การรับรู้สิ่งคุกคามและการส่งสัญญาณความเจ็บปวด

การรับรู้สิ่งคุกคาม (Nociception) คือกระบวนการทางระบบประสาทที่ตรวจจับและเข้ารหัสสิ่งเร้าที่เป็นอันตราย และการส่งสัญญาณความเจ็บปวดคือลำดับเหตุการณ์ที่นำข้อมูลดังกล่าวจากเซลล์ประสาทรับความรู้สึกส่วนปลายไปยังระบบประสาทส่วนกลาง เซลล์ประสาทรับความรู้สึกพิเศษที่เรียกว่า โนซิเซ็ปเตอร์ (nociceptors) จะแสดงออกถึงตัวรับและช่องไอออนที่เปลี่ยนภัยคุกคามทางความร้อน กลไก และเคมีให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า

Definition

การรับรู้สิ่งคุกคาม (Nociception) คือการเข้ารหัสและการประมวลผลสิ่งเร้าที่เป็นอันตรายโดยระบบประสาท; การส่งสัญญาณความเจ็บปวด (pain signaling) หมายถึงการแปลง การนำ และการส่งผ่านข้อมูลการรับรู้สิ่งคุกคามนั้นจากปลายประสาทส่วนปลายผ่านเซลล์ประสาทนำเข้าปฐมภูมิไปยังวงจรประสาทส่วนกลาง

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงวิธีการที่โนซิเซ็ปเตอร์ตรวจจับสิ่งเร้าที่เป็นอันตราย ตัวแปลงสัญญาณระดับโมเลกุลและช่องสัญญาณที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าที่สร้างและส่งสัญญาณการรับรู้สิ่งคุกคาม และวิธีการที่ข้อมูลนี้เข้าสู่ไขสันหลัง เป็นการอ้างอิงถึงชีววิทยาประสาทพื้นฐานของการส่งสัญญาณความเจ็บปวด ซึ่งแตกต่างจากการประเมินความเจ็บปวดทางคลินิก

Core questions

• ตัวรับและช่องไอออนใดที่แปลงสิ่งเร้าทางความร้อน กลไก และเคมีที่เป็นอันตราย?
• สัญญาณการรับรู้สิ่งคุกคามถูกนำส่งไปตามเซลล์ประสาทนำเข้าปฐมภูมิได้อย่างไร?
• การรับรู้สิ่งคุกคามแตกต่างจากประสบการณ์ความเจ็บปวดที่รับรู้ได้อย่างไร?
• ความผิดปกติของช่องสัญญาณในมนุษย์ (human channelopathies) เผยให้เห็นอะไรเกี่ยวกับความจำเป็นของช่องสัญญาณเฉพาะสำหรับความเจ็บปวด?

Key concepts

• โนซิเซ็ปเตอร์ (Nociceptor)
• การแปลงสัญญาณ (Transduction)
• ช่อง TRP (เช่น TRPV1)
• ช่องโซเดียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า (เช่น Nav1.7)
• เส้นใย A-delta และ C
• เซลล์ประสาทนำเข้าปฐมภูมิ (Primary afferent neuron)
• ปมประสาทรากหลัง (Dorsal root ganglion)

Key theories

ทฤษฎีเส้นทางเฉพาะของโนซิเซ็ปเตอร์และการแปลงสัญญาณระดับโมเลกุล

ประชากรที่แตกต่างกันของเซลล์ประสาทรับความรู้สึกถูกปรับให้เข้ากับสิ่งเร้าที่เป็นอันตรายผ่านตัวแปลงสัญญาณระดับโมเลกุลที่เฉพาะเจาะจง เช่น ช่อง TRPV1 ที่กระตุ้นด้วยความร้อนและแคปไซซิน ดังนั้นการตรวจจับภัยคุกคามที่แตกต่างกันจึงขึ้นอยู่กับโปรตีนตัวรับและช่องสัญญาณที่ระบุได้

Mechanisms

โนซิเซ็ปเตอร์ (Nociceptors) คือปลายประสาทส่วนปลายของเซลล์ประสาทรับความรู้สึกปฐมภูมิ ซึ่งมีตัวเซลล์อยู่ในปมประสาทรากหลัง (dorsal root ganglia) และปมประสาทไตรเจมินัล (trigeminal ganglia) ความร้อนที่เป็นอันตราย ความเย็น แรงกล และสารเคมีที่ก่อให้เกิดการระคายเคืองจะถูกแปลงสัญญาณโดยโปรตีนตัวรับและช่องสัญญาณที่ปลายประสาทเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น ช่อง TRPV1 ตอบสนองต่อความร้อนที่เป็นอันตรายและแคปไซซิน การแปลงสัญญาณทำให้ปลายประสาทเกิดการลดขั้ว และช่องโซเดียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าจะสร้างและส่งสัญญาณศักย์ไฟฟ้าตามเส้นใย A-delta ที่มีปลอกไมอีลินบางๆ และเส้นใย C ที่ไม่มีปลอกไมอีลินไปยังไขสันหลังส่วนหลัง (dorsal horn) ซึ่งสัญญาณจะถูกส่งไปยังเซลล์ประสาทลำดับที่สอง บทบาทสำคัญของช่องสัญญาณบางชนิดแสดงให้เห็นได้จากพันธุกรรมของมนุษย์: การกลายพันธุ์แบบสูญเสียการทำงานในยีนที่เข้ารหัสช่องโซเดียม Nav1.7 ทำให้เกิดความไม่สามารถในการรู้สึกเจ็บปวดมาแต่กำเนิด

Clinical relevance

โมเลกุลของการรับรู้สิ่งคุกคามเป็นจุดอ้างอิงสำหรับการทำความเข้าใจว่าเหตุใดสิ่งเร้าบางอย่างจึงทำให้เกิดความเจ็บปวด และเหตุใดภาวะทางพันธุกรรมบางอย่างจึงทำให้ความเจ็บปวดหายไปหรือบิดเบือนไป เนื้อหานี้อธิบายชีววิทยาของความเจ็บปวดเพื่อการศึกษา และไม่ได้มุ่งเน้นการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

ข้อมูลนี้อ้างอิงจากการทบทวนกลไกทางชีววิทยาของโนซิเซ็ปเตอร์ (Dubin & Patapoutian, 2010; Basbaum et al., 2009; McCleskey & Gold, 1999) และจากการศึกษาเบื้องต้นที่ระบุตัวแปลงสัญญาณและช่องสัญญาณที่สำคัญ (Caterina et al., 1997; Cox et al., 2006)

History

ยุคโมเลกุลของการรับรู้สิ่งคุกคามเริ่มต้นด้วยการโคลนตัวรับแคปไซซิน TRPV1 ในปี 1997 ซึ่งทำให้เกิดความเข้าใจในระดับโมเลกุลที่เป็นรูปธรรมเกี่ยวกับการตรวจจับความร้อนที่เป็นอันตราย การระบุตัวแปลงสัญญาณความร้อนและกลไกเพิ่มเติมในภายหลัง และการค้นพบว่าความผิดปกติของช่อง Nav1.7 (channelopathies) สามารถกำจัดความเจ็บปวดได้อย่างสิ้นเชิง ได้สร้างภาพที่ละเอียดว่าสิ่งเร้าที่เป็นอันตรายถูกตรวจจับและส่งสัญญาณได้อย่างไร

Key figures

• David Julius
• Allan Basbaum
• Ardem Patapoutian
• Michael Caterina
• John Wood

Seminal works

• caterina-1997
• basbaum-2009
• dubin-2010
• cox-2006

Frequently asked questions

การรับรู้สิ่งคุกคาม (Nociception) เหมือนกับความเจ็บปวดหรือไม่?

ไม่ การรับรู้สิ่งคุกคามคือการตรวจจับและการเข้ารหัสสิ่งเร้าที่เป็นอันตราย ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่รู้ตัว; ความเจ็บปวดคือประสบการณ์ทางประสาทสัมผัสและอารมณ์ที่รับรู้ได้ ซึ่งอาจเกิดจากการส่งสัญญาณการรับรู้สิ่งคุกคาม แต่ถูกกำหนดโดยการประมวลผลส่วนกลาง

ช่อง Nav1.7 เกี่ยวข้องกับความเจ็บปวดอย่างไร?

Nav1.7 เป็นช่องโซเดียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าซึ่งมีความสำคัญต่อการส่งสัญญาณในเซลล์ประสาทรับความเจ็บปวด; การกลายพันธุ์แบบสูญเสียการทำงานในยีนของมันทำให้เกิดความไม่สามารถในการรู้สึกเจ็บปวดมาแต่กำเนิด ซึ่งเน้นย้ำถึงบทบาทของมันในการส่งสัญญาณ