Mechanizmy czucia bólu i ich modulacja fizjologiczna Jakub Dobruch

Definicja bólu: IASP 1979 „Pain is an unpleasant sensory and emotional experience associated with actual or potential tissues damage or described in terms of such damage”

Teorie czucia bólu Teoria swoistości: Teoria intensywności: Descartes 1664, Muler 1840 Ból jako wynik stymulacji specyficznych receptorów czucia bólu (nocyceptorów), które przekazują informacje bezpośrednio do mózgu Ból jako wyłącznie aferentne czuciowe doznanie Teoria intensywności: Ból jest wynikiem nadmiernej stymulacji jakiegokolwiek receptora czuciowego Ulega sumowaniu na wysokości rogów grzbietowych rdzenia kręgowego Jakkolwiek, intensywna stymulacja niektórych zakończeń (niektóre narządy) i uszkodzenia OUN nigdy nie doprowadzają do czucia bólu

Teorie czucia bólu Teoria wzorca: Teoria bramkowania: Nafel 1934 Ból jako wynik sumowania się bodźców zarówno w czasie jak i w przestrzeni Wszystkie zakończenia czuciowe są jednakowe Teoria bramkowania: Melzack i Wall 1965 Zasugerowano rolę substancji galaretowatej jako modulatora i bramki, w której inne doznania czuciowe mogą modyfikować czucie bólu

Podział bólu Ból fizjologiczny: Ból patologiczny (kliniczny): Można go wyraźnie odróżnić od uczucia dotyku Ma zadanie ochronne Ostrzega przed potencjalnym urazem (bodziec termiczny, mechaniczny) Ma charakter przejściowy Jest dobrze zlokalizowany Bodziec uszkadzający wywołuje specyficzną odpowiedź (wzór) Ból patologiczny (kliniczny): Patologiczny – związany z procesem chorobowym (zapalenie, neuropatia) Związany zarówno ze stymulacją receptorów Aβ jaki i C oraz Aσ Prowadzi do nadwrażliwości obwodowej i ośrodkowej Czas trwania przekracza czas trwania bodźca Odczuwany jest w miejscach „nieuszkodzonych” 6) Może być krótkotrwały (aktualne uszkodzenie tkanek) lub długotrwały (przewlekły proces chorobowy)

Podział bólu Kryteria subiektywne: Ból szybki (pierwotny): Ostry, uderzający Zlokalizowany Nie trwa długo (mniej niż 1 m-c?, po 20 min.-↑ekspr. nowych genów, mobilizacja dróg zstępujących zapobiega przekształceniu w ból kliniczny) Jest wynikiem pobudzenia receptorów unimodalnych Ból wolny (wtórny): Piekący Uporczywy Długotrwały Towarzyszą mu reakcje emocjonalne, behawioralne i wegetatywne Jest wynikiem pobudzenia receptorów polimodalnych

Rozłożenie neurotransmitterów

Odbiór informacji (receptory) Receptory bólowe (Nocyceptory): 1) Szeroko rozpowszechnione w organiźmie – trzewne i somatyczne a) reagują na bodźce mechaniczne, termiczne i chemiczne b) ciała komórkowe zlokalizowane są w rogach grzbietowych rdzenia kręgowego 2) Skórne nocyceptory a) za pośrednictwem włókien Aσ: zmienilizowane, szybkie, przewodzą informacje przede wszystkim dotyczącą bodźców mechanicznych, rzadziej termicznych, zwane unimodalnymi b) za pośrednictwem włókien C: polimodalne, przewodzą informacje dotyczącą zarówno bodźców termicznych, mechanicznych jak i chemicznych, ból ma charakter tępy, żle zlokalizowany c) znane są inne rodzaje – np. reagujące na dotyk ale wraz ze wzrostem natężenia zwiększają częstotliwość wyładowań prowadząc do odczuwania bólu

Odbiór informacji (receptory) 1) Włókna Aσ a) zmienilizowane, średnicy 2-5 µm, 6-30 m/s b) synapsy tworzą w warstwach I, V, X c) uwalniają kwas glutaminowy 2) Włókna C a) niezmienilizowane, średnicy 2 µm, 0.5-2 m/s b) synapsy tworzą w warstwie II, V c) oprócz glutaminianu mogą uwalniać SP, CGRP, NPY, SS, GAL) d) pobudzenie włókien autonomicznych i uwalnianie NA (efapsy) 3) Trzewne nocyceptory a) przewodzą informacje z narządów wewnętrznych b) za pośrednictwem neuronów układu autonomicznego (gł. NTS) c) posiadają duże pola receptorowe (źle zlokalizowany ból) d) ból odniesiony (konwergują na drugich neuronach drogi czucia bólu somatycznego) 4) „Ciche” nocyceptory a) w warunkach fizjologicznych nieaktywne b) niezmielinizowane c) ulegaja pobudzeniu poprzez obecność stanu zapalnego lub przez różne czynniki chemiczne d) odpowiedź jest nieadekwatna (za duża) w stosunku do bodźca

Mechanizm pobudzenia receptorów bólowych Uraz prowadzi do uwolnienia następujących substancji z uszkodzonych komórek: jony potasu, bradykinina, histamina, serotonina, prostaglandyny URAZ NACZYNIA KRWIONOŚNE WZROST POBUDLIWOŚCI NOCYCEPTORÓW (próg, wzrost wrażliwości) TKANKI PROSTAGLANDYNY, LEUKOTRIENY OBRZĘK, WZROST PRZEPUSZCZALNOŚCI K. TUCZNE DEGRANULACJA BRADYKININA (m.in. akt. n. aut. –PGE2, cytokiny), HISTAMINA, SP, CGRP PGE2, NPY (fibrobl., K. Schw.-↑eks. SP,CGRP), NKA (trans. obj. – hip.wtórna), cytokiny (Il-1) SP (odruch włók.-wzrost NO, 5-HT, brad.) RDZEŃ KRĘGOWY SP, KWAS GLUTAMINOWY, CGRP

Organizacja neuronów przewodzących czucie bólu na poziomie rdzenia kręgowego 10 warstw, ułożonych w kolejności od rogu grzbietowego I : “marginal zone”, rola w nocycepcji, tworzy projekcje do wzgórza, pnia mózgu i móżdżku II : substancja galaretowata, małe, gęsto „spakowane” komórki, otrzymujące informacje z komórek niezmielinizowanych

Organizacja neuronów przewodzących czucie bólu na poziomie rdzenia kręgowego Włókna nocyceptywne tworzą synapsy z: Neurony projekcyjne Interneurony pobudzające Interneurony hamujące Neuroprzekaźnik – kwas glutaminowy Receptory AMPA – ból fizjologiczny Receptory NMDA aktywowane (odłączenie Mg) podczas pobudzenia receptora NK1 dla SP uwolnionej z zakończeń C – hiperalgezja ośrodkowa, ograniczane przez inhibitory NMDA: ketamine, MK-801 (silne dz.n.)

Organizacja dróg wstępujących przewodzenia czucia bólu Drogi rdzeniowo-wzgórzowe: 1) Rozpoczynają się w warstwach I, V, VI, IX „Neospinothalamic tract” – projekcje do VPL, VPM, głównie z Aσ, tworzy synapsy i dalsze projekcje do kory czuciowej, nowa filogenetycznie, mało receptorów dla opiatów „Paleospinothalamic tract” – z głębszych warstw (gł. V), głównie z C, projekcje do jądra środkowego bocznego (CL) wzgórza, ale również do podwzgórza i pnia mózgu (twór siatkowaty, PAG) następnie np. do jąder podstawy czy kory czołowej (komponenta afektywna) 2) Droga skrzyżowana, organizacja somatotopowa 3) Znaczenie Głównie o wysokim progu pobudliwości, dobrze zlokalizowany ból

NeoSpinothalamic tract

Organizacja dróg wstępujących przewodzenia czucia bólu Drogi rdzeniowo-siatkowate: 1) Projekcje do jąder siatkowatych mostu i rdzenia 2) Mają związek z odpowiedzią afektywną towarzyszącą bólowi 3) Wstępują przyśrodkowo wobec dróg rdzeniowo-wzgórzowych 4) Przewodzą także inne informacje czuciowe Drogi rdzeniowo-śródmózgowiowe 1) Rozpoczyna się w warstwach I i V 2) Droga skrzyżowana 3) Projekcje do tworu siatkowatego śródmózgowia, włączając PAG 4) Znaczenie w hamowaniu czucia bólu

Organizacja dróg wstępujących przewodzenia czucia bólu Drogi rdzeniowo-podwzgórzowe: 1) Projekcje do bocznej części podwzgórza, stąd do PVN Drogi czucia trzewnego 1) Informacja biegnie gł. nn IX, X do NTS 2) Stacja przekaźnikowa to jądra kompleksu okołoramieniowego 3) Ostatecznie trafia do jj śródblaszkowych wzgórza i kory mózgowej (ukł. Limbiczny)

Zstępujące drogi czucia bólu Badania na zwierzętach – stymulacja elektryczna lub chemiczna (infuzja opiatów) wielu obszarów OUN wykazuje działanie analgetyczne. Kora mózgowa 1) Za pośrednictwem dróg korowo-rdzeniowych 2) Charakter hamujący lub pobudzający dotyczący także innego rodzaju czucia Hypothalamus 1) Otrzymuje bogate połączenia włączając – NTS, PAG, LC, PBN, NR 2) Szerokie unerwienie zwrotne 3) Bezpośrednie projekcje do warstwy I 4) Droga hamująca może ulec przełączeniu w opuszce 5) PVN – kluczowe dla odpowiedzi na ból (oś przysadka-podwz., aktywacja ukł. Autonomicznego)

Modulacja zstępująca

Zstępujące drogi czucia bólu Istota szara okołowodociągowa śródmózgowia (Periaquecductal gray PAG). - Posiada liczne połączenia aferentne (podwzgórze, jądro łukowate, wzgórze, LC, jądra siatkowate pnia mózgu) i eferentne (okolice LC, NMR, PGi) - stymulacja elektryczna i morfina wywołują bardzo silny efekt przeciwbólowy - Efekt p/bólowy związany z projekcją do NMR (serotonina) i LC, PGi (NA) PAG – hamujące działanie gł. przez NRM - Neurony uwalniają w tych obszarach Glut Jądro miejsca sinawego (LC) i jądro przyolbrzymiokomórkowe (PGi) - neurony zawierające NA - szeroko unerwiają wiele obszarów OUN Drogi zstępujące do rdzenia kręgowego hamują przewodnictwo bólowe za pośrednictwem receptorów α2 pobudzając interneuron enkefalinargiczny Jądro wielkie szwu (NMR) -uwalniają serotoninę w rdzeniu kręgowym (I, V warstwa) -5-HT1A hamuje postsynaptycznie II neuron -stymulacja interneuronów enkefalinergicznych, rola GABA?

Podsumowanie

Endogenne peptydy opioidowe Endorfiny Powstają z proopiomelanokortyny (POMC) w podwzgórzu i w przysadce (płat pośredni) Neurony zawierające endorfiny zlokalizowane są w PAG, w pniu mózgu (jądra NA) 3) Wysokie powinowactwo do rec. mu 4) Związane oprócz modulowania czucia bólu także w generowanie popędów (głód, sex, pragnienie) Enkefaliny Powstają z proenkefaliny Neurony enkefalinergiczne występują w rdzeniu kręgowym (I, II warstwa), PAG i przednio-brzusznej części rdzenia przedłużonego Wysokie powinowactwo do rec. delta i mu (słabiej) Dynorfiny Powstają z prodynorfiny Występują w rdzeniu kręgowym (I, II warstwa), PAG i przednio-brzusznej części rdzenia przedłużonego Wysokie powinowactwo do rec. kappa

Receptory dla opioidów Identyfikacja – 1973, wciąż brak opioidu o efektywności morfiny ale bez jej dz.n. Receptory metabotropowe, stymulacja za pośrednictwem białka Gi hamuje aktywność cyklazy adenylanowej zmniejszając stężenie cAMP. Hiperpolaryzacja zależy od otwarcia kanałów K+ i zahamowania napływu Ca2+ Receptory mu stymulacja – analgezja, sedacja, zwężenie źrenic (n.III), euforia, zaparcia, depresja oddechowa (PBN), uzależnienie fizyczne. Głównie PAG, rdzeń kręgowy (enkefaliny) 1) Dwa podtypy mu1 i mu2 2) Mu1 – ponadrdzeniowa kontrola bólu 3) Mu2 – depresja oddechowa (PBN) Receptory kappa Stymulacja - analgezja, miosis, sedacja, dysforia 1) Trzy podtypy Receptory delta Efekt p/bólowy 1) Dwa podtypy

Metody badania bólu 100

Trzy wymiary charakteryzujące ból Czuciowy – dyskryminujący - zależny od szybko przewodzących dróg rdzeniowych 2. Motywujący – afekt - układ limbiczny i siatkowaty 3. Poznawczy – oceniający - zależny od kory mózgowej