Нервные волокна группы C являются одним из трех классов нервных волокон в центральной нервной системе (ЦНС) и периферической нервной системе (ПНС). Волокна группы C немиелинизированы , имеют небольшой диаметр и низкую скорость проводимости, тогда как волокна групп A и B миелинизированы. Волокна группы C включают постганглионарные волокна в автономной нервной системе (АНС) и нервные волокна в задних корешках (волокно IV). Эти волокна несут сенсорную информацию.
Повреждение или травма нервных волокон вызывает невропатическую боль . Капсаицин активирует ваниллоидные рецепторы волокон С , придавая перцу чили жгучесть.
С-волокна — это один из классов нервных волокон, обнаруженных в нервах соматической сенсорной системы . [1] Это афферентные волокна , передающие входные сигналы с периферии в центральную нервную систему. [2]
Волокна С не миелинизированы в отличие от большинства других волокон нервной системы. [1] Это отсутствие миелинизации является причиной их медленной скорости проведения , которая составляет порядка не более2 м/с . [1] Волокна C в среднем имеют диаметр 0,2–1,5 мкм .
Аксоны С-волокон группируются вместе в то, что известно как пучки Ремака. [3] Это происходит, когда немиелинизирующая Шванновская клетка связывает аксоны близко друг к другу, окружая их. [4] Шванновская клетка удерживает их от соприкосновения друг с другом, сжимая свою цитоплазму между аксонами. [4] Состояние пучков Ремака меняется с возрастом. [4] Количество аксонов С-волокон в каждом пучке Ремака меняется в зависимости от местоположения. [3] Например, в модели крысы большие пучки из более чем 20 аксонов обнаружены выходящими из ганглия заднего корешка L5 , в то время как меньшие пучки из в среднем 3 аксонов обнаружены в дистальных нервных сегментах. [3] Множественные нейроны вносят аксоны в пучок Ремака со средним соотношением около 2 аксонов, вносимых на пучок. [3] Площадь поперечного сечения пучка Ремака пропорциональна количеству аксонов, обнаруженных внутри него. [3] Пучки Ремака в дистальном периферическом нерве сгруппированы с другими пучками Ремака. [3] Было показано, что клетки Ремака-Шванна электрохимически реагируют на потенциалы действия аксонов, содержащихся в них. [3]
В экспериментах, где повреждение нерва было вызвано, но близлежащие волокна C оставались неповрежденными, наблюдалась повышенная спонтанная активность в волокнах C. [3] Это явление подтверждает теорию о том, что поврежденные нервные волокна могут высвобождать факторы, которые изменяют функцию соседних неповрежденных волокон. [3] Изучение пучков Remak имеет важные последствия для регенерации нервов после получения травмы. [3] В настоящее время восстановление функции дистальных волокон C занимает месяцы и может все еще восстанавливать только неполную функцию. [3] Это может привести к аномальной сенсорной функции или невропатической боли . [3] Считается, что пучки Remak высвобождают определенные трофические факторы, которые способствуют регенерации поврежденных аксонов. [3]
Волокна С образуют синапсы с проекционными нейронами второго порядка в спинном мозге в верхних пластинках заднего рога в желатинозной субстанции . [5] Проекционные нейроны второго порядка относятся к типу с широким динамическим диапазоном (WDR), которые получают входные сигналы как от ноцицептивных терминалей, так и от миелинизированных волокон типа А. [5] Существует три типа проекционных нейронов второго порядка в спиноталамическом тракте : с широким динамическим диапазоном (WDR), с высоким порогом (HT) и с низким порогом (LT). [6] Эти классификации основаны на их реакциях на механические стимулы. [6] Нейроны второго порядка поднимаются к стволу 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 немедленно пересекает спинной мозг латерально. [1] Эта перекрестная особенность имеет клиническое значение, поскольку позволяет определить место повреждения.
Из-за более высокой скорости проводимости, обусловленной сильной миелинизацией и различными условиями активации, волокна Aδ в целом отвечают за ощущение быстрой поверхностной боли, которая специфична для одной области, называемой первой болью . [1] Они реагируют на более слабую интенсивность стимула. [1] Волокна C реагируют на стимулы, которые имеют более сильную интенсивность, и являются теми, кто отвечает за медленную, длительную и распространенную вторую боль. [1] Эти волокна практически не миелинизированы, и их скорость проводимости, как следствие, намного медленнее, поэтому они, предположительно, проводят более медленное ощущение боли. [7]
С-волокна считаются полимодальными, поскольку они могут реагировать на различные стимулы. Они реагируют на стимулы 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, наличие продуктов метаболизма мышц и даже легкое или чувствительное прикосновение. [8] Рецепторы С-волокон включают:
Это изменение входных сигналов требует от различных клеток коры в пластинке 1 иметь различную модальность-селективность и морфологию. [8] Эти различные нейроны отвечают за различные чувства, которые мы воспринимаем в нашем теле, и могут быть классифицированы по их реакциям на диапазоны стимулов. [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, который реагирует на повышенные уровни тепла (>43 °C) и химическое вещество капсаицин . [10] Капсаицин активирует волокна C, открывая лиганд -управляемый ионный канал и вызывая возникновение потенциала действия. [10] Поскольку этот рецептор реагирует как на капсаицин, так и на тепло, перец чили воспринимается 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 стимулам. [11] Второй тип рецепторов, ваниллоидоподобный рецептор (TRPV2, VRL-1), имеет более высокий порог активации в отношении тепла около 52 °C и также реагирует на капсаицин и низкий pH. [1] Оба типа рецепторов являются трансмембранными рецепторами , которые закрыты в состоянии покоя. [1] Когда эти рецепторы открыты, они пропускают натрий и кальций , что инициирует потенциал действия по волокнам. [1] Оба рецептора являются частью более крупного семейства рецепторов, называемых рецепторами транзиторного 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 возникновения ощущения боли. [12] Повреждение или травма нервных волокон, которые обычно реагируют на безобидные стимулы, такие как легкое прикосновение, может снизить их порог активации, необходимый для ответа; это изменение заставляет организм чувствовать сильную боль от самого легкого прикосновения. [12] Нейропатические болевые синдромы вызываются поражениями или заболеваниями частей нервной системы, которые обычно сигнализируют о боли. [13] Существует четыре основных класса:
После повреждения нервных волокон C или Aδ они становятся аномально чувствительными и вызывают патологическую спонтанную активность. [5] Это 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 для потенциалзависимых натриевых каналов . [14] Нерегулярная 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 (широкий динамический диапазон) испытывают общее повышение возбудимости. [5] Эта гипервозбудимость может быть вызвана повышенной реакцией нейронов на болевой стимул ( гипералгезия ), большим рецептивным полем нейронов или распространением гипервозбудимости на другие сегменты. [5] Это состояние поддерживается волокнами C. [5]
Волокна С вызывают центральную сенсибилизацию заднего рога спинного мозга в ответ на их гиперактивность. [5] Механизм, лежащий в основе этого явления, включает высвобождение глутамата этими патологически сенсибилизированными волокнами С. [5] Глутамат взаимодействует с постсинаптическими рецепторами NMDA , что способствует сенсибилизации заднего 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 . Предполагается, что оксид азота мигрирует обратно в пресинаптическую мембрану, чтобы усилить экспрессию потенциалзависимых N-кальциевых каналов, что приводит к феномену нагнетания боли . Этот аномальный цикл центральной сенсибилизации приводит к усилению боли (гипералгезия) и болевой реакции на ранее невредные стимулы ( аллодиния ). [5]
Центральная сенсибилизация нейронов заднего рога, которая вызывается активностью волокон C, отвечает за временную суммацию «второй боли» (TSSP). [15] Это событие называется «закручиванием» и зависит от частоты стимула, большей или равной 0,33 Гц . [15] Закручивание связано с хронической болью и центральной сенсибилизацией. [15] Эта минимальная частота была определена экспериментально путем сравнения фМРТ здоровых пациентов , подвергавшихся воздействию различных частот тепловых импульсов. [15] Карты фМРТ показывают общие области, активируемые ответами TSSP, которые включают контралатеральный таламус (THAL), S1, билатеральный S2, переднюю и заднюю доли островка (INS), среднюю переднюю поясную кору (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, доказанно подходящих для лечения невропатической боли, ограничена и сильно различается от пациента к пациенту. [12] Многие разработанные препараты были открыты либо случайно, либо путем наблюдения. [12] Некоторые прошлые методы лечения включают 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 реагируют на эти методы лечения по-разному, возможно, из-за гендерных различий или генетического фона. [12] Поэтому исследователи пришли к выводу, что ни один препарат или один класс препаратов не снимет всю боль. [12] В настоящее время исследования сосредоточены на основных механизмах, вовлеченных в восприятие боли, и на том, как это может пойти не так, чтобы разработать подходящий препарат для пациентов, страдающих невропатической болью. [12]
Микронейрография — это метод, использующий металлические электроды 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, связанных с волокнами С. [16] Можно наблюдать одиночные потенциалы действия немиелинизированных аксонов. [16] Записи с эфферентных постганглионарных симпатических волокон С мышц и кожи дают представление о нейронном контроле автономных эффекторных органов, таких как кровеносные сосуды и потовые железы . [16] Показания афферентных разрядов от ноцицепторов С, идентифицированных 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 этот метод не позволяет определить аксональный мембранный потенциал. [17] Дополнительный метод, используемый для лучшего понимания этих показаний, включает изучение записей постспайковой возбудимости и сдвигов в латентности; эти особенности связаны с изменениями мембранного потенциала немиелинизированных аксонов, таких как волокна С. [17] Моалем-Тейлор и др. экспериментально использовали химические модуляторы с известными эффектами на мембранный потенциал для изучения постспайковой сверхвозбудимости волокон С. [17] Исследователи обнаружили три результирующих события. [17] Химические модуляторы могут вызывать комбинацию потери сверхвозбудимости вместе с повышенной аксональной возбудимостью, что указывает на деполяризацию мембраны . [17] Во-вторых, гиперполяризация мембраны может быть результатом блокады аксонального тока, активируемого гиперполяризацией. [17] Наконец, неспецифическое увеличение поверхностного заряда и изменение потенциал-зависимой активации натриевых каналов являются результатом применения кальция. [17]
С-волокна неоднократно [18] появлялись в философских дискуссиях о теории разума . Некоторые аргументы в пользу материализма 20-го века обычно определяли боль как физическое событие в нервной системе, например, «активация С-волокон». [19] [20] В то время как большинство ответов в этой области оспаривали [21] эту идентичность по философским основаниям, другие возражали [22] , называя ее научно необоснованной.