Nocyceptor - Nociceptor

Nocyceptor
Struktura układu sensorycznego (4 modele) E.PNG
Cztery typy neuronów czuciowych i ich komórki receptorowe. Nocyceptory pokazane jako wolne zakończenia nerwowe typu A
Identyfikatory
Siatka D009619
Terminologia anatomiczna

Nocyceptora ( „receptor ból”) jest neuronem czuciowym , który reaguje na uszkodzenia lub potencjalnie szkodliwych bodźców, wysyłając sygnały „potencjalne zagrożenie”, do rdzenia kręgowego i mózgu. Jeśli mózg postrzega zagrożenie jako wiarygodne, tworzy wrażenie bólu, aby skierować uwagę na część ciała, dzięki czemu można mieć nadzieję, że zagrożenie zostanie złagodzone; proces ten nazywa się nocycepcją .

Historia

Nocyceptory zostały odkryte przez Charlesa Scotta Sherringtona w 1906 roku. We wcześniejszych wiekach naukowcy wierzyli, że zwierzęta są jak urządzenia mechaniczne, które przekształcają energię bodźców zmysłowych w reakcje motoryczne. Sherrington stosować wiele różnych eksperymentów pokazują, że różne rodzaje stymulacji do doprowadzających włókien nerwowych „S chłonny pole prowadzi do różnych odpowiedzi. Niektóre intensywne bodźce wywołują wycofanie odruchów , pewne reakcje autonomiczne i ból . Specyficzne receptory tych intensywnych bodźców nazwano nocyceptorami.

Lokalizacja

U ssaków nocyceptory znajdują się w każdym obszarze ciała, który może wyczuwać szkodliwe bodźce. Nocyceptory zewnętrzne znajdują się w tkankach, takich jak skóra ( nocyceptory skórne ), rogówki i błona śluzowa . Nocyceptory wewnętrzne znajdują się w różnych narządach, takich jak mięśnie , stawy , pęcherz moczowy , narządy trzewne i przewód pokarmowy. Ciała komórkowe tych neuronów znajdują się w zwojach korzeni grzbietowych lub zwojach trójdzielnych . Zwoje nerwu trójdzielnego są wyspecjalizowanymi nerwami twarzy, podczas gdy zwoje korzeni grzbietowych są związane z resztą ciała. Aksony rozciągają się do obwodowego układu nerwowego i kończą się gałęziami, tworząc pola receptywne.

Rozwój

Nocyceptory rozwijają się z komórek macierzystych grzebienia nerwowego . Grzebień nerwowy jest odpowiedzialny za dużą część wczesnego rozwoju kręgowców. Jest szczególnie odpowiedzialny za rozwój obwodowego układu nerwowego (PNS). Komórki macierzyste grzebienia nerwowego oddzielają się od cewy nerwowej podczas jej zamykania, a nocyceptory wyrastają z grzbietowej części tej tkanki grzebienia nerwowego. Powstają późno podczas neurogenezy. Wcześniej tworzące się komórki z tego regionu mogą stać się receptorami niewyczuwającymi bólu, albo proprioceptorami, albo niskoprogowymi mechanoreceptorami . Wszystkie neurony pochodzące z grzebienia nerwowego, w tym nocyceptory embrionalne, wyrażają TrkA, który jest receptorem czynnika wzrostu nerwów (NGF). Jednak czynniki transkrypcyjne, które determinują typ nocyceptora, pozostają niejasne.

Po neurogenezie czuciowej następuje różnicowanie i powstają dwa rodzaje nocyceptorów. Są one klasyfikowane jako nocyceptory peptydergiczne lub niepeptydergiczne, z których każdy wyraża odrębny repertuar kanałów jonowych i receptorów. Ich specjalizacje pozwalają receptorom unerwiać różne cele centralne i peryferyjne. To zróżnicowanie występuje zarówno w okresie okołoporodowym, jak i poporodowym. Niepeptydergiczne nocyceptory wyłączają TrkA i zaczynają wyrażać Ret, który jest transbłonowym komponentem sygnalizacyjnym, który umożliwia ekspresję czynnika wzrostu pochodzącego z komórek glejowych (GDNF). To przejście jest wspomagane przez Runx1, który jest niezbędny w rozwoju niepeptydergicznych nocyceptorów. Przeciwnie, nocyceptory peptydergiczne nadal wykorzystują TrkA i wyrażają zupełnie inny rodzaj czynnika wzrostu. Obecnie prowadzi się wiele badań dotyczących różnic między nocyceptorami.

Rodzaje i funkcje

Obwodowy terminal dojrzałego nocyceptora jest miejscem, w którym szkodliwe bodźce są wykrywane i przekształcane w energię elektryczną. Kiedy energia elektryczna osiąga wartość progową, indukowany jest potencjał czynnościowy i kierowany w kierunku ośrodkowego układu nerwowego (OUN). Prowadzi to do ciągu zdarzeń, który pozwala na świadomą świadomość bólu. Specyficzność sensoryczną nocyceptorów jest ustalana przez wysoki próg tylko dla poszczególnych cech bodźców. Dopiero gdy wysoki próg zostanie osiągnięty przez środowisko chemiczne, termiczne lub mechaniczne, nocyceptory są wyzwalane. Większość nocyceptorów jest klasyfikowana według tego, na które z modalności środowiskowych odpowiadają. Niektóre nocyceptory reagują na więcej niż jedną z tych modalności i w konsekwencji są określane jako polimodalne. Inne nocyceptory nie reagują na żadną z tych modalności (chociaż mogą reagować na stymulację w warunkach zapalenia) i są określane jako śpiące lub milczące.

Nocyceptory mają dwa różne typy aksonów. Pierwszym z nich są aksony z włókien Aδ . Są zmielinizowane i mogą pozwolić potencjałowi czynnościowemu przemieszczać się z prędkością około 20 metrów/sekundę w kierunku OUN. Drugi typ to wolniej przewodzące aksony włókien C. Przenoszą się one tylko z prędkością około 2 metrów/sekundę. Wynika to ze światła lub braku mielinizacji aksonu. W rezultacie ból pojawia się w dwóch fazach. W pierwszej fazie pośredniczą szybko przewodzące włókna Aδ, w drugiej zaś włókna (polimodalne) C. Ból związany z włóknami Aδ może być związany z początkowym wyjątkowo ostrym bólem. Druga faza to dłuższe i nieco mniej intensywne odczuwanie bólu w wyniku ostrego uszkodzenia. Jeśli istnieje masywny lub długotrwały dopływ do włókna C, następuje postępujące narastanie w rogu grzbietowym rdzenia kręgowego; zjawisko to jest podobne do tężca w mięśniach, ale nazywane jest nakręcaniem . Jeśli dojdzie do nakręcenia, istnieje prawdopodobieństwo zwiększonej wrażliwości na ból.

Termiczny

Nocyceptory termiczne są aktywowane przez szkodliwe ciepło lub zimno w różnych temperaturach. Istnieją specyficzne przetworniki nocyceptorowe, które odpowiadają za to, jak i czy określone zakończenie nerwowe odpowiada na bodziec termiczny. Jako pierwszy odkryto TRPV1 , którego próg zbiega się z temperaturą bólu cieplnego wynoszącą 43 °C. Inna temperatura w zakresie ciepłych i gorących jest mediowana przez więcej niż jeden kanał TRP . Każdy z tych kanałów wyraża konkretną domenę C-końcową, która odpowiada wrażliwości na ciepło-gorące. Interakcje między wszystkimi tymi kanałami i sposób określania poziomu temperatury powyżej progu bólu są obecnie nieznane. Fajne bodźce są wykrywane przez kanały TRPM8 . Jego domena C-końcowa różni się od wrażliwych na ciepło TRP. Chociaż kanał ten odpowiada bodźcom chłodu, nadal nie wiadomo, czy przyczynia się również do wykrywania intensywnego zimna. Ciekawym odkryciem związanym z bodźcami zimnymi jest to, że wrażliwość dotykowa i funkcja motoryczna pogarszają się, podczas gdy utrzymuje się percepcja bólu.

Mechaniczny

Nocyceptory mechaniczne reagują na nadciśnienie lub odkształcenie mechaniczne. Reagują również na nacięcia, które łamią powierzchnię skóry. Reakcja na bodziec jest przetwarzana przez korę mózgową jako ból, podobnie jak reakcje chemiczne i termiczne. Te mechaniczne nocyceptory często mają właściwości polimodalne. Możliwe więc, że niektóre przetworniki bodźców termicznych są takie same dla bodźców mechanicznych. To samo dotyczy bodźców chemicznych, ponieważ TRPA1 wydaje się wykrywać zarówno zmiany mechaniczne, jak i chemiczne. Niektóre bodźce mechaniczne mogą powodować uwalnianie pośrednich związków chemicznych, takich jak ATP , który może być wykryty przez receptory purynergiczne P2 lub czynnik wzrostu nerwów , który może być wykryty przez receptor kinazy tropomiozyny A (TrkA) .

Chemiczny

Nocyceptory chemiczne mają kanały TRP, które reagują na szeroką gamę przypraw. Ten, który widzi najwięcej odpowiedzi i jest bardzo szeroko testowany, to kapsaicyna . Inne chemiczne stymulanty to substancje drażniące dla środowiska, takie jak akroleina , broń chemiczna z I wojny światowej i składnik dymu papierosowego. Oprócz tych zewnętrznych stymulantów, nocyceptory chemiczne mają zdolność wykrywania endogennych ligandów i niektórych amin kwasów tłuszczowych, które powstają w wyniku zmian w tkankach wewnętrznych. Podobnie jak w nocyceptorach termicznych, TRPV1 może wykrywać substancje chemiczne, takie jak kapsaicyna i toksyny pająków oraz kwasy. Kanały jonowe wykrywające kwas (ASIC) również wykrywają kwasowość.

Śpiący/cichy

Chociaż każdy nocyceptor może mieć różne możliwe poziomy progowe, niektóre w ogóle nie reagują na bodźce chemiczne, termiczne lub mechaniczne, chyba że rzeczywiście doszło do urazu. Są one zwykle określane jako nocyceptory ciche lub uśpione, ponieważ ich odpowiedź pojawia się dopiero na początku zapalenia otaczającej tkanki.

Polimodalny

Wiele neuronów spełnia tylko jedną funkcję; dlatego neurony, które wykonują te funkcje w połączeniu, otrzymują klasyfikację „polimodalną”.

Ścieżka

Rosnąco

Aferentne włókna nocyceptywne (te, które wysyłają informacje do , a nie z mózgu) wędrują z powrotem do rdzenia kręgowego, gdzie tworzą synapsy w rogu grzbietowym . To włókno nocyceptywne (zlokalizowane na obwodzie) jest neuronem pierwszego rzędu. Do komórek w grzbietową klaksonu są podzielone na oddzielne warstwy fizjologicznie zwanych płytkowym. Różne typy włókien tworzą synapsy w różnych warstwach i wykorzystują glutaminian lub substancję P jako neuroprzekaźnik. Włókna Aδ tworzą synapsy w blaszce I i V, włókna C łączą się z neuronami w blaszce II, włókna Aβ łączą się z blaszką I, III i V. Po dotarciu do określonej blaszki w rdzeniu kręgowym, projekt nocyceptywny pierwszego rzędu do neuronów drugiego rzędu które przecinają linię środkową na przednim białym spodzie. Neurony drugiego rzędu przesyłają następnie informacje dwiema drogami do wzgórza : układem kręgosłupa przyśrodkowego i łokciowego oraz układem przednio - bocznym . Pierwsza jest zarezerwowana bardziej dla zwykłego odczuwania bólu, podczas gdy druga jest zarezerwowana dla odczuwania bólu. Po dotarciu do wzgórza informacja jest przetwarzana w jądrze brzusznym tylnym i przesyłana do kory mózgowej w mózgu przez włókna w tylnej kończynie torebki wewnętrznej.

Malejąco

Ponieważ istnieje ścieżka wstępująca do mózgu, która inicjuje świadome uświadomienie sobie bólu, istnieje również ścieżka zstępująca, która moduluje odczuwanie bólu. Mózg może zażądać uwolnienia określonych hormonów lub substancji chemicznych, które mogą mieć działanie przeciwbólowe, które mogą zmniejszać lub hamować odczuwanie bólu. Obszar mózgu, który stymuluje uwalnianie tych hormonów to podwzgórze . Ten efekt hamowania zstępującego można wykazać przez elektryczną stymulację szarego obszaru okołowodociągowego śródmózgowia lub jądra okołokomorowego . Obydwa z kolei przenoszą się na inne obszary zaangażowane w regulację bólu, takie jak jądro raphe magnus, które również otrzymuje podobne włókna doprowadzające z jądra siatkowatego paragigantocellularis (NPG). Z kolei jądro raphe magnus wystaje do obszaru istoty żelatynowej rogu grzbietowego i pośredniczy w odczuwaniu bodźców rdzeniowo-wzgórzowych. Odbywa się to najpierw przez jądro raphe magnus, które wysyła neurony serotoninergiczne do neuronów w rdzeniu grzbietowym, które z kolei wydzielają enkefalinę do interneuronów przenoszących odczuwanie bólu. Enkefalina działa poprzez wiązanie receptorów opioidowych, powodując hamowanie neuronu postsynaptycznego, hamując w ten sposób ból. Szary okołowodociągowy zawiera również receptory opioidowe, co wyjaśnia jeden z mechanizmów działania przeciwbólowego opioidów, takich jak morfina i diacetylomorfina .

Wrażliwość

Czułość neuronów nocyceptorowych jest modulowana przez dużą różnorodność mediatorów w przestrzeni zewnątrzkomórkowej. Uczulenie obwodowe jest formą funkcjonalnej plastyczności nocyceptora. Nocyceptor może zmienić się z prostego detektora bodźców szkodliwych na detektor bodźców nieszkodliwych. Powoduje to, że bodźce o niskiej intensywności pochodzące z regularnej aktywności inicjują bolesne odczucie. Jest to powszechnie znane jako hiperalgezja . Zapalenie jest jedną z najczęstszych przyczyn powodujących uczulenie nocyceptorów. Normalnie hiperalgezja ustępuje, gdy stan zapalny ustępuje, jednak czasami wady genetyczne i/lub powtarzające się urazy mogą skutkować allodynią : całkowicie nieszkodliwy bodziec, taki jak lekki dotyk, powoduje ogromny ból. Allodynia może być również spowodowana uszkodzeniem nocyceptora w nerwach obwodowych. Może to skutkować deaferentacją, co oznacza rozwój różnych procesów centralnych z przeżywającego nerwu doprowadzającego. W tej sytuacji ocalałe aksony korzenia grzbietowego nocyceptorów mogą wejść w kontakt z rdzeniem kręgowym, zmieniając w ten sposób normalny sygnał wejściowy.

Inne zwierzęta

Nocycepcja została udokumentowana u zwierząt innych niż ssaki, w tym ryb i szerokiej gamy bezkręgowców , w tym pijawek , nicieni , ślimaków morskich i larw muszek owocowych . Chociaż te neurony mogą mieć inne ścieżki i relacje z ośrodkowym układem nerwowym niż nocyceptory ssaków, neurony nocyceptywne u zwierząt innych niż ssaki często uruchamiają się w odpowiedzi na podobne bodźce jak u ssaków, takie jak wysoka temperatura (40 stopni C lub więcej), niskie pH , kapsaicyna i uszkodzenia tkanek.

Terminologia

Ze względu na historyczne rozumienie bólu nocyceptory nazywane są również receptorami bólu . Chociaż ból jest prawdziwy, czynniki psychologiczne mogą silnie wpływać na subiektywną intensywność.

Zobacz też

Bibliografia