حس درد و حرارت

قشر حسی-پیکری اولیه (Somatosensory Cortex I) که در بخش جلویی لوب آهیانه‌ای قرار دارد، مرکز اصلی دریافت و تحلیل سیگنال‌های حسی پیکری ورودی از سراسر بدن است. این ناحیه نقش حیاتی در تفسیر اطلاعات حسی پیچیده دارد، اما تأثیر آسیب یا برداشت آن بر روی حس‌های مختلف یکسان نبوده و تفاوت‌های عملکردی چشمگیری بین پردازش قشری و زیرقشری وجود دارد.

یکی از عملکردهای اصلی این قشر، توانایی تشخیص ویژگی‌های ساختاری و فضایی اشیا بدون کمک گرفتن از حس بینایی است. این مهارت حسی شامل قضاوت دقیق در مورد شکل، بافت، اندازه و حالت فیزیکی اجسام می‌شود. در صورتی که این ناحیه از قشر مخ به صورت دوطرفه و در ابعاد وسیع آسیب ببیند یا به طور کامل برداشته شود، فرد دیگر قادر به درک ویژگی‌های هندسی اشیا نخواهد بود. این اختلال شناختی-حسی آستریوگونوز (Astereognosis) نام دارد که طی آن، بیمار با وجود لمس شیء، نمی‌تواند هویت یا فرم آن را تشخیص دهد. ناحیه حسی-پیکری اولیه مغز سیگنال‌های مکانیکی دقیقی را از گیرنده‌های سطحی دریافت می‌کند و با تحلیل آن‌ها به ما اجازه می‌دهد اشیا را شناسایی کنیم. آستریوگونوز مثالی بارز از نقص در این فرآیند است که نشان می‌دهد قشر مخ مسئول ادغام اطلاعات حسی ساده برای ایجاد یک تصویر ذهنی کامل از اشیا است. بیمار مبتلا به آستریوگونوز ممکن است زبری یا صافی یک جسم را متوجه شود، اما نمی‌تواند تشخیص دهد که آن جسم چیست.

در مقابل، حس‌های درد و حرارت وابستگی مطلقی به قشر حسی-پیکری اولیه ندارند. آزمایش‌ها و مشاهدات بالینی نشان می‌دهند که برداشتن دوطرفه قشر حسی-پیکری ۱ مخ، حس‌های درد و حرارت را به طور کامل از بین نمی‌برد. دلیل این امر آن است که پردازش و درک کیفی و پایه‌ای حس درد و تغییرات حرارتی به میزان زیادی در سطح تالاموس (Thalamus) انجام می‌گیرد. تالاموس به عنوان یک ایستگاه رله حسی و مرکز ادغام زیرقشری، ظرفیت پردازش مستقل این حس‌های حیاتی و صیانتی را دارا است. این تفاوت در پردازش درد و حرارت نشان می‌دهد که سیستم‌های حسی بدن دارای مسیرهای موازی و سطوح پردازشی متعددی هستند. تالاموس وظیفه درک اولیه و کیفی درد و حرارت را که برای بقای موجود زنده ضروری هستند بر عهده دارد، در حالی که قشر حسی-پیکری اولیه ابعاد شناختی، موقعیت‌یابی دقیق و تحلیل ویژگی‌های دقیق‌تر این حس‌ها را مدیریت می‌کند. به همین دلیل است که تخریب قشر مخ تنها جنبه‌های تفسیری و مکانی درد را مختل می‌سازد، اما اصل احساس درد را که در تالاموس شکل می‌گیرد، از بین نمی‌برد.

گیرنده‌های حسی بدن انسان وظیفه تبدیل محرک‌های محیطی به پیام‌های الکتریکی را بر عهده دارند. در این میان، گیرنده‌های درد (Nociceptors) و گیرنده‌های سرما (Cold Receptors) ویژگی‌های فیزیولوژیکی و ساختاری منحصر‌به‌فردی دارند که آن‌ها را برای ایفای نقش‌های محافظتی و صیانتی خود سازگار کرده است.

گیرنده‌های درد در بدن به صورت پایانه‌های عصبی آزاد (Free nerve endings) توزیع شده‌اند. برخلاف بسیاری از گیرنده‌های حسی دیگر مانند گیرنده‌های لمس که دارای کپسول یا ساختارهای پوششی تخصصی و پیچیده هستند، پایانه‌های درد فاقد هرگونه کپسول محافظتی می‌باشند. این ساختار ساده و عریان به آن‌ها اجازه می‌دهد تا به انواع محرک‌های آسیب‌رسان فیزیکی، حرارتی و شیمیایی پاسخ دهند. ویژگی حیاتی دیگر گیرنده‌های درد، تطابق‌ناپذیری (Non-adapting) آن‌ها است. در صورت طولانی شدن و تداوم تحریک دردناک، این گیرنده‌ها برخلاف سایر گیرنده‌ها تطابق نمی‌یابند و فرکانس ارسال ایمپالس‌های آن‌ها کاهش پیدا نمی‌کند. این ویژگی صیانتی بسیار مهم است، زیرا عدم تطابق باعث می‌شود فرد به طور مداوم از وجود آسیب بافتی فعال آگاه بماند و برای رفع عامل آسیب‌رسان اقدام کند.

در مقابل, گیرنده‌های سرما رفتار متفاوتی در مواجهه با تغییرات دما نشان می‌دهند. با قرارگیری ناگهانی در معرض سرمای شدید، فرکانس پتانسیل عمل در گیرنده‌های سرما ابتدا شدیداً زیاد می‌شود تا تغییر ناگهانی محیط را گزارش کند. با این حال، این گیرنده‌ها برخلاف گیرنده‌های درد، به سرعت تطابق می‌یابند. در نتیجه این تطابق، فرکانس ارسال پتانسیل عمل آن‌ها پس از مدتی کاهش یافته و در یک سطح پایین‌تر تثبیت می‌شود. این فرآیند به بدن اجازه می‌دهد بدون خستگی مفرط سیستم عصبی، با شرایط دمایی جدید سازگار شود. به عنوان مثال، هنگامی که وارد آب سرد می‌شوید، ابتدا احساس سرمای شدیدی می‌کنید اما پس از چند دقیقه، به دلیل تطابق سریع گیرنده‌های سرما، شدت احساس سرما کاهش می‌یابد.

نکته شگفت‌انگیز دیگر در مورد فیزیولوژی درد، توزیع ناهمگون گیرنده‌های آن در سراسر سیستم عصبی است. برای نمونه، بافت خود مغز (پارانشیم مغز) به طور کامل فاقد گیرنده‌های درد است. بنابراین، تحریک مستقیم یا جراحی روی بافت خود مغز هیچ دردی ایجاد نمی‌کند. سردردهایی که انسان تجربه می‌کند ناشی از تحریک مستقیم پارانشیم مغز نیست، بلکه از تحریک ساختارهای حساس به درد مجاور مانند عروق خونی مغز، سینوس‌های وریدی یا پرده‌های مغزی (مننژ) منشأ می‌گیرد که به وفور دارای پایانه‌های عصبی آزاد درد هستند. این تفاوت توزیعی نشان می‌دهد که درد یک مکانیسم دفاعی هدفمند است که تنها در بافت‌های در معرض آسیب بیرونی یا ساختارهای حمایتی حساس تعبیه شده است.

حس درد به دو نوع اصلی تقسیم می‌شود: درد تند (سریع یا تیز) و درد کند (مزمن، مبهم یا سوزش‌آور). این دو نوع درد از نظر فیزیولوژیک، سرعت هدایت پیام، ناقل‌های عصبی مصرفی و مسیرهای صعودی در سیستم عصبی مرکزی کاملاً متمایز هستند و اهداف متفاوتی را در واکنش‌های حفاظتی بدن دنبال می‌کنند. درد تند ما را از خطر فوری باخبر می‌سازد، در حالی که درد کند نشانه آسیب مداوم بافتی است.

درد تند احساسی است که بلافاصله پس از اعمال محرک (مانند سوزن زدن یا بریدگی شدید) ایجاد می‌شود. این نوع درد توسط فیبرهای میلین‌دار نوع A\delta منتقل می‌شود که به دلیل وجود غلاف میلین، سرعت هدایت بالایی دارند. ناقل عصبی احتمالی این فیبرها در طناب نخاعی، اسید آمینه گلوتامات (Glutamate) است. گلوتامات یک ناقل تحریکی سریع است که اثرات آن در پایانه سیناپسی نخاع در حد چند هزارم ثانیه ظاهر می‌شود. مسیر انتقال درد تند، راه نخاعی تالاموسی جدید یا نئواسپاینوتالامیک (Neospinothalamic tract) نام دارد. فیبرهای این مسیر پس از ورود به نخاع و تقاطع، مستقیماً صعود کرده و در کمپلکس شکمی-قاعده‌ای (Ventrobasal complex) تالاموس سیناپس می‌کنند. از این تالاموس، اطلاعات به قشار حسی-پیکری مخ مخابره می‌شود. به عنوان مثال، سیگنال‌های درد تند دندان از همین مسیر و پس از سیناپس در کمپلکس شکمی-قاعده‌ای تالاموس به قشر حسی-پیکری مغز می‌رسند. به دلیل سرعت بالای هدایت و پردازش قشری، مکان‌یابی درد تند در بدن بسیار دقیق است.

در مقابل، درد کند احساسی مبهم، سوزشی، ضربان‌دار یا مزمن است که دیرتر شروع شده و برای مدت طولانی ادامه می‌یابد. این درد توسط فیبرهای بدون میلین و باریک نوع C هدایت می‌شود که سرعت انتقال بسیار پایینی دارند. ناقل عصبی احتمالی فیبرهای نوع C، ماده P (Substance P) است. بر خلاف گلوتامات، ماده P به آرامی آزاد می‌شود و اثرات آن با تاخیر ظاهر شده و تداوم می‌یابد که تبیین‌کننده تداوم حس درد حتی پس از رفع محرک اولیه است. درد کند از راه نخاعی تالاموسی قدیم یا پالئواسپاینوتالامیک (Paleospinothalamic tract) صعود می‌کند. این مسیر بیشتر در نواحی پایه‌ای‌تر مغز مانند تشکیل شبکه تورینه (Reticular formation) و هسته‌های غیر اختصاصی تالاموس پایان می‌یابد و ارتباط کمتری با قشر حسی-پیکری دارد. به همین دلیل، مکان‌یابی درد کند در بدن انسان بسیار ضعیف و غیردقیق است و فرد نمی‌تواند نقطه دقیق منشأ درد را مشخص کند.

ایجاد حس درد در انتهای عصبی آزاد نیازمند تحریک این پایانه‌ها توسط عوامل فیزیکی یا مواد شیمیایی مختلف است. هنگامی که بافتی دچار آسیب می‌شود، مجموعه‌ای از مواد شیمیایی در محل رها می‌شوند که نقشی کلیدی در فعال‌سازی یا تغییر حساسیت گیرنده‌های درد ایفا می‌کنند. شناخت این مواد شیمیایی برای درک فیزیولوژی درد و روش‌های تسکین آن اهمیت بالایی دارد.

در میان مواد شیمیایی مختلفی که در بافت‌های آسیب‌دیده آزاد می‌شوند، برادی‌کینین (Bradykinin) به عنوان مهم‌ترین و قوی‌ترین ماده محرک مستقیم درد شناخته می‌شود. برادی‌کینین توانایی آن را دارد که به طور مستقیم به گیرنده‌های روی پایانه‌های عصبی آزاد درد متصل شده و در آن‌ها پتانسیل عمل ایجاد کند. در مقابل، مواد دیگری مانند پروستاگلاندین‌ها (Prostaglandins) و ماده P رفتار متفاوتی دارند. این مواد برخلاف برادی‌کینین، به طور مستقیم پیام درد را ایجاد نمی‌کنند. وظیفه اصلی پروستاگلاندین‌ها و ماده P، افزایش حساسیت (Sensitization) پایانه‌های درد است. آن‌ها آستانه تحریک گیرنده‌ها را پایین می‌آورند تا حتی محرک‌های فیزیکی بسیار ضعیف و غیردردناک نیز بتوانند به راحتی گیرنده را فعال کرده و پیام درد را صادر کنند. به همین علت است که مصرف داروهای ضدالتهاب غیراستروئیدی مانند آسپرین که ساخت پروستاگلاندین‌ها را مهار می‌کنند، با کاهش حساسیت گیرنده‌ها باعث تسکین درد می‌شود.

یکی از شرایط بالینی شایع که با تحریک شدید گیرنده‌های درد همراه است، اسپاسم عضلانی (Muscle spasm) می‌باشد. درد ناشی از اسپاسم عضلانی حاصل یک چرخه معیوب فیزیولوژیک است. انقباض مداوم و غیرارادی عضله باعث تحریک مستقیم گیرنده‌های مکانیکی حساس به فشار در بافت عضلانی می‌شود. همزمان، این انقباض شدید با اعمال فشار مکانیکی بر عروق خونی عبوری، جریان خون عضله را مسدود کرده و ایجاد ایسکمی (Ischemia) می‌کند. ایسکمی مانع از رسیدن اکسیژن و مواد مغذی به عضله می‌شود. از طرف دیگر، فعالیت انقباضی مداوم عضله، سرعت متابولیسم سلولی را به شدت افزایش می‌دهد که به تجمع سریع محصولات زائد اسیدی و مواد محرک درد در بافت منجر می‌گردد. ترکیب تحریک مکانیکی، ایسکمی بافتی و تجمع مواد متابولیکی، گیرنده‌های درد را شدیداً تحریک می‌کند. لازم به ذکر است که انکفالین‌ها (Enkephalins) نقشی در ایجاد درد اسپاسم ندارند، بلکه به عنوان بخشی از سیستم سرکوب درد مرکزی برای کاهش سیگنال‌های درد آزاد می‌شوند.

سیستم عصبی مرکزی پیام‌های درد را از بخش‌های مختلف بدن دریافت می‌کند، اما نحوه درک و مکان‌یابی این پیام‌ها بسته به منشأ آن‌ها (دیواره‌های بدنی یا اندام‌های داخلی) تفاوت‌های چشمگیری دارد. این تفاوت‌ها به پزشکان در تشخیص بیماری‌های داخلی کمک شایانی می‌کند.

درد احشایی (Visceral pain) به دردی گفته می‌شود که منشأ آن اندام‌های داخلی یا احشای درون حفره‌های شکمی و قفسه سینه است. این درد ویژگی‌های خاص خود را دارد؛ اولاً، علت غالب بروز درد در احشای توخالی، اتساع و کشش بیش از حد (Overdistension and stretch) دیواره این اندام‌ها، اسپاسم شدید یا ایسکمی است. در مقابل، تحریکات موضعی مانند برش، سوختگی یا حتی تحریکات الکتریکی مستقیم، درد چندانی در احشا ایجاد نمی‌کنند. برای مثال، پزشک می‌تواند بافت روده را بدون ایجاد درد شدید برای بیمار برش دهد، اما اگر روده دچار انسداد و اتساع شدید شود، بیمار درد بسیار مبهم و آزاردهنده‌ای را تجربه خواهد کرد. ثانیاً، درد احشایی به صورت مبهم، منتشر و با مکان‌یابی بسیار ضعیف و غیردقیق در سطح بدن احساس می‌شود.

در مقابل، درد جداری یا پریتال (Parietal pain) منشأ متفاوتی دارد. این درد از تحریک دیواره‌های محافظ خارجی مانند صفاق جدار شکم، جنب ریوی یا پریکارد قلب ناشی می‌شود. درد جداری برخلاف درد احشایی، دارای مکان‌یابی بسیار دقیقی است. پایانه‌های حسی دیواره‌ها توسط فیبرهای عصبی منتقل می‌شوند که به طور دقیق به بخش‌های مربوطه در نخاع و قشر مغز ختم می‌گردند و به فرد اجازه می‌دهند محل دقیق درد را شناسایی کنند.

پدیده بالینی مهم دیگر، درد راجعه (Referred pain) است. درد راجعه به حالتی گفته می‌شود که فرد احساس درد ناشی از یک اندام داخلی (احشا) را در ناحیه‌ای از پوست بدن که فرسنگ‌ها با آن اندام فاصله دارد تجربه می‌کند. علت بروز درد راجعه، همگرایی (Convergence) فیزیولوژیک در نخاع است. شاخه‌های فیبرهای حسی درد احشایی و فیبرهای حسی پوست، هر دو بر روی نورون‌های دسته دوم مشترکی در شاخ خلفی نخاع همگرا می‌شوند. هنگامی که پیام‌های درد از احشا به این نورون‌های مشترک می‌رسند، پیام به سمت مغز هدایت می‌شود. از آنجا که مغز عادت کرده است بیشتر پیام‌های ورودی از این مسیر را از سطح پوست دریافت کند، منشأ درد را اشتباهاً پوست آن ناحیه تصور می‌کند.

سیستم عصبی مرکزی مجهز به یک ساختار کنترلی و محافظتی قوی به نام سیستم ضد درد مرکزی (Central Analgesia System) است. این سیستم وظیفه مهار و سرکوب انتقال سیگنال‌های درد ورودی به مغز را بر عهده دارد و به بدن اجازه می‌دهد در شرایط خاص، احساس درد را سرکوب کند.

این سیستم ضد درد مرکزی از سه بخش اصلی و متصل به هم تشکیل شده است: ۱) ماده خاکستری دور قناتی (Periaqueductal gray - PAG) و نواحی دور بطنی در ساقه مغز و دیانسفال. ۲) هسته رافه بزرگ (Raphe magnus nucleus) که در بخش پایینی پل مغزی و بالایی پیاز نخاع قرار دارد. ۳) کمپلکس مهارکننده درد در شاخ خلفی نخاع.

فرآیند تسکین درد بدین صورت انجام می‌شود که تحریک الکتریکی یا شیمیایی ماده خاکستری دور قناتی (PAG) باعث فعال‌سازی مسیرهای نزولی ضد درد می‌گردد و حالت بی‌دردی (Analgesia) ایجاد می‌کند. این سیگنال‌ها به هسته رافه بزرگ ارسال شده و نورون‌های این هسته را تحریک می‌کنند. نورون‌های هسته رافه بزرگ ناقل عصبی سروتونین (Serotonin) را در انتهای خود در شاخ خلفی نخاع ترشح می‌کنند. ترشح سروتونین، به نوبه خود، باعث تحریک نورون‌های واسطه‌ای (اینترنورون‌های) انکفالینی موضعی در شاخ خلفی نخاع می‌شود. انکفالین (Enkephalin) به عنوان یک ناقل مهارکننده عمل کرده و پیام‌های درد را دقیقاً در سطح شاخ خلفی نخاع و پیش از صعود به مغز مسدود (بلوک) می‌کند (سیستم ضددرد پیام‌ها را در تالاموس مسدود نمی‌کند). به همین دلیل، داروهایی که باعث مهار بازجذب سروتونین به پایانه‌های پیش‌سیناپسی می‌شوند، غلظت این ناقل را در سیناپس افزایش داده و به عنوان یکی از مکانیسم‌های دارویی برای کاهش و تسکین درد عمل می‌کنند. برعکس، تحریک مناطقی غیرمرتبط مانند ناحیه CA۳ هیپوکامپ مغز، نقشی در کاهش و مهار درد ندارد.

مکانیسم مهار درد دیگری نیز در سطح نخاع وجود دارد که به آن نظریه کنترل دروازه درد می‌گویند. تحریک فیبرهای حسی بزرگ نوع A\beta که از گیرنده‌های لامسه مکانیکی پوست منشأ می‌گیرند، می‌تواند پیام‌های درد همزمان عبوری از فیبرهای باریک C و A\delta را سرکوب کند. این کار از طریق مهار جانبی موضعی (Local lateral inhibition) در شاخ خلفی نخاع انجام می‌شود و از انتقال سیگنال‌های درد همان ناحیه جلوگیری می‌کند. این اثر توضیح می‌دهد که چرا رفتارهایی مانند مالیدن یا ماساژ دادن پوست در اطراف یک ناحیه آسیب‌دیده، می‌تواند بلافاصله شدت درد احساس‌شده را کاهش دهد.