1 De neurofysiologie van acute en chronische pijn

1
De neurofysiologie van acute en
chronische pijn
Jo Nijs en C. Paul van Wilgen
Om educatie over pijnfysiologie toe te passen bij patiënten met chronische pijn is een gedegen kennis van pijnfysiologie noodzakelijk.
Dit hoofdstuk beschrijft de neurofysiologie van acute en chronische
pijn en de basisprocessen die hierbij optreden. De plasticiteit van het
zenuwstelsel zorgt ervoor dat de neurofysiologische mechanismen
van chronische pijn heel anders verlopen dan bij acute pijnsensatie.
Zo vinden er tijdens een toestand van centrale sensitisatie veranderingen plaats in het centrale zenuwstelsel. Deze veranderingen bestaan
onder meer uit een verhoogde prikkel-responsrelatie van de neuronen in de dorsale hoorn van het ruggenmerg, waardoor inkomende
(gevaar)boodschappen van daaruit veel sterker worden doorgestuurd
naar de hersenen. Dit wordt versterkt doordat er vanuit de hersenen
een verminderd functioneren is van de descenderende nociceptief-inhiberende banen en een versterkte werking van de nociceptief-faciliterende banen. Tot slot zijn er veranderingen in de pijnneuromatrix:
de verbinding tussen de neuronen in de hersenen verloopt vele malen
efficiënter en andere hersengebieden zijn betrokken bij de verwerking
van de inkomende (gevaar)boodschappen waardoor ook potentieel
niet-gevaarlijke boodschappen als gevaarlijk (lees pijnlijk) worden
geïnterpreteerd.
1.1
Inleiding
Dit hoofdstuk start met een bondige definiëring van pijn en neuropathische pijn, daarnaast beschrijven we met name de neurofysiologie
van acute en chronische pijn en de basisprocessen die hierbij optreden. Zo kunt u uw kennis en inzicht van de neurofysiologie van pijn
opfrissen. In het bijzonder staan de overeenkomsten en verschillen
tussen acute en chronische pijn centraal. Deze neurofysiologische
kennis is een essentieel onderdeel van het proces van pijneducatie.
14
Pijneducatie - een praktische handleiding voor (para)medici
De behandelaar moet immers de neurofysiologische processen die
optreden bij pijn kunnen uitleggen. Hoe dit wordt toegepast in het
therapeutische proces komt later in dit boek aan bod (onder meer in
hoofdstuk 6).
1.2
Definitie van pijn en neuropathische pijn
De International Association for the Study of Pain (IASP) definieert pijn als
‘een onplezierige sensorische en emotionele ervaring, geassocieerd
met actuele of potentiële weefselschade, of beschreven in termen van
dergelijke schade’ (Merksey, 1979). Er zijn dus tal van factoren die de
pijngewaarwording beïnvloeden. Pijn wordt chronisch genoemd wanneer deze minimaal drie maanden aanwezig is, hetzij continu hetzij
intermitterend en de duur van de klachten langer is dan verondersteld
(er geen duidelijke somatisch onderhoudende factor is). In de kliniek
zien we veelal patiënten die veel langer dan drie maanden (vaak jaren)
leven met pijn.
Naast acute pijn (of nociceptieve pijn) en chronische pijn kennen we
nog de term neuropathische pijn. De IASP definieert neuropathische
pijn als pijn ontstaan of veroorzaakt door een laesie of disfunctie in het
zenuwstelsel (Merskey & Bogduk, 1994). Bij neuropathische pijn zijn
er grofweg twee groepen: de groep waarbij sprake is van een laesie en
de groep waarbij sprake is van disfunctie. De definitie van neuropathische pijn, en het feit dat deze twee groepen onder dezelfde diagnose
vallen, is momenteel onderwerp van discussie (Treede et al., 2008). In
dit boek gaan we niet nader op deze nog lopende discussie in.
De diagnose neuropathische pijn wordt gesteld aan de hand van
specifieke, meetbare uiterlijke kenmerken: veranderingen in de ‘gevoelsdrempels’. De algemene neuropathische mechanismen die gediagnosticeerd worden, zijn naast pijn onder andere koude/warmte,
sensibiliteit, vibratie, en druk. (Rolke et al., 2006). Binnen de groep
neuropathische pijn met een laesie is er onderscheid tussen centrale
neuropathische pijn en perifere neuropathische pijn. Voorbeelden van
centrale neuropathische pijn zijn: multiple sclerose of aan de ziekte
van Parkinson gerelateerde pijn, post-stroke-pijn, posttraumatische
ruggenmergpijn, syringomyelie en compressiemyelopathie. Voorbeelden van perifere neuropathie zijn: diabetesneuropathie, posttraumatische neuralgie, radiculopathie, postherpetische neuralgie en (alcoholgeïnduceerde) polyneuropathie.
Onder de diagnosegroepen patiënten met een disregulatie vallen over
het algemeen de patiënten die we beschouwen als chronischepijnpatiënten. Echter niet alle patiënten met een disregulatie hebben chro-
1 De neurofysiologie van acute en chronische pijn
nische pijn en niet bij alle patiënten met chronische pijn is er sprake
van een disregulatie. Bij beide groepen is sensitisatie het belangrijkste
kenmerk. Ook klinisch (voor patiënten) is sensitisatie veelal het meest
belangrijke kenmerk. De term sensitisatie en bij welke groepen dit verschijnsel voorkomt, komt verderop in dit hoofdstuk nader aan de orde.
Aansluitend volgt een bondig overzicht van de neurofysiologische
mechanismen die verantwoordelijk zijn voor acute (1.2) en chronische
(1.3) pijn.
1.3
Hoe werkt pijn? De neurofysiologie van acute pijn
Bij een beschadiging gaat er een actiepotentiaal naar de dorsale hoorn
van het ruggenmerg. Vervolgens reageren de nociceptieve neuronen op
deze prikkeling met het zenden van actiepotentialen door hun axonen.
Pijndetectie is voorbehouden voor A-(snelle, gemyeliniseerde) en C(trage, niet-gemyeliniseerde) vezels (McCulloch & Transfeld, 1997). In
principe zijn alleen neuronen die een axon van het type A of C hebben
in staat om bij te dragen aan de pijngewaarwording en daarom worden
ze als nociceptieve neuronen gerangschikt. Via deze vezels worden de
actiepotentialen getransporteerd naar lamina I, II en V van de dorsale
hoorn van het ruggenmerg, waar de primaire afferente neuronen hun
actiepotentiaal doorgeven aan de secundaire neuronen.
Echter, de dorsale hoorn is ook een voorname plaats waar de inkomende pijnprikkel wordt gemoduleerd. De pijnmodulatie binnen het
systeem is deels bepalend of de pijnprikkel al dan niet wordt doorgestuurd naar hogere centra binnen het centrale zenuwstelsel (voor interpretatie). Deze modulatie binnen de dorsale hoorn is beschreven als
de ‘poorttheorie’. Het openen of sluiten van de poort wordt bepaald
door de aard en intensiteit van de inkomende prikkel(s), maar ook
door beïnvloeding vanuit hoger gelegen hersendelen via descenderende banen. Een ‘open poort’ laat toe dat de nociceptieve prikkel vanuit
de dorsale hoorn zich verplaatst naar de tegenovergestelde kant van
het ruggenmerg, van waaruit ze via de laterale spinothalamische route
naar de hersenen (thalamus/formatio reticularis in de hersenstam)
wordt gezonden. Een ‘gesloten poort’ maakt dat nociceptieve prikkels
niet, of later, worden waargenomen. Dit mechanisme verklaart waarom de gewaarwording van pijn bij eenzelfde lichamelijke beschadiging
onder verschillende omstandigheden of verschillende psychologische
toestanden anders kan zijn.
Het poortmechanisme maakt ook duidelijk dat de rol van hogere
hersengebieden al in het acute stadium van belang is. Bekende voorbeelden van het minder gevoelig worden van het pijnsysteem in acute
15
16
Pijneducatie - een praktische handleiding voor (para)medici
situaties zijn: op de vlucht geslagen soldaten, bijvoorbeeld tijdens de
eerste wereldoorlog, die pas op het moment dat ze in veiligheid zijn
merken dat ze schotwonden hebben, of voetballers die pas na een
spannende wedstrijd merken dat ze een ernstige blessure hebben.
Maar het systeem kan ook overgevoelig zijn, bijvoorbeeld bij kinderen
die een vaccinatie krijgen. Bij dezelfde prik voelt een ontspannen kind
nauwelijks iets en schreeuwt een angstig kind het uit van de pijn.
de verwerking op hersenniveau
Nociceptieve prikkels bereiken het ruggenmerg via primaire afferente
zenuwen die in het ruggenmerg convergeren op tweedegraads afferente neuronen. De voornaamste neuronen die zorgen voor pijntransmissie zijn de wide-dynamic-range neurons in de dorsale hoorn van het
ruggenmerg. De tweedegraads afferente neuronen vormen de primaire
stijgende of ascenderende banen (spinothalamische banen) en eindigen in de thalamus. De thalamus verdeelt de nociceptieve prikkels naar
de somatosensorische cortex, waar het sensorisch-discriminatieve
aspect van pijn tot stand komt. Het sensorisch-discriminatieve aspect
van pijn bestaat uit de locatie, duur en intensiteit van de nociceptieve
prikkels:
− Vanuit welk deel van ons lichaam is de nociceptieve prikkel afkomstig?
− Hoe lang blijft die prikkel aanwezig?
− Hoe intens is deze prikkel?
Daarnaast wordt de nociceptieve input ook verdeeld naar andere subcorticale hersencentra, zoals de anterieure cingulate gyrus (Rainville et
al., 1997), de amygdala (Neugebauer et al., 2004; Price, 2002) en delen
van de insula, waar de affectief-motivationele informatie van de pijn
wordt verwerkt (Cross, 1994; Bennett, 1999). Ook prefrontale cortexgebieden worden geactiveerd bij de verwerking van inkomende nociceptieve prikkels op hersenniveau. Cognitieve variabelen zoals geheugen en prikkelevaluatie zijn van belang bij de activatie van prefrontale
cortexgebieden (Seifert & Maihöfner, 2009).
De nociceptieve prikkels, overgebracht door de stijgende nociceptieve
weg, worden gemoduleerd door verschillende dalende banen (figuur
1.1) (Gebhart, 2004). Deze banen vinden hun oorsprong in veel gebieden in de hersenen, zoals het periaqueductale grijze gebied in de middenhersenen (Willis & Westlund, 1997), de rostroventrale medulla, de
locus caeruleus ( Jones, 1991) en de hypothalamus. Het is genoegzaam
bekend dat deze dalende paden een sterke invloed hebben op de pijnperceptie (Brooks & Tracey, 2005; Apkarian et al., 2005).
1 De neurofysiologie van acute en chronische pijn
Figuur 1.1 Schematisch overzicht van de centrale pijnverwerkingsmechanismen (overgenomen uit Nijs et al. 2010)
Het nociceptief inhiberende (pijndempend in de volksmond) effect
van bijvoorbeeld manuele oscillaties, toegepast op een gewricht dat
segmentaal gerelateerd is aan een gewricht met een nociceptieve bron
(bijvoorbeeld een artrotisch gewricht), is een gevolg van de activatie
van descenderende nociceptieve banen (figuur 1.2). Meer specifiek
activeert de manuele oscillatie de neuronen in de periaqueductale
grijze stof, vanwaaruit zowel de descenderende serotonerge (via de
rostrale ventromediale medulla) als de descenderende noradrenerge
(via de dorsolaterale pons) zenuwvezels geactiveerd worden (Sluka et
al., 2001, 2006; Skyba et al., 2003; Moss et al., 2007). Zowel de descenderende serotonerge als noradrenerge zenuwvezels zorgen, via hun
projecties op de neuronen van de achterhoorn van het ruggenmerg,
voor een analgetisch effect (figuur 1.2). Deze mechanismen zijn onafhankelijk van GABA-neurotransmissie of actie van de spinale μ- en
δ-opioïde receptoren zoals die geactiveerd worden bij de applicatie van
TENS (Transcutane Electric Nerve Stimulation) (Skyba et al., 2003; Sluka
et al. 1998).
De activatie van deze descenderende nociceptief-inhiberende banen
wordt beïnvloed door andere hersengebieden zoals de prefrontale cor-
17
18
Pijneducatie - een praktische handleiding voor (para)medici
Figuur 1.2 Activatie van descenderende nociceptief-inhiberende banen door het
manueel teweegbrengen van articulaire bewegingen
tex, de anterieure cingulate cortex, de anterieure insula, de amygdala
en de hypothalamus.
Het gegeven dat verschillende hersengebieden betrokken zijn
bij de verwerking van inkomende prikkels wordt, samen met de
beïnvloeding door stijgende en dalende banen, benoemd als het
activeren van de pijnneuromatrix (kortweg de pijnmatrix). Deze
term werd bedacht om duidelijk te maken dat ieder individu een
ingebouwde matrix van neuronen vertoont die geactiveerd wordt
om uiteindelijk het symptoom pijn te produceren wanneer onze
hersenen menen dat dit aangewezen is (Melzack, 1999). Dit netwerk vertoont een spatiale verdeling en synaptische connectiviteit
die individueel verschillend is: het netwerk is genetisch bepaald
en daarna tijdens de levensloop beïnvloed door sensorische input, maar ook door ervaringen, cognitieve processen en stress
1 De neurofysiologie van acute en chronische pijn
(Melzack, 1999). De term pijnneuromatrix moet ons wegleiden
van een zuiver somatische benadering van pijn, naar een multidimensionale benadering van pijn (Melzack, 1999).
perifere sensitisatie is kenmerkend voor acute
pijn
Sensitisatie is het overmatig gevoelig worden van weefsel. Sensitisatie
na een letsel (met nociceptieve prikkeling) wordt al lang onderkend als
een belangrijk aspect bij pijn. Deze vorm van sensitisatie is gerelateerd
aan veranderingen in de kenmerken van primaire nociceptieve afferenten: perifere sensitisatie. Perifere sensitisatie van nociceptoren betekent dat de zenuwuiteinden versterkte responsiviteit vertonen. Perifere
sensitisatie treedt altijd op bij weefselbeschadiging en kan beschouwd
worden als een normaal fysiologisch proces. Als iemand bijvoorbeeld
in zijn vinger snijdt, dan zal de pijnlijke plek rondom de snee in de
uren na het ontstaan groter en gevoeliger worden. Ook bij zonnebrand
zet de pijn vaak pas enkele uren later in.
Dit sensitisatiemechanisme treedt op na elke beschadiging. Als gevolg
van de beschadiging komen neurotransmitters vrij (o.a. serotonine,
bradykinine, histamine, prostaglandines) die de nociceptoren prikkelen om nog responsiever te worden dan normaal. Pijn wordt dan versterkt gevoeld in het aangedane gebied. Dit fenomeen wordt primaire
hyperalgesie genoemd en heeft als doel een beschermingsreactie van
ons lichaam op te roepen die de belasting van het aangedane weefsel
tijdelijk laag houdt. Deze beschermingsreactie maakt dat het aangedane lichaamsdeel wordt ontzien. Dat voorkomt verdere beschadiging
van het weefsel en faciliteert het fysiologische herstelproces. Dit sensitisatiemechanisme en de pijn verdwijnen normaal gesproken als de
beschadiging is hersteld.
Ook sensitisatie van neuronen die zorgen voor de transmissie van pijn
in het centrale zenuwstelsel (o.m. de wide-dynamic-range-neuronen) is
een normale gebeurtenis bij acute pijn. Dit leidt tot het ervaren van secundaire hyperalgesie, waarbij er een verhoogde prikkel-responsrelatie is
in alle weefsels die vanuit het betrokken segment geïnnerveerd worden
(en dus niet enkel het weefsel waar de primaire schade zich voordeed).
nociceptieve inhibitie tijdens fysieke activiteit/
lichamelijke inspanning
Tijdens lichamelijke inspanning wordt bij gezonde mensen in de regel
een stijging van de pijndrempel vastgesteld (Whiteside et al., 2004).
19
20
Pijneducatie - een praktische handleiding voor (para)medici
Dit betekent dat bij gezonde proefpersonen de pijndrempel in rust lager is dan tijdens, of onmiddellijk na het beëindigen van lichamelijke
inspanning. Met andere woorden: tijdens of onmiddellijk na een lichamelijke inspanning zullen we minder (snel) pijn ervaren. Dit verklaart
waarom sporters wedstrijden beëindigen met kwetsuren die ze pas
achteraf vaststellen/ervaren. Deze door lichamelijke inspanning geinduceerde hypoalgesie blijkt zowel bij gezonde mannen als vrouwen
voor te komen (Drury et al., 2005).
De toegenomen pijndrempel tijdens inspanning is alleen mogelijk
doordat er tijdens inspanning in ons lichaam sterke pijndempende
mechanismen actief worden. De toegenomen vrijmaking van centrale
endogene opioïden en groeifactoren in het menselijk lichaam tijdens
lichamelijke inspanning zou hierbij een belangrijke rol spelen (Koltyn
& Arbogast, 1998, Hoffman et al., 2004). Inspanning gaat immers
gepaard met een stijging van de (systolische) bloeddruk, die vrijstelling van endogene opioïden met zich meebrengt. Een andere mogelijke verklaring is dat de door lichamelijke inspanning geactiveerde
proprioceptieve dan wel musculaire afferenten een modulatie van de
centrale descenderende pijninhibitoren op gang brengen (Hoffman
et al., 2004). Immers, door lichaamsbeweging komt een vergrote
stroom van actiepotentialen vanuit ons bewegingsapparaat op gang:
onze spieren en gewrichten informeren onze hersenen continu over
hun (veranderende) positie zodat onze hersenen een accuraat beeld
krijgen over het precieze verloop van de bewegingen. Zonder te hoeven
kijken naar onze armen en benen weten we in welke richting en met
welke snelheid deze ledematen bewegingen uitvoeren. Deze afferente
signalen activeren het gate control-mechanisme waarbij het zenuwstelsel de voorkeur geeft aan signalen afkomstig van snelgeleidende dikke
zenuwvezels (die propriosensorische en tactiele signalen vervoeren)
boven signalen van kleine, niet-gemyeliniseerde zenuwvezels (die onder meer de signalen afkomstig van de nociceptoren transporteren).
We kunnen concluderen dat er tijdens inspanning een krachtige descenderende (dalende) pijninhibitie wordt geactiveerd (figuur 1.1 en
1.2). Deze descenderende pijninhibitie wordt georkestreerd vanuit het
centrale zenuwstelsel. Meer specifiek worden er vanuit de hersenen
signalen gestuurd die invloed uitoefenen op (de synapsen van) de neuronen in de dorsale hoorn van het ruggenmerg.
Ook de aandacht voor pijn, en meer bepaald het verplaatsen van de
aandacht voor de pijnlijke stimulus door de lichamelijke inspanning,
kan mogelijk een (secundaire) rol spelen. In afwachting van een consensus over de etiologie van de analgetische effecten van bepaalde
vormen van lichamelijke inspanning, is het weinig waarschijnlijk dat