Психофизиологическая характеристика ноцицепции как адаптивной функции организма у здоровых лиц

Основу адаптивной функции нервной системы составляет взаимодействие сенсорных систем организма, в которых рецептор рассматривается как преобразователь энергии внешнего раздражителя в универсальную форму носителя информации – нервной импульс. Известно, что биологическим системам свойственны не только носители информации в форме нервного импульса, но и гуморальные факторы и межклеточное взаимодействие. Однако в сравнении с долей информации, которая проводится, обрабатывается сенсор- ными системами, другие способы передачи информации менее значимы1. Болевая сенсорная система имеет все морфофункциональные признаки сенсорных систем: специфический рецепторный аппарат, проводниковую и подкорковые отделы, корковые области и структуры, регулирующие системы восприятия и проведения болевой информации. Боль является важнейшей характеристикой адапта- ционной реакции организма. Ответ организма на раздражение болевых рецепторов (ноци-цепторов) тепловыми, холодовыми, механическими, химическими стимулами по существу является адаптивной защитной реакцией, направленной на выживание [1, 2]. Понятие «ноцицепция» характеризует преимущественно физиологический ответ на повреждение, в то время как боль («собственно боль») – может рассматриваться ее интерпретацией психикой, обусловленной личностными характеристиками, культурой и предыдущим опытом [3].

Цель . На основе анализа литературных источников и собственных исследований представить психофизиологическую характеристику ноцицепции как адаптивной функции организма у здоровых лиц. Представить современные методы оценки болевой чувствительности и их значения у здоровых лиц.

Результаты

Ряд определений понятия «боль», сформулированных известными советскими физиологами и психофизиологами, представлен в статье А.Ю. Абрамовой, С.С. Перцова (2017) [4]. Так, согласно определению П.К. Анохина, боль «своеобразное психическое состояние человека, определяющееся совокупностью физиологических процессов в центральной нервной системе, вызванных к жизни каким-либо сверхсильным или разрушительным раздражителем»². Акцентируем внимание на словосочетании «своеобразное психическое состояние». Понятие «боль» с позиции теории функциональных систем сформулировал К.В. Судаков (2000). С этой точки зрения боль является интегративной функцией , мобилизующей целостный организм и его разнообразные функциональные системы на защиту от воздействующих вредящих факторов. Интеграция включает такие функция, как сознание, память, мотивации, вегетативные, соматические, поведенческие реакции, эмоции³. Следует отметить, что ранее Л.В. Калюжный (1984) [5] также характеризовал боль как интегративную функцию организма, которая является отрицательной биологической потребностью, ответственной за формирование функциональной системы по сохранению гомеостаза. А.Ю. Абрамова и

С.С. Перцов (2017) приводят свое определение боли как многокомпонентной интегративной реакции организма на повреждение или представление такого повреждения [4].

Таким образом, понятие «боль» трактуется как психическое состояние, интегративная функция либо интегративная реакция организма. Вместе с тем содержание представленных дефиниций существенно различается, что подчеркивает дискуссионный характер анализируемого понятия.

Так, в настоящее время понятие «состояние» является общеметодологической категорией. При этом содержание данного понятия в физиологии и психологии различается. Сложность определения сущности понятия «состояние человека», по мнению Е.П. Ильина (2005), заключается в том, что авторы опираются на разные уровни функционирования человека: одни рассматривают физиологический уровень, другие – психологический, а третьи – тот и другой одновременно [6].

Психическое состояние – это целостное явление, состоящее из множества элементов (мотивов, эмоциональных реакций, волевых актов, когниций, поведенческих проявлений и пр.), находящихся в интеграции и взаимосвязи. Психические состояния имеют структурные уровни. Физиологический уровень включает нейрофизиологические характеристики, морфологические и биохимические изменения. Психофизиологический уровень включает вегетативные реакции, изменения психомоторных и сенсорных функций. Психологический уровень характеризует изменения психических функций и настроения человека. Социально-психологический уровень содержит характеристики поведения, деятельности и отношения человека в том или ином состоянии.

В работе «Психофизиология состояний человека» Е.П. Ильин (2005) трактует «состояние» как целостную реакцию функциональных систем на внешние и внутренние воздействия, направленную на получение полезного для организма результата (адаптации к данным, в том числе и изменившимся, условиям существования). Во многих случаях полезный результат выражается в сохранении целостности организма и обеспечении его нормальной жизнедеятельности в данных условиях. Следует отметить, что понятия «психические состояния» и «функциональные состояния» не являются тождественными. Функциональное состояние характеризует процессы регуляции в физиологических системах, обеспечивающих психическую деятельность. Психическое состояние есть целостная интегральная характеристика деятельности, которая базируется на функциональном состоянии мозга [7].

Сложная приспособительная деятельность организма, направленная на осуществление какой-либо физиологической или психологической задачи, в физиологии высшей нервной деятельности (ВНД) и психологии часто обозначается как «функция» [8]. Согласно этому представлению, «функция» является функциональной системой, направленной на осуществление определенной задачи и обеспечивающейся целым комплексом взаимно связанных актов, которые приводят к достижению соответствующего эффекта. Подобные функциональные системы со сложным составом и пластичной изменчивостью элементов, обладающие свойством динамической саморегуляции, являются общим правилом деятельности организма человека4.

Под функцией понимают специфическую деятельность клетки, органа или организма в целом, проявляющуюся как физиологический процесс или совокупность процессов.

Реакция – это ответное действие клетки, ткани, органа или организма на действие внешнего или внутреннего раздражения. В физиологии реакция – это изменения обмена, структуры и функции в ответ на раздражение биологической системы, а в психологии – это акт поведения, возникающий в ответ на определенное воздействие или стимул5.

Обобщая вышеизложенное, мы придерживаемся следующей логики взаимосвязей в определении представленных выше понятий «состояние» – «функция» – «реакция» в контексте определения боли в рамках психофизиологии.

Таким образом, можно обобщить, что боль - это сложный психофизиологический феномен, формирующий механизмы адаптив- ных функций организма, включающих эмоции, моторные, гуморальные и вегетативные проявления, в целом идентичные комплексу стресс-реакции на неблагоприятные воздействия.

Вместе с тем практически все авторы в своих исследованиях указывают на определение боли, данное международной ассоциа цией изучения боли (IASP): «Боль – это неприятное сенсорное и эмоциональное переживание, связанное с истинным или потенциальным повреждением ткани или описываемое в терминах такого повреждения». Из данного определения констатируется, что биологическая роль боли связанна с сигнализацией о повреждениях организма, угрозе его жизни, что согласуется с содержанием понятий российских физиологов [9].

Психофизиологические и психологические характеристики ноцицепции . Точка зрения, что боль не имеет специфических физиологических механизмов и как ощущение может возникать в любой сенсорной системе, если воздействие оказывается слишком сильным, в настоящее время не поддерживается. Экспериментально показано, что существует особая мозговая система, обеспечивающая восприятие и передачу болевой информации в кору больших полушарий. Объективная обработка болевых сигналов осуществляется в особой мозговой системе, именуемой ноцицептивной, которая включает особые виды рецепторов, обеспечивающих восприятие болевых стимулов, нервные волокна и проводящие пути в спинном мозге, а также центральные структуры в стволе мозга – таламусе и коре больших полушарий [10].

При раздражении периферических болевых рецепторов, расположенных в различных тканях организма (кожа, мышцы, суставы, связки, внутренние органы и т. д.), возникает ноцицептивная боль при интактности отделов нервной системы. Раздражителями для ноци-цепторов являются различные по своей природе факторы воздействия (воспаление, мышечный спазм, механическая травма и т. д.). Ноцицептивная боль выполняет защитную функцию и преимущественно является острой. Важной характеристикой ноцицептивной боли является активизация эндогенных анти-ноцицептивных систем, благодаря которым боль быстро регрессирует после прекращения действия повреждающего фактора или после применения болеутоляющих средств [11, 12].

Отличительной характеристикой ноци-цепторов является их высокая хемочувстви-тельностъ к алгогенным веществам, которые классифицируются на три типа. Первый тип – тканевые алгогенные вещества (серотонин, гистамин, ацетилхолин, простагландины, ионы калия, водорода и др.), второй тип – это плазменные алгогенные вещества (брадикинин, каллидин) и третий тип – нейрогенные, выделяющиеся терминалями нервных волокон (субстанция Р, нейрокинин А, интестинальный пептид и др.). Высвобождаясь при повреждении или воспалении тканей алгоген-ные вещества, вероятно, изменяют ионную проницаемость в мембране нервного оконча-ния6. С физиологической точки зрения боль служит предупреждающим сигналом о повреждениях, возникающих в организме, и в этом смысле является важным и полезным ощущением. Болевые ощущения предупреждают и ограждают организм от вредоносных внешних воздействий [13].

«…При наличии общего объекта (феномен боли) предметная область представляется не до конца определенной, что приводит к противостоянию различных методологий, подходов к ее изучению вместо их интеграции и взаимодополнения различных взглядов на одну и ту же реальность» [14]. Формулировка боли, данная IASP, по мнению автора, не демонстрирует категориальной определенности боли как явления психики и не отображает его существенных свойств. Характеристики субъекта выступают переменными, изучаются их корреляции с параметрами боли, однако не всегда дается интерпретация взаимосвязи процесса и системы, в которой он протекает. Автор предлагает объективные и субъективные проявления боли условно разделить на три составляющие:

• –    активность ноцицептивной системы, фиксируемая объективными методами;

• –    «конвертация» физиологических данных в язык психики: приятно – неприятно; когниции, эмоции, мотивы – воля;

• –    когнитивно-оценочное измерение боли, сознательное обобщение определенных переживаний как «боль», их интерпретация в рамках личностных смыслов» [14].

В ряде работ рассматривается классификация боли [9, 13, 15]. В обобщенном виде основные признаки классификации боли представлены по следующим критериям: по физиологическим – ноцицептивная, нейропатическая, воспалительная; по интенсивности – слабая, умеренная, тяжелая; по временным характеристикам – острая и хроническая боль. Также боль классифицируют по типу затронутой ткани на кожную, мышечную, суставную, костную, выделяют внутреннюю боль и другие виды. В практической деятельности наиболее часто используют временные и физиологические характеристики боли.

Формирование болевого ощущения начинается с раздражения болевых рецепторов, расположенных в различных тканях и органах и являющихся свободными, немиелизирован-ными нервными окончаниями, которые активируются воздействием раздражителей различной модальности [16–18]. Типы рецепторов боли классифицируют:

• –    на мономодальные А-ноцицепторы, реагирующие на механическое и термическое раздражение;

• –    полимодальные С-ноцицепторы, раздражаемые механическими, тепловыми и химическими стимулами;

  – спящие ноцицепторы, активизирующиеся только при воспалении (волокна С-типа).

Функционально основная часть болевых рецепторов организма человека представлена мультимодальными ноцицепторами: кожными механотермоноцицепторами, подкожными механотермо- и механотермохемоноцицепто-рами, механохемоноцицепторами мышц и внутренних паренхиматозных органов [19].

Различают несколько типов проводящих афферентных волокон. А-дельта волокна имеют диаметр от 1 до 6 мкм и представляют собой быстрые миелинизированные, первичные афферентные волокна, проводящие раздражение со скоростью 5–25 м/c.

A-бета-волокна обычно реагируют на прикосновение, иногда действуют как ноци-цепторы при сенсибилизации.

Полимодальные волокна С-типа и спящие ноцицепторы представлены плотными не капсулированными, гломерулярными тельцами. Немиелинизированные первичные афферентные С-волокна малого диаметра (< 1 мкм) проводят раздражение со скоростью 0,52 м/с, присутствуют во всех тканях и в периферических нервах, за исключением ЦНС7.

Функционирование ноцицепторов зависит от электрофизиологического свойства тканей, сопутствующих факторов и цитокинов. Сенситизация афферентных волокон рецепторов происходит после их ответа на вредящий стимул. Сенситизированные ноцицеп-торы реагируют на повторный стимул более интенсивно, поскольку их порог снижен. При этом наблюдается гипералгезия на стимул прежней интенсивности, а также снижение болевого порога. Сенситизация происходит в случае, когда вблизи от ноцицептивных нервных окончаний высвобождаются такие химические факторы, как ионы К⁺, брадикинин, серотонин, гистамин, эйкозаноиды (проста гландины и лейкотриены) , цитокины [20]. Как правило, они высвобождаются в результате повреждения или воспаления ткани. Кроме того, активация окончания ноцицептора может высвобождать регуляторные пептиды (вещество Р и пептид, кодируемый геном кальцитонина – CGRP) из других окончаний того же ноцицептора посредством аксон-рефлекса. Иногда ноцицепторы генерируют фоновый разряд, вызывающий спонтанную боль.

Первым центральным звеном, воспринимающим разномодальную афферентную информацию, является нейрональная система заднего рога спинного мозга. Латеральный спиноталамический путь проводит нервные импульсы к вентролатеральным ядрам таламуса, где импульсы переключаются и приходят в соматосенсорную кору. Спиноретикулярный и спинопокрышечный пути проецируются в ретикулярную формацию, околоводопроводное серое вещество, гипоталамус и в медиальные и внутрипластинчатые таламические ядра. Далее связываются со структурами лимбической системы и диффузно распространяются по мозгу. Окончательный анализ поступающей ноцицептивной информации осуществляется корой теменных, лобных и височных долей головного мозга [15].

Предполагается, что болевые импульсы, проходя по тонким периферическим А-волокнам, открывают «ворота» в нервную систему, чтобы достичь её центральных отделов. «Закрыть» ворота могут сигналы, прохо- дящие по толстым «тактильным» С-волокнам или импульсы, нисходящие из высших отделов нервной системы. В результате боль, возникающая в мышцах и суставах, уменьшается, вследствие контр-раздражения, вызванного воздействием на кожу.

Болевая чувствительность не является изолированным показателем. Изучение мультимодального взаимодействия [21] показало, что существуют статистически значимые корреляционные связи между пространственным видением и болевой чувствительностью, между зрительным и слуховым порогом.

Индивидуальная болевая чувствительность. Проблема индивидуальной болевой чувствительности (ИБЧ) является весьма актуальной как в теоретическом плане для физиологии боли, так и в практическом плане. В частности, для разработки и контроля эффективности коррекционных и реабилитационных технологий в сфере спортивной и профессиональной трудовой деятельности. Понимание механизмов восприятия боли и факторов, влияющих на ее восприятие (ожидание боли), создает базис для моделирования этого процесса [22].

Индивидуальная болевая чувствительность определяется как величина силы раз дражения нервной системы, при которой у человека возникает ощущение бо ли. Один и тот же уровень воздействия раздражения на рецепторы нервной системы разными индивидуумами может восприниматься как ощущение незначительной, так и сильной боли. Если при минимальном воздействии человек ощущает боль, то у него высокая болевая чувствительность, если же воздействие, причиняющее боль, должно быть достаточно сильное, то ИБЧ характеризуется как низкая.

Индивидуальная болевая чувствительность изменяется в зависимости от состояния человека, как физического, так и психологического [23, 24]. Так как боль связана с эмоциональным переживанием, существуют некоторые методические трудности определения ИБЧ. Тем не менее, современные методы исследования ИБЧ дают количественную характеристику боли, что позволяет оценивать закономерности и связи ИБЧ с различными факторами.

Объективную оценку динамики развития болевого синдрома позволяют получить аппаратные методики, которые минимизируют субъективный фактор. Для оценки болевой чувствительности используются следующие методы: термо-, электро- и тензоалгометрия.

Методы термо- и электроалгометрии чаще применяют в практике стоматологических исследований. Термочувствительность является важным диагностическим показателем состояния зубов, а пульпа зуба сильно реагирует на раздражение электрическим током8. В исследованиях состояния опорно-двигательного аппарата методы термо- и электро-алгометрии, практически не применяются, так как эти виды исследования требуют сложного оборудования.

К аппаратным методам относится способ быстрого нагрева кожи инфракрасными лазерными лучами. Метод позволяет селективно активировать небольшие A- и C-волокна без одновременной активации механорецепторов [25]. Используется он для исследования взаимодействия внутри ноцицептивной системы, однако не может использоваться для рутинных измерений болевого порога.

Для определения количественных показателей индивидуальной болевой чувствительности, а также при исследованиях физиологии боли в зависимости от разных факторов, чаще применяется инструментальный метод «тен-зоалгометрия». Болевой порог при данном методе исследования фиксируется при механическом давлении на участок тела испытуемого [9, 26, 27]. Диапазон исследований методом тензоалгометрии ограничен в связи со сравнительно недавним его внедрением, поэтому ряд работ посвящен «картированию» тела человека по признаку значений болевого порога, оценке воспроизводимости метода и оценке влияния различных факторов на болевую чувствительность [28–31].

Вариабельность индивидуального болевого порога в различных участках тела человека . Различия в чувствительности частей тела испытуемых изучались при разных стимулах. X. Pelfort с соавторами (2015) изучали количественные характеристики и воспроизводимость измерений болевого порога в области коленного сустава у здоровых людей. Показано, что мужчины имеют значительно более высокий ИБП по сравнению с женщинами, соответственно 6,12 кг/см² и 3,87 кг/см².

Также было показано, что интра-индивидуальная вариабельность, оцененная по внутриклассовому коэффициенту корреляции, была значительно ниже (корреляционная связь выше), чем меж-индивидуальная вариабельность [31].

Результаты исследования ИБП в смешанной по полу группе в области трапециевидной мышцы (верхний пучок) составили в среднем 2,57 кг/см2, а в области брюшка передней большеберцовой мышцы – 3,41 кг/см2 [32]. Авторы отмечают хорошую воспроизводимость результатов в пределах двух дней. Хорошая воспроизводимость определения значений ИБП в различных точках спины показана в симметричных точках трапециевидной и дельтовидной мышц. Так, на протяжении месяца четырехкратно (1, 3, 28, 30-й день) измеряли ИБП [33, 34], размах значений составил для трапециевидной мышцы 88–574 кПа, для дельтовидной – 91–529 кПа, что указывает на значительную межиндивидуальную вариабельность болевой чувствительности.

В работе C. Lobo с соавторами (2017) представлены результаты исследования ИБП на верхних пучках дельтовидной мышцы и в области разгибателя большого пальца у пожилых людей без разделения по полу. Значения болевого порога для здоровых лиц составили 3,68 ± 0,65 кг/см2 и 3,35 ± 0,38 кг/см2 [35]. Исследования A. Muttray с соавторами (2014) были посвящены оценке ИБП в различных участках тела, включая зону предпле-чья9. Средние значения ИБП в зоне m. extensor digitorum составили 3,8 кг/см2 у женщин и 5 кг/см2 у мужчин, что подтверждает более высокое значение ИБП у лиц мужского пола. Различия в частоте возникновения болевых синдромов обусловлены не только гендерными особенностями, но и различиями в восприятии экспериментальной боли мужчинами и женщинами. Более низкие болевые пороги и более низкую толерантность к боли имеют женщины, по сравнению с мужчинами. При этом важное значение имеет тип стимулов. Так, электрическая стимуляция и давление на ткани эти различия выявляют, а тепловое болевое раздражение – не выявляет. Факт ген- дерных различий в восприятии боли можно считать доказанным, но причины таких различий остаются недостаточно изученными [36].

Механизм, лежащий в основе половых различий, ряд авторов пытались связать с уровнем половых гормонов, предполагая, что в этом случае должна быть связь между болевым порогом и фазами менструального цикла. Полученные исследователями результаты противоречивы, связь болевой чувствительности с фазами менструального цикла характеризуется как слабая или средняя [37], при этом ряд авторов вообще не нашли достоверной связи между значениями индивидуального болевого порога, измеренного в различные фазы цикла10 [38].

Антиноцицептивные системы . В формировании болевых ощущений существенную роль играют медиаторы, участвующие в передаче сигнала в синапсах, а также химические сигналы, действующие непосредственно на рецепторы. Данные вещества вырабатываются организмом, регулируя уровень болевого ощущения как сигнала о неблагополучии в состоянии организма. Функцию медиаторов боли, связанную с B1 рецептором, могут выполнять кинины, ассоциированные с возникновением боли: брадикинин, каллидин, энтеротоксин (субстанция Р) [39, 40]. Кинины продуцируются организмом при мобилизации системы свертывания крови в случае травмы, ушибов и т. д. При болевых ощущениях в тканях сначала накапливается гистамин, а затем кинины. Выраженным обезболивающим эффектом обладают катехоламины (адреналин, норадреналин, дофамин), в основном за счет подавления выхода гистамина из тучных клеток. Так, повышенная концентрация адреналина вызывает активацию β1-, β2-, β3-адренорецепторов, которые, в свою очередь, провоцируют снижение выброса гистамина.

Наиболее действенными аналгезирую-щими веществами являются опиатные пептиды (динорфин, эндорфины, энкефалины). Нейроны гипоталамуса, отвечающие за синтез этих веществ, имеют длинные отростки, по которым медиаторы могут проникать в другие отделы головного мозга. В результате опиат- ные пептиды присоединяются к специфическим рецепторам нейронов лимбической системы и медиальной области таламуса, отвечающих за передачу болевого сигнала. Их образование увеличивается в ответ на психотерапевтическое воздействие или воздействие на биологически активные точки и точки акупунктуры. В результате повышается порог болевой чувствительности.

Восприимчивость к боли, а также предрасположенность к проявлению болевых синдромов имеет наследственный характер. Исследования, выполненные близнецовым методом, показали, что наследственный компонент для мигрени составляет 39–58 %, для болей нижней части спины – 21–67 %, менструальных болей – около 55 % [41]. Значительный наследственный компонент выявлен для теплового и холодового болевого порога, а также для чувствительности к опиоидам.

Отмечается также принципиальная роль гена SCN9A, кодирующего натриевый канал Nav1.7, поскольку этот канал также имеет значение в болевой чувствительности [42–44]. Рассматриваются также другие механизмы полиморфизм-зависящей экспрессии генов, связанные с регуляций трансляции путем взаимодействия аллелей в генетическом локусе катехол-О-метил трансферазы (COMT), этот генетический локус также считают связанным с болевой чувствительностью через регуляцию обмена катехоламинов [45, 46].

Наличие полиморфизма генов, связанных с болевой чувствительностью, объясняет значительную популяционную (межиндивидуальную) вариабельность болевого порога, который регистрируется различными методами, в том числе методом тензоалгометрии [29, 47].

Заключение

Боль – это сложный психофизиологический феномен, формирующий механизмы адаптивных функций организма, включающих эмоции, моторные, гуморальные и вегетативные проявления, в целом идентичные комплексу стресс-реакции на неблагоприятные воздействия. Боль является важнейшей характеристикой адаптационной реакции организма и выполняет физиологическую функцию предупреждения организма о возможном повреждении. Ответ организма на раздражение но-цицепторов по существу является адаптивной защитной реакцией, направленной на выживание.

Болевые ощущения в основном имеют периферическое происхождение, однако вовлеченность центральных звеньев нервной системы в анализ ноцицептивных стимулов указывает на важность учета эмоционального состояния организма, вегетативного статуса, пола, времени суток и других факторов при экспериментальной оценке болевой чувствительности.

Тензоалгометрия в настоящее время широко используется в исследованиях ноцицеп-тиной системы, так как является наиболее надежным количественным методом оценки болевой чувствительности. Результаты немногочисленных контролируемых исследований показали, что тензоалгометрия позволяет получать достоверную, хорошо воспроизводимую информацию об индивидуальном болевом пороге.

Таким образом, формирование баз данных для оценки болевой чувствительности у представителей различных половозрастных, профессиональных групп, спортсменов с разной направленностью физической нагрузки и др. является актуальной задачей психофизиологии. Данные по количественным оценкам болевого порога у здоровых лиц весьма ограничены. Это указывает на актуальность оценки индивидуального болевого порога в различных точках организма у лиц разного пола и возраста при влиянии различных факторов внутренней и внешней среды.