Центральные механизмы антиноцицепции

Желатинозное образование играет роль модулирующей системы на уровне первого синапса афферентных систем спинного мозга. Нейрофизиологическими механизмами такой регуляции являются изменения исходной поляризации первично сенсорных афферентных терминалей (пресинаптическое торможение или облегчение) и непосредственные сдвиги возбудимости самих нейронов (постсинаптическое облегчение или торможение).
В зависимости от спектра волокон, активированных при раздражении рецептивного поля, афферентный импульс может как снижать эффективность афферентного входа, так и способствовать его "раскрытию" за счет подавления механизмов, ограничивающих афферентный вход. Опорное значение сигналов, определяющих установочную точку в этой системе регулирования афферентного входа, обусловлено калибром афферентных волокон, общей массой их вовлечения и степенью взаимодействия афферентацни, поступающей gо проводникам разного калибра. Рис. 2. Схема системы контроля афферентного входа.

Рис.2 Схема системы контроля афферентного входа

Гипотетическая схема, отражающая организацию гомеостатических механизмов контроля афферентного входа, была предложена Р.Мерцлаком и П.Воллом.
Суть этой гипотезы иллюстрирует рис. 6. Афферентация, поступающая по более толстым (1) и тонким (2) волокнам, оказывает на нейроны промежуточной зоны заднего рога (IV - VI слои, условно Т-клетки) однотипное возбуждающее синаптическое воздействие. Но за счет коллатералей толстых волокон происходит активация нейронов желатинозного образования (SG). Последние вызывают деполяризацию первичных афферентных проводников и тем самым ограничивают дальнейший поток по этим волокнам (пресинаптическое торможение; обозначено знаком минус). В результате этого сразу же включается система действия, и сигнал несет свою информацию в вышележащие уровни интеграции (условно - центральный контроль).
Если внешнее воздействие достигает такого уровня, что захватывает высокопороговую, ноцицептивную систему афферентации, то сигналы, поступающие по тонким волокнам, оказывают на нейроны желатинозного образования тормозное воздействие. Это уменьшает деполяризацию первичных терминалей толстых афферентных волокон, что влечет за собой возрастание синаптического воздействия на Т-нейроны и способствует включению "системы действия". Последняя охватывает как сегментарные, так и надсегментарные (стволовые, диэнцефалические, лимбические) уровни центральной нервной системы и организует ответную защитную реакцию, которая предотвращает дальнейшую ноцицепцию и нарушение гомеостаза организма. Основные постулаты теории базируются на конкретных нейрофизиологических фактах.
Ноцицептивное раздражение кожи вызывает угнетение импульсной активности нейронов желатинозного образования и одновременно увеличивает разряды нейронов V-VI слоев (Вальдман А. В., Игнатов Ю. Д., 1976). Если же ноцицептивное воздействие наносилось на фоне предварительной ритмической стимуляции низкопороговых афферентных проводников, то ответная реакция нейронов значительно ослаблялась, что свидетельствует о тормозном действии низкопороговых входов на синаптическую эффективность импульсации, поступающей по высокопороговым (ноцицептивным) волокнам. Нейроны IV-VI слоев являются основными релейными нейронами на сегментарном уровне и активируются афферентными входами разной модальности. С ними связано формирование импульсации, которая восходит по дорсо- и вентролатеральным трактам спинного мозга до супраспинальных структур, где формируется болевое ощущение и интегрируются защитные реакции на ноцицептивное воздействие.
Таким образом, в плане гомеостаза нейрональные механизмы афферентного входа организованы как система, обеспечивающая резкое облегчение активации системы действия (защитные рефлексы, избегание), если поток афферентной импульсации, распространяющейся по тонким афферентным волокнам, достигает критического уровня.

3.2 Формирование болевого синдрома

Сам факт существования патологических синдромов типа каузалгии и фантомных болей свидетельствует о том, что при определенных условиях гомеостатические механизмы ноцицептивной регуляции нарушаются. Механизм формирования этих синдромов еще не расшифрован, однако некоторые нейрофизиологические закономерности могут быть обозначены.
Активация высокопороговых (ноцицептивных) афферентных волокон вызывает резкое увеличение выходного сигнала в первых релейных нейронах сегментарного уровня. Такое "раскрытие" афферентного входа способствует длительной нейрональной активации как на сегментарном, так и на супрасегментарном уровне. Даже короткое раздражение (10-20 с) ноцицептивной системы сопровождается длительным (до 10-30 мин) состоянием активности в сенсорных системах сетевидного образования и зрительного бугра. На нейронах промежуточной зоны спинного мозга (IV-V-VI слои), получающих афферентацию как от А-, так и от С-волокон, при повторной активации ноцицептивных волокон происходит прогрессивное увеличение интенсивности и длительности С-разряда. Этот феномен "взвинчивания" сопровождается снижением величины тормозных постсинаптических потенциалов и появлением длительной деполяризации мембраны нейронов. То и другое способствует более выраженной импульсной активности сегментарных вставочных нейронов.
Таким образом, повторная активация ноцицептивного афферентного входа приводит к нарушению баланса тормозных и активирующих механизмов, что влечет за собой изменение регулирования афферентного притока. Этот механизм, имеющий важное биологическое значение для быстрейшего запуска защитной реакции устранения - избегания, при повторении ноцицептивного воздействия становится источником развития патологического болевого синдрома.
Еще Н. Е. Введенский (1912) обнаружил, что длительная тетанизация какого-либо афферентного нерва приводит к резкому повышению возбудимости спинного мозга с нарушением сопряженных отношений между мышцами-антагонистами. Автор сравнивал это состояние с отравлением стрихнином и вследствие известного сходства наблюдаемой реакции с рядом соматических симптомов истерии обозначил его как "истериозис". Впоследствии этот феномен был получен и у теплокровных животных при стимуляции как соматических, так и висцеральных нервов. Последовательное раздражение разных афферентных нервов даже ускоряет развитие "истериозиса", что свидетельствует не о локальном, а об общем, генерализованном нарушении.
Г. Н. Крыжановский разработал модель болевого синдрома спинального происхождения. Для этого в область задних рогов люмбосакральных сегментов спинного мозга вводят столбнячный токсин. Через несколько часов у животных развиваются общее возбуждение, повышенная реактивность, агрессивность. На стороне введения токсина резко нарастает чувствительность. Даже легкое тактильное раздражение вызывает сильную болевую реакцию. Затем болевые приступы возникают без какого-либо провоцирующего воздействия с периферии, их не устраняет даже деаферентация. В основе такого болевого синдрома лежит нарушение тормозных механизмов, которые регулируют интенсивность сенсорного потока. Это косвенно доказывается тем, что аппликация на поврежденные сегменты глицина (тормозной медиатор сегментарных нейрофизиологических процессов) устраняет болевой синдром. Автор подходит к изучению центральных болевых синдромов в плане высказанной им общей концепции о роли гиперактивных детерминантных структур в патологии нервной системы.
Такие гиперактивные детерминантные структуры возникают вследствие формирования в популяциях их нейронов генераторов патологически усиленного возбуждения.
Условием их возникновения является нарушение тормозного контроля. Будучи запущенным, этот генератор уже не нуждается в подкрепляющей импульсации.
Первичное глубокое нарушение тормозных процессов влечет за собой дезинтеграцию всей биологической системы. Нарушается всякая коррекция деятельности системы по ее результату.
Концепция Г. Н. Крыжановского гораздо глубже характеризует механизмы развития центральных болевых феноменов, чем постулированные Р.Мезлоцким представления о развитии фантомных болей вследствие уменьшения афферентного притока. Такая модель, хотя и не противоречит многим нейрофизиологическим фактам, все же является умозрительной и упрощенной. Действительно, далеко не всякое ограничение афферентации приводит к фантомным болям; в этой модели не вскрыты механизмы развития патологической цепи и причины недостаточности адаптационных механизмов, не отражена динамика развития патологического процесса и его стадийность, не учтена роль активации симпатической нервной системы в развитии болевого синдрома.
По представлениям Л. А. Орбели, каждой афферентной системе присущи две тенденции: к постепенному ослаблению эффекта вследствие адаптации рецепторов или центров и к суммированию, аккумулированию возбуждений, к созданию устойчивых очагов возбуждения в центральном звене. Если длительное раздражение вовлекает не только соматические (адаптационные - по Л. А. Орбели) волокна, но приводит к изменению функциональных свойств периферических рецепторов, эффекторов и нервах центров, то создаются условия для развития таких патологических процессов, как каузалгия, рефлекторные контрактуры, гиперэстетические зоны и пр. Вопрос о том, каков механизм нарушения этих адаптационных влияний, требует дальнейшего экспериментального развития.
Огромный, но малоутешительный опыт нейрохирургии свидетельствует, что посредством перерыва афферентного проведения на любом уровне восходящих сенсорных путей или деструкции тех или иных центральных структур, связанных с интеграцией боли, нельзя добиться положительных результатов. Раз возникнув, болевой патологический синдром не обусловлен афферентным притоком из зоны ирритации, а имеет гораздо более сложные механизмы.
На двух конкретных примерах участия нервных механизмов в гомеостатическом регулировании мы старались показать, насколько дифференцированна и всеобща нервная регуляция гомеостаза и адаптации организма. Формально можно выделить два основных типа гомеостатического регулирования самых разных физиологических процессов и функций, которые опосредованы нервной системой.
Множество механизмов регулирования организовано по аналогии с "регулированием по отклонению на основе обратных связей". Такие гомеостатические контуры представлены разными типами рефлекторных процессов, имеющих более или менее специализированные рецепторные зоны либо вне мозговых структур, либо в некоторых зонах самой нервной системы. Колебания параметров регулируемых "гомеостатических констант" являются фактором, запускающим соответствующие нервные или нейроэндокринные процессы, направленные на стабилизацию этих констант. В известных пределах каждый из этих гомеостатических "саморегулирующихся" механизмов автономен. Центральные звенья подобных рефлекторных процессов замыкаются и на сегментарном и на супрасегментарном уровне, но главным образом - в стволовых отделах мозга.
Основной смысл принципа обратной связи как закона взаимодействия элементов системы (организма) с его внутренней или внешней средой обусловлен тем, что эффект зависит и от результата своей собственной деятельности. Это диалектическое единство между функциональными проявлениями живых существ и их внутренним состоянием и является "гомеостазом" в широком понимании этого термина.
Понятию "гомеостаз" подчас придают слишком стабильный, фиксированный характер. По этой причине был предложен термин "гомеокинез", который должен был подчеркнуть, что организм стремится не к абсолютной стабилизации функций, а к удержанию их в определенных пределах, при непрерывном колебательном изменении констант. Однако только так современная физиология и понимает существо гомеостатического регулирования, поэтому вряд ли целесообразно использование нового термина.
Второй тип гомеостатического регулирования, опосредованного центральной нервной системой, может быть уподоблен регулированию по "возмущению". В этом случае сигнал на "регулятор" подается с опережением по сравнению с поступлением сигнала к управляющей системе. Тем самым регулятор имеет возможность вводить коррекцию и заблаговременно компенсировать "возмущение".
Такой тип гомеостатического регулирования для сложноорганизованных живых систем с развитой центральной нервной системой имеет особенно большое значение. На примерах регулирования функций сердечно-сосудистой и ноцицептивной систем были показаны конкретные физиологические проявления этих механизмов. В этом аспекте можно расценивать смысл дублирования афферентных каналов (быстро и медленно проводящих афферентные системы) мощных систем нисходящего контроля "афферентного входа".
Центральная модуляция афферентных входов на разных уровнях переключения афферентного притока является одним из универсальных механизмов физиологического регулирования гомеостатических реакций. Это проявление иерархического контроля высших интегративных уровней мозга. Тем самым осуществляются адаптивные реакции, т. е. приспособительное изменение констант физиологического регулирования соответственно изменившимся условиям внешней или внутренней среды и в сопряжении с формой деятельности целого организма. Иначе говоря, происходит перестройка или перерегулирование гомеостаза зонального (системного) в угоду гомеостазу организменного или даже видового уровня.
Организация живых систем зиждется на принципе эволюционно выработанной органической целесообразности, поэтому в биологическом понимании гомеостаз - это процесс, создающий устойчивое состояние целостного организма. При этом подвергаются подчас значительному трансформированию стабилизирующие механизмы соподчиненных уровней, что и служит проявлением биологической адаптации высшего организменного уровня регулирования. Такое понимание входит в противоречие с представлением У. Р. Эшби (1964), что форма поведения системы адаптивна, если она удерживает существенные переменные в физиологических пределах. Напротив, в целостном организме при его деятельности многие параметры постоянно сдвигаются от каких-то стационарных пределов. Особую остроту приобретает критика ортодоксального гомеостаза и машинной теории организма, когда рассматривается поведение высокоорганизованных животных и человека. Организм вовсе не стремится освободиться от стимулов среды, перейти в состояние равновесия (что и являлось бы идеалом гомеостаза), а напротив, постоянно и активно с этой средой взаимодействует.
Гомеостаз организма определяется не столько совокупностью простых стабилизирующих функциональных систем, сколько деятельностью сложных гомеостатических функциональных систем, способных к афферентному синтезу и оценке полученных результатов действия, т. е. самообучающихся систем с аппаратами поиска и прогнозирования. Именно в этом решающая роль принадлежит нервной системе, которую в целом можно представить как "моделирующее устройство". Функция создания изоморфных моделей внешних условий и внутренних состояний организма приурочена к наиболее сложно организованным отделам мозга. Особенно это относится к коре больших полушарий - органу, получившему такое исключительно большое значение в эволюции организма именно потому, что его функция в какой-то степени стала независима от непосредственных местных потребностей организма. Как подчеркивает В. Н. Черниговский (1969), вопрос об участии коры больших полушарий в регуляции деятельности внутренних, висцеральных систем организма не всегда понимается верно. Головной мозг, действительно, может управлять любыми процессами в организме (а значит, и регулировать их), но происходит это не постоянно, а только при определенных условиях, когда возникает физиологическая необходимость.
Высшие отделы мозга обеспечивают процессы адаптивного управления. Они связаны с изменениями программ авторегуляции в зависимости от вариаций условий среды, биологической и экологической значимости воздействий. На основе прогнозирования они повышают эффективность управления в зависимости от вероятностной структуры раздражителей, формируют целенаправленные реакции, обеспечивающие активное и устойчивое состояние биологических самоорганизующихся систем.
Понимание физиологической организации нервных механизмов гомеостаза и адаптации, возможность направленного их регулирования имеют для медицины огромное значение. Клиническая медицина все больше отказывается от лечебных мероприятий, способствующих "стабилизации" физиологических процессов (симптоматическая фармакотерапия, режим покоя, функциональная иммобилизация и др.). Напротив, активные воздействия, усиливающие огромные возможности адаптационных механизмов нервной системы, позволяют добиться более быстрого излечения и более полной реабилитации.
























Заключение

Антиболевая система мозга выполняет как минимум три функции:
1) ограничительную,
2) информационную,
3) установление индивидуального порога болевой чувствительности. 
Ограничительная функция данной системы заключается в контроле за активностью ноцицептивных систем и предотвращении их перевозбуждения. Она осуществляется за счет длительно действующего механизма, обеспечивающего тоническое торможение структур, входящих в ноцицептивную систему.
При снижении тормозных влияний антиболевых систем мозга происходит перевозбуждение ноцицептивной системы и развиваются спонтанные психогенные боли, не отражающие состояния нормально функционирующего органа. 
Информационная функция антиболевых систем основана на особенностях реакции структур, входящих в эти системы, на болевые и неболевые внешние воздействия. Так, например, показано, что 50% нейронов гипоталамуса и ЦСВ активируются в ответ на неноцицептивное воздействие и тормозятся ноцицептивным.
В то же время, вышеназванные структуры относятся не только к антиболевым, но и к эмоциогенным, в которых происходит оценка внешних стимулов по их главному качеству — полезности или вредности для организма.
Следовательно, антиболевые структуры а этом случае выступают в качестве фильтра поступающей информации и обеспечивают прохождение к коре головного мозга стимулов, которые требуют немедленной ответной реакции и мобилизации организма, т.е. ноцицептивных. В организме существует как механизм, информирующий его об опасном биологическом значении воздействующего раздражителя через активацию ноцицептивной системы, так и механизм, информирующий организм о неопасном биологическом значении воздействующего раздражителя через активацию антиболевых систем мозга. 
Функция установления индивидуального порога болевой чувствительности связана с воздействием антиболевых систем мозга на активность ноцицептивной системы. Чем слабее тормозные влияния антиноцицептивных систем, тем ниже порог болевой чувствительности. Активность же самих антиболевых систем генетически детерминирована. Так, показано, что у жителей южных стран порог болевой чувствительности достоверно ниже, чем у северян. При этом было установлено, что у южан содержание опиоидов в спинномозговой жидкости достоверно ниже, чем у жителей севера.
Также отмечено, что у женщин порог болевой чувствительности выше, чем у мужчин, что коррелирует с различной концентрацией эндорфинов в спинномозговой жидкости. 
Порог боли, так же как и другие биологические константы организма, подвержен функциональным колебаниям, в частности суточным, сезонным и другим. Данные колебания обусловлены изменением уровня активности тонического механизма антиболевых систем мозга. Показано, что ночью порог боли снижается, а в дневные часы повышается, что хорошо коррелирует с изменением содержания опиоидных пептидов в спинномозговой жидкости.
Установление индивидуального порога болевой чувствительности определяется взаимодействием между ноцицептивной и антиноцицептивной системами.
Выраженность влияний каждой из систем генетически детерминирована, но в то же время зависит от наличной ситуации, от внутреннего состояния организма и от циркадных ритмов.
Антиноцицептивный эффект может быть достигнут не только за счет стимуляции центральных, супрасегментарных структур мозга, но и за счет стимуляции дорсальных столбов спинного мозга. Возникает он в данном случае в результате антидромного распространения возбуждения в нисходящем направлении по коллатералям в желатинозную субстанцию.
Таким образом, анализ данных литературы дает основание считать, что наряду с существованием соматической и висцеральной ноцицептивных систем, приспособленных для передачи и анализа отдельных субмодальностей, существует антиноцидептивная система, структуры которой расположены на всех уровнях ЦНС, начиная со спинного мозга, вплоть до коры больших полушарий. При этом антиноцицептивная система является гетерогенным образованием и имеет ряд различных нейрофизиологических и нейрохимических механизмов контроля и регуляции болевой чувствительности.














Список литературы

Алексеев В.В., Яхно Н.Н. Боль. «Болезни нервной системы». Рук–во для врачей, 2015, т.1, с.106–125.
Анохин П.К. Биология и нейрофизиология условного рефлекса. — М.: Медицина, 2014. — 547 с.
Антонов И.П., Шанько Г.Г. Поясничные боли. — Минск: Беларусь, 2012. — 143 с.
Брин В.Б. Физиология человека в схемах и таблицах. «Феникс» – Ростов н/д., 2011. С. 243-282.
Взаимодействие болевой и антиболевой систем М.,2014.стр.187
Гайтон, А.К. Медицинская физиология / А.К. Гайтон, Дж.Э. Холл / Пер. с англ.; Под ред. В.И. Кобрина. — М.: Логосфера, 2013.— 1296 с.
Гайтон, А.К. Медицинская физиология / А.К. Гайтон, Дж.Э. Холл / Пер. с англ.; Под ред. В.И. Кобрина. -- М.: Логосфера, 2014.-- 1296 с.
Грин Н., Стаут Т., Тейлор Д., Биология. «Мир» - М., 2012, в 3-х т.
Дуринян Р.А. Физиологические основы боли и рефлекторного обезболивания // Вестн. АМН СССР. — 2012. — № 9. — 38-44.
Дуринян Р.А., Решетняк В.К., Брагин Е.О. Нейрофизиологические и нейрохимические механизмы рефлекторной аналгезии // Сенсорные системы, сенсорное взаимодействие, протезирование. — Л.: Наука, 2015. —  С. 110-120.
Кассиль Г.Н. Наука о боли. — М.: Наука, 2014. — 396 с.
Кассиль ГН. Наука о боли. «Медицина» - М., 2010.
Клиническая анестезиология: Справочник : Пер. с  англ./ Под ред. В. А. Гологорского, В. В. Яснецова. — М.: ГЭОТАР-МЕД, 2011. — 816 с.
Костюк П.Г., Преображенский Н.Н. Механизмы интеграции висцеральных и соматических афферентных сигналов. — Л.: Наука, 2012. — 223 с.
Крик Ф. Мысли о мозге. Сборник «Мозг». «Мир» – М., 2013
Кукушкин М.Л., Хитров Н.К. Общая патология боли. М. «Медицина», 2014 – 141с.
Лиманский Ю.П. Физиология боли. — Киев: Здоров’я, 2012. — 93 с.
Мачерет Е.Л., Самосюк И.З. Руководство по рефлексотерапии. — К.: Вища школа, 2013. — 479 с.
Мелзак Р. Загадка боли. — М.: Медицина, 2016. — 232 с.
Михайлович В.А., Игнатов Ю.Д. Болевой синдром. — Л.: Медицина, 2014. — 329 с.
Михайлович В.А., Игнатова Ю.Д. Болевой синдром. «Медицина» - М, 2011.
Нормальная физиология: Учебник для студентов медицинских вузов. -- М.: ООО «Издательство - Медицинское информационное агентство», 2012. - 520 с.
Нормальная физиология: Учебник для студентов медицинских вузов. — М.: ООО «Издательство - Медицинское информационное агентство», 2014. — 520 с.
Ревенко С.В., Ермишкин В.В., Селектор Л.Я. Периферические механизмы ноцицепции // Сенсорные системы. — 2012. — Т. 2, № 2. — С. 198-210.
Смирнов В.М., Свешников Д.С., Яковлев В.Н., Правдивцев В.А. Физиология центральной нервной системы. – М.: Академия, 2014. – 368 с.
Смирнов В.М., Свешников Д.С., Яковлев В.Н., Правдивцев В.А. Физиология центральной нервной системы. - М.: Академия, 2016. - 368 с.
Труфанова В.Ф., Яроцкая Э.П., Биневская О.М. Практическое руководство по аурикулярной и корпоральной иглотерапии. — Х.: Вища школа, 2016. — 263 с.
Хаютин В.М. Механизмы ноцицепции и антиноцицептивная система ромбовидного мозга // Вестн. АМН СССР. — 2012. — № 9. — С. 26-33.
Цымбалюк В.И., Сапон Н.А. Классификация болевых синдромов // Доктор. — 2013. — № 1. — С. 11-13.
Яроцкая Э.П., Федоренко Н.А., Нарыжная Е.В. Восточные методы лечения. — Х.: Фолио, 2015. — 414 с.
Яхно Н.Н. (ред), Алексеев В.В., Амелин А.В., Давыдов О.С., Данилов А.Б. и др. Методические рекомендации по диагностике и лечению невропатической боли. Изд. РАМН 2011, 32 с..









1