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| 痛覚受容器 | |
|---|---|
 4種類の感覚ニューロンとその受容細胞。侵害受容器は自由神経終末A型として示される。 | |
| 識別子 | |
| メッシュ | D009619 |
| 解剖学用語 [Wikidataで編集] | |
痛覚受容器（ラテン語のnocere 「 害を与える、傷つける」に由来、文字通り「痛みの受容器」）は、損傷を与える、または損傷を与える可能性のある刺激に反応し、「可能性のある脅威」信号[1] [2] [3]を脊髄と脳に送る感覚ニューロンです。脳は、身体の部位に注意を向けるために痛みの感覚を作り出し、脅威を軽減します。このプロセスは痛覚と呼ばれます。
用語
痛覚と痛みは通常、組織に損傷を与える可能性のある圧力と温度によってのみ引き起こされます。この障壁または閾値は、刺激に対するより敏感な視覚、聴覚、嗅覚、味覚、および体性感覚の反応とは対照的です。痛みの経験は個人差があり、ストレスによって抑制されたり、予期によって悪化したりします。痛覚は活動電位の頻度、シナプス前およびシナプス後信号の統合、および高次または中枢プロセスからの影響にも依存するため、痛覚受容器の単純な活性化が常に知覚される痛みにつながるわけではありません。[4]
科学的調査
痛覚受容器は、1906 年にチャールズ スコット シェリントンによって発見されました。以前の世紀では、科学者は動物は感覚刺激のエネルギーを運動反応に変換する機械装置のようなものだと信じていました。シェリントンはさまざまな実験を使用して、求心性神経線維の受容野へのさまざまなタイプの刺激が異なる反応につながることを実証しました。いくつかの強い刺激は、反射の抑制、特定の自律神経反応、および痛みを引き起こします。これらの強い刺激に対する特定の受容体は、痛覚受容器と呼ばれていました。[5]
痛覚受容器の研究は、意識のある人間や代替動物モデルで行われてきました。研究対象の痛覚受容器の細胞活動を変化させる可能性のある侵襲的な方法、小さな神経構造からの記録が不可能であること、動物モデルシステムでは反応が痛みに起因するのか、それとも他の要因に起因するのかが不確実であることなどから、研究は困難です。[4]
位置
哺乳類では、侵害受容器は、侵害刺激を感知できる体のあらゆる部位に存在します。外部侵害受容器は、皮膚（皮膚侵害受容器）、角膜、粘膜などの組織に存在します。内部侵害受容器は、筋肉、関節、膀胱、内臓、消化管など、さまざまな臓器に存在します。これらのニューロンの細胞体は、後根神経節または三叉神経節のいずれかにあります。[6]三叉神経節は顔面に特化した神経ですが、後根神経節は体の他の部分に関連しています。軸索は末梢神経系に伸び、枝分かれして受容野を形成します。
種類と機能
侵害受容器は、刺激を受けていないときは通常電気的に沈黙している。[4]成熟した侵害受容器の末梢末端は、有害な刺激が検出され、電気エネルギーに変換される場所である。[7]電気エネルギーが閾値に達すると、活動電位が誘導され、中枢神経系（CNS）に向かって駆動される。これにより、痛みの意識的な認識を可能にする一連のイベントが発生する。侵害受容器の感覚特異性は、刺激の特定の特徴に対してのみ高い閾値によって確立される。化学的、熱的、または機械的環境によって高い閾値に達した場合にのみ、侵害受容器が刺激される。
伝導速度の観点から、痛覚受容器は2つのグループに分けられる。Aδ線維軸索は髄鞘化されており、活動電位を毎秒5～30メートルの速度で中枢神経系に向かって伝導することができる。C線維軸索は、直径が小さく、髄鞘化がほとんどまたは全くないため、毎秒0.4～2メートルの速度で伝導する。[8] [4]その結果、痛みは2つの段階で現れる。最初のAδ線維に関連する非常に鋭い痛みと、2番目のより長くやや弱い痛みの感覚であるC線維からの痛みの感覚である。C線維への大量または長時間の入力は、脊髄の後角に徐々に蓄積をもたらす。この現象はワインドアップと呼ばれ、筋肉の破傷風に似ている。ワインドアップにより、痛みに対する感受性が高まる可能性が高まる。[9]
サーマル
熱痛覚受容器は、様々な温度の有害な熱または寒さによって活性化されます。特定の神経終末が熱刺激に反応するかどうか、またどのように反応するかを左右する特定の痛覚受容器トランスデューサーがあります。最初に発見されたのはTRPV1で、その閾値は熱痛覚温度 43 °C と一致します。温熱範囲の他の温度は、複数のTRP チャネルによって媒介されます。これらのチャネルはそれぞれ、温熱感受性に対応する特定の C 末端ドメインを発現します。これらすべてのチャネル間の相互作用と、温度レベルが痛覚閾値を超えていると判断される仕組みは、現時点では不明です。冷刺激はTRPM8チャネルによって感知されます。その C 末端ドメインは、熱感受性 TRP とは異なります。このチャネルは冷刺激に対応していますが、強烈な冷気の検知にも寄与するかどうかはまだ不明です。冷刺激に関連する興味深い発見は、触覚感度と運動機能が低下する一方で、痛覚知覚は持続することです。
機械
機械的痛覚受容器は過剰な圧力や機械的変形に反応します。また、皮膚表面を破る切開にも反応します。刺激に対する反応は、化学的反応や熱的反応と同様に、皮質によって痛みとして処理されます。これらの機械的痛覚受容器は、しばしば多峰性特性を持っています。そのため、熱刺激のトランスデューサーの一部は機械的刺激のトランスデューサーと同じである可能性があります。同じことが化学的刺激にも当てはまり、TRPA1 は機械的変化と化学的変化の両方を検出するようです。一部の機械的刺激は、P2 プリン受容体によって検出されるATPや、トロポミオシン受容体キナーゼ A (TrkA)によって検出される神経成長因子などの中間化学物質の放出を引き起こす可能性があります。[10]
化学薬品
化学痛覚受容器には、さまざまなスパイスに反応するTRPチャネルがあります。最も反応がよく、非常に広くテストされているのはカプサイシンです。その他の化学刺激物質には、第一次世界大戦の化学兵器やタバコの煙の成分であるアクロレインなどの環境刺激物質があります。これらの外部刺激物質とは別に、化学痛覚受容器は、内因性リガンドや、内部組織の変化から生じる特定の脂肪酸アミンを検出する能力があります。熱痛覚受容器と同様に、TRPV1はカプサイシンやクモ毒、酸などの化学物質を検出できます。[11] [10]酸感知イオンチャネル（ASIC）も酸性度を検出します。[10]
眠っている/沈黙している
各痛覚受容器にはさまざまな閾値レベルがありますが、実際に損傷が発生しない限り、化学的、熱的、または機械的刺激にまったく反応しない受容器もあります。これらの受容器は、周囲の組織に炎症が発生したときにのみ反応するため、通常、サイレントまたはスリープ痛覚受容器と呼ばれます。[6]これらの受容器は、受容野の電気刺激を使用して特定されました。[4]
多様
複数の種類の刺激に反応する痛覚受容器はポリモーダル受容器と呼ばれます。[12]これらはC線維痛覚受容器の中で最も一般的なタイプであり、豊富な神経伝達物質のレパートリーを発現します。[4]
経路
上昇
求心性侵害受容線維（脳からではなく脳に情報を送る線維）は脊髄に戻り、脊髄後角でシナプスを形成します。この侵害受容線維（末梢に位置する）は一次ニューロンです。脊髄後角の細胞は、ラミナと呼ばれる生理的に異なる層に分かれています。異なる線維タイプは異なる層でシナプスを形成し、神経伝達物質としてグルタミン酸またはサブスタンスPを使用します。Aδ線維はラミナIとVでシナプスを形成し、C線維はラミナIIのニューロンと結合し、Aβ線維はラミナI、III、およびVと結合します。[6] 脊髄内の特定のラミナに到達した後、一次侵害受容線維は前白交連で正中線を横切る二次ニューロンに投射します。二次ニューロンは、情報を2つの経路、すなわち背柱内側毛様体系と前外側系を経由して視床に送ります。前者は通常の非痛覚に使用され、後者は痛覚に使用されます。視床に到達すると、情報は腹側後核で処理され、内包後肢の繊維を経由して脳の 大脳皮質に送られます。
降順
痛みの意識的認識を開始する脳への上行路があるように、痛みの感覚を調節する下行路も存在します。脳は、痛みの感覚を軽減または抑制する鎮痛効果のある特定のホルモンまたは化学物質の放出を要求することができます。これらのホルモンの放出を刺激する脳の領域は、視床下部です。[13]この下行抑制の効果は、中脳の中脳水道周囲灰白質または脳室周囲核を電気的に刺激することによって示されます。これらは両方とも、痛みの調節に関与する他の領域、例えば網状傍巨大細胞核 (NPG) から同様の求心性神経を受け取る縫線核に投射します。次に、縫線核は背角の膠様質領域に投射し、脊髄視床入力の感覚を媒介します。これは、まず縫線核がセロトニン作動性ニューロンを背索ニューロンに送り、次にそのニューロンがエンケファリンを痛みの知覚を運ぶ介在ニューロンに分泌することによって行われます。[14] エンケファリンはオピオイド受容体に結合してシナプス後ニューロンを抑制し、痛みを抑制する働きをします。[10]中脳水道周囲灰白質にもオピオイド受容体が含まれており、これがモルヒネやジアセチルモルヒネなどのオピオイドが鎮痛効果を発揮する メカニズムの1つを説明しています。
感度
侵害受容器の感受性は、毒性分子や炎症性分子など、細胞外空間のさまざまなメディエーターによって調整されます。[15] [4]末梢感作は、侵害受容器の機能的可塑性の一形態を表します。侵害受容器は、単なる有害刺激の検出器から非有害刺激の検出器に変化することができます。その結果、通常の活動による低強度の刺激が痛みの感覚を引き起こします。これは一般に痛覚過敏として知られています。炎症は、侵害受容器の感作を引き起こす一般的な原因の1つです。通常、炎症が治まると痛覚過敏は治まりますが、遺伝子の欠陥や繰り返しの損傷が異痛症を引き起こすことがあります。つまり、軽い接触などの完全に非有害の刺激が極度の痛みを引き起こします。異痛症は、末梢神経の侵害受容器が損傷した場合にも引き起こされる可能性があります。これにより求心性神経脱落、つまり残存求心性神経とは異なる中枢神経突起の発達が起こる可能性がある。この状況では、残存する痛覚受容器の背根軸索が脊髄と接触し、正常な入力が変化する可能性がある。[9]
神経の発達
侵害受容器は、胚発生中に神経堤幹細胞から発達する。神経堤は脊椎動物の初期発達の大部分を担っており、特に末梢神経系 (PNS) の発達を担っている。神経堤幹細胞は神経管が閉じるときに神経管から分裂し、侵害受容器はこの神経堤組織の背側部分から成長する。侵害受容器は神経発生の後期に形成される。この領域から早期に形成される細胞は、非疼痛感知受容器、つまり固有受容器または低閾値機械受容器のいずれかになることができる。胚の侵害受容器を含む神経堤由来のすべてのニューロンは、神経成長因子(NGF)の受容体であるトロポミオシン受容体キナーゼ A (TrkA) を発現する。しかし、侵害受容器の種類を決定する転写因子は不明である。[11]
感覚神経発生に続いて分化が起こり、2 種類の侵害受容器が形成されます。これらはペプチド性侵害受容器と非ペプチド性侵害受容器に分類され、それぞれが異なるイオンチャネルと受容体のレパートリーを発現します。これらの特殊化により、受容体はさまざまな中枢および末梢の標的を神経支配できます。この分化は、周産期と出生後の両方で発生します。非ペプチド性侵害受容器は TrkA をオフにし、グリア細胞株由来神経栄養因子(GDNF)の発現を可能にする膜貫通シグナル伝達成分であるRET 癌原遺伝子を発現し始めます。この移行は、非ペプチド性侵害受容器の発達に不可欠なrunt 関連転写因子 1 (RUNX1)によって促進されます。一方、ペプチド性侵害受容器は TrkA を使用し続け、完全に異なるタイプの成長因子を発現します。現在、痛覚受容器の違いについて多くの研究が行われています。[11]
他の動物では
痛覚は、魚類[17]やヒル[18]、線虫[ 19]、ウミウシ[20]、ショウジョウバエの幼虫[ 21]を含む幅広い無脊椎動物を含む非哺乳類[16]でも記録されています。これらのニューロンは、哺乳類の痛覚受容器とは異なる経路や中枢神経系との関係を持っている可能性がありますが、非哺乳類の痛覚ニューロンは、高温（40℃以上）、低pH、カプサイシン、組織損傷など、 哺乳類と同様の刺激に反応して発火することがよくあります。
例えば、ショウジョウバエでは、特定の多樹状突起感覚ニューロンが痛覚に役割を果たしています。[22]軟体動物では、痛覚反応は足の感覚ニューロンによって媒介されます。[23] [24]一方、甲殻類は、弦音器官や機械受容器など、さまざまな種類の感覚細胞を利用して、潜在的に有害な刺激を検出します（甲殻類の痛みも参照）。
参照
参考文献
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