражители низкой интенсивности от регулярной активности вызывают болезненные ощущения. Это широко известно как гипералгезия. Воспаление - одна из частых причин, приводящих к сенсибилизации ноцицепторов. Обычно гипералгезия прекращается, когда уменьшается воспаление, однако иногда генетические дефекты и / или повторные травмы могут привести к аллодиния: абсолютно безвредный раздражитель, например легкое прикосновение, вызывает сильную боль. Аллодиния также может быть вызвана повреждением ноцицептора в периферических нервах. Это может привести к деафферентации, что означает развитие различных центральных процессов у выжившего афферентного нерва. В этой ситуации уцелевшие аксоны дорсальных корешков ноцицепторов могут вступать в контакт со спинным мозгом, тем самым изменяя нормальный ввод.[10]

Другие животные

Ноцицепция была зарегистрирована у животных, не относящихся к млекопитающим, включая рыб.[14] и широкий спектр беспозвоночных, включая пиявок,[15] нематодные черви,[16] морские слизни,[17] и личинки плодовых мух.[18] Хотя эти нейроны могут иметь различные пути и отношения к центральной нервной системе, чем ноцицепторы млекопитающих, ноцицептивные нейроны у немлекопитающих часто активируются в ответ на такие же стимулы, как у млекопитающих, такие как высокая температура (40 градусов C или более), низкий pH, капсаицин. , и повреждение тканей.

Терминология

Из-за исторического понимания боли ноцицепторы также называются болевые рецепторы. Хотя боль реальна, психологические факторы могут сильно влиять на субъективную интенсивность.[19]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ http://www.bodyinmind.org/what-is-pain/
  2. ^ «НОИ - Нейроортопедический институт». www.noigroup.com. Архивировано из оригинал на 2018-10-17. Получено 2017-10-13.
  3. ^ «Ноцицепция и боль: в чем разница и почему это важно? - Massage St. Louis, St. Louis, MO». www.massage-stlouis.com.
  4. ^ Животные, Комитет Национального исследовательского совета (США) по распознаванию и облегчению боли в лаборатории (8 декабря 2017 г.). «Механизмы боли». National Academies Press (США) - через www.ncbi.nlm.nih.gov.
  5. ^ Шеррингтон К. Интегративное действие нервной системы. Оксфорд: издательство Оксфордского университета; 1906 г.
  6. ^ а б c Джесселл, Томас М .; Кандел, Эрик Р .; Шварц, Джеймс Х. (1991). Принципы нейронауки. Норуолк, Коннектикут: Appleton & Lange. стр.472–79. ISBN  978-0-8385-8034-9.
  7. ^ а б c Вульф CJ, Ma Q (август 2007 г.). «Ноцицепторы - детекторы вредных раздражителей». Нейрон. 55 (3): 353–64. Дои:10.1016 / j.neuron.2007.07.016. PMID  17678850. S2CID  13576368.
  8. ^ Фейн, А. Ноцицепторы: клетки, чувствующие боль http://cell.uchc.edu/pdf/fein/nociceptors_fein_2012.pdf
  9. ^ Уильямс, С. Дж .; Purves, Дейл (2001). Неврология. Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates. ISBN  978-0-87893-742-4.
  10. ^ а б Филдс Х.Л., Роуботэм М., Барон Р. (октябрь 1998 г.). «Постгерпетическая невралгия: раздражительные ноцицепторы и деафферентация». Neurobiol. Дис. 5 (4): 209–27. Дои:10.1006 / nbdi.1998.0204. PMID  9848092. S2CID  13217293.
  11. ^ Фейн, Алан. Ноцицепторы: клетки, чувствующие боль.
  12. ^ «Путь боли». Получено 2008-06-02.[мертвая ссылка ]
  13. ^ Хучо Т., Левин Дж. Д. (август 2007 г.). «Сигнальные пути в сенсибилизации: к биологии ноцицепторных клеток». Нейрон. 55 (3): 365–76. Дои:10.1016 / j.neuron.2007.07.008. PMID  17678851. S2CID  815135.
  14. ^ Снеддон Л. У .; Брейтуэйт В. А .; Джентл М. Дж. (2003). «Есть ли у рыб ноцицепторы? Доказательства эволюции сенсорной системы позвоночных». Труды Лондонского королевского общества B: биологические науки. 270 (1520): 1115–1121. Дои:10.1098 / rspb.2003.2349. ЧВК  1691351. PMID  12816648.
  15. ^ Пастор Дж .; Soria B .; Бельмонте К. (1996). «Свойства ноцицептивных нейронов сегментарного ганглия пиявки». Журнал нейрофизиологии. 75 (6): 2268–2279. Дои:10.1152 / jn.1996.75.6.2268. PMID  8793740.
  16. ^ Wittenburg N .; Баумейстер Р. (1999). "Избегание термического воздействия в Caenorhabditis elegans: подход к изучению ноцицепции ». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 96 (18): 10477–10482. Bibcode:1999PNAS ... 9610477W. Дои:10.1073 / пнас.96.18.10477. ЧВК  17914. PMID  10468634.
  17. ^ Ильич П. А .; Уолтерс Э. Т. (1997). «Механосенсорные нейроны, иннервирующие Аплизия сифон кодирует вредные раздражители и проявляет ноцицептивную сенсибилизацию ». Журнал неврологии. 17 (1): 459–469. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.17-01-00459.1997. ЧВК  6793714. PMID  8987770.
  18. ^ Трейси Дж .; Дэниел В .; Уилсон Р. И .; Laurent G .; Бензер С. (2003). "безболезненный, а Дрозофила ген, необходимый для ноцицепции ». Клетка. 113 (2): 261–273. Дои:10.1016 / S0092-8674 (03) 00272-1. PMID  12705873. S2CID  1424315.
  19. ^ https://www.painscience.com/articles/pain-is-weird.php