Part. 3 軀體感覺系統 (The Somatosensory System) 一 脊髓與脊髓徑 (THE SPINAL CORD AND SPINAL TRACTS) 脊髓 (Spinal cord) 脊髓是由中央為細胞, 周圍由神經纖維束環繞的分節管狀結構 這些神經束會將同一節或不同節脊髓間的訊息相互地傳入與傳出 圖 3.1 顯示脊髓與周圍覆蓋物以及包圍脊髓的脊椎骨之間的相關性 如 Part. 2 所述, 脊髓末端位於第一腰椎和第二腰椎之間, 所以腰椎穿刺 (lumbar puncture) 必須低於此位置的地方下針 ( 如第三和第四腰椎 ), 才能在不傷及脊髓下, 安全伸達蜘蛛膜下腔 細胞 (Cells) 圖 3.2 說明了位於灰質後角和前角區的細胞可以被分成好幾層, 這些分層的構造被稱為雷克德氏板 (Rexed's laminae)( 編號由 I 到 X), 同時也把相類似型態的細胞體分為一群一群 脊髓灰質後角是感覺路徑所在, 同時也是感覺傳入神經的作用位置, 尤其是痛覺, 溫度覺, 和粗略的觸覺 脊髓腹側柱由分佈到骨骼肌的運動神經元所組成 中間運動柱分佈到近側肌群, 而外側運動柱分佈到遠側肌群 3-1
神經徑 (Tracts) 一般而言, 白質的感覺徑包在外圍, 而運動徑佔據較中間的位置, 如圖 3.3 上升徑 (Ascending) 感覺徑路有兩種主要不同的情況, 細微的感覺 ( 背柱徑, dorsal column tract) 傳入的是同側的訊息 ; 而痛覺 溫度覺 和粗略的觸覺 ( 脊髓丘腦徑, spinothalamic tract) 卻在脊髓交叉傳入對側丘腦 感覺路徑由三個 ( 級 ) 神經元組成 : 由背根神經節細胞 (dorsal root ganglion) 到 在後角的細胞 ( 脊髓丘腦徑 ) 或背柱神經核 ( 背柱徑 ) 到 丘腦的細胞, 再投射到感覺皮質 感覺路徑均是分節的, 由同一節出發的纖維會成束而上 脊髓小腦徑 ( 圖 3.4) 可區分為兩條路徑 : 前側脊髓小腦徑 (anterior spinocerebellar tract): 細胞體起自第 VII 層, 軸突交叉到同節的對側再上升至小腦 這路徑負賣傳送細胞間活動的訊息 外側脊髓小腦徑 (lateral spinocerebellar tract): 細胞體起自第一胸椎到第二腰椎之間 (T1 to T2) 背根神經節細胞支配關節 肌肉和皮膚, 由背根神經節來的神經纖維與脊髓內細胞形或突觸, 這些纖維會向上伸展到背側柱 ( 如果是來自第二腰椎以下 ), 或一進入脊髓就直接形或突觸 此路徑傳遞關於 3-2
身體運動的訊息 下降徑 (Descending) 皮質脊髓徑為主要控制骨骼肌活動的神經束, 共有兩個分支 : 交叉到外側路徑的是控制肢體的精細動作 ( 支配外側運動神經元池 ), 及不交叉的前側路徑, 可控制軀幹的粗略動作 ( 支配中間運動神經元池 ) 它可以使軀體的定位有組織性, 即由運動神經元池發出用來支配肌肉的神經纖維, 會於神經束中一起下行, 控制同一路徑中同一群的肌肉 其他的下降徑均參與運動的控制 四疊板脊髓徑 (tectospinal tract): 控制頭部及頸部的姿勢 這路徑起源位於上丘 (superior colliculi) 的細胞. 其軸突在中腦交叉到對側, 但最遠只到頸部的運動神經元 前庭脊髓徑 (vestibulospinal tract) 和四疊板脊髓徑共同維持肩膀和軀幹移動時頭部的平衡 網狀脊髓徑 (reticulospinal tract, 圖 3.5) 控制姿勢並協助不精準的移動 網狀結構 (reticular formation) 是一個專有名詞, 用來描述位於腦幹中擴散的細胞網狀型態, 它可以接收由中樞神經傳來大部份的訊息, 並參與調控身體許多的自主性活動 有兩個路徑值得注意 : 位於橋腦的網狀脊髓徑 (pontine reticulospinal tract): 投射至支配中軸肌肉的運動神經元, 以控制軀幹的姿勢 位於延腦的網狀脊髓徑 : 投射至支配遠端肌肉的神經元, 以控制抗重力的肌肉 紅核脊髓徑 (rubrospinal tract) 的功能範圍包涵在皮質脊髓徑裡 來自紅核的神經纖維在橋腦中線處交叉後加入皮質脊髓徑 補充資料 3-3
二 軀體感覺和感覺皮質 (SOMATOSENSATION AND THE SENSORY CORTEX) 感覺 (Sensation) 若皮膚暴露在堅硬的尼龍鋼毛下, 身體會產生四種感覺 - 分別是觸覺, 熱覺, 冷覺及痛覺 這方法可應用以研究動物皮膚的個別接受器, 對各種形式如觸覺 壓覺 冷熱及機械傷害 ( 痛覺 ) 溫度傷害及多種傷害刺激的反應 人體內不論接受器如何被活化 ( 電性或電磁性的 ), 每種形式的刺激均能被描述成一種感覺 這引導出皮膚上的感覺接受區域對某種形式訊息的運送具專一性通道的概念 接受器 (Receptor) 接受器是由背根神經節細胞軸突的同邊終末部份形成 皮膚的接受器含三種神經末梢 ( 痛 溫度 觸和壓覺 ) 或與其他不同結締組織相關的構造, 如巴氏小體 (Pacinian corpuscle, 圖 3.7) 圖 3.7 表示表皮接受器的結構, 性質和功能 3-4
不同性質的刺激有不同的接受器信號 : 刺激程度是持續式 (tonic) 的接受器信號, 如羅氏小體 (Ruffini's corpuscle) 刺激速率改變是相位式 (Phase) 的接受器信號, 如邁氏小體 (Meissner's corpuscle) 速率改變比例是短暫的接受器信號, 如帕氏小體 持續式的和相位式的接受器, 如溫度覺接受器 這些不同的信號是因著接受器與其伴隨能量的連結或稱為適應性而定 ( 即使刺激持續存在下, 接受器的反應仍然會減退 ) 這些接受器的細胞膜會在受到適當形式的刺激後去極化 ( 產生動作電位 ) 這是因為電流會從接受器流向軸突 如果這去極化足夠達到閾值, 將產生動作電位 軸突在經過不反應期後會回復興奮性, 因此, 一個長效的發生電位會使的這軸突產生一連串的神經衝動, 它的頻率會成比例地放大發生電位 感覺的廣泛接受性, 不同的單一形式接受器會有不同的閾值且其動作電位具有效的啟動 ( 轉運 ) 功能 ( 以至於在刺激強度和知覺感受之間存在一對數關係 ) 圖 3.8 說明不同種類的纖維所接受的刺激形式 傳導速度和軸突直徑之間的關係 圖 3.8 感覺傳入纖維 3-5
背側柱路徑 (The dorsal column pathway) 此路徑主要是把一側體表的訊息, 傳送到對側的初級感覺皮質 (Primary sensory cortex) 在感覺皮質有一個扭曲的身體圖像( 感覺侏儒,the sensory homunculus), 且不同皮節體表的感覺, 會藉由背側柱路徑傳入侏儒的相對位置 此路徑 : 把觸覺 毛髮擺動 壓力和關節運動等不同訊息傳入專一形式的路徑 把所有傳入到大腦皮質的訊息作一個負回饋的把關 這些功能是把訊息帶出被突觸中斷路徑的區域, 以便進行重組 (reorganization), 分離 (segregation) 與抑制 (suppression) 圖 3.9 呈現後側柱系統是由三個神經元互相連接形成突觸組成的一條路徑 它們的突觸位於後柱神經核 [ 薄 (gracile) 和楔形核 (cuneate)] 視丘的腹後外側核和初級感覺皮質 3-6
感覺皮質的位置和其侏儒構造顯示於圖 3.10 這侏儒是扭曲的, 因為大部份的皮質是接受來自體表訊息的傳入 有很多訊息都是從遠端傳入, 藉此路徑向上傳送, 有很多細胞擁有遠側接受器而且這些接受器範圍都儘可能的小 感覺皮質有一個適合各種形式刺激的感覺侏儒 ( 即有屬於觸覺和壓覺等等其他知覺感受的地圖, 都一個接一個排在一起 ) 在每種形式的刺激下, 自皮質表面至白質部都有一個柱狀組織來接受刺激的投射 在每個柱狀組織裡, 組成的細胞有著類似的反應特性 ( 接受範圍相同 ), 且在傳送 ( 傳出或傳入 ) 來自皮質或視丘中不同區域的訊息顯示在圖 3.11 3-7
三 傷害覺和痛覺 (NOCICEPTION AND THE PERCEPTION OF PAIN) 這部份要討論急性疼痛的機轉及調節 ( 痛的形式會告訴我們組織受到突然的傷害 ) 慢性疼痛的機轉會附著在急性疼痛的路徑上 傷害覺 (Nociception) 傷害覺是用來察覺組織的受損或壓迫性的傷害 痛 (pain) 是一種身體感受到刺激 發炎 (sore) 刺痛感(stinging) 抽痛(throbbing) 或痛苦的感覺 雖然傷害覺並沒有適應性 ( 組織受損時它們仍會持續的興奮 ), 痛的感覺變化不斷而且在傷害接受器沒有去極化的時候也能感受到 傷害接受器的傳入神經釋放的不只有興奮性的神經傳遞物質 glutamate( 如所有感覺傳入神經一般 ) 它也釋放 P 物質 (substance P) 這會造成一個非常長效的興奮性突觸後膜電位 (excitatory postsynaptic potential) 且能幫助身體去承受有害刺激的結果 痛覺過敏 (hyperalgesia) 是對傷害刺激的區域逐漸增加敏感度的現象 主要的痛覺過敏發生在受傷區域, 次級痛覺過敏發生在周圍的非受傷組織 受傷之後, 血管會產生漏洞, 且受損細胞會分泌多種化學物質以形成局部的發炎 (inflammatlon) 反應, 如組織胺 (histamine) 可直接興奮傷害接受器, 前列腺素 (prostaglandin) 可使傷害接受器較敏感 痛的原因也與癢 (itch) 有關 癢是藉著 Aδ 和 C 纖維傳遞的 ; 如果一個人天生不會感覺痛, 那就也不會感覺癢, 但癢是無法被鴉片類藥物緩解的 傷害覺的傳入神經是起自脊髓背角徑, 且某些特定的控制是調節第 Ⅰ 層脊髓丘腦徑細胞的興奮性 反射痛 (Referred pain) 來自內臟器官的疼痛會讓人感覺好像體表的很多區域都在痛 傷害接受器從內臟和皮節來的感覺纖維經由同一疼痛傳遞路徑 ( 即脊髓丘腦細胞 ) 中樞神經系統對體表和深層的痛沒有感覺上的差異, 因此會把痛覺來源解釋成比較靠近體表 例如 : 心肌梗塞 (myocardial infarction) 的痛會被說成在胸骨下, 輻射到左臂並往上傳至頸根並深入下頷 橫隔膜的發炎會覺得是肩膀的頂端在痛 ( 橫隔膜的神經根在 C3-C5) 脊髓丘腦徑和痛的信號 (Spinothalamic tract and pain signals) 除了痛覺外, 脊髓丘腦徑也攜帶粗略的觸覺和溫度覺 痛的訊息也會被脊髓網狀徑 (spinoreticular tract) 和脊髓中腦徑 (spinomesencephalic tract) 所攜帶 有害的及溫度的訊息會被快速有髓鞘的 Aδ 纖維 ( 傳導鮮明尖銳的刺痛感 ) 及慢速的無髓鞘 C 纖維 ( 傳導遲鈍的持續痛 ) 帶入脊髓灰質後角 圖 3.12 圖示 Aδ 纖維終止於 I,IV 和 V 層的結構 從這些層發出的纖維交叉到脊髓對側, 並在前外側白質中上行, 以形成脊髓丘腦徑 C 纖維藉著中間神經元影響脊髓丘腦背角細胞的興奮性, 因為它們的神經末梢終止在第 Ⅱ 層 如此在疼痛路徑中提供了形成突觸的構造, 這突觸可以被高級中樞的疼痛訊息傳遞所調節 3-8
圖 3.13 顯示了脊髓丘腦纖維參與了在延腦的內側蹄系 (medial lemniscus) 且投射至視丘 雖然它們的正確終止位置不清楚, 但可能終止在視丘的腹後外側核和視丘的薄層核 ( 薄層內核 ) 傷害接受器的傳入神經是來自臉部的三叉神經, 以及三叉神經的脊髓徑延伸到脊髓的三叉神經核 ( 取代後角第 I II 層的功能 ) 傳出纖維起自第 V 層脊髓核, 在延腦處交叉到對側, 然後終止於視丘 3-9
疼痛的調節 (Regulation of pain) 周邊調節 (Peripheral regulation) 疼痛可以被傳入的感覺所調節 - 當傳入神經抑制脊髓丘腦細胞放電時, 它可被低閾值的機械接受器活性所抑制 ( 圖 3.12) 這是有臨床佐證的, 利用穿越皮膚的神經電刺激 (transcutaneous electrical nerve stimulation,tens) 去活化某些大直徑的纖維, 以緩解慢性棘手的疼痛 中樞調節 (Central regulation) 疼痛有時可被意念所控制 一個可能相關的區域在中樞神經系統裡, 以暗示來抑制疼痛 ( 圖 3.14) 對中腦環導水管灰質做電刺激, 會造成深度的麻醉 這區域接受來自高位腦組織結構情緒的訊息, 投射到中線網狀結構和縫核 (raphe nuclei), 然後再投射到脊髓灰質後角 其他兩個網狀結構 - 旁巨細胞網狀神經核 (nucleus reticular paragigantocellularis) 和藍斑核 (locus coeruleus) - 也會共同調節位於脊髓後角傷害接受器的神經元活性 鴉片被認為可活化這些中樞的調節構造進而產生抗傷害效果 這些區域含內生性鴉片胜肽, 但是從縫核來的 5- 羥色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT) 和從藍斑核來的正腎上腺素 (norepinephrine) 也參與疼痛的調節 內生性鴉片胜肽有三類, 它們所含的氨基酸序列不是 leucine- 腦啡 (enkephaline) (Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu) 就是 methionine- 腦啡 (enkephaline)(tyr-gly- Gly-phe-Met) 圖 3.15 顯示這些大小不同的鴉片胜肽, 以及它們的原始序列和分佈 3-10
鴉片接受器有三種主要分類 : μ δ κ 嗎啡 (morphine) 是最有效的 μ 致效劑, 而 naloxone 是其拮抗劑 內生性腦啡會同時作用到 μ 及 δ 接受器 這兩種接受器在環導水管灰質和脊髓灰質後角的 Ⅰ 和 Ⅱ 層後角均可發現 注意 : 這些接受器都普遍存在中樞神經系統, 顯示它們參與了痛覺以外的訊息傳遞 補充資料 止痛 (Analgesia) 止痛是減輕生理狀態的疼痛 臨床使用的主要止痛劑有 : 鴉片止痛劑 - 作用在控制內在的疼痛系統 非固醇類抗發炎藥 - 可降低傷害接受器對發炎媒介物 ( 緩激肽 (bradykinin) 和 5-HT) 的敏感度 局部麻醉劑 - 可阻斷沿著軸突傳導的動作電 其他藥物 - 如 sumatriptan(5-ht 10 的致效劑 ) 以治療偏頭痛 (migraine) carbamazepine( 一種抗癲癇藥 ) 以治療三叉神經痛 三環抗鬱劑以治療慢性疼痛 鴉片類止痛劑 (Opioids) 鴉片類藥物會作用在內生性鴉片傳遞物質的接受器上 鴉片有兩類 : 鴉片類 (Opiates): 結構類似嗎啡且通常自嗎啡合成而來, 為嗎啡的類似物 上圖呈現嗎啡的結構, 在其右角有兩個共面的環 結構上合成的衍生物, 與嗎啡無關 在傷害系統中, 鴉片可從脊髓丘腦徑上行中阻斷痛的訊息 ( 抗傷害接受器的作用 ), 但它們也可以在腦中降低疼痛的不愉快感 ( 止痛作用 ) 鴉片主要效果在 μ 接受器, 是根據 : 止痛和抗傷害接受器作用 3-11
欣快感 (euphoria)- 視藥物注射情況而定 呼吸抑制 - 降低腦幹對 P a CO 2 的敏感度 縮瞳 (miosis)- 瞳孔收縮是因為刺激了第三對腦神經的副交感神經部份 嘔吐 (emesis)- 刺激腦幹將傳訊息到嘔吐中樞的化學接受器引發區 便祕 (constipation)- 增加腸胃道的張力且降低運動力 鴉片類 (morphin diamorphine codaine) 也會使組織胺從肥胖細胞 (mast cell) 釋放出來, 並抑制咳嗽, 但這些效果並非經由鴉片接受器 鴉片重複的使用會產生一些問題, 如 : 耐藥性 (tolerance)- 在重複給予相同劑量後藥效會逐漸降低 止痛及嘔吐最易產生耐藥性, 縮瞳及便秘最不易產生耐藥性 依賴性 (dependence)- 是生理的 ( 戒斷症候群是生理的症狀, 當沒有給藥時其症狀就如同流行性感冒一般 ), 也可以是心理的 ( 逐漸引發迫切尋求藥物的行為 ) 鴉片濫用最主要的危險是使用過量, 此時會呈現 : 昏迷 (coma) 抑制呼吸( 因降低視丘對 P a CO 2 的敏感度而減少換氣 ) 並產生針狀瞳孔 (pin-point pupils), 即使在深度成癮的情況下, 瞳孔收縮現象也不會產生耐藥性 治療時由靜脈注射 μ- 拮抗劑, 以逆轉鴉片的效果 這些藥物包括 naloxone( 作用迅速且短效 ) 或 naltrexone( 作用時間長藥效也長 ) 注意拮抗劑會刺激急性的戒斷狀態, 並充當治療之用 主要的鴉片類藥物整理在圖 3.17, 並標示其不同的藥理特性和用途 3-12
非固醇類抗發炎藥 (Non-steroidal anti-inflammatory drugs, NSAlDs) 非固醇類抗發炎藥物是發炎時, 利用降低傷害接受器的敏感度來緩解痛覺 此類藥物可抑制環氧酶 (cyclooxygenase, COX)( 這是一種把花生四烯酸 (arachidonic acid) 代謝成前列腺素的酶及白三烯 (leukotriences)( 此物質在發炎過程中扮演一延續的角色 ) 的作用 NSAIDs 可抗發炎也有退燒 (antipyretic) 的作用 補充資料 前列腺素 -PGE 1 和 PGE 2 會降低多種傷害接受器對炎症媒介物 bradykinin 和 5-HT 的敏感度 這些物質的副作用是因為干擾了前列腺素調節血流的生理作用而來 正常情況下前列腺素的產生是藉環氧酶的次型 - 環氧酶 -1(COX-1) 的作用而來 其他型如環氧酶 -2(COX-2) 是在發炎細胞裡誘發和代謝花生四烯酸的作用 在前列腺素干擾血流的方面, 以胃黏膜為例, 降低 HCO 3 的產生則胃酸就會攻擊黏膜表面導致潰瘍 (ulcer) 3-13
圖 3.18 列出了在臨床使用的主要 NSAIDs 以及其藥效和副作用, 而圖 3.19 圖示了 NSAIDs 的作用部位 補充資料雷氏症候群 (Reye's syndrome): 是一種罕見於幼兒的高死亡率病變 患者在罹患水痘 流感等病毒性疾病後, 在短時間內會出現激烈嘔吐 意識障礙 痙孿, 以及肝臟等部位的脂肪沉積 粒線體變形 AST(GOT) ALT (GPT) LDH CPK 等指數上升 高氨血症 低凝血酶原血症 低血糖症等症狀 3-14
局部麻醉劑 (Local anaesthetic agents) 局部麻醉劑藉著阻斷軸突細胞膜上的鈉離子通道來阻斷其傳導動作電位的能力 這些藥都是在弱鹼環境下存在, 在親水狀態與 H 結合, 均視 pk 值而定 在厭水狀態 : 不論通道是開放或關閉, 藥物可經由通過脂質細胞膜進入軸突或直接穿過細胞膜的通道, 在親水狀態 : 藥物只可經由軸突進入通道的開口, 因此需在通道開啟時方有作用 藥物利用親水路徑去阻塞通道, 導致 使用依賴 (use-dependent) 阻斷的通道增多, 使得更多的通道打開 圖 3.20 說明阻斷鈉離子通道親水型 (XH ) 和厭水型 (X) 的作用機制 常用的局部麻醉劑整理在圖 3.21 在低濃度的局部麻醉劑, 只有直徑小有髓鞘和無髓鞘纖維會被阻斷 亦即使用局部麻醉劑可只阻斷特定的 Aδ 和 C 纖維 這樣可降低疼痛和溫度的傳導, 但留下完整的本體覺 觸覺和運動功能 為了提高局部麻醉劑的效果, 可加入血管收縮劑 ( 如腎上腺素 ) 一起使用, 可降低局部麻醉劑在組織的代謝清除率 若被麻醉的組織位於動脈末端 ( 如手指或腳趾動脈 ) 則不建議同時使用血管收縮劑, 因為容易造或缺血性壞死 (ischaemic necrosis) 補充資料 3-15
慢性疼痛 (Chronic pain) 慢性疼痛是一種持續的痛, 即使引起痛的原因已經不存在 它的特徵如下 : 痛覺過敏 (hyperalgesia)- 感覺比有害刺激更痛 Allodynia- 無害的刺激引起的痛 自發性疼痛抽筋 (spontaneous pain spasm)- 沒有任何刺激就覺得痛 傷害接受器的感受性增加是由於發炎物質 ( 如 bradykinin 前列腺素和神經生長因子) 等的興奮性作用 在長效的刺激後會因增加了突觸的傳遞作用, 而增加脊髓灰質後角和視丘神經元的興奮性 亦即傷害接受器高頻率的放電, 會造成脊髓灰質後角神經元的過度興奮性 (hyperexicitability) 這個促進突觸作用的過程, 參與了 NMDA(N-methyl-D-aspartate) 接受器及 NMDA 拮抗劑阻斷過度興奮的引發 神經上的疾病會影響疼痛路徑且造成神經性疼痛, 有一種慢性疼痛是起因於感覺神經元受損 通常,α- 腎素性接受器會出現在神經元上, 如此一來交感神經的活性會引發嚴重的疼痛 痛覺的心理觀點 (Psychological aspects of pain) 有很多社會和心理因素參與了疼痛的感受及行為 當很多藥物對慢性疼痛會無效時, 也許可以用心理治療試試看 補充資料 局部麻醉劑的分類 體感覺的傳導路徑和局部麻醉劑的作用部位 3-16