Mặc dù tất cả các thụ cảm đau đều là những đầu tận tự do của sợi thần kinh, mỗi mút tận cùng này đều có hai con đường riêng biệt để dẫn truyền tín hiệu đau đến hệ thống thần kinh trung ương. Hai con đường ấy tương ứng với hai dạng đau: Con đường đau nhanh cấp tính (fast -sharp pain pathway) và con đường đau chậm mạn tính (slow-chronic pain pathway).
SỢI DẪN TRUYỀN ĐAU NGOẠI BIÊN – SỢI NHANH VÀ SỢI CHẬM.
Tín hiệu đau nhanh cấp được dẫn truyền trong dây thần kinh ngoại biên đến tủy sống bằng sợi nhỏ loại A∆ với vận tốc trong khoảng 6 đến 30 m/giây.
Tín hiệu đau châm truyền tới tủy sống trong sợi thần kinh C có tốc độ từ 0.5 đến 2 m/giây. Cảm giác đau chậm mạn tính xảy ra sau kích thích tại thụ thể hóa học, nhưng đôi khi cũng có sự tham gia của hai loại thụ thể trong đau nhanh
Chính vì sự hiện diện của một hệ thống kép như trên mà khi có một kích thích đau đột ngột, sẽ tạo ra động thời hai tín hiệu: cảm giác đau nhanh cấp tính dẫn đến não trong sợi thần kinh A∆ và cảm giác đau chậm mạn tính sẽ truyền theo sợi C chậm sau vài giây.
Cảm giác đau nhanh có vai trò quan trọng trong thúc đẩy cá thể phản ứng ngay lập tức để giải thoát bản thân khỏi các tác nhân kích thích. Trong khi đó, cảm giác đau chậm mạn tính lại có khuynh hướng tăng dần theo thời gian, cho đến khi người bệnh không thể chịu đựng thêm nên phải tìm cách loại bỏ nguyên nhân tận cùng của sự đau đớn này. Khi đến tủy sống qua các rễ sau, sợi thần kinh ngoại biên sẽ tận cùng tại các neuron tiếp hợp ở sừng sau. Một lần nữa, hai hệ thống dẫn truyền tín hiệu đau sẽ cùng song hành đến não bộ.
HAI CON ĐƯỜNG DẪN TRUYỀN TÍN HIỆU ĐAU TRONG TỦY SỐNG VÀ NÃO – BÓ GAI ĐỒI THỊ MỚI VÀ BÓ GAI ĐỒI THỊ CŨ
Sau khi vào đến tủy sống, tín hiệu đau sẽ theo hai con đường đi đến não, qua (1) bó gai đồi thị mới (neospinothalamic tract) và (2) bó gai đồi thị cũ (paleospinothalamic tract) .
BÓ GAI ĐỒI THỊ MỚI VỚI ĐAU NHANH
Sợi thần kinh A∆ chủ yếu dẫn truyền cảm giác đau do cơ học và đau cấp tính do nhiệt độ, phần lớn sẽ tận cùng tại mép ngoài cùng I (lamina marginalis) ở sừng sau. Tại đây, chúng sẽ kích thích neuron tiếp theo của bó gai đồi thị mới, là những sợi trục dài, bắt chéo ngay lập tức sang nửa bên đối diện của tủy sống qua mép trước và sau đó chạy hướng lên não trong cột bên trước.
Tận cùng của bó gai đồi thị mới trong não và đồi thị
truyền tín hiệu đau đến hệ thống thần kinh trung ương
Chỉ một vài sợi thần kinh trong bó gai đồi thị mới tận cùng tại vùng lưới của não trong khi phần lớn đã liên tục chuyển hướng đi đến đồi thị và tận cùng tại phức hợp các nhân bụng nền (ventrobasal complex) cùng với bó thon và bó chêm dẫn truyền cảm giác sâu thuộc cột lưng tủy sống. Cũng chi có một số ít các sợi trục tận cùng tại nhóm nhân sau trong đồi thị.
Ngoài ra, từ các vùng khác nhau trong đồi thị, những tín hiệu sẽ tiếp tục truyền tới các vùng vỏ não khác nhau, chẳng hạn như vùng vỏ não cảm giác bản thể.
Khả năng định vị vị trí đau nhanh của hệ thần kinh
Cảm giác đau nhanh cấp tính xảy ra ở những vị trí trên cơ thể có thể được định vị nhanh hơn dạng đau chậm mạn tính. Tuy nhiên, khi chi có thụ thể đau bị kích thích mà không có sự kích thích đồng thời tại các thụ thể nhận cảm xúc giác, địa điểm xảy ra cảm giác đau cấp tính lại được xác định kém hơn, thường chi nhận biết là một vùng rộng 10 cm hoặc lớn hơn thế. Nói cách khác, nếu tác nhân đồng thời tạo thêm sự hưng phấn về xúc giác, khả năng định vị sẽ chính xác hơn.
Glutamate – chất dẫn truyền của sợi thần kinh a∆
Glutamate đã được xác định là chất dẫn truyền thần kinh trong tủy sống, tạo ra tại đầu tận của sợi trục A∆. Đây là một trong những chất truyền tín hiệu phổ biến nhất trong hệ thống thần kinh trung ương, thường hoạt hóa trong chi vài phần ngàn giây.
BÓ GAI ĐỒI THỊ CŨ DẪN TRUYỀN CẢM GIÁC ĐAU CHẬM MẠN TÍNH
Bó gai đồi thị cũ thuộc hệ thống thần kinh cổ điển, là con đường dẫn truyền đau mạn tính chủ yếu từ sợi ngoại biên của dây thần kinh C, đồng thời cũng có tham gia dẫn truyền một số tín hiệu từ dây A∆. Trên con đường này, sợi trục ngoại biên tận cùng tại toàn bộ mép II và mép III của sừng sau tủy sống, gắn kết bằng chất keo tủy sống (substantia gelatinosa). Đa số tín hiệu sẽ xuyên qua một hay nhiều sợi neuron ngắn nội bộ trong sừng sau trước khi vào đến mép V, vẫn còn nằm trong sừng sau. Đây là những neuron cuối cùng cho sợi trục dài mà phần lớn sẽ tham gia cùng với những sợi thần kinh từ con đường dẫn truyền cảm giác đau nhanh. Chúng sẽ bắt chéo qua mép trước đến nửa phần tủy sống đối bên, sau đó cũng đi lên não trong cột trước bên.
Chất p – chất dẫn truyền cảm giác đau chậm mạn tính của đầu tận sợi thần kinh
Nhiều nghiên cứu đã cho thấy đầu tận của sợi thần kinh C tận cùng trong tủy sống có khả năng bài tiết ra cả glutamate và chất P. Glutamate là chất dẫn truyền hoạt động tức thì và chi kéo dài trong vài phần ngàn giây. Trong khi đó, chất P lại được giải phóng chậm hơn nhiều nhưng lại có thể duy trì nồng độ trong khoảng thời gian vải giây hay đến vài phút. Dù những cơ chế chi tiết cụ thể vẫn chưa giải thích được, glutamate vẫn được khẳng định rõ ràng là chất dẫn truyền chính yếu cảm giác đau cấp tính lên đến hệ thần kinh trung ương và chất P thì có vai trò trong đau chậm mạn tính.
Sự tiếp nối giữa bó gai đồi thị cũ với não bộ và đồi thị
Con đường dẫn truyền cảm giác đau chậm trong bó gai đồi thị cũ phần lớn sẽ tận cùng trong não. Chi từ 1/10 đến 1/4 số sợi thần kinh đó đi đến đồi thị. Ba vùng tận cùng nhiều nhất là (1) nhân lưới (reticular nuclei) của hành não, cầu não và cuống não, (2) vùng mái (tectal area) gian não sâu đến lồi não trên và lồi não dưới hoặc (3) vùng chất xám quanh rãnh Sylvius (periaqueductal gray region). Từ vùng não nhận tín hiệu đau, những neuron có nhiều nhánh sẽ tiếp nối dẫn truyền lên đến liềm trong (intralaminar), nhân bụng bên (ventrolateral) thuộc đồi thị cũng như những phần khác của vùng hạ đồi và những vùng khác của não.
Hạn chế của hệ thần kinh trong định vị nguồn tín hiệu đau chậm mạn tính
Khả năng định vị vị trí đau theo con đường bó gai đồi thị cũ tương đối kém. Theo đó, nó chỉ có thể xác định vị trí trong khoảng một vùng chính yếu của cơ thể, như một cẳng tay, một cẳng chân chứ không thể là một điểm cụ thể trên tay hay chân. Con đường này hoạt động trên cơ chế khuếch tán tín hiệu qua sự gắn kết rất nhiều synapse. Điều này giải thích vì sao bệnh nhân thường gặp khó khăn khi được yêu cầu chỉ ra vị trí đau trong một số dạng đau chậm.
