脑组织与疼痛：神经科学的突破

作者简介

原著者简介：Richard Ambron，哥伦比亚大学Vagelos内科和外科学院病理学、解剖学和细胞生物学名誉教授；主译简介：黄宇光，北京协和医院麻醉学教授，主任医师，中国医师协会麻醉学医师分会会长，中华医学会麻醉学分会副主任委员，北京医学会麻醉专业委员会副主任委员，中华医学会理事及北京医学会理事，世界疼痛临床医师学会理事。马超，中国医学科学院基础医学研究所人体解剖与组织胚胎学系主任、教授，国家发育和功能人脑组织资源库主任。

内容简介

第 1 章　疼痛 ：神经系统的一种特性 于　宁　译　尹湘莎　校 一、疼痛的有益性、必要性和适应性 在我们开始详细讨论神经系统之前，有几个概念值得一提。痛觉是一种复杂的感觉，与视觉、听觉、嗅觉和触觉这些我们无时无刻不在体验的感觉不同。疼痛在正常情况下并不存在，只有当来自损伤或炎症部位的信息上传至大脑的处理中心时才会出现，且通常持续时间较短。疼痛这一信息经广泛的神经网络而传递，但其并不存在于受损部位，以及该神经网络的任一部分，而是只有当疼痛信息激活大脑中的回路时，疼痛才会被我们感知到。这是一个需要掌握的重要概念，我们可以借助开灯这一过程来更好地理解它 ：拉动开关（受伤），产生电流（信号），通过电线（神经），最终点亮灯泡（大脑）。虽然疼痛给人们带来了痛苦的感受，但它对于生命是必不可少的。疼痛的存在可以提示我们身体的某些部位已经受损，并驱使我们去保护受损部位，直至伤口愈合。同时，疼痛也是一位厉害的老师。在童年时期，我们对环境的很多了解都是通过疼痛建立的，尤其是对那些可能会伤害我们的东西，如火炉或刀刃。因为受伤会让人感受到疼痛和痛苦，所以我们学会避免那些可能会让自己受伤的情况。因此，无法感知疼痛的人通常也无法存活。 现在，假设你的手被割伤了一个小口，你的第一反应一定是迅速缩回受伤的手，以免受到更多的伤害，然后你会感到一阵刺痛，但这种感受实际上是在你把手抽离几毫秒之后才发生的。这种延迟是讲得通的，因为相比于从受伤部位发出信号到达大脑并被解读所需的时间，动作的响应可以明显快得多。急性的疼痛使我们意识到受伤，且疼痛的程度与受伤的严重程度相称。如果伤势较轻，急性疼痛会迅速减轻，但如果伤势较重，则会转变为持续性疼痛，使我们意识到受伤，所以我们会继续保护受伤的部位。一旦伤口愈合，持续的疼痛就会消失。因此，人们对疼痛的反应也不是固定的，而是具有适应性的——疼痛的强度和持续时间都随着损伤的严重程度而变化。以我们的经验而谈：损伤越严重、越剧烈，疼痛持续的时间也就越长。适应性是疼痛通路的固有属性，受该通路某些特定活动支配。换句话说，传至大脑的通路是恒定的，但是通过该通路传达的信息是可塑的，可以随环境而改变。然而，慢性疼痛既没有提示保护机体的目的，也不具有适应性，属于一种病理状态，我们可以将其视为一种异常延长的持续性疼痛。从这个角度来看，正常的疼痛和病理性的疼痛都是由神经系统疼痛通路特定的活动支配的，然而在慢性疼痛的情况下，该神经通路中的一个或多个关键环节出现了一些偏差。因此，慢性疼痛的治疗原则就是识别这些关键的环节，并针对其开发药物以缓解疼痛。这种方法看起来是很合理的，但正如我们目前所看到的，它确是非常难以实现的。 除了上述这些关键的过程，疼痛的反应还要更加复杂。由于疼痛的强度是十分主观的，且可以被疼痛时所经历的环境所影响，因此，一个非常疼的伤口在你有生命危险时可能就显得轻微得多。这好比说，你在树林里行走时不慎扭伤了脚踝，你坐在一根木头上，痛苦万分，但如果这时有一只熊突然出现，你会马上起身逃跑，就好像你不曾感到疼痛一样。事实上，在野外遇到熊一定不要奔跑，但重点是这种经历被称为应激性痛觉缺失，也就是说，在死亡的威胁面前，一方面，人们可以忽略掉正常情况下令人无法承受的疼痛 ；另一方面，沉湎于疼痛带来的痛苦只会让你感到更糟糕。此外，预期会产生焦虑，焦虑则会增加疼痛，这就好比护士拿着针筒准备过来给你打针一样。应激性痛觉缺失和焦虑所引起的疼痛加剧并不属于疼痛传导通路本身的特性，而是通过大脑中某些其他回路影响了疼痛通路。时至今日，我们关于这些回路的了解依然不多，但是近些年，神经科学领域的进展极大地扩展了我们对于这些回路功能的理解，以及其在疼痛管理中的重要性。 二、感觉和自我的概念 我们还需要对大脑和感觉信息加工之间的关系有一个整体的了解。当我们谈到“自我”这一概念时，我们通常会想到我们的身体，一个由心脏、肺、大脑、消化器官等组成的有形实体。然而，从其他角度来看，自我的概念实际上是意识的一种表现形式，是从大脑回路中产生的独特产物 [1]。认识到这种二重性很重要，因为大脑位于颅骨腔内，感知外界的唯一办法就是通过与之相连接的神经，这些神经接收来源于皮肤、眼睛、耳朵、鼻子和舌头的信号，也就是我们所说的感觉，痛觉当然也是其中一种。但请记住这种感知也来自大脑中的某些回路，这意味着感觉和意识的联系是密不可分的。所有这些感觉的整合使我们意识到我们周围的环境，并通过与之相连的运动系统操纵着我们周边的环境。 此外，我们需要认识到，对于大脑而言，实际上存在着两个外部世界。其一是我们周围的世界 ；其二是我们的器官所在的内部世界。正如感知皮肤损伤对机体是很重要的，让大脑意识到心脏和其他器官的功能所受到的威胁也同样重要，因为它们供应着大脑活动所需的营养和氧气。疼痛是机体对于输尿管结石或炎症等脏器病变的主要反应，此外通常还有腹胀的症状。因此，疼痛可以通知大脑来自外部和内部世界的威胁。 基于这些特点，我们将逐步来理解我们是如何体验疼痛的。首先，我们将讨论神经元、神经网络的形成，以及如何通过其实现快速和长距离的信息交流，以此建立一个初步的理解。然后我们将继续学习人类神经系统以及传递疼痛信号的神经通路。我们会通过一些日常生活的例子来将这部分内容与现实联系起来。然后 , 我们将重点关注疼痛通路中特有的分子对痛觉感知和疼痛持续时间的影响，尤其是那些最有希望开发镇痛药物的分子靶标。接下来，我们将描述大脑中复杂的网络是如何调节疼痛的，这对认识慢性疼痛的非药物性治疗有重要意义。 三、神经元，原始的神经网络，反射 一个物种的存活取决于它应对环境中威胁的能力，正如一个单细胞生物遇到外界刺激后也会躲避。随着物种的进化，多细胞生物应对威胁的能力也变得更加复杂。以一种淡水水螅为例，它具有一个形似圆柱体的体腔，其一端为盲端，另一端开口于口（图 1-1A）。口周围附有触须，便于捕食。其消化腔与口相通，表面为一层外胚层细胞，其下排列着内胚层细胞（图1-1A）。 值得注意的是，水螅所有的细胞均与外界相通，人类亦是如此，尽管这种形式更加复杂。对于多细胞生物来说，外胚层与内胚层之间还排列着肌肉细胞，使身体运动协调一致，因此内外层细胞须同时对外界刺激做出相应的反应，于是出现了一种被称为神经元（或神经细胞）的特殊细胞，这种细胞不同于典型的圆形或矩形细胞，它有两个突起，从胞体延伸出来，可以投射很远的距离（图 1-1B）[2]。被称为树突的短突起延伸至体表，其末端的细胞膜上分布了许多受体，可以对环境中的外界信号作出响应。轴突这一较长的突起则主要位于体内，终止于其他神经元、肌肉细胞，或形成信号网络 [3]。这个网络是动态变化的，因为树突与轴突是由电刺激兴奋的，可以快速传导电信号，即动作电位，就像导线上流过电流一样。当受体被激活，动作电位就会产生，并沿着神经网络迅速传至肌肉细胞，使它们收缩。这导致了触手和身体一并反射性回缩，大大减少了水螅暴露在环境中的体型。同样，位于消化腔表面的神经元也可以对进入消化腔或被触须捕获的物质做出反应。因此，在这个简单的生物体中，我们看到了神经元是如何形成简单的神经网络，允许信息从机体的内表面及外表面快速传导至体内具有反应性的细胞（图 1-1C）。因此，神经元的出现是生物进化中最重要的事件之一。在高等动物和人类中，神经元同样介导了许多反射活动，但也完成了更多加精细的活动（如传递信息），使我们能够执行复杂的任务，以及通过痛觉告知我们，身体受到了有害的损伤。 本书对脑神经疼痛诊疗策略及相关研究有很强的指导作用