疼痛的神经生理

疼痛是人体的主观感觉，它像人体的其他感觉如温度、触觉等一样，是由人体的神经系统完成的，也是由感受器—传导神经—中枢神经系统这一完整的神经反射共同完成的生理防御机制。

疼痛形成的机制通常被认为由下列步骤完成的。

1．接触刺激　刺激可以是机械的（压力、冲击或剪切伤等）或化学的如烫伤、灼伤等。

2．感受　神经末梢感受到刺激。

3．传输　神经将信号发送至中枢神经系统。信息的传输过程通常需要中枢神经系统的许多神经元参与。

4．疼痛中枢接受信息　大脑接受信息，以便进一步处理和行动，痛觉使用的神经通路与一般的知觉（如对接触、压感或温度的知觉）不同。对于不引起疼痛的刺激，最先激活的神经元群组是普通神经感受器，而当刺激引发疼痛时，痛觉感受器最先激活。

目前对于疼痛的产生机制尚不十分明确，多数专家和学者对于以下理论给予认可。

一、感受疼痛信号

人体感受各种信号是由不同性能的感受器所接纳而传入的。由于感受器特异敏感性的差异，人体内各种不同的感受接受器也是有明确的分工的。如机械感受器、化学感受器、温度感受器及伤害感受器等。根据感受器的形态结构特点又将其分为裸露神经末梢（痛、触觉感受器）、Krause小体（冷感受器）、Ruffini终端（热感受器）、Meissner小体（触觉感受器）、Merkel盘（精觉触觉）、毛囊神经末端（毛囊触觉）、特殊感受器（视、听、嗅、味）；依其分布的部位可分为表层、深层和内脏感受器。

感受痛觉的神经元跟普通感觉神经元一样，位于外周感觉神经中。它们的细胞体处在脊柱内通向外周神经的背根神经节中。痛觉感受器不是从特定的末梢，而是从任意神经末梢中感受疼痛的，比如感受触觉或者压觉的末梢中。然而，普通的感觉神经元已经髓鞘化（被髓磷脂包裹）并且可以快速传输，而痛觉神经元却只是轻度髓鞘化，甚至根本没有髓鞘化，传输速度也较慢。我们可以将痛觉感受器分为三类。

1．Aδ机械感受器　对机械刺激（压力、接触）产生反应，轻度髓鞘化、快速传输的神经元。

2．Aδ机械、热感受器　对机械刺激（压力、接触）和热产生反应，轻度髓鞘化、快速传输的神经元。

3．多元痛觉感受器（C纤维）　对各种刺激产生反应，未髓鞘化，慢传导的神经元。

这些感受器主要感受伤害性刺激，不论是机械的、物理的或化学的刺激，只要达到伤害性强度，均可导致局部组织破坏，释放H＋、K＋、组胺、缓激肽、5－羟色胺（5－HT）、P物质等内源性致痛因子引起痛觉。但是也发现游离神经末梢对冷、温、触觉同样敏感。也就是说游离神经末梢对疼痛的特异性感受并不是绝对化。

二、疼痛信号的传输

当人体受到伤害性刺激时，首先由痛觉感受器所接纳，然后在神经系统发生一系列的电学和化学的变化，产生电信号，这些电信号，经脊髓上传至脑干及丘脑，经过调节最后传至大脑皮质，在相应的区域产生痛觉。

如划伤手的信号通过背根神经传入脊髓，在那里，它们通过背角（脊髓内蝴蝶形灰质的背侧一半）的神经元突触换元。激活了它们进入的那一节脊髓的神经元，也激活了与此相邻的几节脊髓的神经元。这些多重连接的神经元与身体各个部位有联系——这就解释了为什么有时会难以确定特定区域的疼痛的位置，尤其是身体内部的疼痛。

第二级神经元通过脊柱中白质的某一区域将信号上传，该区域被称为脊髓丘脑束。这个区域就像是条高速公路，所有来自下部脊髓的信息可以快速通过。信号从脊髓丘脑束中通过延髓（脑干）进而传递到丘脑神经元——大脑的传输中心。一些神经元也传递到了延髓的网状结构，这个结构可以控制身体行为。丘脑神经元于是将信号传递至大脑皮质感觉区的大部分区域（大脑中并没有单一的疼痛中枢）。

三、疼痛的神经通路

疼痛的信息传达到了大脑，目前我们还不是十分清楚大脑是如何处理它们的。很明显，一些信号传输至运动皮质，另一些自脊髓向下传递到运动神经元。这些信号会使肌肉收缩，反射性的指示局部组织离开正在产生疼痛的地方。然而，某些研究结果让科学家们认为，大脑也可以影响疼痛知觉。

从受创部位传来的疼痛最终消失，或者减缓到较低强度。如果您有意识地转移注意力，不去想疼痛，那么疼痛也将不那么明显。实验证明，服用安慰剂而非真正的镇痛药的病人，经常也会报告说疼痛消失或者减轻。这表明大脑影响疼痛的神经通路肯定存在。

这一向下的通路始于皮质感觉区（从此传至丘脑）与下丘脑。丘脑神经元下行至中脑。在那里，它们激活位于延髓和脊髓的下行神经通路，并且抑制上行的神经信号。这就引起了疼痛的缓解（失痛症）。有时是因为能够缓解疼痛的麻醉神经递质，如内啡肽、强啡肽和脑啡肽等。

疼痛信号又可以激活自主神经系统通路，并且穿过延髓，引起心率和血压上升、呼吸加快、出汗等。这些反应的强度取决于疼痛的强度，而这些反应也可以被大脑皮质所抑制。

上行神经通路除了经过脊髓和延髓，也能够被神经系统的某些物质所激活，如外周神经、脊髓或者大脑自身受损。而且，一定强度的损伤可能限制大脑下行通路的反应。

下行通路的影响也可以从心因性疼痛（没有器质性损伤却有疼痛知觉）上看出来。思想、情绪和神经“线路”也会影响上行和下行疼痛通路。因此，生理的和心理的众多因素都会影响疼痛知觉，如①年龄：大脑功能随年龄增长而不断衰退，因此老年人的疼痛阈限更低，疼痛问题也就更多。②性别：研究显示女性比男性对于疼痛更为敏感。这可能是因为与性别相关的基因特征和激素变化会触发疼痛知觉系统。③心理因素可能也有作用：男性通常不愿随便表露出疼痛感。④疲劳：当我们的身体因为缺乏睡眠而倍感压力时，疼痛感通常会更加强烈。⑤记忆：我们过去体验疼痛的经历会影响神经的反应（记忆来自边缘系统）。

四、疼痛的闸门控制理论

为了解释为什么思想和情绪能够影响疼痛知觉，Ronald Melzack和Patrick Wall提出了一个理论。他们认为在脊髓背角可能存在闸门机制。小型神经纤维（疼痛感受器）与大型神经纤维（普通感受器）激活发射细胞（projection cells，P细胞），发射细胞通过脊髓丘脑束到达大脑，也到达背角中的抑制中间神经元（inhibitory interneurons，I）。这些连接交互影响，决定何时疼痛刺激能到达大脑。

当没有刺激输入时，抑制神经元阻挡发射神经元将信号发往大脑（闸门关闭）。一般的感觉输入发生时，有更多大型神经纤维激活（或者仅有大型神经纤维激活）。抑制神经元和发射神经元都会激活，但抑制神经元会阻挡发射神经元将信号发往大脑（闸门关闭）。当更多的小型神经纤维激活，或者只有小神经纤维激活时，痛觉感受器激活。这会使抑制神经元停止活动，而发射神经元将把信息发往大脑而产生疼痛（闸门敞开）。从大脑出发的下行通路，通过激活抑制发射神经元关闭闸门，从而减缓疼痛知觉。

这个理论没有告诉我们关于疼痛知觉的确切细节，但它很好地解释了一些现象。当手指被砸到时，如果摩擦或者摇晃你的手，就在激活一般的感觉输入。这会关闭闸门并且减缓痛感。先天性失痛症是一种罕见的基因缺陷，它使患病者无法感知疼痛。您也许觉得这听起来不错，但它实际上是一种威胁生命的疾病。疼痛是针对伤害的警告系统，因此无法感知它的人更可能受到严重伤害，却不能像普通人一样迅速做出反应。例如，Ronald Melzack和Patrick Wall就讲过，一个患有先天性失痛症的女孩爬上滚烫的电热器时，因为没有感到疼痛，结果膝盖被三级烧伤。研究者试图在转基因老鼠身上重现这一情况，从而研究基因对于疼痛知觉的影响。