Нервные волокна группы C представляют собой один из трех классов нервных волокон в центральной нервной системе (ЦНС) и периферической нервной системе (ПНС). Волокна группы С немиелинизированы , имеют небольшой диаметр и низкую скорость проводимости, тогда как группы А и В миелинизированы. Волокна группы С включают постганглионарные волокна вегетативной нервной системы (ВНС) и нервные волокна дорсальных корешков (IV-волокно). Эти волокна несут сенсорную информацию.
Повреждение или повреждение нервных волокон вызывает нейропатическую боль . Капсаицин активирует ваниллоидные рецепторы С-волокон , придавая перцу чили ощущение жжения.
С-волокна представляют собой один класс нервных волокон , обнаруженных в нервах соматической сенсорной системы . [1] Это афферентные волокна , передающие входные сигналы от периферии к центральной нервной системе. [2]
Волокна С немиелинизированные , в отличие от большинства других волокон нервной системы. [1] Отсутствие миелинизации является причиной низкой скорости проводимости , которая составляет не более2 м/с . [1] Волокна C имеют средний диаметр 0,2–1,5 мкм .
Аксоны C-волокна сгруппированы в так называемые пучки Ремака. [3] Это происходит, когда немиелинизирующие шванновские клетки связывают аксоны близко друг к другу, окружая их. [4] Шванновская клетка удерживает их от соприкосновения друг с другом, сжимая свою цитоплазму между аксонами. [4] Состояние связок Ремак меняется с возрастом. [4] Количество аксонов C-волокон в каждом пучке Ремака варьируется в зависимости от местоположения. [3] Например, на модели крысы обнаружены большие пучки, насчитывающие более 20 аксонов, выходящие из ганглия дорсального корешка L5 , тогда как меньшие пучки, состоящие в среднем из 3 аксонов, обнаруживаются в дистальных сегментах нерва. [3] Несколько нейронов отдают аксоны в пучок Ремака, в среднем около 2 аксонов на каждый пучок. [3] Площадь поперечного сечения пучка Ремака пропорциональна количеству аксонов, находящихся внутри него. [3] Пучки Ремака в дистальном отделе периферического нерва группируются с другими пучками Ремака. [3] Было показано, что клетки Ремака Шванна электрохимически реагируют на потенциалы действия аксонов, содержащихся в них. [3]
В экспериментах, где происходит повреждение нерва, но близлежащие С-волокна остаются неповрежденными, наблюдается повышенная спонтанная активность С-волокон. [3] Это явление подтверждает теорию о том, что поврежденные нервные волокна могут выделять факторы, которые изменяют функцию соседних неповрежденных волокон. [3] Исследование пучков Ремака имеет важное значение для регенерации нервов после перенесенной травмы. [3] В настоящее время восстановление функции дистальных С-волокон занимает месяцы и может восстановить лишь неполную функцию. [3] Это может привести к нарушению сенсорной функции или нейропатической боли . [3] Считается, что пучки Ремак высвобождают определенные трофические факторы, которые способствуют регенерации поврежденных аксонов. [3]
Волокна С образуют синапс с проекционными нейронами второго порядка в спинном мозге в верхних пластинках дорсального рога желатинозной субстанции . [5] Проекционные нейроны второго порядка относятся к типу с широким динамическим диапазоном (WDR), которые получают входные данные как от ноцицептивных терминалей, так и от миелинизированных волокон А-типа. [5] В спиноталамическом тракте существует три типа проекционных нейронов второго порядка : широкий динамический диапазон (WDR), высокий порог (HT) и низкий порог (LT). [6] Эти классификации основаны на их реакции на механические раздражители. [6] Нейроны второго порядка поднимаются к стволу головного мозга и таламусу в вентролатеральном или переднелатеральном квадранте контралатеральной половины спинного мозга , образуя спиноталамический тракт. [1] Спиноталамический тракт является основным путем, связанным с восприятием боли и температуры, который непосредственно пересекает спинной мозг латерально. [1] Этот перекрестный признак клинически важен, поскольку позволяет определить место повреждения.
Из-за более высокой скорости проводимости из-за сильной миелинизации и различных условий активации волокна Aδ в целом ответственны за ощущение быстрой неглубокой боли, специфичной для одной области, называемой первой болью . [1] Они реагируют на более слабую интенсивность раздражителя. [1] Волокна С реагируют на стимулы, которые имеют более сильную интенсивность и ответственны за медленную, продолжительную и распространяющуюся вторую боль. [1] Эти волокна практически немиелинизированы, и в результате скорость их проведения намного медленнее, поэтому они, предположительно, медленнее передают ощущение боли. [7]
Волокна С считаются полимодальными, поскольку они могут реагировать на различные стимулы. Они реагируют на раздражители термического, механического или химического характера. [1] С-волокна реагируют на все виды физиологических изменений в организме. [8] Например, они могут реагировать на гипоксию , гипогликемию , гипоосмолярность, присутствие продуктов мышечного метаболизма и даже на легкое или чувствительное прикосновение. [8] Рецепторы C-волокон включают:
Такое изменение входных сигналов требует, чтобы различные клетки коры в пластинке 1 имели различную модальность-селективность и морфологию. [8] Эти различные нейроны отвечают за различные чувства, которые мы воспринимаем в нашем теле, и их можно классифицировать по их реакции на ряд раздражителей. [8] Мозг использует интеграцию этих сигналов для поддержания гомеостаза в организме, независимо от того, связан ли он с температурой или болью. [8]
Ваниллоидный рецептор (VR-1, TRPV1) — это рецептор , который находится на свободных нервных окончаниях волокон C и Aδ и реагирует на повышенный уровень тепла (>43 °C) и химическое вещество капсаицин . [10] Капсаицин активирует С-волокна, открывая лиганд -управляемый ионный канал и вызывая возникновение потенциала действия. [10] Поскольку этот рецептор реагирует как на капсаицин, так и на тепло, перец чили ощущается как острый. [10] VR-1 также способен реагировать на внеклеточное закисление и может интегрировать одновременное воздействие всех трех сенсорных стимулов. [11] VR1 необходим для воспалительной сенсибилизации к вредным термическим раздражителям. [11] Второй тип рецепторов, ваниллоидоподобные рецепторы (TRPV2, VRL-1), имеет более высокий порог активации при нагревании около 52 °C, а также реагирует на капсаицин и низкий уровень pH. [1] Оба типа рецепторов являются трансмембранными рецепторами , которые закрыты в состоянии покоя. [1] Когда эти рецепторы открыты, они обеспечивают приток натрия и кальция , что инициирует потенциал действия по волокнам. [1] Оба рецептора являются частью более крупного семейства рецепторов, называемых рецепторами переходного рецепторного потенциала (TRP). [1] Если происходит повреждение этих рецепторов тепловых преобразователей, результатом может стать хроническая нейропатическая боль, вызванная снижением порога тепловой боли для их фосфорилирования . [9] [12]
Активация ноцицепторов не является обязательной для того, чтобы вызвать ощущение боли. [12] Повреждение или травма нервных волокон, которые обычно реагируют на безобидные стимулы, такие как легкое прикосновение, может снизить порог их активации, необходимый для ответа; это изменение заставляет организм чувствовать сильную боль от самого легкого прикосновения. [12] Нейропатические болевые синдромы вызваны поражениями или заболеваниями частей нервной системы, которые обычно сигнализируют о боли. [13] Существует четыре основных класса:
После поражения нервов либо C-волокон, либо Aδ-волокон они становятся аномально чувствительными и вызывают патологическую спонтанную активность. [5] Такое изменение нормальной активности объясняется молекулярными и клеточными изменениями первичных афферентных ноцицепторов в ответ на повреждение нерва. [5] Аномальная активность поврежденных нервов связана с повышенным присутствием мРНК потенциалзависимых натриевых каналов . [14] Неправильная группировка этих каналов в местах аномальной активности может быть причиной снижения порога активации, что приводит к гиперактивности . [14]
После повреждения нерва или повторной стимуляции нейроны WDR (широкого динамического диапазона) испытывают общее повышение возбудимости. [5] Эта гипервозбудимость может быть вызвана повышенной реакцией нейронов на вредный раздражитель ( гипералгезия ), увеличением рецептивного поля нейронов или распространением гипервозбудимости на другие сегменты. [5] Это состояние поддерживается С-волокнами. [5]
Волокна С вызывают центральную сенсибилизацию задних рогов спинного мозга в ответ на их гиперактивность. [5] Механизм, лежащий в основе этого явления, включает высвобождение глутамата этими патологически сенсибилизированными С-волокнами. [5] Глутамат взаимодействует с постсинаптическими NMDA-рецепторами , что способствует сенсибилизации дорсального рога. [5] Пресинаптические нейрональные потенциалзависимые N-кальциевые каналы в значительной степени ответственны за высвобождение этого глутамата, а также нейропептида , вещества P. [5] Экспрессия пресинаптических нейрональных потенциалзависимых N-кальциевых каналов увеличивается после повреждения нерва или повторной стимуляции. [5] Активация рецептора NMDA (глутаматом) усиливает постсинаптическую синтазу оксида азота . Считается, что оксид азота мигрирует обратно к пресинаптической мембране, усиливая экспрессию потенциалзависимых N-кальциевых каналов, что приводит к феномену прекращения боли . Этот аномальный цикл центральной сенсибилизации приводит к усилению боли (гипералгезии) и болевым реакциям на ранее невредные раздражители ( аллодиния ). [5]
Центральная сенсибилизация нейронов дорсального рога, вызванная активностью С-волокон, отвечает за временную суммацию «второй боли» (TSSP). [15] Это событие называется «завершением» и зависит от частоты стимула, большей или равной 0,33 Гц . [15] Windup связан с хронической болью и центральной сенсибилизацией. [15] Эта минимальная частота была определена экспериментально путем сравнения фМРТ здоровых пациентов при воздействии тепловых импульсов различной частоты. [15] Карты фМРТ показывают общие области, активируемые ответами TSSP, которые включают контралатеральный таламус (THAL), S1, двусторонний S2, переднюю и заднюю островковую часть (INS), среднюю переднюю поясную извилину (ACC) и дополнительные двигательные области (SMA). ). [15] События TSSP также связаны с другими областями мозга, которые обрабатывают такие функции, как соматосенсорная обработка, восприятие и модуляция боли, познание , премоторная активность в коре. [15]
В настоящее время доступность препаратов, способных лечить нейропатическую боль, ограничена и широко варьируется от пациента к пациенту. [12] Многие разработанные лекарства были обнаружены случайно или путем наблюдения. [12] Некоторые прошлые методы лечения включали опиаты , такие как экстракт мака , нестероидные противовоспалительные препараты, такие как салициловая кислота , и местные анестетики, такие как кокаин . [12] Другие недавние методы лечения включают антидепрессанты и противосудорожные препараты , хотя существенных исследований фактического механизма этих методов лечения не проводилось. [12] Однако пациенты по-разному реагируют на эти методы лечения, возможно, из-за гендерных различий или генетического происхождения. [12] Таким образом, исследователи пришли к выводу, что ни один препарат или ни один класс лекарств не может уменьшить всю боль. [12] В настоящее время исследования сосредоточены на основных механизмах восприятия боли и на том, как оно может пойти не так, чтобы разработать подходящий препарат для пациентов, страдающих нейропатической болью. [12]
Микронейрография — это метод с использованием металлических электродов для наблюдения за нейронным трафиком как миелинизированных, так и немиелинизированных аксонов в эфферентных и афферентных нейронах кожи и мышц. [16] Этот метод особенно важен в исследованиях с участием C-волокон. [16] Могут наблюдаться одиночные потенциалы действия от немиелинизированных аксонов. [16] Записи эфферентных постганглионарных симпатических С-волокон мышц и кожи дают представление о нервном контроле вегетативных эффекторных органов, таких как кровеносные сосуды и потовые железы . [16] Показания афферентных разрядов ноцицепторов C, идентифицированные методом маркировки, также оказались полезными для выявления механизмов, лежащих в основе таких ощущений, как зуд . [16]
К сожалению, интерпретация микронейрографических показаний может быть затруднена, поскольку этим методом невозможно определить мембранный потенциал аксонов. [17] Дополнительный метод, используемый для лучшего понимания этих показаний, включает изучение записей постспайковой возбудимости и изменений латентного периода; эти особенности связаны с изменениями мембранного потенциала немиелинизированных аксонов, таких как С-волокна. [17] Моалем-Тейлор и др. экспериментально использовали химические модуляторы с известным влиянием на мембранный потенциал для изучения сверхвозбудимости С-волокон после спайка. [17] Исследователи обнаружили три последовательных события. [17] Химические модуляторы могут вызывать сочетание потери сверхвозбудимости и повышенной возбудимости аксонов, что указывает на деполяризацию мембраны . [17] Во-вторых, гиперполяризация мембраны может быть результатом блокады тока, активируемого аксональной гиперполяризацией. [17] Наконец, в результате применения кальция происходит неспецифическое увеличение поверхностного заряда и изменение потенциалзависимой активации натриевых каналов. [17]