Рецепторы боли
Уже много лет назад перед исследователями возник вопрос, является ли боль особым чувством, подобно чувствам прикосновения, осязания, тепла, холода? Существуют ли специфические нервные приборы, воспринимающие болевое ощущение, реагирующие только на него и ни на одно другое.
В физиологическом плане вопрос ставится так: существуют ли чувствительные окончания нервов со столь высоким порогом возбудимости, что в них возникает процесс возбуждения лишь при чрезвычайно сильных, разрушительных воздействиях? Если одни авторы допускают существование самостоятельных болевых рецепторов, другие считают, что сверхсильное раздражение нервных окончаний, воспринимающих прикосновение и давление, при определенных обстоятельствах вызывает чувство боли.
Сторонники первой теории, так называемой «теории специфичности», сформулированной в конце XIX столетия немецким ученым Максом Фреем, признают существование в коже четырех самостоятельных воспринимающих «приборов» — тепла, холода, прикосновения и боли — с четырьмя раздельными системами передачи импульсов в центральную нервную систему. Приверженцы второй теории — «теории интенсивности» — допускают, что одни и те же рецепторы, одни и те же системы отвечают в зависимости от силы раздражения как неболевым, так и болевым ощущением. Любое ощущение, утверждают они, основанное на раздражении того или иного воспринимающего прибора, может перейти в боль, если интенсивность воздействия перешагнула какой-то определенный предел. С этой точки зрения болевое ощущение отличается от других ощущений только количественно. Чувство прикосновения, давления, холода, тепла может сделаться болевым, если вызвавший его раздражитель отличается чрезмерной силой.
Еще в 1794 г. дед Чарлза Дарвина — английский врач, натуралист и поэт Эразм Дарвин — утверждал, что боль возникает при чрезвычайно сильных раздражениях рецепторов тепла, прикосновения, зрения, слуха, осязания или обоняния. Немецкий физиолог Мюллер также считал, что все раздражения — механические, химические и температурные — могут при соответствующих условиях дать ощущение боли. Теория интенсивности получила широкое распространение в связи с исследованиями немецкого клинициста Гольдшейдера (начало XX столетия), который в эксперименте на человеке показал постепенный переход чувства прикосновения в чувство боли при уколе иглой определенных точек на поверхности тела.
Переход химических и термических раздражений в болевые может каждый проверить на себе. Горчичное масло или перец при нанесении на кожу или при вдыхании в небольших концентрациях вызывают легкое раздражение или небольшое жжение. В больших концентрациях эти же вещества обладают выраженным болетворным действием.
Исследования Фрея, который пользовался набором калиброванных игл и щетинок , не подтвердили данных Гольдшейдера. Возник длительный и острый спор, не законченный, по существу, до сих пор. В него вовлечены ученые ряда стран (французы Рише, Пьерон, англичане — Гэд и Эдриан, канадец — Мельзак и многие другие). Мнения разошлись и на Всесоюзном симпозиуме по боли, состоявшемся весной 1973 г. в Ленинграде. Ведущий сотрудник Института физиологии Академии наук Грузинской ССР Н. Н. Дзидзишвили энергично поддержал теорию специфичности. В своих опытах он раздражал через тончайший стальной электрод кожу человека монополярным током разной частоты. При этом обнаруживались дифференцированные точки, при пороговом раздражении которых испытуемый ощущал слабое прикосновение, давление или резкую, непереносимую боль.
Напротив, А. В. Вальдман утверждал, что факты, полученные в последние годы, не позволяют признать боль специфической модальностью со своим исключительно обособленным рецепторным аппаратом и самостоятельными путями проведения в центральную нервную систему.
На Вашингтонском симпозиуме по боли (также весной 1973 г.) большинство участников выступало в пользу специфичности болевых рецепторов. Однако до сих пор полемика между сторонниками и противниками теорий специфичности и интенсивности не прекращается. Каждый из них приводит ряд полученных в эксперименте фактов, подтверждающих или опровергающих ту или иную точку зрения. В основном спор идет вокруг кожной чувствительности. Висцеральная боль, т.е. глубинное болевое ощущение, изучено не столь подробно и тщательно. Это обстоятельство значительно ослабляет позиции обеих сторон.
Электрофизиологические исследования, начатые в Англии Эдрианом и продолженные многими отечественными и зарубежными исследователями, показывают, что при сильных раздражениях кожи в нервных волокнах появляются характерные для ощущения боли электрические волны. Английский физиолог Игго обнаружил нервные волокна, в которых электрическая активность появляется только при сверхсильных раздражениях рецепторов, когда испытуемый ощущает боль. При механических и термических воздействиях, не сопровождающихся болью, электрические волны отсутствуют. Следовательно, существуют рецепторы, реагирующие только на особо сильные болевые воздействия.
Эти исследования были подтверждены американским физиологом Перлом в его докладе на Международном конгрессе физиологов в Вашингтоне осенью 1968 г. С помощью тонкой и изящной методики отведения электрических потенциалов от изолированных нервных волокон, каждое из которых передает в центральную нервную систему информацию от специализированных рецепторов прикосновения, тепла или холода, Перл в опытах на кошках и обезьянах показал, что некоторые волокна приходят в состояние возбуждения только при очень сильных механических раздражениях кожи . В 25% покрытых миелином волокон типа А , проводящих импульсы со скоростью 51 м/сек., электрические потенциалы регистрируются лишь при интенсивных воздействиях. На слабые раздражения рецепторов реакция отсутствует. Определенное число волокон с медленной проводимостью от 6 до 37 м/сек) отвечает только на болевое раздражение.
При исследовании тонких безмякотных волокон, передающих импульсы со скоростью 0,4—1,3 м в сек. (волокна типа С), было установлено, что большинство из них (80 из 145 исследованных) реагирует лишь на сильные механические раздражения кожного покрова человека. Обнаружено также значительное число волокон, в которых токи действия регистрируются в том случае, если кожа нагрета до 41—55° С. При более низких температурах импульсация отсутствует. При этом наиболее отчетливая электрическая активность наблюдается при очень высоких, трудно переносимых тепловых воздействиях, когда температура раздражителя выше пороговой на 5— 10°. Оказалось также, что рецепторы, расположенные в поверхностных слоях кожи (в эпидермисе), быстро адаптируются к сильному раздражителю и перестают посылать сигналы в центры, в то время как рецепторы глубоких слоев кожи в течение длительного времени продолжают передавать болевую информацию.
Таким образом, можно считать доказанным наличие рецепторов с высоким порогом раздражения, т.е. низкой возбудимостью, отвечающих на одни лишь сильные и сверхсильные стимулы и отличающихся от рецепторов с низким порогом раздражения.
Проецируя полученные данные на человека, Перл высказывает предположение, что люди начинают чувствовать боль, когда при соответствующих раздражениях залпы электрических потенциалов возникают в медленно проводящих миелиновых волокнах, а по мере того как в процесс вовлекаются рецепторы, передающие сигналы по тонким безмякотным волокнам,— боль нарастает.
Однако приведенные исследования, видимо, не во всем доказательны. Так, наш соотечественник В. М. Хаютин полагает, что можно обойтись и без теории специфичности болевых рецепторов. Записывая электрические потенциалы нервных волокон типа А-дельта и С при болевом ощущении, вызванном введением в кровь брадикинина , он пришел к выводу, что этим волокнам присуща двойная функция. В обычных условиях они проводят импульсы от тканевых рецепторов, воспринимающих физиологические раздражения, а при сильных (болевых) воздействиях сами приходят в состояние возбуждения и как бы превращаются в «рецепторы» боли. При этом в них возникают залпы электрических потенциалов, которые и являются болевым кодом. Свою точку зрения В. М. Хаютин отстаивает и в печати, и на конференциях, посвященных проблеме боли. Но все же в настоящее время большинство исследователей склонны признать боль самостоятельным видом рецепции с болевыми воспринимающими приборами, собственной системой проводников и центральных нервных образований.
Рис. 4. Болевые рецепторы и нервные волокна кожи человека (схема)
Об этом писал Л. А. Орбели, который был твердо уверен, что болевую чувствительность мы должны рассматривать как самостоятельный вид чувствительности со своими проводниками, рецепторами, центральными образованиями. Эту же точку зрения защищает автор статьи о боли в Британской энциклопедии (т. XVII, изданный в 1958 г.). Вот как формулирует он представление о боли: «Боль — специфическое чувство, осуществляемое нервными образованиями, отличными от таковых, реализующих другие чувства — прикосновения, давления, тепла, холода. Действительно, одиночное раздражение, возбуждающее какое-либо из этих чувств, может вызвать боль, но это происходит потому, что в процесс вовлекаются болевые механизмы».
Теория специфичности нашла подтверждение в неврологической и, особенно, нейрохирургической клиниках. Перерезка или блокада определенных нервных проводников нередко приводит к исчезновению чувства боли при полной сохранности чувства прикосновения, тепла и холода. Если остро отточенным карандашом или булавкой наносить на поверхность кожи быстрые удары, то наряду с точками, реагирующими на холод, тепло и прикосновение, мы обнаружим существование самостоятельных, территориально-обособленных болевых точек. Такой метод исследования, предложенный шведским физиологом Бликсом, показал, что общее число болевых точек на всей кожной поверхности достигает 2—4 млн., а на 1 см2 их можно насчитать от 100 до 200. Однако на кончике носа, на поверхности уха, на подошвах и ладонях число болевых точек снижается до 40—70 на 1 см2 . И все же болевых рецепторов значительно больше, чем рецепторов холода, тепла и прикосновения.
Большинство современных исследователей признают, что болевое чувство воспринимается свободными окончаниями нервных волокон, разветвляющихся в поверхностных слоях кожи ( рис. 4 и 5) . Предположение это было впервые высказано в начале XX столетия знаменитым английским физиологом Шеррингтоном и с тех пор никем не оспаривалось. Окончания могут иметь самую разнообразную форму: волосков, сплетений, спиралей, пластинок и т.д. Они и являются болевыми рецепторами, или ноцицепторами.
Работы английских ученых Вулларда и Уедделя показали, что кожные нервные сплетения состоят из двух слоев и из верхнего слоя к клеткам эпидермиса отходят в виде четок тонкие конечные волоконца. Ветви одного нервного волокна образуют в коже сеть площадью в 1 см2 . Сети, возникшие при ветвлении разных волокон, настолько тесно друг с другом переплетаются, что сигналы осязания и боли идут сразу по нескольким нервным путям. Подобные сплетения встречаются всюду — в коже, слизистых оболочках, во внутренних органах. Советский гистолог Е. К. Плечкова называет свободные нервные окончания «вездесущими» рецепторами.
В последние годы удалось обнаружить тонкие волоконца, связывающие свободные нервные окончания с рецепторами прикосновения, тепла и холода. Они получили название волокон Тимофеева. Наличием этих волокон можно объяснить тот факт, что усиление давления может вызвать чувство боли. Для того чтобы вызвать чувство прикосновения в осязательной точке, надо приложить давление 2—3 г на 1 мм2 . А для того чтобы в той же точке вызвать боль, необходимо давление в 200 г на 1 мм2 .
Рис. 5 Иннервация кожи человека (по Фультону)
А — диски Меркеля — рецепторы прикосновения, В — свободные нервные окончания — рецепторы боли, С — тельца Мейсснера — рецепторы прикосновения, D — нервные волокна — проводники боли, Е — колбочки Краузе — рецепторы холода, F — нервные окончания — рецепторы тепла, G — нервные окончания волосяных луковиц, H — окончания Руфини — рецепторы давления, I — симпатические волокна, иннервирующие потовые железы, J — тельца Фатер—Пачини — рецепторы давления, К — окончания Гольджи—Маццони — рецепторы давления, L — нервные стволы, содержащие толстые и тонкие волокна, М — сальные железы, N — потовые железы, О — симпатические волокна, иннервирующие кожные мышцы
Венгерский исследователь Янчо считает, что совершенно одинаковые по внешнему виду свободные нервные окончания различно реагируют на механические, термические, химические и электрические раздражители. Так, например, известно, что раздражение свободных нервных окончаний внутренних органов ведет у животных к повышению кровяного давления и возникновению так называемых ложноаффективных (но не болевых) реакций. В то же время растяжение, перекручивание, набухание внутренних органов сопровождается сильнейшей болью Свободные нервные окончания в сосудистых стенках передают болевые сигналы при расширении и сужении артерий и вен, а рецепторы кожи — при разрушительных воздействиях. Тот факт, что число свободных нервных окончаний во внутренних органах сравнительно невелико, позволяет объяснить трудность локализации висцеральных болей .
Даже очень слабое раздражение рецепторов пульпы зуба может вызвать только болевое ощущение. Даже самое легкое прикосновение ведет к возникновению острой боли. Роговица глаза отвечает болью на любое прикосновение. Кожа в области век, двуглавой мышцы руки, ключицы также содержит больше болевых точек, чем точек прикосновения. Средняя мозговая артерия, артерия основания мозга, так же как и височная, отвечают сильнейшим болевым ощущением на любое воздействие.
Наибольшее количество ноцицепторов удается обнаружить в коже и роговице. В подмышечной и паховых областях, а также в надпочечных ямках число болевых точек равно 200 на 1 см2 . На коже и на слизистых оболочках можно найти участки, не воспринимающие боли при уколе, щипке, сильном давлении. Так, например, головка мужского полового члена мало чувствительна к болевым раздражениям, хотя имеет богатейшую сеть свободных нервных окончаний. Существование лишенного боли участка на внутренней поверхности щеки известно давно. Этот участок тянется узкой полоской от второго коренного зуба к углу рта. Даже в древние времена фокусники знали о существовании этой нечувствительной зоны, прокалывая иглой щеку и удивляя зрителей.
В романе «Петр Первый» Алексей Толстой описывает, как, «стоя под ивой, Алексашка показал Петру хитрость — три раза протащил сквозь щеку иглу с черной ниткой,— и ничего не было — ни капли крови, только три грязных пятнышка на щеке. Петр глядел совиными глазами.
— Дай-ка иглу,— сказал нетерпеливо.
— А ты что же — деньги-то!
— На!
Алексашка на лету подхватил брошенный рубль. Петр, взяв у него иглу, начал протаскивать ее сквозь щеку. Протянул, протащил и засмеялся, закидывая кудрявую голову:
— Не хуже тебя, не хуже тебя!— Забыв о мальчиках, побежал к дворцу, должно быть, учить бояр протаскивать иголки».
Известно, что можно бритвой срезать поверхностный, так называемый эпидермальный слой кожи, ощущая при этом только прикосновение, но не испытывая сколько-нибудь выраженной боли. Однако при исследовании под микроскопом в срезанном слое кожи легко обнаружить нервные волоконца, которые принято считать болевыми рецепторами. Но зато второй, основной, соединительнотканный слой кожи отвечает на каждый укол выраженным болевым ощущением. Из этого был сделан вывод, что нервные сплетения эпидермиса являются рецепторами прикосновения, а глубже лежащие нервные окончания воспринимают боль. Однако в дальнейшем удалось показать, что эпидермис также чувствителен к боли и заложенные в нем нервные окончания отвечают на болевое раздражение.
По современным представлениям, в эпидермисе разветвляются четковидные волокна, воспринимающие болевые раздражения и передающие их мгновенно, по самому быстрому маршруту , в центральную нервную систему. Под ними располагаются рецепторы прикосновения (тельца Меркеля), глубже — болевые сплетения, связанные с кровеносными сосудами. Здесь возникает болевое раздражение медленного , растянутого характера. Еще глубже лежат рецепторы давления (тельца Пачини), тепла (окончания Руфини), холода (колбы Краузе). Как правило, они тесно связаны со свободными болевыми нервными окончаниями. В связи с этим возникла гипотеза о существовании двух видов боли — поверхностной и глубокой. Если прикоснуться острой иглой к коже под ногтем, мы сразу почувствуем кратковременную, быстро прекращающуюся, почти молниеносную боль. Через одну-две секунды возникает другая боль, более интенсивная и длительная по сравнению с первой. «Первая» боль передается в нервные центры по более толстым волокнам типа А –дельта и А –ипсилон, «вторая» — по более тонким типа С .
Сторонники теории «двойной боли» считают, что первая, быстрая боль необходима организму для ориентировки в окружающей обстановке. Это сигнал угрозы, опасности, предупреждения. Вторая, устойчивая боль позволяет центральной нервной системе разобраться в происхождении разрушительного воздействия и принять меры к его устранению.
В 1956 г. английский ученый Джонс опубликовал статью, в которой решительно отверг гипотезу «двойной боли». Характерно само название его статьи: «Факт или артефакт?». Эдриан в 1959 г. также крайне осторожно отозвался о возможности существования «двойной боли». В то же время на Международном конгрессе физиологов в Токио (1965 г.) канадский ученый Мельзак защищал эту теорию. Вопрос о существовании двух видов болевой сигнализации нельзя считать окончательно решенным.
Далеко еще не доказано, что свободные нервные окончания воспринимают только сверхсильные раздражения. Некоторые авторы склонны считать, что они воспринимают как боль, так и прикосновение.
В обычных условиях человеческий организм оценивает раздражение, не дифференцируя его на составные части. При изменении силы воздействия мы теряем способность отделить чувство прикосновения от чувства давления, а чувство давления от боли. Наши ощущения носят единый, целостный характер, и каждая попытка разбить комплексное восприятие на изолированные и самостоятельные звенья в подавляющем числе случаев обречена на неудачу.
«Раздражения, действующие на нас извне,— пишет Л. А. Орбели note 3 ,— обычно захватывают несколько видов рецепторных приборов, и мы всегда имеем дело не с изолированными, чистыми ощущениями, а с определенными комплексами их, которые в результате дают каждый раз качественно особое комплексное ощущение. В зависимости от того, в какой области тела раздражаются рецепторы болевой чувствительности, они оказываются вовлеченными в деятельность совместно с тем или иным количеством побочных, рядом находящихся аппаратов… Это придает болевым ощущениям каждый раз качественно и количественно несколько различное болевое выражение».
В своей монографии «Кора головного мозга и внутренние органы» К. М. Быков отвергает «мозаичную» теорию кожных рецепторов. Изучая субъективные восприятия, физиологи установили, говорит он, что «кожа человека представляет собой мозаику четырех видов рецепторов — «точек» — холодовых, тепловых, давления и боли. Став на эту чисто механическую точку зрения, ряд исследователей пошел еще дальше, выделив особые точки зуда, щекотки и т.д. … В нормальных условиях человек воспринимает кожные раздражения целостно, подобно тому как он зрительными и слуховыми рецепторами воспринимает зрительные и слуховые образы. Эти кожные ощущения качественно всегда окрашиваются общим состоянием организма, деятельностью других рецепторов и органов. Методика субъективного точечного исследования кожной реакции, положившая в основу крайнюю расчлененность целостных систем на самостоятельные, будто бы мельчайшие элементы, естественно, наталкивается на ряд противоречий, из которых она не в состоянии выйти» note 4 .
Доказано ли существование специфических болевых рецепторов, т.е. нервных окончаний с низким порогом возбудимости, воспринимающих только сверхсильные раздражения? Можно ли безоговорочно принять теорию Макса Фрея о специфичности болевой чувствительности или следует согласиться с Гольдшейдером и признать, что любой рецептор, будь то механо-, прессо-, баро-, термо– или химиорецептор, при некоторых обстоятельствах посылает в центральную нервную систему импульсы, которые воспринимаются как болевые?
Вероятнее всего, что истина находится где-то посередине. В споре правы обе стороны. Безусловно, существует самостоятельная болевая сигнализация, но и неспецифическая, «общая» система чувств мобилизуется при возникновении опасности для передачи в спинной и головной мозг болевой информации. Природа никогда не ограничивается одной линией обороны, особенно в тех случаях, когда опасность угрожает самому существованию организма.
Любое ощущение воспринимается комплексно, но изучать его мы не только можем, но и должны аналитически, раскладывая на простейшие множители. Чувство боли отличается необычайной сложностью. Прежде, чем переходить к обобщениям, попробуем разобраться в отдельных его составных частях.
