Представьте себе: вы сидите в кресле стоматолога. Стоматолог осматривает ваш рот и говорит, что один зуб необходимо удалить, а другой — поставить пломбу. «Сейчас я сделаю вам укол. Это не повредит». Доктор уверяет вас. Но вы улыбаетесь и говорите: «Мне не нужна анестезия», потому что вы никогда не почувствуете боли (или пока не увидите квитанцию на лечение). Итак, сегодня я расскажу вам о физиологии и нейробиологии боли и о том, можно ли ее отключить.
Тысячелетиями люди мечтали освободиться от боли и плели легенды о тех, кто умел ее игнорировать. Например, философ Ницше всю жизнь страдал от сильных головных болей и даже основывал свою философию на преодолении боли. Джон Ф. Кеннеди страдал от хронической боли, из-за которой ему было трудно самостоятельно одеваться. Леди Гага страдает фибромиалгией – мучительной болью во всем теле.
Боль у человека имеет две функции:
-
Чтобы организм мог предпринять немедленные шаги, чтобы защитить себя от источника боли, то есть от потенциальных угроз нашему здоровью. Например, сразу убираем руки со сковороды с горячим маслом;
-
Для обучения: давайте начнем избегать поведения, которое причиняет страдания. Например, если я обожжусь, я буду внимательно следить за кастрюлями на плите и не буду неосознанно хватать их. Однажды я случайно включил канал РЕН-ТВ... Буду внимательнее относиться к кнопкам на пульте. Или я вообще избавлюсь от телевизора.
Боль может быть разной – например, острой или хронической. Вернемся к примеру с захватом горячей сковороды. Что происходит на неврологическом уровне? Рядом со спинным мозгом расположены скопления нейронов, называемые ганглиями. Они содержат множество нейронов, отвечающих за восприятие боли. Каждый из них имеет два длительных процесса:
-
Процесс, распространяющийся на периферию — везде, где мы чувствуем боль (в данном случае, в руке);
-
Другой отросток идет непосредственно в спинной мозг.
Поэтому высокая температура влияет на нервные процессы в руке, и сигнал идет к ганглию и оттуда по другому отростку в спинной мозг. В спинном мозге сигналы принимаются вторичными нейронами. Они получают информацию от чувствительных нейронов из ганглиев и отправляют ее дальше в мозг. Более того, многие болевые реакции начинаются на уровне спинного мозга, а не ждут «центральной реакции». На самом деле это происходит, когда вы убираете руки с горячей сковороды.
«Весть» о боли только что дошла до головного мозга, но спинной мозг уже начал реагировать. Прежде чем вы поймете, что вам больно, рука начнет двигаться. Это нужно для оперативности, чтобы не думать о решениях слишком долго. При этом сигналы о боли доходят до головы: информация сначала достигает таламуса, а оттуда отправляется в соматосенсорную кору, отвечающую за ощущения нашего тела.
Осознание боли чрезвычайно важно в образовательных целях. Таким образом мозг в следующий раз обратит больше внимания на то, что мы там схватим. При этом все наше тело «распределено» по соматосенсорной коре головного мозга: можно даже сопоставить, какая часть коры от какой части тела отвечает за сигналы. Обратите внимание, что размер частей прямо пропорционален не размеру самих частей тела, а скорее их чувствительности. Итак, язык, губы и пальцы большие, но не столько ноги или бедра. Эту разницу в чувствительности описывают и в терминах так называемого «сенсорного гомункула»: чем больше сегмент, тем больше плотность нервных окончаний в нем. Не путайте это с «маленькими человечками», которых один блоггер сделал дома.
Существует очень простой тест на чувствительность частей тела, который вы можете провести дома. Закройте глаза и попросите друга аккуратно коснуться вашего тела двумя спичками или ватными палочками, расположенными недалеко друг от друга. Задача — узнать, трогают ли вас одной палкой или двумя палками. Если вы прикоснетесь пальцем, даже если палочка находится очень близко, вы это поймете. А вот на задней стороне понять, что происходит двойное касание, можно только широко разведя стик – потому что плотность чувствительных концов там ниже.
Вообще говоря, наши эмоции легко обмануть. Моя любимая техника — скрестить пальцы, положить их на нос и потереть друг о друга. Похоже, у тебя два носа! Это работает, потому что мозг привык к тому, что указательный палец находится ближе к большому, чем средний.
Но вернемся к боли. Вот очень интересный факт: информация о боли не только доходит до мозга, но и возвращается обратно! Так называемый «нисходящий путь» протекает в обратном порядке: от головного мозга к чувствительным нейронам ганглиев. Мозг не хочет страдать, поэтому он отправляет сообщение обратно вниз: «Заблокируйте болевой сигнал!» Затем на уровне спинного мозга эндогенные опиоиды (например, энкефалины) производят собственное производство обезболивающих (например, морфия).), выпущены. Именно поэтому боль сначала резкая, а затем постепенно стихает, чтобы не вызывать беспокойства. Организм питается анестезией.
Возможно, вам знаком термин «опиоиды». Многие обезболивающие используют тот же механизм – морфин, кодеин, трамадол.. и, конечно же, героин. Эти вещества действуют на те же мишени, что и нисходящие сигналы из мозга (только более мощные), а также на опиоидные рецепторы в центральной нервной системе. Кстати, здесь можно вспомнить эффект плацебо. Хорошо известно, что одним из немногих действительно доказанных и полезных механизмов эффекта плацебо является субъективное уменьшение боли. Я взяла соску, и мне стало меньше больно. Таким образом, исследования показывают, что этот эффект достигается за счет аналогичных механизмов. Наш мозг ожидает, что боль утихнет, и выделяет естественные обезболивающие. Но позвольте мне напомнить вам, что плацебо не может лечить серьезные заболевания.
Однако этот механизм скрывает опасную ловушку. Вот что происходит, если повреждение организма сильное: боль «сохраняется» и становится хронической. Ведь нервные системы пластичны — нейроны способны «запоминать» связи, по которым активно протекают сигналы, и укреплять их. В результате может возникнуть гипералгезия. Это чрезмерная боль. Представьте, что вас нежно коснулись и причинили сильную боль.
Представьте себе: руку пациента ампутировали, но она все еще болит. У нее могут даже быть судороги. Это потому, что сами нейроны, обрабатывающие боль, все еще здесь. Руки исчезают, но клетки остаются: клетки рядом с позвоночником, в чувствительных ганглиях и связанные с ними клетки мозга. Не получая сигналов по своим обычным каналам, нейроны мозга, распознающие боль и другие ощущения, могут начать получать сигналы из других мест. Нейроны, получающие сигналы от рук и губ, расположены рядом. Люди с отсутствующими руками часто чувствуют прикосновение к своим рукам, когда касаются губ.
Кстати, когда мы говорим, что у нас «головная боль», мы чувствуем, что у нас поврежден мозг. Но мозг не повреждается – в нем нет чувствительных отростков болевых нейронов! Вот почему многие операции на головном мозге выполняются без анестезии: если вы проделаете дыру в черепе и исследуете мозг, пациент ничего не почувствует. Но хирурги могут постоянно следить за тем, в норме ли когнитивные функции пациента, задавая ему вопросы. Пациенты могут даже играть на саксофоне, пока им ковыряют мозг! Вообще говоря, когда у нас болит голова, это боль в защитных мозговых оболочках, окружающих мозг. Между черепом и мозгом имеется несколько слоев.
В 2019 году американцы открыли новый человеческий орган и опубликовали результаты в журнале Science. Этот орган получил название ноцицептивного глиального нервного комплекса. Звучит сложно, но на самом деле все довольно просто: ноцицепция — это ощущение боли, а глиальные клетки — это вспомогательные клетки нервной системы, которые окружают и защищают нейроны.
Ученые давно считали, что сенсорные нейроны ощущают боль напрямую — непосредственно в процессе воздействия. Например, за зрение отвечают специальные светочувствительные клетки (палочки или колбочки). Но здесь не нужна ни одна клетка: ее нагревают, сжимают, отсекают сам нейронный отросток — рождается сигнал. Например, теплочувствительные нейроны нашей кожи напрямую определяют температуру посредством процесса, называемого наготой. Но оказывается, что в случае давления и боли на коже все происходит немного иначе – и там еще есть особые клетки! Удивительно: это шванновские клетки. Вообще говоря, шванновские клетки — это всего лишь «опорные клетки», наиболее распространенный тип глиальных клеток, которые образуют оболочку вокруг нейронных отростков, как изоляцию вокруг провода. Им необходимо ускорить передачу сигнала. Американские специалисты обнаружили особые шванновские клетки: они растут тонкой сеткой до толщины кожи. Эта сетка становится чувствительным датчиком механических воздействий, таких как давление.
Почему это открытие важно? Чем лучше мы понимаем, как возникает боль, тем лучше мы сможем с ней справиться. Раньше наши обезболивающие основывались на идее, что боль могут чувствовать только открытые конечности. Затем они использовали его, чтобы открыть совершенно новый мир датчиков. Теперь эти шванновские клетки могут стать новой мишенью для обезболивающих препаратов или методов лечения. Таким образом, основная часть обычных «болевых» нейронов расположена вблизи спинного мозга. Их трудно найти или даже понять, что есть что. Например, при сильной боли людям делают блокаду нервов: болезненные инъекции в главный нерв, которые временно разрушают его, избавляя от боли всю ногу или половину тела. Эти шванновские клетки расположены в месте повреждения. Это означает, что на них могут влиять местные влияния и не затрагивает сам нерв.
Ну а какой еще способ почувствовать боль? Пожалуй, самыми простыми являются системы обнаружения повреждений клеток. Например, если топор попал вам в палец. Когда клетка повреждается и умирает «не по своей воле», компоненты и вещества, находящиеся внутри клетки, оказываются снаружи. Одним из таких веществ является АТФ. Это энергетическая валюта организма и топливо, используемое в различных метаболических процессах (например, во время бега мы сжигаем АТФ). Внутри клеток много этого АТФ, но между клетками очень мало. Таким образом, АТФ является повсеместным сигналом повреждения.
Представьте себе улицу, полную машин: каждая машина заправлена, но почти никогда не припаркована на улице. Если вы видите лужи и чувствуете запах бензина, значит, где-то что-то сломалось. То же самое и с АТФ: если во внеклеточном пространстве много АТФ, значит, здесь много гибели клеток, а значит, организм повреждается. Нейронные процессы чувствуют это и посылают болевые сигналы в мозг.
Для обнаружения избытка АТФ на поверхности клетки имеется специальный чувствительный белок, называемый рецептором P2X. Клетки также реагируют на высокие температуры болевыми сигналами. Конечно, если вы будете работать на горячей сковороде, клетки рук начнут отмирать, АТФ повысится, и возникнет боль. Но мне хотелось среагировать быстрее, чтобы было меньше больно! Поэтому существуют специальные белки-рецепторы, воспринимающие температуру в некоторых отростках чувствительных нейронов. Это так называемые каналы TRP.
Более того, этих рецепторов много, и они адаптированы к разным температурам. Например, люди чувствуют только холод – температура достигает 17 градусов. Другой чуть жарче, от 40 градусов выше. Вот и ответ на вопрос, почему перец нас обжигает, а ментол охлаждает. На самом деле эти рецепторы могут активироваться не только температурой, но и некоторыми химическими веществами. Многие растения производят эти вещества специально, чтобы отпугнуть животных, желающих их съесть. Например, капсаицин в перце чили действует на температурный рецептор TRPV1, который может воспринимать температуру 42° и выше. Считается, что красный перец на самом деле заставляет людей чувствовать себя жарко! Фактически, перец чили не выделяет тепла; температура не меняется. Единственное настоящее тепло исходит от притока крови к коже в этой области. А ощущение огня — всего лишь игра наших чувств.
То же самое происходит с ментолом в мяте перечной и эвкалипте. Он обманывает другой рецептор, чувствительный к холоду. Ментол сам по себе ничего не охлаждает. Означает ли это, что перец и ментол совершенно безопасно употреблять килограммами? Не совсем. Ведь эти вещества обманывают организм. В случае сильных ожогов или переохлаждения организм включает защиту. Например, при высоких температурах некоторые клетки могут инициировать запрограммированный процесс самоубийства. Как выяснилось, ожогов не было, но были последствия.
Но есть и мутанты, у которых разрушен один из рецепторов. Например, некоторые люди не могут почувствовать жжение острого перца: они могут съесть горсть самого острого перца в мире и даже втереть его в глаза.
Обратите внимание: Цифровая диктатура в Китае. У миллионов людей слишком мало шансов иметь возможность жить нормальной жизнью.
Но их ждет опасность. Различные острые овощи содержат разные химические вещества, которые активируют ощущение тепла. Например, в перце это капсаицин, а в хрене и горчице это.. аллилизотиоцианат. Они действуют на разные рецепторы. Поэтому такой мутант, который никогда в жизни не боялся самой острой еды, может внезапно расстроиться, съев целую ложку горчицы.Следующий уровень сложности — механорецептор. Они ощущают на клетки физическое воздействие, т е давление (от трения, удара, истирания, сдавливания и т д.). Белок, реагирующий на давление, называется PIEZO1/2 — он похож на пьезоэлектрические кристаллы, которые при сжатии производят электрический ток. Они используются в некоторых зажигалках. Как и другие белки-рецепторы, белки PIEZO являются каналами. Это ворота, встроенные в клеточную стенку — если их открыть, они пропускают заряженные ионы в клетку или высвобождают их. Это создает сигналы напряжения. Они выглядят как бумеранги с лопастями, олицетворяющие дух игр RAGE. Отверстие посередине — это канал, который позволяет ионам проходить или подавляет генерацию сигналов.
Так что эта форма не лишена смысла. Можно нажать на «пружину» с любой стороны, и белок деформируется, и канал открывается. Благодаря этим пружинам PIEZO способен реагировать на давление.
Кстати, если у человека разрушается белок PIEZO2, исчезает очень специфический вид боли. Часто, когда наша кожа воспалена, при прикосновении к ней возникает боль. Но упомянутые мутанты не ощущают такой боли. В общем, у ПЬЕЗО-каналов множество функций, поскольку они способны воспринимать любое давление. Например, когда мы хотим в туалет, это тоже работа ПЬЕЗО-канала. Они измеряют наполненность мочевого пузыря.
Науке давно известно, как боль распространяется по телу — через ганглии, отростки и нервные пути. Но молекулярная боль – то, как боль возникает на молекулярном и клеточном уровнях – это очень новая и продвинутая область: исследования в ней начались менее 20 лет назад. Попутно были открыты эти белки (TRP, PIEZO и др.) и мы выяснили строение этих механо- и терморецепторов и то, как они генерируют боль. Более того, такие механорецепторы обнаружены даже у простейших организмов, таких как грибы и дрожжи. Рецепторы TRP также обнаружены в грибах и реагируют на температуру, перец и мяту. За открытие этих генов и белков, которые также участвуют в возникновении боли, авторы были удостоены Нобелевской премии в 2021 году.
Как это помогает нам бороться с болью? Раньше мы не могли объяснить, как нейроны чувствуют боль, но теперь можем. Благодаря лауреатам Нобелевской премии мы точно знаем, какие молекулы там работают и как. Это значит, что в будущем мы сможем манипулировать этими механизмами. Например, с помощью генной инженерии мы можем заставить клетки, испытывающие боль из-за температуры, испытывать стресс. Или вообще сделать ее чувствительной к сахару или соли. Я посыпала его сахаром и стало больно! Не клади сахар на мои раны!
Мы видели, что мозг легко обмануть: заставить его поверить, что у вас два носа, что у вас горит рот или что легкое прикосновение — это удар кнута. В будущем генетики смогут конвертировать любое чувство в другое: боль в удовольствие или (для мазохистов) удовольствие в боль. Например, искатель приключений или солдат может заменить отвлекающую боль каким-нибудь нейтральным ощущением (просто для внимания). Убежденный мазохист может заменить некоторые повседневные ощущения инъекцией бодрящей боли.
Итак, мы решили пережить боль. Какие у нас есть варианты для этого? Очевидный ответ – обезболивающие. Такие наркотики, как морфин или оксикодон, имитируют ту же команду мозга: «Не говори боль!», только более сильную. Другие обезболивающие блокируют сигнал. Предположим, палец вызывает боль, но сигнал не проходит через нервные отростки и спинной мозг его вообще не получает. Именно так действуют местные анестетики, такие как лидокаин, — точно так же, как укол стоматолога. Но, похоже, самое популярное обезболивающее – ибупрофен – действует совершенно по-другому, что невозможно объяснить простыми словами. Шаг первый: Во время воспаления выделяются определенные вещества. Шаг второй: Ибупрофен подавляет их и не дает причинять боль. Шаг третий: прибыль! Аспирин, КетанОв и Пенталгин действуют примерно одинаково».
Следующий вариант очень сложен. Это только освобождает вас от боли, но сохраняет все ваши чувства нетронутыми. Есть место, откуда исходит болевой сигнал. Он должен достичь ганглия, а затем мозга. Что делать, если меня перехватили на полпути? В конце концов, болевые сигналы распространяются по очень длинным нервным отросткам: начиная с кончика (где предмет сжимается или нагревается), сигнал должен пройти весь путь до позвоночника. Для этого натриевые каналы должны открыться цепочкой один за другим по всей длине нерва. В нервной системе существует много разных типов натриевых каналов, которые выполняют разные функции. Если вы их все заблокируете, вы полностью парализованы: не только боль, но и ничего не передается. Именно так действует знаменитый токсин рыбы фугу – тетродотоксин: он блокирует все натриевые каналы. Однако, к счастью для нашей задачи, болевые сигналы в основном передаются по одному каналу и ни для чего другого не используются.
У некоторых мутантов именно этот натриевый канал нарушен! У них все работает: мозг, нервы, чувства. Но они совершенно не могут чувствовать боли — они с рождения не знают, что это такое. В то же время ученым удалось обратить этот эффект вспять. Существует препарат под названием налоксон, который используется в качестве противоядия при передозировке героином. Если опиоиды, такие как морфин и героин, облегчают боль, налоксон активирует ее. Эта гипотеза была проверена. Ученые обнаружили женщину, которая никогда не испытывала боли. Сожгли ее горячим лазером – ноль реакции. Но когда она вызвалась принять налоксон, она впервые в жизни почувствовала боль! Ответ заключается в том, что механизмы боли у этих людей все еще присутствуют, но сильно подавляются естественными обезболивающими. Налоксон нейтрализует их и усиливает сигнал.
Авторы исследования говорят, что это открытие может привести к прорыву в лечении хронической боли. Если бы те же натриевые каналы были ингибированы у обычного человека, можно было бы полностью блокировать боль, давая людям очень малые дозы опиоидов, то есть уменьшая побочные эффекты и защищая их от зависимости.
Итак, мы увидели, что боль можно устранить на разных уровнях.
Вы можете напрямую отключить производство боли в рецепторе посредством мутаций;
Может заставить мозг выделять обезболивающие;
А можно «перехватить посылку в пути» — не давая нервам передавать болевые сигналы в спинной мозг (при этом пропуская все остальные ощущения).
Ну, в крайнем случае, можно кого-то вырубить. Кстати, хороший вопрос: если человек теряет сознание (например, под общим наркозом), чувствует ли он боль? Что, если бы он в деталях ощутил, как ему удалили аппендикс, — но ничего не мог с этим поделать? Ответ — нет, он этого не чувствует. Грубо говоря, пакет отправлен, доходит до спинного мозга и стучит его – но принять пакет и обработать сигнал некому; Оказывается, во время операции организм не проявляет никакой реакции на боль, даже рефлекторной. То же самое касается и местной анестезии: хоть скальпель и причиняет нам боль, мы не чувствуем боли.
Так что же мешает нам навсегда искоренить страдания людей? Недаром говорят: «Бойтесь своих желаний». Для большинства людей, рождающихся без способности чувствовать боль, это не сверхспособность, а огромная проблема. Иногда со смертельным исходом. Младенцы жуют пальцы и губы до крови. Взрослые постоянно страдают от порезов, синяков и ожогов, даже не осознавая этого. Без болезненного ощущения «тяги» они не учатся осторожно ходить и, следовательно, с большей вероятностью сломают конечности и пальцы. В одном описанном случае женщина, не испытывая боли, несколько дней хромала, а затем обратилась к врачу, который обнаружил, что у нее сломана кость.
Обычно это истории, похожие на фильмы ужасов. Дети иногда страдают от ужасного генетического заболевания, называемого синдромом инфантильного отшелушивания средней зоны лица. На самом деле боль напрямую связана с зудом: чтобы почесаться, мы, по сути, чешем себя, причиняя себе боль, и тогда зуд проходит. То есть процесс расчесывания останавливается ощущением боли — иначе мы бы чесались бесконечно. Из-за мутации одного из этих генов у этих детей отсутствует определенный тип боли: та самая боль, которая обычно «останавливает» зуд. Из-за этого бедные малыши начинают чесаться до крови, а в первый год жизни у них появляются огромные раны вокруг носа и глаз.
Но есть последняя надежда на жизнь без боли. Описано, что люди испытывают боль, но не испытывают значительного дискомфорта. Они были к ней равнодушны. Это также может иметь неприятные последствия. Например, описан один случай с девочкой, которая в 8 лет обратилась к врачу из-за болей в ногах. Врачи считали, что у нее рак, хотя знали, что девочка недавно получила травму. Боль девочки совершенно не соответствовала травме. Но позже выяснилось, что в детстве девочка вырывала ресницы и редко плакала. Врачи провели генетический анализ и обнаружили мутацию в гене натриевого канала, подтвердив диагноз: все-таки это была травма.
Но представьте, если бы мы научились точно отключать неприятные, мучительные, злые чувства боли. Когда человек понимает, что вред существует, он может его избежать, но не страдает. Страх может сделать то же самое.
Давайте проведем мысленный эксперимент. Представьте, что вы можете создать имитацию боли: особый сигнал, сообщающий нам о наличии боли. «Уменьшение боли». Предположим, в нашем сознании просто загорается нейтральная «лампочка», push-уведомление. Или даже цифровой помощник в вашем кармане предупреждает: «Тебе больно, будь осторожен!» Если этот «свет боли» не заставляет нас что-то делать, не наказывает, а просто подсказывает, он не поможет нам выздороветь и научиться безопасному поведению. Оказывается, эволюция предоставила нам боль как полезный инструмент. Это не Божье наказание за наши грехи, а способ, которым наш мозг учится жить.
Очень важна интенсивность боли. Сравнивая различные уровни боли, мы учимся балансировать риски и выгоды: я могу терпеть легкую боль за 100 долларов, сильную боль за 1000 долларов, но не за 1 миллион долларов. Предположим, я подаю вкусный суп. Я знал, что если выброшу его, то потеряю много еды. Шеф-повар будет недоволен. Затем я терпел несколько секунд и осторожно ставил кастрюлю на стол. Еда важнее для выживания! Но если сковорода слишком горячая, боль может быть невыносимой. Тогда моим телом овладевает болевой рефлекс: каким бы вкусным ни был суп (и каким бы грустным ни был повар), я выбрасываю кастрюлю. Но, по крайней мере, я сохраню свои руки. И я запомню этот урок и смогу избежать подобных ситуаций в будущем – добуду еду и не обожжусь. Осознание психологической боли от пропуска супа также поможет укрепить правильные нейронные связи.
Чтобы боль подействовала, она должна быть.. болью. Мы видим подтверждение этому на практике: когда боль не действует, люди получают ожоги, порезы или ломают конечности. То же самое происходит и с людьми, не чувствующими боли и равнодушными к ней: они, как известно, испытывают повышенную травматичность. Боль их ничему не учит. Это приводит к еще более неожиданному выводу. Даже достаточно продвинутые роботы неизбежно будут чувствовать боль. Подумайте сами: крутому роботу нужна система обучения. Для этого необходима система наказаний и поощрений. Чтобы они подействовали, боль должна быть реальной.
Полностью имитировать боль без неприятных субъективных ощущений кажется невозможным. Это значит, что если мы создадим робота, который сможет научиться достаточно, чтобы избегать губительных для себя ситуаций, мы не сможем сказать, что это просто «бездушная машина»! Вы скажете: подождите, робот не живой, это существо из логики и транзисторов. Но в чем именно заключается разница между конкретной реализацией систем наказаний и поощрений? Если что-то плавает как утка, крякает как утка и выглядит как утка, то это утка.
Итак, ответ на вопрос «Чувствуют ли машины боль?» не «да» или «нет», а «да»! Для нее это сработало — так же, как боль работает для нас.
Источник ↗
[Мои] Исследования Наука Тревога Наука Поп-ученый Боль Александр Панчин Наука PRO Эволюционная биология Мозг Видео YouTube Длинная статья 18Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Жизнь без боли.