Ugrás a tartalomhoz

Az orvosi élettan tankönyve

Attila, Fonyó (2011)

Medicina Könyvkiadó Zrt.

34. fejezet - Szenzoros működések I.: általános áttekintés és a szomatoszenzórium

34. fejezet - Szenzoros működések I.: általános áttekintés és a szomatoszenzórium

A szervezet érzőrendszerei egyrészt a külvilágról, másrészt pedig magáról a szervezet belsejéről tájékoztatják az idegrendszert. A külvilág távoli ingerei a telereceptorokon (látási és hallási receptorok) keresztül hatnak. A külső környezet a szervezettel közvetlenül érintkezve is szolgáltat jelzéseket: ezeket a jelzéseket veszik fel, és közvetítik a bőr- és a nyálkahártyák mechano-, termo-, kemo-, és nociceptiv receptorai (exteroceptorok). A szervezet belsejének állapotát az interoceptorok közvetítik (ezek közül az izomorsókkal, ín- és ízületi receptorokkal a 38. fejezetben foglalkozunk).

Az érzőreceptorokból kiinduló afferens ingerületek egy része az agykéregben tudatosul; az információ emlékképek formájában rögzülhet. Az afferens ingerületek a limbicus rendszeren keresztül affektív reakciókat is kiválthatnak: ez abban nyilvánul meg, hogy az ingerekkel kiváltott érzeteket kellemeseknek vagy kellemetleneknek érezzük. Az érzetek jelentős része viszont közömbös, semleges.

Az érzőneuronok képezik a gerincvelőben, agytörzsben vagy felsőbb idegrendszeri szinteken átkapcsolódó reflexek afferens szárát. A receptorok ingerlése szomato-, viscero- vagy pszichomotoros választ indít meg. A motoros válasz megelőzheti a tudatosuló érzetet. Jellemző példa erre a nociceptiv ingerek hatására fellépő flexorreflex (l. a 38. fejezetet), amely időben előbb következik be, mint a tudatossá váló fájdalomérzet. A jelen fejezet a szomatoszenzóriummal, a külső vagy belső ingerekkel kiváltott, végül tudatosuló érzetek keletkezésével és a tudatosulás útjával foglakozik.

Az egyes érzőrendszerek – pl. a látás, a hallás a szomatoszenzoros rendszer – és az általuk továbbított benyomások teljesen különbözőeknek tűnnek. Közelebbről megvizsgálva ezen szenzoros működéseket azonban kiderül, hogy több közös vonásuk is van. Ennek egyik megnyilvánulása, hogy a rendszerek szerveződésének alapelvei hasonlóak, és az egyes rendszerek jellemző sajátosságait azonos fogalmakkal lehet leírni. Az általánosan jellemző alapfogalmak közé tartozik az érzőpályák különböző idegrendszeri szintjeihez rendelhető receptív mezők fogalma. További közös vonás az inger intenzitása és a keletkezett érzet közötti kvantitatív összefüggés, amely az egyes szenzoros rendszerekben hasonló pszichofizikai törvényekkelírható le: a 19. században ezek a törvények voltak az érzékszervi fiziológia első felismerései.

A szenzoros működések általános jellemzői

A szenzoros rendszerek felépítése

Fiziológiás körülmények között érzet keletkezésének feltétele, hogy a szervezet valamely szenzoros receptorát meghatározott inger érje. (Nem fiziológiás körülmények között a receptort követő afferens pálya vagy központi idegrendszeri feldolgozó szint ingerülete is érzetet vált ki.) A receptorra ható inger mechanikai, hő, fény vagy kémiai természetű lehet: a receptorok ennek megfelelően mechano-, termo-, foto-, kemoreceptorok, nociceptorok és polimodális receptorok.

A receptorok az ingert először is lokális, változó nagyságú elektromos jellé (szenzoros, receptor- vagy generátorpotenciál) alakítják (l. a 6. fejezetet); ez a lépés valamennyi szenzoros receptorra jellemző. A felsorolt receptortípusok különböző kategóriákba sorolhatók. A szenzoros receptorok egy része a primer afferens neuron végződése, ezekben az ingert követő lokális jel (receptorpotenciál) az axon akciós potenciáljává alakul. Más érzőrendszerekben nem maga a primer afferens neuron végződése veszi fel az ingert, hanem egy nem neuronalis sejt, amely az analóg jelet vagy közvetlenül, vagy egy további sejt közbeiktatásával továbbítja az afferens neuronnak: a receptor funkciójú sejtet szekunder, ill. tercier érzéksejtnek nevezzük. Ezekben az utóbbi esetekben az akciós potenciál az első, ill. a második csatlakozó sejtben keletkezik.

A primer afferens neuron vagy a szenzoros sejthez kapcsolódó afferens axon az első tagja egy sokneuronos láncnak, amely a központi idegrendszerben többször átcsatolódik. A specifikus érzőpályát képező neuronláncok az agykéreg megfelelő primer szenzoros areáiba futnak be. Az egymást követő átcsatolódásokban jeltovábbítás („reléműködés”) és -feldolgozás folyik. Egyes érzőpályák bizonyos (főként kezdeti) szakaszán a postsynapticus jel csaknem pontosan követi a praesynapticus jelet („nagy hűségű jeltovábbítás”). A további feldolgozás a szenzoros információ valamely tulajdonságát emeli ki, vagy szűri ki a háttérből. A praesynapticus jel a synapsisban módosul; ezen jelanalízis szerkezeti alapja az érzőpálya postsynapticus neuronján kialakuló konvergencia, a közvetlen továbbító kapcsolat mellett a kimenő jeleket módosító közbeiktatott interneuronok jelenléte és esetenként az ingerületáttevődés módosítása leszálló pályákkal (a továbbított jel „szűrése”). Az interneuronok szerepére a továbbiakban, az egymást követő neuronok receptív mezőinek ismertetésénél térünk vissza.

Az érzőpályák túlnyomó része a thalamusban csatolódik át, és a thalamocorticalis projekció éri el a megfelelő agykérgi primer szenzoros areát. Az érzékelés tudatosulásának (percepció) feltétele, hogy a primer szenzoros area (látókéreg, hallókéreg, szomatoszenzoros kéreg, amelyeket V1, A1 és S1 jelzésekkel rövidítünk) ép legyen. A primer látó-, ill. hallókéreg sérülése után nincs vizuális, ill. auditív percepció (bár egyes, fényre vagy hangra bekövetkező reakciók megmaradnak).

A szenzoros működések során nemcsak a periféria felől áramlik információ a központok felé, hanem a központok is befolyásolják az információáramlást (az érzőműködések efferens kontrollja). Egyes esetekben, így pl. a hallószerv esetében az érző szőrsejt és az afferens idegrost közötti áttevődés gátlódhat (l. a 36. fejezetet); ebben az esetben az efferens kontroll a szenzoros receptor szintjén alakul ki. Más érzőrendszerekben, pl. a nociceptiv rendszerben az efferens kontroll a központi idegrendszeren belül, a synapticus áttevődés szabályozásával érvényesül (l. alább).

Receptív mezők

Minden egyes szenzoros neuron, szekunder vagy tercier érzősejt valamely adott körülírt területről gyűjt információt, amelyet receptív mezőnek nevezünk. Ezt a bőrafferensek példáján lehet egyszerűen szemléltetni (34-1. ábra): a primer afferens végződés egy meghatározott bőrterület ingerlésével hozható ingerületbe. A szomszédos primer afferens axonok receptív mezői részben átfedik egymást.

A központi idegrendszeren belül az afferens pályában jelentős a konvergencia. Ismét a bőrafferensekből kiinduló pályát véve példának, a másodrendű neuron sokkal nagyobb receptív mezővel rendelkezik, mint egy-egy csatlakozó primer afferens axon. Ezen kívül a magasabb rendű szenzoros neuronok receptív mezője összetett módon szervezett (l. alább). A primer afferens neuronok axonja az idegrendszeren belül elágazódik, a továbbító (relé) átcsatolódás mellett gátló interneuronokra is átcsatolódik, amelyek a szomszédos reléneuronokon végződnek. Minden egyes magasabb rendű szenzoros neuron tehát a saját receptív mezőjéből származó aktiválás mellett – interneuronokon keresztül – a szomszédos neuronok receptív mezőjéből (azaz a szomszédos bőrterületről) származó gátló ingerületeket is kap (l. a 34-1. ábrát). A magasabb rendű szenzoros neuron receptív mezője izgató (aktiváló) és gátló receptív mezőkből tevődik össze. A gátló receptív mező következménye, hogy bizonyos ingerkombinációkban a magasabb rendű neuron receptív mezője térben leszűkül. Ez a kapcsolódás kiemeli az intenzívebben és a kevésbé intenzíven ingerelt területek közötti kontrasztot. A továbbiakban látni fogjuk, hogy az érzőműködések egyik fontos alapelve az ingerek közötti kontrasztképzés.

34-1. ábra . A primer afferens és a másodrendű neuronok receptív mezői . E. R. Kandel, J. H. Schwarz, T. M. Jessel (1991): Principles of Neural Science. 3. kiadás, Prentice-Hall Inc. Englewood Cliffs, New Jersey, alapján

Néhány pszichofizikai alapfogalom: az inger és az érzet összefüggése

A központi idegrendszer az érzőreceptorokban keletkező ingerületek négy egymástól független jellemzőjét detektálja: az inger minőségét (modalitás, mint pl. látási vagy hallási inger), az intenzitást, az inger behatásának tartamát, valamint az inger forrásának helyét (lokalizáció).

Az emberi gondolkodás évszázadokon keresztül öt alapvető érzetet különböztetett meg: ezek a tapintás, a látás, a hallás, az íz- és a szagérzet. Ezen „klasszikus” érzetek önkényesen és túlegyszerűsítetten fogalmazódtak meg, minthogy pl. a hő- és a fájdalomérzet is elmaradt. Jelenleg ötnél több szenzoros modalitást különböztetünk meg, a tapintás különböző összetevőkre (szubmodalitás) oszlik (felületes és mély tapintás, felületi szerkezet, vibrációs érzés stb., l. alább).

Azt, hogy egy receptort érő inger milyen érzetet vált ki, a receptor és a hozzá kapcsolódó idegrendszeri pálya határozza meg. A retina fotoreceptorainak ingerlése fényérzetet, a cochlea szőrsejtjeinek ingerlése hangérzetet vált ki. A retina fotoreceptorait érő fény a látás, a cochlea szőrsejtjeit érő hangfrekvenciás rezgés a hallás adekvát ingere. Normális körülmények között a retina fotoreceptorait adott hullámhosszhatárok közötti elektromágneses rezgés ingerli, és vált ki fényérzetet. A retina és a hozzá kapcsolódó látópálya azonban nem fiziológiás ingerekkel is ingerelhető; így pl. a szemet érő erős mechanikai inger (vagy a látópálya elektromos ingerlése) fényérzetet vált ki. Általánosan fogalmazva, a receptortól centrálisan alkalmazott (pl. elektromos) inger a receptor ingerlésének megfelelő érzetet vált ki.

A receptorok fiziológiás ingerét, a később „adekvát inger”-ként ismert fogalmat, elsőként Johannes Müller a „specifikus idegenergia törvénye”-ként fogalmazta meg. Mai megfogalmazással az adekvát inger sokkal kisebb energiával hozza ingerületbe a szenzoros receptort, mint amekkora intenzitás a nem adekvát inger esetében szükséges.

A szenzoros receptorok általános elektrofiziológiáját a 6. fejezetben ismertettük. A receptorok küszöbingereaz a minimális intenzitású inger, amely a receptorhoz csatlakozó axonban akciós potenciált vált ki. Az érzet küszöbe az előzővel összefüggő, de statisztikus fogalom: fokozatosan erősödő ingerek alkalmazása esetén az a minimális ingerintenzitás, amely a próbálkozások 50%-ában érzetet vált ki.

Az érzékszerv és a hozzá csatlakozó idegrendszeri struktúra képes arra, hogy megkülönböztesse az ingerküszöböt meghaladó ingerek nagyságát. Így a kézbe adott 10, majd utána 20 grammos súlyok között különbséget teszünk. A megkülönböztető(diszkriminációs) képesség azonban nem az ingerek intenzitásának különbségétől (abszolút súlykülönbség), hanem azok arányától függ. Az előbbi példában a 10 és a 20 g-os súly könnyen megkülönböztethető, azonban 1010 és 1020 gramm között lehetetlen különbséget tenni. Az éppen még megkülönböztethető ingerintenzitásokat az empirikus WEBER-féle törvény adja meg:

Δ S = K × S

vagy átrendezve

Δ S S = K

Ebben az egyenletben S (stimulus) az összehasonlításra használt ingerintenzitás (referenciainger), ΔS az az ingerkülönbség (az adott példában a 10 g), amelyet a vizsgált személy az S-től még éppen meg tud különbözteni, a K pedig az adott rendszerre jellemző állandó. A ΔS/S hányadost mint Weber-féle hányadost (Weber-féle tört) szoktuk említeni.

Az intenzitást megkülönböztető képesség nemcsak azt jelenti, hogy két érzetet egyenlőnek vagy különbözőnek ismerünk fel. Képesek vagyunk különböző ingerek (súly, fényintenzitás, hangintenzitás stb.) abszolút nagyságának megbecsülésére is. Ennek matematikai megfogalmazása a Fechner-féle törvény:

I = K   S S 0

amely egyenletben I a megbecsült intenzitás, S0 az ingerküszöb, S a megbecsülendő inger nagysága, végül K állandó. Az egyenletet Weber–Fechner-törvényként ismerjük.

Ezt az 1860-ból származó összefüggést közel 100 év múltán módosították: kimutatták, hogy az összefüggés nem logaritmikus, amint azt Fechner feltételezte, hanem a küszöb és a küszöb feletti inger különbségének hatványával arányos:

I = K S S 0 n

Kis intenzitáskülönbségek esetében a logaritmikus és a hatványkitevős összefüggés eredménye csaknem megegyezik, nagyobb eltérések esetében azonban a hatványkitevős összefüggés jobb közelítést ad.

Az intenzitás megkülönböztetésének (intenzitásdiszkrimináció) kettős neurofiziológiai alapja van (l. a 6. fejezetet). Az egyik az, hogy nagyobb intenzitású inger hatására a receptorhoz csatlakozó axonban nagyobb frekvenciával keletkeznek akciós potenciálok (frekvencia kód). A másik alap az, hogy növekvő ingerintenzitások esetén több szenzoros receptor kerül ingerületbe (populáció kód). Az agykéreg a kettős információ alapján képes mérni az ingerek intenzitását.

Egyes érzetek – pl. a látás vagy hallás – esetében érzékeljük a kiváltó inger időtartamát; más érzetek – így pl. a szagérzés, tapintás – esetében azonban csak az inger kezdetét vesszük pontosan észre. Az utóbbiak esetében az inger fennállása alatt az érzet fokozatosan csökken, és egy idő múlva teljesen meg is szűnik (adaptáció). Az adaptáció függ az inger intenzitásától: alacsony intenzitású, a küszöböt alig meghaladó ingerek esetén az adaptáció gyorsabb, mint erősebb ingerlésnél. Az adaptációnak perifériás (receptorszintű) és központi összetevői vannak.

A 6. fejezetben ismertettük, hogy a szenzoros receptorokat adaptációs sajátosságaik alapján három, a gyorsan, a lassan és a mérsékelten adaptálódó receptorok csoportjára osztjuk. A gyorsan adaptálódó receptorokban csak az ingerlés kezdetén keletkeznek akciós potenciálok; a lassan adaptálódó receptorokban az akciós potenciálok sorozata – bár csökkent frekvenciával – az inger fennállása alatt végig folytatódik. A mérsékelten adaptálódó receptorok válasza a két típus között helyezkedik el. A szenzoros receptorok adaptációja az egyik oka annak, hogy az érzet egy idő múlva akkor is megszűnik, ha a kiváltó inger továbbra is fennáll. Az adaptáció másik oka magában a központi feldolgozó apparátusban van. A másod- és a harmadrendű szenzoros neuron, mint azt elektrofiziológiai módszerekkel kimutatták, hasonló adaptációs jelenségeket mutathat, mint a pálya kezdetén elhelyezkedő szenzoros receptor. Ezen kívül a központ is képes az ingerületek tudatosulásának elnyomására.

Az ingerek keletkezésének helyét meg tudjuk határozni. A bőr ingerlése esetében a helymeghatározás az ingerületbe került afferens axonon alapul. A látott tárgyat képesek vagyunk a térben elhelyezni. Mindkét esetben az inger forrásának lokalizációja az afferens pálya kérgi projekciójával függ össze. A hangforrást is képesek vagyunk lokalizálni, de ez a kétoldali (auditív) jelek időbeli analízise, valamint intenzitásbeli különbségeinek detektálása alapján folyik (l. a 36. fejezetet).

A lokalizáció egy további aspektusa a „két pont diszkrimináció”, amelyet azzal a legkisebb távolsággal jellemezhetünk, amelyet két szimultán inger alkalmazásakor még két különálló ingerként fogunk fel. A bőr mechanoreceptorainak ingerlése esetén meg tudjuk mérni azt a távolságot, amely két végpontját még két külön ingerelt pontként érzékeljük. A két pont diszkrimináció képessége a test felszínén nagyon eltérő: több cm lehet a háton, míg sokkal kisebb a tenyéren és a legkisebb az ujjbegyeken. A diszkrimináló képesség a tapintóvégződések sűrűségével, a primer és a magasabb rendű neuronok receptív mezőjével függ össze. Voltaképpen két pont diszkrimináció érvényesül a látásélességben, amely azt a minimális távolságot jelenti, amelyet a retinára vetítve még két különálló pontnak érzékelünk.

A szomatoszenzoros rendszer

A szomatoszenzoros rendszer azokról az ingerekről nyújt információt, amelyek érintkezésbe kerülnek a test felszínével vagy a testnyílások nyálkahártyájával; ezen kívül tájékoztat a végtagok helyzetéről, a bőrt és néhány belső szervet érő károsító ingerekről, továbbá a bőrt érő hőbehatásokról (kontakt vagy sugárzó behatás). A szomatoszenzoros rendszer receptorai – ellentétben a látás, hallás, ízérzés és szaglás koncentráltan elhelyezkedő szenzoros receptoraival – testszerte megtalálhatók.

A szomatoszenzórium anatómiai és működési szempontból két nagyobb alrendszerre oszlik. Az egyik ezek közül a hátsó köteg–lemniscus medialis rendszer, amelynek primer afferens axonjai a gerincvelő hátsó kötegében haladnak felfelé, és a nyúltvelőben való átcsatolódás után a lemniscus medialisban folytatódnak. A lemniscus medialis szállítja a különféle taktilis információkat, továbbá azokat a proprioceptiv ingerületeket, amelyek tudatosulnak. A másik alrendszer az anterolateralis rendszer: ennek primer afferensei a gerincvelő hátsó szarvában csatolódnak át, ahonnan a másodrendű neuronok az anterolateralis kötegben haladnak felfelé. Az anterolateralis rendszer szállítja a nociceptiv információkat, amelyek fájdalomként tudatosulnak, a hőérzést, valamint bizonyos durva taktilis ingerületeket. A két rendszer jellemzőit a 34-1. táblázatban hasonlítjuk össze.

A szomatoszenzoros rendszerben az ingereket a primer afferens neuronok pseudounipolaris sejtjeinek perifériás szenzoros végződései veszik fel. [A sejttest (soma) a hátsó gyöki ganglionban (spinalis ganglion, ganglion intervertebrale) vagy az agyidegek érzőganglionjában helyezkedik el.] A szenzoros receptorok (szenzorok, amelyeket egyes helyeken egyszerűen receptorokként említenek) vagy szabad idegvégződések, vagy egy specializált tokon belül foglalnak helyet; a mechanikai, hőmérsékleti vagy kémiai inger a végződésekben alakul át elektromos jellé.

10.2. táblázat - 34-1. táblázat . A hátsó köteg−lemniscus medialis és az anterolateralis szenzoros rendszer összehasonlítása

Hátsó köteg−lemniscus medialis rendszer

Anterolateralis rendszer

Primer afferens rost

Aα, Aβ

Aδ, C

Első átcsatolódás

Nyúltvelő hátsó köteg magvak (nucleus gracilis et cuneatus)

Gerincvelő hátsó szarv

Kereszteződés helye

Agytörzs

(lemniscus medialis)

Gerincvelő

Gerincvelői pálya elhelyezkedése

Azonos oldali hátsó köteg

Ellenkező oldali anterolateralis köteg

A pálya végződése

Primer szomatoszenzoros kéreg

Primer szomatoszenzoros kéreg,

agytörzs és híd formatio reticularis,

középagy

Érzőmodalitás

Tapintás, proprioceptio

Fájdalom

Hőérzet

(Durva tapintás)


A hátsó köteg–lemniscus medialis rendszer (tapintás és proprioceptio)

A hátsó köteg–lemniscus medialis rendszer elemzi a bőrt érő taktilis ingereket. Felismeri a bőrrel való érintkezés tényét, intenzitását, időtartamát és – ha van ilyen – az inger elmozdulásának irányát, továbbá a bőrrel érintkező felület minőségét (pl. selyem vagy pamut). A rendszer felismeri a felület száraz vagy nedves voltát, ugyanúgy mint az érintés vibrációját vagy hullámzását (angol kifejezéssel flutter). Mindez azért lehetséges, mert a bőrben különböző mechanoreceptorok vannak, amelyek ingerületüket elkülönített („fix huzalozású”) vonalakon juttatják fel a primer szomatoszenzoros kéregbe.

A technika fejlődése eredményeként az utóbbi két évtizedben kialakult a transdermalis mikroneuronográfia, amely lehetővé tette az emberi mechanoreceptorok és a belőlük kiinduló primer afferensek működésének kvantitatív vizsgálatát.

A rendszer szenzoros receptorai

A bőr szenzoros receptorainak nagyobb része a primer afferens axon (Aα és Aß-rost) végződése. Számos szenzoros receptorban az axonvégződéseket nem neuralis eredetű, kötőszövetből álló struktúra (tok) veszi körül; ez utóbbi mint mechanikai „szűrő” működik. Az egyes szenzoros idegvégződéseknek jellemző morfológiai megjelenésük van. A különböző bőrreceptorokban a kötőszöveti tok tulajdonságai határozzák meg a receptorműködés jellemzőit. A kötőszöveti toktól megfosztott idegvégződések az ép szerkezethez képest megváltozott mechanoszenzitivitást mutatnak. Így, példaként említve, az ép körülmények között gyorsan adaptálódó Vater–Pacini-test (az angol nyelvű irodalomban Pacini-test) csak addig adaptálódik gyorsan, ameddig kötőszöveti tokja ép.

A bőr felületes taktilis receptorai a dermisben vagy a dermis/epidermis határán, míg a mély receptorok a subcutisban helyezkednek el. A subcutisban két általánosan előforduló receptor van: a gyorsan adaptálódó Vater–Pacini-test, továbbá a lassan adaptálódó Ruffini-test. A többi mechanoreceptorhoz viszonyítva mindkét típus receptív mezője nagy. (A bőrreceptorok esetében a receptív mező méretét a pontszerű mechanikai inger és a receptív mező közepén elhelyezkedő axonvégződés távolsága alapján mérjük.)

Az ember és a főemlősök bőrében megkülönböztetjük a szőrzettel borított („szőrös”) és a sima, „nem szőrös” bőrt. (Sima bőrt a tenyéren és a talpon találunk.) A két bőrtípusban nem egyformák a taktilis receptorok. A testfelszín legnagyobb része szőrzettel borított bőr: ebben a szőrtüszők szomszédságában találhatók a perifollicularis mechanoreceptorok, amelyeket a szőrszálak elmozdulása hoz ingerületbe. (Nagyon jellemző érzet keletkezik, amikor a szőrzettel borított bőr fölött sztatikus elektromossággal feltöltött anyagot mozgatunk, anélkül, hogy az a bőrhöz érne.) Egyes állatfajok, pl. a nyúl és a macska számára a száj körüli szőrszálak a térbeli tájékozódás forrásául szolgálnak.

A sima bőr – mindenekelőtt az ujjbegyek – receptorai nékülözhetetlenek a finom taktilis információk megszerzésében. A két fő receptortípus, a lassan adaptálódó Merkel-féle sejtek és a gyorsan adaptálódó Meissner-féle testek felületesen helyezkednek el. Receptív mezőjük kicsiny, átlagosan 2–4 mm átmérőjű, ami a finom taktilis diszkrimináció előfeltétele.

A Merkel-sejtek elektronmikroszkópos vizsgálata felvetette, hogy mechanikai ingerlésükkor a sejtekből transzmitter szabadul fel, és ez hozza ingerületbe a csatlakozó afferens idegvégződést.

Ha a megtapintott objektum és a bőr közötti kontaktus mozdulatlan, a sima bőr említett két receptortípusa viszonylag kevés információt szolgáltat a megtapintott anyag felületéről. Sokkal bővebb a kapott információ akkor, ha a tapintó ujj elmozdul a felületen: a receptorok csak ezen a módon képesek a felület minőségét (felületi textúrát) felderíteni. A különböző mértékben adaptálódó receptorok egyedi jelzéseiből alakul ki a megérintett tárgyról a teljes információ. A különböző szenzoros receptorokból származó ingerületek értékelése a szomatoszenzoros kéregben folyik (l. alább).

Az izmok szenzoros receptoraiból származó afferens axonok elágaznak; az egyik ág a gerincvelői szürkeállományban tovább ágazva interneuronokra csatolódik át (l. a 38. fejezetet), míg a másik ág a hátsó kötegi felszálló pályák részét képezi. Az izmok és az inak szenzoros receptoraiból származó információk az agykéregben tudatosulnak; ezek az információk a tárgyak alakjának tapintással való felismerésében, továbbá a végtagok helyzetének és mozgásának/mozgatásának érzékelésében játszanak szerepet.

A végtagok helyzetének, aktív mozgásának, ill. passzív mozgatásának felismerésében az alapvető információt az izomorsók szolgáltatják. Ehhez további, bár nem alapvető információval járulnak hozzá az ízületi receptorok. Emberekben végzett ízületátültetést követően a pozícióérzet és a kinesztézia (mozgásérzékelés) közel olyan jó, mint ép ízületekkel bíró végtagban. Az információ harmadik forrását a bőrreceptorok képezik. Ha kísérletesen ezen utóbbiak, valamint az ízületi receptorok ingerületét megszüntetjük, akkor a pozícióérzet és a kinesztézia valamivel rosszabb lesz, de nem szűnik meg.

A hátsó köteg-lemniscus medialis rendszer pályái

A hátsó köteg zömmel az azonos oldalról jövő taktilis és proprioceptiv információkat szállítja. A rendszer első átcsatolódása a nyúltvelőben (nuclei fasciculi cuneati et gracilis) van. A másodlagos (vagy másodrendű) projekciós neuronok a lemniscus medialist alkotva a túlsó oldalra kereszteződnek. A lemniscus medialishoz csatlakoznak a trigeminus rendszer másodrendű axonjai is. Az axonok a thalamus relémagjaihoz (nucleus ventralis posterior része) húzódnak. Mind a medialis lemniscus pálya, mind a thalamuson belüli végződése szomatotopiásan rendezett (azaz a szomszédos receptorok egymás szomszédságába projiciálnak). A különböző receptortípusokból származó információk nem keverednek az egymást követő átcsatolódások szintjén, és elkülönülten („vonalspecifikusan”)jutnak fel a primer szomatoszenzoros kéregbe.

A szomatoszenzoros rendszer synapticus szerveződését a nyúltvelői első átcsatolódás példáján írjuk le. A primer afferens axon ingerülete a továbbító (relé) másodrendűafferens neuronra tevődik át. Ezen kívül a primer afferens axon kollaterálisok útján gátló interneuronokhoz is ad ingerületet (34-2. ábra). A primer afferens kollaterálisához csatlakozó interneuron gátolja valamely szomszédos reléneuron aktivitását, előrehaladó (előrecsatolt, feed-forward) gátlást hoz létre. A másodrendű reléneuronból leágazó kollaterális visszakanyarodva gátolja a szomszédos reléneuront, ezzel visszacsatolt(feed-back) gátlást hoz létre. Ezen synapticus elrendezés következménye: 1. a receptív mező központjából jövő ingerület valósághűen továbbítódik a következő magasabb szint felé, és 2. a széli zónából származó ingerület áttevődését az előreható és a visszacsatolt gátló kapcsolat együttesen akadályozza (lateralis gátlás, más néven „széli gátlás”). Ez a kapcsolódás kontrasztot eredményez a receptív mező centruma és perifériája között, kiemeli a középső rész ingerületét, „élesebbé” teszi az érzéklést, fokozza a diszkriminációt. A leírt széli gátlás nemcsak a szomatoszenzoros működésekre, hanem több más érzékszervi működésre is jellemző; ezzel a jelenséggel a retina működése során is találkozunk.

34-2. ábra . A szomatoszenzoros pálya átcsatolódásai a nyúltvelőben: lateralis széli gátlás . Az ábrán két szomszédos primer afferens receptív mezőt tüntettünk fel (a mezők átfedésére nem voltunk tekintettel). Az inger a jobb oldali receptív mezőt (A) éri. Az ebből jövő primer afferens axon (A1) ingerülete egyrészt az A2 reléneuronra, másrészt kollaterálison keresztül a szomszédos B receptív mező B2 reléneuronjára tevődik át (divergencia). Mind az A1, mind pedig az A2 axon kollaterálist küld a gátló interneuronokhoz (piros szín), amelyek a B2 neuronban gátolják az ingerületáttevődést (előrecsatolt és visszacsatolt gátlás). Ha az A receptív mező ingerlése nagyobb intenzitású, mint a B receptív mezőé, akkor az előrecsatolt és a visszacsatolt gátlás révén csak az A2 neuron továbbít ingerületet a thalamus felé, a B2 neuron ingerületleadása gátlódik (lateralis vagy széli gátlás). Az ábrán elhagytuk mind a szimmetrikus, mind pedig a reciprok kapcsolatokat (a B receptív mező B1 afferens neuronja hasonló módon kapcsolódik az A2 neuronhoz)

A szomatoszenzoros kéreg

A thalamus projekciója a parietalis kéreg gyrus postcentralisában elhelyezkedő primer szomatoszenzoros kéreg (S1) neuronjain végződik (34-3. ábra). A primer szomatoszenzoros kéreg négy elkülöníthető mezőből, a Brodmann-féle 3a, 3b, 1-es és 2-es areákból áll. A primer szomatoszenzoros areától lateralisan a szekunder szomatoszenzoros area (S2), hátrafelé pedig a szomatoszenzoros funkcióval is rendelkező hátsó parietalis kéreg, a Brodmann 5-ös és 7-es areák helyezkednek el.

A primer szomatoszenzoros kéreg bemenetét a thalamus relémagjainak projekciója képezi. A szekunder szomatoszenzoros kéreg bemenete az S1-ből származik: az S1 sérülése után az S2-ben megszűnnek az elektrofiziológiai módszerekkel kimutatható szenzoros működések.

Az ember és a majom primer szomatoszenzoros kérgének feltérképezése az 1930-as években kezdődött. Majmokban a kérgi elektromos aktivitást először extracelluláris makroelektródokkal regisztrálták; ezek az elektródok a környezetükben lévő több ezer neuron aktivitását érzékelték. A bőrfelület mechanikai ingerlésével meghatározott kéregterületen potenciálingadozások, kiváltott potenciálok jelentek meg. (A kiváltott potenciálokat a 33. fejezetben ismertettük.) Az agykéregben a test egész felszíne leképződik, a szomatoszenzoros kéreg szomatotópiásan rendezett.

Az idegsebészeti beavatkozások fejlődésével további megközelítési lehetőség nyílt meg. Wilder Penfield helyi érzéstelenítésben végzett műtétek során elektromosan ingerelte a feltárt gyrus centralis posterior egyes pontjait, és a betegek az ingerlés alatt az ellenkező testfél körülírt területén zsibbadásról, taktilis szenzációkról számoltak be (34-4. ábra). Az emberi gyrus centralis posterior rendszeres vizsgálatokkal felvett szomatotópiás térképe hasonló volt a majmokban a kiváltott potenciálok alapján kialakult térképhez. Adott bőrterület agykérgi reprezentációja nem annak nagyságával, hanem az illető területnek a taktilis érzékelésben játszott szerepével – a receptorsűrűséggel – arányos; így az ajkaknak, az egyéb perioralis régióknak, különösen a nyelvnek, továbbá a kéz ujjainak aránytalanul nagy kérgi képviselete van.

34-3. ábra . A primer szomatoszenzoros kéreg elhelyezkedése . E. R. Kandel, J. H. Schwarz, T. M. Jessel (1991): Principles of Neural Science. 3. kiadás, Prentice-Hall Inc. Englewood Cliffs, New Jersey, alapján. A) A primer (S1) és a szekunder (S2) szomatoszenzoros kéreg lateralis nézete és a hátsó parietalis lebeny. B) A gyrus centralis posterior metszete, a metszési síkot az A panelen jeleztük. A sulcus centralistól hátrafelé sorban helyezkednek el a Brodmann-féle 3a, 3b, 1-es és 2-es areák, a sulcus centralis posteriortól hátrafelé az 5-ös és 7-es areák. A thalamusból jövő afferens projekciós rostok a 3a és 3b areákba futnak be, és onnan kapcsolódnak át az 1-es és 2-es areába

34-4. ábra . A szomatoszenzoros cortex szomatotóp elrendezése: a „szenzoros homunculus” . W. Penfield és Th. Rasmussen (1950): The Cerebral Cortex of Man: A Clinical Study of Localization and Function. The Macmillan Co., New York alapján. Az ábra a gyrus centralis posterior frontalis metszetén ábrázolja a test egyes régióinak érzőreprezentációját. A valódi arányokat a kéreg felszínére helyezett vastag vonalak szemléltetik. Legmedialisabban képeződik le az alsó végtag, lateralisan pedig a fej. Látszik, hogy a kéz, különösen pedig a mutatóujj, az arc egyes részei, beleértve a nyelv csúcsát, aránytalanul nagyobb kérgi reprezentációval rendelkeznek, mint a többi terület

A kérgi képviselet a régiónak a fajban játszott szerepével arányos, így pl. nyúlban és macskában a száj körüli szőrzetnek (tapintószőrök) van aránytalanul nagy kérgi reprezentációja.

Mindezekkel a megfigyelésekkel egybevágott, hogy a szomatoszenzoros kéreg körülírt sérülései vagy gyógyító célú körülírt eltávolítása meghatározott szenzoros deficittel járnak. Körülírt kis sérülések meghatározott érzésszubmodalitások csökkenésére vagy megszűnésére vezetnek. Az S1 mező teljes eltávolítása után hiányos a végtagok helyzetérzékelése, továbbá a méret, az alak és a felszíni textúra felismerése.

A szomatotópiás térképek első megszerkesztői vizsgálataikban viszonylag nagy felületű (makro)elektródokat voltak kénytelenek használni; mind az ingerlést (emberben), mind a kiváltott potenciálok elvezetését (emberben és majomban) a gyrus centralis posterior konvexitásán, a Brodmann-féle 1-es areában végezték (a 34-4. ábra is a Brodmann-féle 1-es mező szomatotópiás térképe). Az extracelluláris mikroelektródok bevezetése bővítette a szomatoszenzoros kéreg szerveződéséről kialakult képünket. Négy évtizeddel az első szomatoszenzoros térképek megjelenése után kiderült, hogy a primer szomatoszenzoros kéreg mind a négy Brodmann-areajában a testfelszín külön-külön képeződik le. Az egyes Brodmann-areákban azonban más és más szenzoros modalitások dominálnak.

A taktilis ingerekkel (könnyű érintés, nyomás vagy szőrszálelmozdulás) aktivált receptortípusok ingerületének specificitása valamennyi átcsatolódásnál megőrződik (l. előbb). A mikroelektródos vizsgálati technika alkalmazásával kiderült, hogy a specificitás a primer szomatoszenzoros kérgen belül is követhető.

A szomatoszenzoros kéreg működése – hasonlóan más kéregterületekhez – vertikális oszlopokban, corticalis columnákban szervezett. Egy-egy oszlop a pia mater és a fehérállomány között elhelyezkedő mind a hat kéregréteget magába foglalja. A kiváltott potenciálok elemzésével kimutatták, hogy egy-egy oszlop egy-egy receptortípusból származó ingerületeket dolgoz fel. Vannak olyan oszlopok, amelyek a gyorsan adaptálódó, míg mások a lassan adaptálódó receptorok ingerlésére válaszolnak.

Az egyes receptortípusokból származó ingerületek elkülönülése a corticalis columnákban általánosan jellemző a szenzoros rendszerekre, az eddig vizsgált valamennyi érzőrendszerben kimutatható.

Valamely taktilis inger tényének, intenzitásának és időtartamának észlelése viszonylag egyszerű feladat, nem igényel komplex kérgi feldolgozást. Lényegesen összetettebb feladat egy anyag felületi texturájának, egy kezünkbe vett tárgy alakjának (stereognosia), vagy a bőrfelületen elmozduló tárgy irányának és sebességének meghatározása. Egy ilyen bonyolultan összetett feladat megoldásához a felületes és a mély bőrreceptorokból és az izmok proprioceptoraiból jövő információk együttese szükséges. A feladat komplex analízisét a Brodmann-féle 1-es és 2-es areák végzik, amelyek összetett bemenettel rendelkeznek.

Valamennyi primer szenzoros area közvetlen thalamicus bemenettel rendelkezik; ezen túlmenően a Brodmann-féle 1-es és 2-es area információit (afferens bemenetét) zömmel a szomszédos, Brodmann-féle 3a és 3b mezőktől kapja (az információáramlás nem horizontális, hanem az oszlopokon keresztül vertikális). Az egyes ingertípusok a Brodmann-féle 1-es és 2-es areákban alakulnak át komplex érzetekké. A 3a és 3b area egyes neuronjai könnyen ingerelhetők a szenzorokat érő egyszerű, pontszerű ingerekkel. A 3a és 3b areák „receptorspecifikus” neuronjaival szemben az 1-es és 2-es areák neuronjain már különböző receptortípusokból származó ingerületek konvergálnak. A neuronok aktiválásához komplex szenzoros ingerek szükségesek. Ilyen komplex ingert képezhet pl. egy tárgy megfogása (bőr- és proprioceptiv ingerületek), vagy valamely objektum elmozdulása a bőrfelületen. Egyes neuronok mindenféle elmozdulást regisztrálnak, más neuronok azonban irányérzékenyek, csak bizonyos irányban való elmozdulás esetén aktiválódnak. Ilyen irányérzékeny neuronok először a Brodmann-féle 1-es areában jelennek meg, és nagyobb számban találhatók a 2-es areában; teljesen hiányoznak viszont a 3a és 3b areákban. A konvergencia következtében a 3a és 3b areák neuronjainak van a legkisebb receptív mezője, a mező mérete az 1-es areában ennél nagyobb, végül a 2-es areában a legnagyobb. Az 1-es és 2-es Brodmann-féle areák sérülésekor a komplex feladatok analízise szenved zavart (astereognosis), azaz hiányzik az alak, valamint a felületi textúra felismerése.

Mindezekből érthető, hogy a szomatoszenzoros kéreg a begyakorlott mozgásokban, azok megtanulásában és koordinációjában is szerepet játszik. A Brodmann-féle 2-es area az egész testfelületről származó információkkal látja el a szomatomotoros kérget. A 2-es area szelektív farmakológiai gátlása szintetikus, gátlást közvetítő GABA-erg analógokkal lehetetlenné teszi a koordinált finom mozgások kivitelezését; pl. a kezelt majom nem képes egy apró tárgyat megragadni. A hátsó parietalis kéreg összeköttetést létesít a szomatoszenzoros, a vizuális és a szomatomotoros rendszerek között.

Az anterolateralis rendszer (nociceptio, fájdalom- és hőérzékelés)

A szervezetet érő (ütés, vágás, extrém magas hőmérséklet) vagy a szervezetben keletkező (gyulladás) okozta fájdalmas ingerületeket, továbbá a még nem ártalmas hőmérséklet-változásokat az anterolateralis rendszerhez tartozó idegek végződései detektálják. Míg a szomatoszenzórium idegvégződéseinek ingerfelvevő specificitását (tapintás, vibráció stb.) az idegvégződéseket borító struktúrák (Merkel-testek, Meissner-féle sejtek stb.) biztosítják, a hő- és a fájdalomérző receptorok ingerfelvételét magukban az idegvégződésekben helyet foglaló, kationokra átjárható specifikus csatornák közvetítik.

A fájdalomérzet kialakulása; a nociceptiv rendszer

A fájdalomérzet rendkívül nehezen meghatározható fogalom. Azok számára, akik még nem tapasztalták meg felfoghatatlan, azoknak pedig, akik már megélték – és ide tartozik az emberiség legnagyobb része – nem szorul definícióra. Egy nemzetközi szakértői grémium, a „The International Association for the Study of Pain” 1979-ben kelt meghatározása szerint a fájdalom „kellemetlen szenzoros és emocionális tapasztalat, amely aktuális vagy potenciális szöveti károsodáshoz csatlakozik ...” (Pain, 6, 248-252.). A fájdalomérzés kivételes esetekben teljesen hiányozhat, de az ilyen egyedek fiatal korban, valószínűleg ezen hiány következményei miatt halnak meg (l. alább). Különböző betegségeknek lehet korai jele a kísérő fájdalom: ez azért szerencsés, mert a beteg orvoshoz fordul. Sajnos, a rosszindulatú daganatok kezdeti, még gyógyítható stádiumát nem kíséri fájdalom; a fájdalomérzet csak később jelentkezik, majd az elviselhetetlenségig fokozódhat.

A „természetes” úton (tehát nem emberi beavatkozással) keletkező fájdalmat az ősi kultúrák egy felsőbb hatalom büntetésének tulajdonították. Ez az elképzelés még ma is él, de egyes társadalmak a fájdalmas büntetés végrehajtását nem bízzák az égi igazságszolgáltatásra. SHERRINGTON, korának vitathatatlanul legnagyobb neurofiziológusa – nem függetlenül a szigetországban uralkodó archaikus nézetektől – azon a véleményen volt, hogy az egyén erkölcsi fejlődése a gyermekkorban elszenvedett fájdalmas büntetésekkel kezdődik.

A fájdalomérzetet közvetítő felszálló pályák a gerincvelő anterolateralis rendszerében találhatók. Ugyanez a rendszer továbbítja a termoreceptorok ingerületét is: ezért a fájdalom- és a hőérzést együttesen tárgyaljuk. Ezt a tárgyalásmódot indokolja az a neurológiai tünetcsoport is, amelyet a gerinvelő féloldali sérülése (vagy kísérletes átmetszése, hemisectio spinalis) okoz, és amelyet emberben Brown−Sequard-szindrómaként ismerünk (ez a tünetegyüttes ma főként közlekedési baleseteket követően lép fel). A sérüléstől caudalisan a fájdalom- és hőérzet a sérüléssel ellentétes oldalon, míg a helyzetérzés és a vibrációs érzés a sérülés oldalán szűnik meg.

Nociceptorok

A szövetek épségét mechanikai, termikus és/vagy kémiai tényezők károsíthatják. Mindezek olyan specializált, magas ingerküszöbű idegvégződéseket ingerelnek, amelyeket kisebb intenzitású mechanikai vagy termikus ingerek nem aktiválnak. A specifikus fájdalmi receptorok ártalmas ingerekről tudósítanak, ezért ezeket Sherrington nociceptoroknak nevezte el: a név a latin nocere (ártani, károsítani) igéből származik. A nociceptorok szabad idegvégződések; szemben a tapintási szenzoros receptorokkal, hiányzik körülöttük a kötőszövetes tok.

A specifikus fájdalomérző receptorok létezése hosszú ideig vitatott volt. Egyesek feltételezték, hogy a mechano- vagy hőreceptorokat érő extrém intenzitású inger lenne felelős a fájdalomérzetért, azaz ezen receptorok „túlingerlése” okozna fájdalomérzetet. Az alacsony ingerküszöbű mechanoreceptorokból kiinduló afferens axonok elektromos ingerlése azonban soha nem vezet fájdalomhoz. Ma a specifikus nociceptorok létezése általánosan elfogadott tény.

A nociceptorok, ill. a fájdalomérző rendszer érzékenysége egyes kóros állapotokban változhat. Az érintésre bekövetkező fájdalomérzet az allodynia; a fájdalomérzet fokozódása nociceptiv ingerekre a hyperalgesia. Az idegsérüléseket követő kóros fájdalomra a neuropathiás fájdalom ismertetésekor térünk vissza.

Nociceptorok találhatók a bőrben, bőr alatti szövetekben, csontban és csonthártyában, ízületekben, izomzatban, fogbélben (ahol a nociceptorok az egyedüli szenzorok), savós hártyákban (peritoneum, pleura) és az agyburkokban. Némely szövetben azonban teljesen hiányzanak a nociceptorok. Maga az agy teljesen érzéketlen a mechanikai ingerekkel szemben: ezért végezhetők agyműtétek helyi érzéstelenítésben. A váz- és a szívizomban lévő nociceptorok kémiai ingerekre érzékenyek, a helyi hypoxia jellegzetes fájdalmat vált ki, amely a myocardium ischaemiájának jellemző tünete. A gyomor-bél rendszerben és az urogenitalis apparátusban lévő nociceptorok kevéssé ismertek: fájdalmat vált ki a lumen felőli tágítás, az üreges szervek simaizomzatának görcsös összehúzódása.

A nociceptor axonokról elvezetett akciós potenciálok frekvenciája és az ezzel keltett fájdalomérzet mértéke között egyenes arányú összefüggés van. Ezt önkéntes vállalkozókon kvantitatív módon adagolható fájdalmas hőingerek alkalmazásával lehetett igazolni. Adott hőmérséklet-tartományban (39 és 51°C között) a mikroneuronográfia során elvezetett akciós potenciálok frekvenciája és a kísérleti alanyok által jelzett fájdalomérzet mértéke arányosan emelkedett. A szubjektív fájdalomérzet mértékét azonban pszichológiai tényezők jelentősen befolyásolhatják (l. alább).

Szemben a szomatoszenzórium receptorainak túlnyomó részével, a nociceptorok alig adaptálódnak a tartós behatásokhoz. Tartós ingerlés hatására inkább fokozott érzékenység lép fel, a fájdalomérzet fokozódik.

Nociceptorvégződések a primer afferens neuronok két kategóriájában, az Aδ- és a C-rostokban találhatók. Az Aδ-afferensek vékony velőhüvelyes, lassan vezető rostok, amelyek végződéseit vagy intenzív (fájdalmas) mechanikai behatás, vagy fájdalmat keltően forró hőmérséklet aktiválja. Közülük sok végződést érzékenyítenek specifikus kémiai tényezők (a 12. fejezetben említett bradikinin, prosztaglandinok). A C-afferensek vékony, nem myelinizált, még lassabban vezető axononok.

Az Aδ-rostok vezetési sebessége (átlagosan kb. 15 m/s) nagyobb, mint a C-rostoké (átlagosan kb. 1 m/s). Ennek következtében egy, csak rövid ideig tartó nociceptiv ingerre két hullámban érezzük a fájdalmat, ezek jellege is különbözik. Az első éles fájdalomérzetet az Aδ-rostok vezetik, ez a fájdalmas ingert követően azonnal jelentkezik, és pontosan lokalizálható. A második fájdalomérzet, amelyet C-rostok továbbítanak, elmosódottabb, sajgó, égető, tompa jellegű.

A C-rostok egyik szubpopulációja, a polimodális nociceptorok nevét onnan kapta, hogy mindhárom algogen behatásra (mechanikai, kémiai és extrém hőmérséklet) válaszol. Egy másik szubpopuláció specifikus a károsító behatásra: az inger vagy mechanikai, vagy kémiai, vagy extrém hőmérséklet. A válaszkészség annak függvénye, hogy a végződés melyik ioncsatornát expresszálja.

A polimodális C-rostok egy részében gyulladáskeltő (proinflammatoricus) peptidek, elsősorban P-anyag (SP) és kalcitonin gén relációs peptid (CGRP) vannak, amelyeket az afferens rost perifériás végződéséből felszabadít a fájdalmas inger, és így helyi gyulladást váltanak ki (peptiderg rostok, l. a 12. fejezetet).

A TRP csatornák szerkezetük – homológ szekvenciáik alapján – szupercsaládot képeznek, amelyek a fájdalom- és hőérzékelő axonvégződéseken kívül több neuralis és nem neuralis szövetben találhatók meg, és az egyes csatornáknak nagyon sokféle funkciójuk van [pl. a sejt környezetében végbemenő változások (ozmolalitás- és helyi pH-változás) detektálása]. (A TRP csatorna elnevezésének eredetét a fejezet végén a Mérföldkövekben ismertetjük.) A továbbiakban csak a fájdalom- és hőérzékelésben játszott szerepüket ismertetjük. A csatornák közül egyeseknek az a különleges tulajdonsága, hogy nemcsak az idegrost környezetében lejátszódó fizikai változásra, hanem specifikus ligandokra is érzékenyek, receptorfehérjék. (A TRP csatornák egyes csoportjait eredetileg éppen specifikus ligandkötésük alapján ismerték fel és különböztették meg.) A fizikai változások és a ligandok együttesen hozzák létre az idegrostban a végigfutó akciós potenciált.

A TRP csatornák közül a fájdalom- és hőérzékelés szempontjából kiemelkedően fontosak az ún. vanilloid receptorok (TRPV): ligandjaik közül elsőként a csípős paprika hatóanyagát, a kapszaicint ismerték fel (innen a név, kapszaicinreceptor). Ezeknek a receptoroknak az ingerülete hozza létre a csípős paprika vagy csilipaprika okozta csípős-égető-forróság érzést a szájnyálkahártyában (vagy vigyázatlan kézmozdulatot követően a corneában), és érzékenyíti a végződéseket mindenféle ingerrel szemben (hyperalgesia). A proinflammatoricus peptideket tartalmazó neuronok perifériás végződéseiből a kapszaicin felszabadítja a P-anyagot és a CGRP-t, ezzel helyi gyulladást okoz. Más, hidegérzékeny TRP csatornák a mentolra érzékenyek, a mentol hűsítő hatású (l. alább a hőérzékelésnél). A kapszaicin és a mentol egyaránt növényi eredetű, exogén ligandok, de a csatornáknak lipidtermészetű endogén ligandjai is vannak (pl.az anandamid).

A TRP csatornák szerkezeti jellemzői közé tartozik, hogy alegységekből állnak össze, továbbá hogy az alegységek egyenként hat transzmembrán hélixszel „fúrják át” a membránt (6-TM fehérjék). A kationcsatornáknak jelentős Ca2+-permeabilitása van: az ingerhez kapcsolódó Ca2+-koncentráció-emelkedés jelentős tényezője az idegrost válaszának.

A fájdalomérző végződéseken található ioncsatornák másik csoportjába a két membránhélixet tartalmazó savérzékelő ioncsatornák tartoznak. A mechanikai ingerek hatására létrejövő fájdalomérzet kialakulásában az epithelialis Na+-csatornával rokon, két transzmembrán hélixet tartalmazó molekulák vesznek részt. A csatornák a szövetek pH-jának savanyodása esetén nyílnak meg. A savi ingerekre válaszoló Na+-csatornák fontos szerepet játszhatnak abban, hogy a szövetekben felszabaduló savi metabolitok (pl. gyulladásos reakció vagy ischaemia esetén) fokozzák a fájdalomérzet intenzitását (hyperalgaesia).

A polimodális receptorok a sérült szövetekből felszabaduló endogén algogen (fájdalomkeltő) anyagokkal is ingerületbe hozhatók (34-2. táblázat A). Ilyen algogenek a sérült sejtekből kilépett K+-ok, az aktivált thrombocytákból felszabadult szerotonin, a hízósejtek degranulációjakor felszabadult hisztamin, a szöveti kallikrein hatására a kininogénekből képződött bradikinin. (A bradikinin az Aδ-végződéseket is aktiválja.) Egyes helyben felszabaduló anyagok a sérült szövetekben érzékenyíthetik a végződéseket a kis intenzitású, önmagukban nem fájdalmas mechanikai és hőingerekkel szemben, amely utóbbiak így fájdalmat válthatnak ki (hyperalgesia, 34-2. táblázat B). Ilyen érzékenyítő (szenzitizáló) anyagok az eikozanoidszármazékok [egyes prosztaglandinok és leukotriének; a ciklooxigenázt inaktiváló különböző, ún. nem szteroid gyulladásgátló vegyületek, mint pl. az acetilszalicilsav (aszpirin) fájdalomcsillapító hatásúak], továbbá a savi pH. A már említett SP és CGRP szintén hyperalgesiát váltanak ki.

A nociceptorok gerincvelői végződéseiből felszabaduló transzmitter valamely ingerlő aminosav, valószínűleg glutamát, amely felszabadulva gyors EPSP-t hoz létre a postsynapticus reléneuronban. A C típusú afferensek gerincvelői végződéséből a tachikininek családjába tartózó peptidek, P-anyag (SP), CGRP (calcitonin-gene-related peptide), valamint neurokinin A is felszabadulnak: ezek szerepét a 12. fejezetben foglaltuk össze. A peptidek felelősek az afferens axonok tartós ingerlésekor postsynapticusan létrejövő lassú potenciálváltozásokért, neuromodulátorokként hatnak.

10.3. táblázat - 34-2. táblázat . A nociceptorokat aktiváló és szenzitizáló endogén anyagok. A) Aktivátorok

Anyag

Eredet

K+

Sérült sejtek

5-hidroxi-triptamin (szerotonin, 5-HT)

Aktivált thrombocyták

Hisztamin

Hízósejtek

Bradikinin

Vérplazma kininogénje (kallikrein hatására)


10.4. táblázat - 34-2. táblázat . A nociceptorokat aktiváló és szenzitizáló endogén anyagok. B) Szenzitizátorok

Anyag

Eredet

Prosztaglandinok

Sérült sejtek

Leukotriének

Sérült sejtek

P-anyag (SP)

Polimodális afferensvégződések

CGRP

Polimodális afferensvégződések


CGRP: kalcitonin gén relációs peptid

Nociceptiv pályák

A hátsó gyökökben belépő Aδ- és C típusú rostok a gerincvelő hátsó szarvának felületes zónáiban végződnek. A nociceptiv afferensek két módon csatolódhatnak át a felszálló pályák neuronjaira. Az egyik lehetőség a primer afferens rost közvetlen átcsatolódása a hátsó szarvban a felszálló projekciós neuronra; a másik lehetőség a primer afferens rost átcsatolódása lokális interneuronra, amely azután synapticusan kapcsolódik a felszálló projekciós neuronhoz.

A felszálló pályák projekciós neuronjai két nagyobb csoportot képeznek. Az egyik csoport neuronjain a magas ingerküszöbű nociceptiv primer afferensek (Aδ- és C-rostok) végződnek: ezek specifikus nociceptiv felszálló pályákat képeznek. A projekciós neuronok másik típusán viszont egyaránt végződnek magas ingerküszöbű nociceptiv és alacsony ingerküszöbű Aβ mechanoreceptor afferensek: ezek az ún. széles dinamikus sávú(wide-dynamic range, WDR) neuronok. Ezekből alakulnak ki a multimodális pályák, amelyek tehát mind nociceptiv, mind nem nociceptiv ingerületeket szállítanak. (A „multimodális” elnevezést ne tévesszük össze a „polimodális” primer afferensekkel.)

Az átcsatolódás után a nociceptiv és a széles dinamikus sávú projekciós rostok nagy része a túloldalra kereszteződik, és az ellenkező oldalon (contralateralisan), míg kisebb része a belépés oldalán (ipsilateralisan) halad felfelé. A gerincvelőben mind a keresztezett, mind a keresztezetlen rostok az anterolateralis kötegben futnak: csillapíthatatlan fájdalom esetén (pl. rákos daganat áttétei következtében) e pályák átmetszésével lehet megkísérelni a fájdalom csillapítását.

Jellemző a gerincvelői szerveződésre, hogy a bőrből, valamint a zsigeri szervekből (szívből, gyomor-bél rendszerből és az urogenitalis szervekből) származó primer nociceptiv afferensek ugyanazokon a projekciós neuronokon konvergálnak. A központi idegrendszer magasabb szintjei (thalamus, agykéreg) nem képesek a fájdalom keletkezésének tényleges helyét attól a bőrterülettől megkülönböztetni, amelyek primer afferensei ugyanazokon a projekciós neuronokon konvergálnak. A fájdalmat ezért nem keletkezési helyén, a megtámadott zsigeri szervben, hanem a test felszínén, kisugárzó fájdalomként érzékeljük (34-5. ábra). A kisugárzó fájdalom helye jellemző arra a szervre, amelyben a nociceptiv ingerület keletkezett. Így a szívizom oxigénhiányát (ischaemiáját) jelző anginás fájdalom típusosan a bal felső végtagba (felkar és váll), a vesemedencében vagy az ureterben keletkezett veseköves fájdalom a lágyéktájba sugárzik. A másod- és harmadrendű fájdalomérző neuronok receptív mezője sokkal nagyobb méretű, mint a primer nociceptiv neuronoké.

34-5. ábra . A kisugárzó fájdalom keletkezésének mechanizmusa

Kisugárzó fájdalom valószínűleg magának a nociceptiv afferens elágazásainak következtében is keletkezhet: a primer afferens egyik ága a bőrből, másik ága pedig egy zsigeri szervből szállíthat nociceptiv impulzusokat.

A másodrendű nociceptiv neuronok nagy része és a széles dinamikus sávú projekciós rostok a spinothalamicus pályákatképezve a nyúltvelőn, hídon és mesencephalonon átfutva a thalamusban végződnek. Ezek a rostok mind keresztezettek. A pálya sérülése a fájdalomérzet deficitjét jelentheti, míg a pálya elektromos ingerlése fájdalomérzettel jár. (A spinothalamicus pálya nem az egyetlen út, amelyen keresztül a nociceptiv ingerek elérhetik a thalamust.)

A spinothalamicus rendszer filogenetikailag régebbi része a palaeospinothalamicus tractus. A pálya a thalamus intralaminaris magjaiban − amelyek a nem specifikus magrendszerhez tartozna −, végződik; az átcsatolódásából származó rostok az agykéreghez futnak. Ez és a spinoreticularis pálya (l. alább) nem képes finom diszkriminációra és lokalizációra. Az ezzel a pályával továbbított ingerek a tudatosulás mellett általános fájdalmi reakciókat, mint ébresztést, affektív reakciót és autonóm válaszokat váltanak ki.

Emberszabású majmokban, de főként emberben a filogenetikailag újabb rész, a neospinothalamicus tractus tett szert nagyobb jelentőségre. A pálya axonjai a thalamus specifikus projekciós magjaiban csatolódnak át, és a kéreghez szállítanak információkat. A neospinothalamicus projekció szolgálja a nociceptiv ingerek finom lokalizációját és mennyiségi értékelését.

A nociceptiv afferentáció további összetevője a tractus spinomesencephalicus, amely a középagyi substantia grisea centralisban (más néven a periaquaeductalis szürkeállományban) és más mesencephalicus struktúrákban végződik. Ezek a pályák a hypothalamuson keresztül a limbicus rendszerrel állnak összeköttetésben. A periaquaeductalis szürkeállománynak a fájdalomérzet modulációjában van szerepe (l. alább). A hátsó szarvból ered a részlegesen kereszteződött spinoreticularis pálya is. A pálya a formatio reticularisban csatolódik át, majd a projekció eléri a thalamust.

A specifikus projekciós magvak közül a ventralis posterolateralis magban csatolódnak át a törzsből és a végtagokból, míg a ventralis posteromedialis magban a nervus trigeminus által a fejből érkező ingerületek. A két mag együttesen képezi a ventrobasalis komplexet. A komplex sebészi sértése csökkenti az éles, hasító fájdalmat (és a bőr taktilis ingerlékenységét), de érintetlenül hagyja a fájdalomnak a mély, sajgó összetevőjét. A ventrobasalis komplex elektromos ingerlése fájdalmat és egyéb érzeteket okoz.

A nociceptiv információ végül eléri az agykérget. Magában az agykéregben azonban eddig nem sikerült a nociceptionak olyan szomatotopiás elrendezését felfedezni, mint amilyen a szomatoszenzoros cortexben pl. a taktilis érzésmodalitás esetében feltérképezhető. A szomatoszenzoros agykéreg kiterjedt sérülései sem járnak a fájdalomérzet csökkenésével.

A nociceptiv pályák kollaterálisokat adnak az agytörzs és a magasabb idegrendszeri struktúrák azon részéhez, amelyek az általános ébrenléti és figyelmi szintet szabályozzák (az „ébresztő”, „arousal”-rendszert a 41. fejezetben ismertetjük).

A fájdalomérzés központi ellenőrzése

Az előzőekben leírt felszálló nociceptiv pályák csak az egyik aspektusát képezik a fájdalomérzet kialakulásának. A központi idegrendszer ugyanis a synapticus átcsatolódások különböző szintjein képes ellenőrizni a fájdalom tudatosulását. A fájdalmat mérséklő vagy teljesen megszüntető hatást nevezzük analgetikus hatásnak, a fájdalommentes állapotot analgesiának.

Ismereteink az endogén analgetikus mechanizmusokról három forrásból erednek: 1. egyes leszálló pályák elektromos ingerlésének analgetikus hatása; 2. a legrégebben ismert fájdalomcsillapító gyógyszerek, az ópiumalkaloidok (morfin és morfinszármazékok) hatása, és ezzel kapcsolatosan az opioid receptorok felfedezése, végül 3. az opioid receptorok fiziológiás ligandjait képező endogén opioid peptidek felfedezése, és szerepük tisztázása a neurotranszmisszióban és neuromodulációban.

Egyes központi idegrendszeri területek, így a periaquaeductalis szürkeállomány, a thalamus egyes magjai, valamint a capsula interna mélyelektródok segítségével történő elektromos ingerlése nemcsak állatkísérletekben analgetikus hatású, hanem emberben is alkalmas a tűrhetetlen krónikus fájdalom mérséklésére. (Ez nem általános érzéstelenítő hatás, a mechano- és termoreceptorokból jövő ingerületeket a beteg változatlanul érzékeli.) Az elektromos ingerlés egy összetett leszálló analgetikus pályarendszeren keresztül hat (34-6. ábra). A pályarendszer központi részét képezik azok a leszálló monoaminerg (szerotonerg és noradrenerg) neuronok, amelyek a gerincvelőben gátolják az ingerületátadást a felszálló nociceptiv pályákra. Ezt a leszálló monoaminerg rendszert gátolják a rajtuk végződő GABA-erg neuronok; a GABA-erg gátlás következtében a spinothalamicus pálya akadálytalanul szállítja a fájdalmas információkat a thalamus felé. A GABA-erg neuronokon végződnek azok az opioid gátló neuronok, amelyek aktiválódása/aktiválása analgesiát okoz. Az opioid neuronok aktiválása gátlásoldásban nyilvánul meg, a leszálló monoaminerg gátló pályák felszabadulnak a GABA-erg gátlás alól. A morfin a GABA-erg neuronokon lévő opioid receptorokra hat.

A gerincvelői opioid interneuronok gátolják mind a nociceptiv primer afferensek transzmitterleadását (praesynapticus gátlás), mind a spinothalamicus pálya neuronjait (postsynapticus gátlás, 34-7. ábra). Ugyanez a mechanizmusa a gerincvelőbe juttatott morfin vagy morfinszármazékok analgetikus hatásának; ezt használja ki az aneszteziológus a spinalis anaesthesia során.

34-6. ábra . A leszálló monoaminerg analgetikus pályarendszer GABA-erg gátlása és a gátlás felfüggesztése opioid neuronokkal

34-7. ábra . A gerincvelői opioid neuronok összeköttetései és az analgetikus hatás kialakulásának vázlata

Opioid receptorok

Az ópium, a máknövény (Papaver somniferum) megszárított nedvéből kivont alkaloidakeverék fájdalomcsillapító és kábító hatása régen ismert. Az ópium leghatékonyabb összetevője a morfin (morphium) ma is az egyik leghatásosabb fájdalomcsillapító gyógyszer. A morfin, valamint egyes szintetikus származékai, mint pl. a heroin függőséget (addikciót) okozó pszichotrop drogok (l. a 40. fejezetet)

A morfinés a hozzá hasonló alkaloidok az idegsejtek membránján lévő opioid receptorokhoz kötődve hatnak. Jelenleg három, μ-, δ- és κ-típusú opioid receptort ismerünk; ezek szerkezete különbözik, és a különböző növényi, szintetikus és endogén ligandok iránti affinitásuk eltér. A naloxon nevű morfinanalóg a μ-típusú receptorok specifikus antagonistája, felfüggeszti a morfin és egyes endogén ligandok hatását.

A morfin az opioid receptorok farmakológiai ligandja. Az opioid receptoroknak azonban természetes endogén peptid ligandjaik is vannak, amelyeket közös néven opioid peptidekként említünk (34-3. táblázat).

Az opioid peptideket szerkezetük alapján három csoportra osztjuk, az enkefalinok, a proopiomelanokortin peptidek (endorfinok) és a dinorfin csoportjára (34-3. táblázat). A proenkefalin, proopiomelanokortin és prodinorfin gének nagyobb polipeptideket kódolnak, a géntermékekből alakulnak ki a kisebb opioid peptidek. Valamennyi opioid peptidben közös a tyr-gly-gly-phe terminális szekvencia.

Az opioid peptidek közül a proopiomelanokortin peptidek a vérbe kerülnek (bár az opioid peptideket nem szokás hormonként számontartani), és valószínűleg szerepük van a stresszállapotok alatt létrejövő analgesiában. Az opioid peptideknek és receptoraiknak szerepet tulajdonítunk a központi és az enteralis idegrendszeri neurotranszmisszióban.

10.5. táblázat - 34-3. táblázat . Egyes opioid peptidek szerkezete. H. L. Fields (1987): Pain. McGraw-Hill, New York alapján

A peptid neve

Szerkezet

Leucin-enkefalin (leu-enkefalin)

tyr-gly-gly-phe-leu-OH

Metionin-enkefalin (met-enkefalin)

tyr-gly-gly-phe-met-OH

β-endorfin

tyr-gly-gly-phe-met-thr-ser-glu-lys-ser-gln-thr-pro-leu-val-thr-leu-phe-lys-asn-ala-ile-val-lys-asn-ala-his-lys-gly-gln-OH

Dinorfin

tyr-gly-gly-phe-leu-arg-arg-ile-arg-pro-lys-leu-lys-trp-asp-asn-gln-OH


A homológ aminosav-maradékokat dőlt betűs szedéssel jelöltük

Kritikus helyzetekben, felfokozott emocionális állapotokban előfordul, hogy valamely súlyos szöveti sérülés nem tudatosul, egy ideig nem jön létre fájdalomérzet. Ilyen jelenségek tapasztalhatók életveszélyes (pl. harctéri vagy katasztrófa) helyzetekben: a fájdalomérzet a sebesülés után csak nagy késéssel jelentkezik. Hasonló jelenség figyelhető meg nagy téttel járó sportteljesítmények során is. A feltételezések szerint a stresszállapotban elválasztott endorfinok váltanának ki általános analgetikus hatást.

Ahhoz, hogy a nociceptiv afferentáció csak „normális mértékű” fájdalomérzetet váltson ki, az egész pályarendszernek épnek kell lennie. Ha a pályák – agyi vérzést vagy thrombosist követően – valamely szinten megszakadnak, a fájdalomérzet lényegesen felerősödik, és aránylag csekély inger is tűrhetetlen fájdalmat vált ki: ez a centrális fájdalom. Az első ilyen eseteket a thalamus különböző magjainak sérülésekor írták le (thalamussyndroma).

Ősi tapasztalat, hogy a sérült bőrfelület fájdalmassága csökkenthető a szomszédos területek gyengéd érintésével; a hatékony taktilis impulzusokat vastag velőhüvelyes, Aβ-axonok közvetítik. Ennek a sokszorosan bizonyított ténynek neurofiziológiai magyarázataként tételezték fel, hogy a taktilis primer afferens axonok olyan interneuronokhoz adnának kollaterálist, amelyek gátolnák a nociceptiv afferensek első gerincvelői átkapcsolódását. Ez a kollaterális „bezárná a kaput” a felszálló nociceptiv impulzusok útjában (a fájdalomérzet „kapuszabályozási” teóriája, a „gate-control-theory”). Az elméletet eredeti formájában nem lehetett igazolni; a bizonyítási próbálkozások során derült azonban fény a fájdalomérzetet szabályozó leszálló pályákra.

A nociceptorok felől kiváltódó reflexek

A nociceptorokból a központi idegrendszerbe befutó impulzusok különböző szomatomotoros reakciókat, reflexeket váltanak ki. Ide tartozik a végtagok eltávolítása a fájdalmas ingertől. A nociceptiv flexorreflex gerincvelői szinten integrálódik: spinalis készítményen, továbbá harántlaesiót szenvedett, ún. spinalis emberen is kiváltható; magasabb szintű idegrendszeri kontroll, a fájdalom tudatosulása nem szükséges a nociceptiv szomatomotoros válaszhoz. Felsőbb idegrendszeri szintek viszont képesek a gerincvelői reflex módosítására; így pl. fegyelmezett ember nem húzza el egy várt kisebb fájdalmas ingerre a végtagját.

A mély testrégiókból kiinduló nociceptiv impulzusok a környező vázizmok tartós összehúzódását váltják ki. Ilyen reakció pl. a hasi zsigerekből kiinduló fájdalom esetében a hasfalizomzat kontrakciója (a francia nyelvből átvett és meghonosodott orvosi kifejezéssel defense musculaire, izomvédekezés). Az izomkontrakciónak valóban védelmi funkciója van, megóvja a beteg területet a további mechanikai inzultusoktól. Maga a tartós izom-összehúzódás azonban szintén fájdalom forrása. Ez utóbbi az oka, hogy izomrelaxánsok alkalmazása csökkenti (de nem szünteti teljesen meg) a mély fájdalmat. Az izom-összehúzódás észlelésének diagnosztikai jelentősége van, felhívja a figyelmet valamely hasüregi gyulladásos folyamatra.

A nociceptorokból kiinduló ingerületek valószínűleg már akkor reflexes izom-összehúzódást váltanak ki, amikor az ingerek még nem érték el a fájdalomérzethez szükséges küszöböt. A mozgások közben a keletkező küszöb alatti nociceptiv aktiválódás megváltoztatja az ízületek helyzetét, ezzel védi a mozgásszerveket a károsító behatásoktól. Valószínűleg nociceptiv afferensek váltják ki az alvás alatti helyzetváltoztatásokat is. A védekező reflexek csökkentik az ártalmas ingerek behatásának időtartamát.

Nociceptiv ingerek autonóm reflexeket is kiváltanak. Az éles fájdalmat általánosult szimpatikus aktiválódás kíséri: tachycardia, vérnyomás-emelkedés, nagyfokú verejtékezés, piloerectio és pupillatágulat. A nagyon intenzív „mély” – pl. a heréből, csontból vagy a csonthártyából kiinduló – fájdalom viszont bradycardiát, vérnyomáscsökkenést válthat ki, és mivel az agyi perfúzió is csökkenhet, ez a fájdalom ájuláshoz (eszméletvesztéshez) is vezethet.

Neuropathiás fájdalom

Nemritkán a szomatoszenzoros idegek vagy pályák laesióját követően spontán – azaz a fájdalomérző receptorokat érő kiváltó inger nélkül – fájdalomérzet lép fel, ill. az ártalmas vagy ártalmatlan ingerekre adott válasz jelentősen felerősödik: ez a neuropathiás fájdalom. (Magát a „neuropathiás fájdalom” elnevezést csak a múlt század kilencvenes évei óta használják.) Az állapot igen tartós lehet, és nehezen csillapítható. Kiválthatja az idegek mechanikai sérülése (átmetszés, tartós nyomás), az idegek vagy pályák demyelinizálódása (sclerosis multiplex), vírusfertőzés [varicellavírus (herpes zoster) vagy HIV-fertőzés], anyagcsere-betegség (diabetes mellitus). Extrém példája az állapotnak, hogy valamely végtag elvesztése után a sérült az elvesztett végtagot fájlalja (fantomfájdalom). A neuropathiás fájdalom lényege a nociceptiv rendszer túlérzékenysége, ingerküszöbének alacsonyabb szintre állása; így pl. enyhe érintés élénk fájdalmat vált ki (allodynia). A fájdalom keletkezésében egyaránt szerepelhetnek perifériás és centrális struktúrák.

A neuropathiás fájdalom egymást követő folyamatok következtében alakul ki. A történések kezdetén az idegi struktúrák sérülése kiváltja a környezet válaszlépéseit: aktiválódnak a sérült idegek Schwann-sejtjei, az immunsejtek, közöttük a macrophagok, a központi idegrendszeren belül a gliasejtek, továbbá a hátsó gyöki ganglionokon belül a gliaekvivalens szatellitasejtek. Az aktiválódás során különböző mediátorok szabadulnak fel: növekedési faktorok, citokinek és kemokinek, amelyek azokra a helyi neuronokra is hatnak, amelyeket a sérülés érintetlenül hagyott. A következmény az idegelemek molekuláris átstrukturálódása. A neuronokban többek között olyan ioncsatornák fejeződnek ki, amelyek megelőzően nem vagy alig voltak reprezentálva, és amelyek spontán vagy kis intenzitású ingerre nyílnak; ennek következménye az ectopiás ingerképzés. (A neuropathiás fájdalom farmakológiai befolyásolásának egyik eszköze a Na+-csatornák gátlása.)

A perifériás változásoknak centrális következményei is lehetnek. A gerincvelő hátsó szarvának synapsisai szenzibilizálódhatnak, hatékonyabbá válik a transzmisszió. Esetenként az ezeken konvergáló gátló (GABA-erg és glicinerg) synapsisok működése kiesik, létrejön a centrális facilitáció, azaz amplifikálódik a fájdalomérzet.

A fájdalomérzés veleszületett hiánya

Nagyon ritkán a nociceptio veleszületetten hiányzik. Ezeknek az embereknek az élettartama az átlagosnál rövidebb, és ez nem egyes nagyobb traumák következménye. A mindennapi élettel járó kisebb sérülések lehetőségét az intellektus ismeri fel, és az érintett személy megtanulja a potenciális veszéllyel járó helyzetetek elkerülését. A fájdalomérzés veleszületett hiányának ismertté vált ritka eseteiben az évek során a mozgás passzív szervei (ízületek és csontok) károsodnak; ennek hátterében valószínűleg a kisebb testhelyzeti korrekciók elmaradása áll. A korrekciókat ép körűlmények között a nem tudatosuló nociceptiv ingerületek váltják ki, ezek akadályozzák meg az igénybevételnek leginkább kitett gerincoszlop és az ízületek ártalmát. A folyamatos mozgásszervi „erózió” másodlagosan károsítja a különböző szervezeti funkciókat, és valószínűleg ez az oka az élettartam jelentős csökkenésének.

A viszketés

A viszketés egyetlen használható definiciója egy aforizma, amely szerint „viszketés az a kellemetlen szubjektív érzet, amely vakarási késztetést vált ki”. Mint kellemetlen érzet rokonságban áll a fájdalommal, a két érzet néhány neurofiziológiai jellegzetessége azonos. Helyi érzéstelenítés alkalmával a fájdalom és a viszketés egyszerre szűnik meg. A viszketés érzete a szabad idegvégződések felől váltódik ki, C típusú axonok közvetítik. Azokban az egyedekben, akiknek veleszületetten hiányzik a fájdalomérzésük, viszketés sem váltható ki.

A viszketést közvetítő neuronok azonban valószínűleg nem azonosak a fájdalmat közvetítőkkel. Viszketés kísérletesen meghatározott pontok („viszketési pontok”) elektromos ingerlésével is kiváltható, ezek azonban nem azonosak azokkal a pontokkal, amelyek ingerlése fájdalmat vált ki. Ezen túlmenően a viszketési pontok elektromos ingerlésénél az inger intenzitásának növelése nem vált ki fájdalomérzetet; fájdalmi pontok esetében az elektromos inger csökkentése nem vált ki viszketést. A két érzetmodalitás különálló volta mellett szól, hogy a fájdalmas inger flexorreflexet, a viszketést létrehozó inger vakarási reflexet vált ki.

Viszketést a bőr egyes pontjainak enyhe mechanikai ingerlésével is ki lehet váltani. Viszkető érzést azonban elsősorban egyes kémiai anyagok idéznek elő. A bőrbe (intradermalisan) juttatott kis mennyiségű hisztamin a H1-receptorok közvetítésével viszkető érzést okoz, amelyet antihisztamin hatóanyagok (H1-receptor-antagonisták) többnyire megszüntetnek. A bőrbe juttatott fehérjebontó enzimek is viszketést váltanak ki.

A viszketés központi idegrendszeri feldolgozása ismeretlen. Opiátok nemhogy nem csökkentik a viszketést, hanem azt még fokozzák is.

Termorecepció

A bőr, a száj- és orrüreg, a garat, valamint a végbél hőmérsékletét termoreceptorok érzékelik. A hőszenzibilitás pontszerű: megfelelő hőmérsékletű, kis átmérőjű vizsgáló szondával hideg- és melegérzékeny pontokat lehet elkülöníteni. (A pontoktól távolabb eső bőrterületekről csak a bőrön belüli vezetéssel kerülhetnek ingerületbe a termoreceptorok.) A két termoreceptor típus hőmérséklet-érzékenysége eltérő. A hidegérzékelő receptorok – amelyek Aδ típusúrostok végződései – érzékenységi tartománya 10 és 40 °C közé esik, a receptorok 23–28 °C között adnak le maximális frekvenciával ingerületet. 10 °C alatti hőmérsékleten a receptorok ingerületleadása megszűnik, de ez minden receptor esetében érvényes: a hideg hatásos helyi érzéstelenítő. A hidegérzékelő receptorok sajátossága, hogy a hidegpontokat 45 °C feletti hőmérséklettel ingerelve a receptorok ingerületet adnak le, paradox hidegérzet jelentkezik. Ekkor azonban már fájdalomérzet is fellép. A melegérzékelő receptorok – amelyek Ctípusú rostok végződései – érzékenységi tartománya 30 és 45 °C közé esik, legnagyobb érzékenységet 38 és 43 °C között mutatnak. Az adatokból kitűnik, hogy a termoreceptorok érzékelési tartománya átfedő (34-8. ábra)

A termoreceptorok a bőr felszínétől kevesebb, mint 1 mm mélységben helyezkednek el. Ingerületleadásuk a bőr hőmérsékletétől és a receptorok környezetének véráramlásától függ. Nagy véráramlás (hyperaemia) esetén még aránylag hűvösebb környezet is melegnek tűnik (így hatnak az értágítók, pl. az alkohol), míg csökkent véráramlás esetén még kevéssé hűvös környezetet is hidegnek érzünk.

Ha a termoreceptorok ingerlése érintéssel párosul, akkor az ingerlés helye pontosan lokalizálható. Ha azonban sugárzó hő az ingerforrás, akkor a behatás helye nem határozható meg pontosan.

Egy adott hőmérséklet érzetét az szabja meg, hogy milyen arányban érik el a központokat a hideg- és a melegreceptorok felől az ingerületek. 32–33 °C között van a semleges (termoneutrális) zóna, amelyben a vizsgált személy sem hideget, sem meleget nem érez. Ezen érték fölött a melegérzés, 32–33 °C alatt pedig a hidegérzés dominál.

A hőmérsékletérzet megértésében fordulópontot jelentett a TRP csatornák, ezeken belül is a vanilloid és a „vanilloidszerű” receptorok megismerése. Ezek a csatornák egyrészt maguk hőmérséklet-érzékenyek, a hőmérséklet megváltozására nyílnak meg (34-9. ábra), másrészt egyes exogén anyagok is csatornamegnyílást eredményeznek. A hidegre nyíló TRP csatornák egy része mentollal is ingerelhető: ezen alapul a mentol közismert hűsítő hatása. Az extrém hideg már a fájdalomérző receptorokat is ingerli. A csupasz bőrfelületre kerülő szénsavhó vagy folyékony nitrogén fájdalmat vált ki.

A normálisnál magasabb hőmérséklet jelzésére a C típusú rostok specializálódtak. A nem szövetkárosító hőmérsékletet olyan TRP csatornák detektálják, amelyek egészen 43 C hőmérsékletig képesek detektálni a meleget. E fölött azonban már más TRP csatornák kezdenek működni. Egy részük kapszaicinreceptor: kapszaicinnel ingerelve már alacsonyabb hőmérsékleten is forróságot jelez, azaz szenzitizálja a csatornát. (A kapszaicinre válaszoló, TRP családba tartozó ioncsatornát vanilloid-1 receptornak is nevezik.) Az egészen forró – tehát nagyon ártalmas – hőmérsékletet más C típusú axonvégződésekben lévő „vanilloidszerű receptorok” detektálják, amelyek az égetően forró (52 °C-nál magasabb hőmérsékletű) ingerek hatására kerül ingerületbe. Ezek az axonok a forróság mellett fájdalmat is jeleznek. Ez a csatorna található meg a C típusú velőtlen rostok végkészülékein, és 43 °C-nál magasabb nociceptiv (forró) hőingerekkel és savi pH-val is ingerelhető. Utóbbi tulajdonsága magyarázza, hogy fontos szerepet játszik a gyulladásos reakció során kialakuló hyperalgesia kialakulásában.

34-8. ábra . A termoreceptorok érzékelési tartománya főemlősökben . Y. Zotterman (1976): Szenzory Functions of the Skin in Primates. Pergamon Press, Oxford, U. K. alapján. Az ábra vízszintes tengelyén a hőmérséklet, a függőleges tengelyen pedig egy-egy termoreceptor afferens axonról elvezetett akciós potenciál frekvenciája (impulzus/s) szerepel. A hidegre érzékeny receptor leadása 15 °C körül megszűnik (hideganaesthesia), a leadás maximuma 26 °C körüli hőmérsékleten van. A melegre érzékeny receptor leadásának maximuma 42 °C körül van, ez után a leadási frekvencia csökken. A hidegre érzékeny végződéseket 43 °C feletti hőmérséklettel ingerelve paradox hidegérzet keletkezik.Látható az ábrán, hogy 32 °C körül mind a hidegre, mind a melegre érzékeny receptorok axonjai nagyjából azonos frekvenciával adnak le ingerületet

34-9. ábra . Hőmérséklet-érzékeny TRP receptorok aktiválhatósága

Mérföldkövek

Az érzékelés alapfogalmainak kialakulása

Galenus, alexandriai orvos (130-201) felismerte, hogy az érzékelés szerve az agy, és a fájdalmat az érzékletek közé sorolta.

1833-1846: Johannes Müller megfogalmazza a „specifikus idegenergia törvényét”: e szerint az érzet modalitása a szenzoros pályától függ.

1834: E. H. Weber először fogalmazza meg az inger és az érzet mennyiségi összefüggését. 1860: G. Fechner kiegészíti Weber törvényét, amely az inger intenzitása és az érzet között állapít meg összefüggést (Weber–Fechner-törvény).

1811: Charles Bell felismeri a gerincvelői mellső gyökök mozgató funkcióját, de a hátsó gyökök szerepét a szenzoros működésben csak 1822-ben ismeri fel Francois Magendie.

A szomatszenzórium elektrofiziológiai megközelítése

1924: J. Erlanger, H. S. Gasser és C. H. Bishop bevezetik a neurofiziológia módszertanába a katódsugár-oszcilloszkópot; ezzel a technikával elkülönítik a különböző sebességgel vezető axonokat (Aα-, Aβ-, Aγ-, Aδ-, B- és C-rostok), összefüggést állapítanak meg az axonok vastagsága és vezetési sebessége között, és megkísérlik az egyes rostok funkció szerinti megkülönböztetését. Ezekben az években E. A. Adrian egyes neuronok elekromos aktivitását regisztrálja, és megfogalmazza, hogy az akciós potenciálok képezik az idegingerület vezetésének alapját. 1926-ban Adrian és Yngve Zotterman már egyetlen szenzoros idegrostról elvezetett akciós potenciált regisztrál, és kimutatják, hogy az inger erősségének fokozására az axonban az akciós potenciálok frekvenciája növekszik (frekvencia kód).

A fájdalomérzet megismerése

1858: J. M. Schiff (Magendie egykori tanítványa) kimutatja, hogy a gerincvelői pályák körülírt sérülései esetén a taktilis és a fájdalmi reakciók egymástól függetlenül sérülnek; véleménye szerint a fájdalom önálló érzésmodalitás. C. E. Brown-Sequard rövidesen (1860) kimutatja, hogy a gerincvelő féloldali harántlaesiója a hő- és a fájdalomérzés ellenkező oldali megszűnését okozza (a tapintás az azonos oldalon szűnik meg). W. R. Gowers 1878-ban emberi harántsérülést követően ugyanezt tapasztalja. 1890 és 1900 között anatómusok leírták azt a hosszú felszálló gerincvelői pályát, amely a hátsó szarv neuronjaiból ered, axonjai keresztezik a középvonalat, és kísérleti adatok és klinikai tapasztalatok alapján a fájdalmas ingerületeket szállítja. 1912-ben a pálya sebészi átmetszésével szüntették meg egyes betegek elviselhetetlen állandósult fájdalmát. Mindezek alapján kialakult az a nézet, hogy a fájdalomérzetért specifikus idegi elemek (receptorok, axonok, központi pályák) felelősek.

1906: Ch. S. Sherrington bevezeti a fájdalomérző „nociceptorok” fogalmát. Erlanger, Gasser és Bishop vizsgálatai szerint a fájdalom keletkezésében szereplő axonok a vékony velőhüvelyes Aδ- és a velőhüvely nélküli C-rostok. Sir Thomas Lewis fedezte fel, hogy egyetlen fájdalmat generáló elektromos inger időben elváló kettős fájdalomérzetet vált ki: az előbb jelentkező reakciót a gyorsabban vezető Aδ-, a később jelentkezőt a C-rostok közvetítik.

A specifikus nociceptor teóriát zavarta meg egy időre R. Melzack és P. D. Wall „kapu”-teóriája (gate control theory, 1965), ami szerint a fájdalomérzet kialakulásához a specifikus nociceptorok mellett további afferensek szerepelnek a fájdalomérzet kialakulásában; ez utóbbiak „nyitják” a gerincvelői neuronokban az „ingerületi kapu”-t, amelyen keresztül a felszálló pálya vezetheti az ingerületet. A kaputeória nem állta ki az idő próbáját.

A kapszaicintól a vanilloid receptorokon keresztül a TRP csatornákig

1846: L. T. Thresh izolálta a Capsicum család áthatóan csípős hatóanyagát, és kapszaicinnek nevezte el. 1878-ban Hőgyes Endre a hatás magyarázatául feltételezte, hogy a hatóanyag szelektíven hat a szenzoros neuronokra, és ezzel okoz fájdalmat. 1919-ben E. K. Nelson állapítja meg a kapszaicin szerkezetét: a hatóanyag a homovanillinsav származéka (innen a vanilloid elnevezés). Az 1950-es évek elején Jancsó Miklós fedezte fel, hogy a kapszaicin nemcsak szenzoros neuronokat izgat, de kapszaicinnel kezelt kísérleti állatok érzéketlenné válnak a fájdalmas ingerekre. Ez a felfedezés tette lehetővé egyes fájdalomérző neuronok megjelölését. A vizsgálatokat a továbbiakban Jancsóné Gábor Aranka és Szolcsányi János folytatták, majd Jancsó Gábor is bekapcsolódott azokba. Kimutatták, hogy a kapszaicinérzékekeny rostokból (nociceptorok) fájdalmas ingerek hatásra gyulladást keltő neuropeptidek szabadulnak fel.

1969-ben a Drosophila melanogaster genetikai vizsgálata során Y. Hotta és S. Benzer találtak egy gént, amelynek mutációja a légy vakságát okozza. Minthogy a mutációt hordozó legyek elektroretinogramja csak tranziens válasszal reagált fényingerre, a normál gént elnevezték trp génnek (tranziens receptor potenciál rövidítéseként). A gén terméke hat transzmembrán szegmentet tartalmazó membránfehérje (C. Montell és G. M. Rubin, 1989). Kiderült, hogy a géncsalád nagyon kiterjedt, az általuk kódolt TRP fehérjék között vannak csatornafehérjék (TRP csatornák). Egyes TRP csatornák maguk vanilloid receptorok (kapszaicinreceptorok), és részt vesznek a fájdalmas ingerek és a hőmérséklet detektálásában. A kapszaicin és szerkezeti rokonai a TRP csatornák exogén (farmakológiai) ligandjai, de a vanilloid receptoroknak endogén ligandjai – pl. anandamid – is vannak. Az ezredfordulóra M. J. Caterina és munkatársai géntörléses (knock out) vizsgálatok során kimutatják, hogy a kapszaicinreceptor-hiányos egerek nociceptiója károsodott.