Nociceptor

Nociceptor
Fyra typer av sensoriska neuroner och deras receptorceller. Nociceptorer visas som fria nervändar typ A-
identifierare
Maska	D009619
Anatomisk terminologi

En nociceptor ("smärtreceptor" från latin nocere 'att skada eller skada') är en sensorisk neuron som reagerar på skadliga eller potentiellt skadliga stimuli genom att skicka "möjliga hot"-signaler till ryggmärgen och hjärnan. Hjärnan skapar känslan av smärta för att rikta uppmärksamheten mot kroppsdelen, så hotet kan mildras; denna process kallas nociception .

Historia

Nociceptorer upptäcktes av Charles Scott Sherrington 1906. Under tidigare århundraden trodde forskare att djur var som mekaniska anordningar som omvandlade energin från sensoriska stimuli till motoriska svar. Sherrington använde många olika experiment för att visa att olika typer av stimulering av en afferent nervfibers mottagliga fält ledde till olika reaktioner. Vissa intensiva stimuli utlöser tillbakadragande reflexer , vissa autonoma reaktioner och smärta . De specifika receptorerna för dessa intensiva stimuli kallades nociceptorer.

Plats

Hos däggdjur finns nociceptorer i alla delar av kroppen som kan känna av skadliga stimuli. Externa nociceptorer finns i vävnad som huden ( kutana nociceptorer ), hornhinnorna och slemhinnan . Inre nociceptorer finns i en mängd olika organ, såsom musklerna , lederna , urinblåsan , de viscerala organen och matsmältningskanalen. Cellkropparna av dessa neuroner är belägna i antingen dorsalrotsganglierna eller trigeminusganglierna . Trigeminusganglierna är specialiserade nerver för ansiktet, medan dorsalrotsganglierna är associerade med resten av kroppen. Axonerna sträcker sig in i det perifera nervsystemet och slutar i grenar för att bilda mottagliga fält.

Utveckling

Nociceptorer utvecklas från neural-crest stamceller. Neuralkammen är ansvarig för en stor del av den tidiga utvecklingen hos ryggradsdjur. Det är specifikt ansvarigt för utvecklingen av det perifera nervsystemet (PNS). Stamcellerna från neurala krönet delar sig från nervröret när det stängs, och nociceptorer växer från den dorsala delen av denna neurala krönvävnad. De bildas sent under neurogenes. Tidigare bildade celler från denna region kan bli icke-smärtavkännande receptorer, antingen proprioceptorer eller lågtröskelmekanoreceptorer . Alla neuroner härledda från nervkammen, inklusive embryonala nociceptorer, uttrycker TrkA, som är en receptor till nervtillväxtfaktor (NGF). Men transkriptionsfaktorer som bestämmer typen av nociceptor förblir oklara.

Efter sensorisk neurogenes sker differentiering och två typer av nociceptorer bildas. De klassificeras som antingen peptiderga eller icke-peptiderga nociceptorer, som var och en uttrycker en distinkt repertoar av jonkanaler och receptorer. Deras specialiseringar tillåter receptorerna att innervera olika centrala och perifera mål. Denna differentiering sker i både perinatal och postnatal period. De icke-peptiderga nociceptorerna stänger av tropomyosinreceptorkinas A eller TrkA och börjar uttrycka Ret, som är en transmembransignaleringskomponent som tillåter uttryck av gliacellinjehärledd neurotrofisk faktor (GDNF). Denna övergång assisteras av Runx1 som är avgörande för utvecklingen av icke-peptiderga nociceptorer. Tvärtom fortsätter de peptiderga nociceptorerna att använda TrkA, och de uttrycker en helt annan typ av tillväxtfaktor. Det finns för närvarande mycket forskning om skillnaderna mellan nociceptorer.

Typer och funktioner

Den perifera terminalen av den mogna nociceptorn är där de skadliga stimuli detekteras och omvandlas till elektrisk energi. När den elektriska energin når ett tröskelvärde induceras en aktionspotential och drivs mot det centrala nervsystemet (CNS). Detta leder till händelseförloppet som möjliggör en medveten medvetenhet om smärta. Den sensoriska specificiteten hos nociceptorer fastställs av den höga tröskeln endast för särskilda särdrag hos stimuli. Först när den höga tröskeln har nåtts av antingen kemiska, termiska eller mekaniska miljöer utlöses nociceptorerna. Majoriteten av nociceptorer klassificeras efter vilken av miljömodaliteterna de reagerar på. Vissa nociceptorer svarar på mer än en av dessa modaliteter och betecknas följaktligen polymodala. Andra nociceptorer svarar inte på någon av dessa modaliteter (även om de kan svara på stimulering under inflammationstillstånd) och kallas sovande eller tysta.

Nociceptorer har två olika typer av axoner. De första är Aδ-fiberaxonerna . De är myeliniserade och kan tillåta en aktionspotential att färdas med en hastighet av cirka 20 meter/sekund mot CNS. Den andra typen är de långsammare ledande C-fiberaxonerna . Dessa leder endast i hastigheter runt 2 meter/sekund. Detta beror på ljuset eller icke-myelinisering av axonet. Som ett resultat kommer smärta i två faser. Den första fasen förmedlas av de snabbledande Aδ-fibrerna och den andra delen på grund av (Polymodala) C-fibrer. Smärtan associerad med Aδ-fibrerna kan associeras med en initial extremt skarp smärta. Den andra fasen är en mer långvarig och något mindre intensiv smärtkänsla till följd av den akuta skadan. Om det finns massiv eller långvarig inmatning till en C-fiber, sker en progressiv uppbyggnad i ryggmärgens dorsala horn; detta fenomen liknar stelkramp i muskler men kallas uppvind . Om avveckling inträffar finns det en sannolikhet för ökad känslighet för smärta.

Termisk

Termiska nociceptorer aktiveras av skadlig värme eller kyla vid olika temperaturer. Det finns specifika nociceptortransduktorer som är ansvariga för hur och om den specifika nervändan svarar på den termiska stimulansen. Den första som upptäcktes var TRPV1 , och den har en tröskel som sammanfaller med värmesmärttemperaturen på 43 °C. Övrig temperatur i det varma-varma området förmedlas av mer än en TRP-kanal . Var och en av dessa kanaler uttrycker en speciell C-terminal domän som motsvarar känsligheten för varm-varma. Interaktionerna mellan alla dessa kanaler och hur temperaturnivån bestäms vara över smärttröskeln är okända för närvarande. De coola stimuli avkänns av TRPM8 -kanaler. Dess C-terminala domän skiljer sig från de värmekänsliga TRP:erna. Även om denna kanal motsvarar svala stimuli, är det fortfarande okänt om den också bidrar till att upptäcka intensiv kyla. Ett intressant fynd relaterat till kylstimuli är att taktil känslighet och motorisk funktion försämras medan smärtuppfattningen består.

Mekanisk

Mekaniska nociceptorer svarar på övertryck eller mekanisk deformation. De svarar också på snitt som bryter hudytan. Reaktionen på stimulansen bearbetas som smärta av cortex, precis som kemiska och termiska svar. Dessa mekaniska nociceptorer har ofta polymodala egenskaper. Så det är möjligt att några av omvandlarna för termiska stimuli är desamma för mekaniska stimuli. Detsamma gäller för kemiska stimuli, eftersom TRPA1 verkar detektera både mekaniska och kemiska förändringar. Vissa mekaniska stimuli kan orsaka frisättning av mellanliggande kemikalier, såsom ATP , som kan detekteras av P2-purinerga receptorer , eller nervtillväxtfaktor , som kan detekteras av Tropomyosin-receptorkinas A (TrkA) .

Kemisk

Kemiska nociceptorer har TRP-kanaler som svarar på en mängd olika kryddor. Den som får mest respons och testas mycket brett är capsaicin . Andra kemiska stimulantia är miljöirriterande ämnen som akrolein , ett kemiskt vapen från första världskriget och en komponent i cigarettrök. Förutom dessa externa stimulantia har kemiska nociceptorer kapacitet att detektera endogena ligander och vissa fettsyraaminer som uppstår från förändringar i inre vävnader. Liksom i termiska nociceptorer kan TRPV1 upptäcka kemikalier som capsaicin och spindelgifter och syror. Syraavkännande jonkanaler (ASIC) detekterar också surhet.

Sover/tyst

Även om varje nociceptor kan ha en mängd möjliga tröskelnivåer, reagerar vissa inte alls på kemiska, termiska eller mekaniska stimuli om inte skada faktiskt har inträffat. Dessa kallas vanligtvis tysta eller sovande nociceptorer eftersom deras svar endast kommer när inflammation börjar i den omgivande vävnaden.

Polymodal

Många neuroner utför bara en enda funktion; därför ges neuroner som utför dessa funktioner i kombination klassificeringen "polymodala".

Väg

Stigande

Afferenta nociceptiva fibrer (de som skickar information till , snarare än från hjärnan) reser tillbaka till ryggmärgen där de bildar synapser i dess rygghorn . Denna nociceptiva fiber (belägen i periferin) är en första ordningens neuron. Cellerna i rygghornet är uppdelade i fysiologiskt distinkta lager som kallas laminae . Olika fibertyper bildar synapser i olika lager, och använder antingen glutamat eller substans P som signalsubstans. Aδ-fibrer bildar synapser i laminae I och V, C-fibrer ansluter till neuroner i lamina II, Aβ-fibrer ansluter till lamina I, III och V. Efter att ha nått den specifika lamina i ryggmärgen, projicerar första ordningens nociceptiva till andra ordningens neuroner som korsar mittlinjen vid den främre vita kommissuren. Den andra ordningens neuroner skickar sedan sin information via två vägar till thalamus : dorsalkolonnens mediala-lemniscal-system och anterolaterala systemet . Den förra är mer reserverad för vanlig icke-smärtsam känsla, medan den senare är reserverad för smärtkänsla. När man når talamus bearbetas informationen i den ventrala bakre kärnan och skickas till hjärnbarken i hjärnan via fibrer i den inre kapselns bakre extremitet.

Nedåtgående

Eftersom det finns en stigande väg till hjärnan som initierar den medvetna insikten av smärta, finns det också en nedåtgående väg som modulerar smärtkänslan. Hjärnan kan begära frisättning av specifika hormoner eller kemikalier som kan ha smärtstillande effekter som kan minska eller hämma smärtkänslan. Det område i hjärnan som stimulerar frisättningen av dessa hormoner är hypotalamus . Denna effekt av fallande hämning kan visas genom att elektriskt stimulera det periakveduktala grå området i mellanhjärnan eller den periventrikulära kärnan . De båda i sin tur projekterar till andra områden som är involverade i smärtreglering, såsom nucleus raphe magnus som också får liknande afferenter från nucleus reticularis paragigantocellularis (NPG). I sin tur nucleus raphe magnus till substantia gelatinosa -regionen i rygghornet och förmedlar känslan av spinothalamiska ingångar. Detta görs först genom att nucleus raphe magnus skickar serotoninerga neuroner till neuroner i ryggmärgen, som i sin tur utsöndrar enkefalin till de interneuroner som bär smärtuppfattning. Enkefalin fungerar genom att binda opioidreceptorer för att orsaka hämning av den post-synaptiska neuronen, vilket hämmar smärta. Den periaqueductal grå innehåller också opioidreceptorer vilket förklarar en av de mekanismer genom vilka opioider som morfin och diacetylmorfin uppvisar en smärtstillande effekt.

Känslighet

Nociceptorneuronkänslighet moduleras av ett stort antal mediatorer i det extracellulära utrymmet. Perifer sensibilisering representerar en form av funktionell plasticitet hos nociceptorn. Nociceptorn kan ändras från att bara vara en detektor för skadlig stimulans till en detektor för icke-skadliga stimuli. Resultatet är att lågintensiva stimuli från regelbunden aktivitet initierar en smärtsam känsla. Detta är allmänt känt som hyperalgesi . Inflammation är en vanlig orsak som leder till sensibilisering av nociceptorer. Normalt upphör hyperalgesin när inflammationen minskar, men ibland kan genetiska defekter och/eller upprepade skador resultera i allodyni : en helt ofarlig stimulans som lätt beröring orsakar extrem smärta. Allodyni kan också orsakas när en nociceptor är skadad i de perifera nerverna. Detta kan resultera i deafferentation, vilket innebär utveckling av olika centrala processer från den överlevande afferenta nerven. Med denna situation kan överlevande dorsala rotaxoner av nociceptorerna komma i kontakt med ryggmärgen, och därmed ändra den normala ingången.

Andra djur

Nociception har dokumenterats hos icke-däggdjur, inklusive fiskar och ett brett spektrum av ryggradslösa djur , inklusive blodiglar , nematodmaskar , havssniglar och larverfruktflugor . Även om dessa neuroner kan ha andra vägar och relationer till det centrala nervsystemet än nociceptorer från däggdjur, skjuter nociceptiva neuroner hos icke-däggdjur ofta som svar på liknande stimuli som däggdjur, såsom hög temperatur (40 grader C eller mer), lågt pH , capsaicin och vävnadsskada.

Terminologi

På grund av ett historiskt missförstånd av smärta kallas nociceptorer också olämpligt för smärtreceptorer . Även om all smärta är verklig, kan psykologiska faktorer starkt påverka subjektiv intensitet.

Se även

• Capsaicin och dess verkningsmekanism i nociceptorer.
• Piperin från svartpeppar
• TRPC jonkanal