background image

 

Physiology 

Dr. Basim Mohamad Alwan                                                                             Lecture (5) 

PAIN 

Pain

  is  an 

unpleasant  sensation produced  by  damage  or  impending damage 

of  tissues.

  It  is  a  specific  sensation  produced  by  stimulation  of  specific  pain 

receptors  (nociceptors).  It  is  not  due  to  overstimulation  of  other  receptors  as 

mechano or thermoreceptors as was believed before. 

 This is proved by: 

1. Pain  can  be  dissociated  from  other  sensations;  as  in  syringomyelia 

(saccular  dilation  of  the  spinal  central  canal)  pain  and  temperature  sensations 

disappear from the affected areas but other sensations persist.  

2. Some areas do not contain pain receptors and are insensitive to pain 

 (the  center  of  the  cornea,  the  inside  of  the  cheek  opposite  the  second  molar 

tooth); these areas are sensitive to other sensations but not pain. 

3. In tabes dorsalis, all sensations may disappear except pain. 

4. The analgesic drugs suppress pain only but not other sensations. 

 

CHARACTERISTICS OF PAIN SENSATION 

Pain has the following characteristic: 

1.  Widespread  distribution:  Pain  receptors  are  present  almost  everywhere  in 

the body. It is most abundant in the skin. 

2. High  threshold of  stimulation:  The  stimuli  used  to  produce  pain  sensation 

(noxious stimuli) are of high energy that causes damage of the tissues. 

3. It is produced by a variety of stimuli; mechanical, thermal or chemical. 

4. It is a non-adapting sensation; pain sensation persists so long as the noxious 

stimulus is applied, the sensation of pain might even increase. 


background image

 

5. It  produces  prepotent  withdrawal  reflexes;  a  prepotent  reflex  is  a  reflex 

that takes priority over any other reflex occurring at the same time. Swinging of 

the arms is an automatic reflex that occurs during walking so if during walking 

a noxious stimulus is applied to the arm, swinging stops and the arm is rapidly 

withdrawn away from the stimulus. 

6. It  is  the  only  sensation  which  produces  an  unpleasant  "affect"  without 

any  previous  learning  or  experience.  The  pleasantness  or  unpleasantness  of 

other  sensations  are  conditioned  and  depend  on  previous  learning  and 

experience. Only pain has "built-in" unpleasant affect

 Prefrontal  lobotomy  (an  operation  to  cut  the  deep  connections  of  the  frontal 

lobes  with  the  rest  of  the  brain)  abolishes  this  affect.  After  this  operation,  the 

patient feels the pain, but it does not bother him. 

7. It can be perceived at the thalamus. The cerebral cortex is not essential for 

the perception of the slow type of pain. 

 

PAIN RECEPTORS 

There are three types of pain receptors: 

1.  Mechanosensitive  pain  receptors:  Which  are  stimulated  by  strong 

mechanical stimuli? 

2. Thermosensitive  pain  receptors:  Which  are  stimulated  by  temperatures 

below 10 or above 50°C.? 

3. Chemosensitive pain receptors:  Which are  stimulated by  chemicals  like P-

factor, bradykinin, lactic acid and potassium ions? 

All these receptors are naked free nerve endings. 

 

TYPES OF PAIN ACCORDING TO ITS SITE OF ORIGIN 

According to the site of its origin, pain is classified into three types: 

I.  CUTANEOUS  PAIN:  Which  arises  from  the  skin  and  is  transmitted  by 

cutaneous somatic nerves


background image

 

II.  DEEP  PAIN:  Which  arises  from  deep  structures  like  muscles,  tendons, 

ligaments, periosteum, and is transmitted by deep somatic nerves

III. VISCERAL PAIN: Which arises from viscera like the heart, the kidney and 

the  intestine,  and  is  transmitted  by  the  visceral  afferent  fibers  in  the 

autonomic nerves? 

 

TYPES OF PAIN ACCORDING TO THE SPEED OF ITS 

CONDUCTION 

Pain  is  conducted  by  either  type  III  (A-delta)  or  type  IV  (C)  sensory  nerve 

fibers. Accordingly, there are two types of pain;  fast pain which is conducted 

by  type  III  fibers,  and  slow  pain  which  is  conducted  by  type  IV  fibers.  They 

differ widely in their properties and characteristics. 

On application of a noxious mechanical stimulus to the skin (a pinprick on the 

foot),  one  first  feels  a  bright,  sharp,  localized  pain  of  very  short  duration 

(less  than  one  second).  This  is  the  fast  pain,  which  is  also  called  "pricking 

pain".  This  pain  is  produced  by  stimulation  of  the  mechanosensitive  pain 

receptors. Shortly after feeling the pricking pain, one feels a dull, intense, burning, 

diffuse  pain  of  longer  duration  (few  sec.  -  few  min.).  This  is  the  slow  pain, 

which is also called "burning pain" or "aching pain". This pain is produced by 

stimulation of the chemosensitive pain receptors. 

 

CHARACTERISTICS OF FAST PAIN 

1.  It is only cutaneous. 

2. It is conducted by type-Ill fibers (speed: 6-30 m/s) 

3. It  is  felt  immediately  after  application  of  the  stimulus  (0.1  second  after 

application of the stimulus). 

4. It is of very short duration. 

5. It is bright and sharp. 

6. It is well localized. 


background image

 

7. It is perceived only by the sensory cerebral cortex. 

8. It is conducted by the neospinothalamic sensory pathway. 

CHARACTERISTICS OF SLOW PAIN 

1.  It can be cutaneous, deep or visceral. 

2. It is transmitted by the slowly conducting type-IV fibers (speed: 0.5-2 m/s). 

3. It starts about one second after application of the stimulus. 

4. It lasts for a long time. 

5. It is dull, aching (or burning). 

6. It is diffuse and poorly localized. 

7. It  can  be  perceived  at  the  level  of  the  thalamus;  the  cerebral  cortex  is  not 

essential for its perception. 

8. It is conducted by the paleospinothalamic sensory pathway. 

 

DISSOCIATION OF FAST AND SLOW PAIN 

One  type  of  pain  may  disappear  leaving  the  other  intact,  as  in  the  following 

conditions: 

1. Compression  or  hypoxia  of  a  nerve  abolishes  the  conduction  of  fast  pain 

but  leaves  slow  pain.  This  is  because  hypoxia  affects  the  thick  type-Ill  nerve 

fibers first 

2. Mild local anesthesia (local low dose of cocaine) abolishes the conduction of 

slow  pain  but  leaves  fast  pain.  This  is  because  mild  anesthesia  affects  the  thin 

type-IV nerve fibers first 

 

I- CUTANEOUS PAIN 

Cutaneous pain arises from the skin on application of a noxious stimulus. It is 

conducted by somatic cutaneous nerves and is not referred to any other part. It 

is usually accompanied by sympathetic reflexes (increase in heart rate and rise in 

arterial blood pressure), but there is no reflex muscular rigidity. Cutaneous pain 

could be of the fast "pricking" type or of the slow "burning" type. 


background image

 

 

Table 8-1: 

Differences between, fast and slow pain. 

 

CRITERION 

FAST PAIN 

SLOW PAIN 

1. Site of origin 

only cutaneous 

cutaneous,  deep or visceral 

2. Time of perception 

0.1 sec. after the stimulus 

1 sec. after the stimulus 

3. Characteristics 

bright, sharp & localized 

dull, intense and diffuse 

4. Duration 

Very short (less than 1 

sec.) 

Longer (few sec – few 

min.) 

5. Conducting nerves 

type-III fibers 

type-IV fibers 

6. Sensory pathway 

neospinothalamic 

pathway 

paleospinothalamic 

pathway 

7. Associated reflexes 

rapid,               protective 

withdrawal reflexes 

slower             autonomic 

reflexes (e.g. increase in 

heart rate & ABP) 

8. Abolished by 

hypoxia  or pressure on 

the nerve 

mild     local     anesthesia 

(low dose of local cocaine) 

9. Center of perception 

cerebral cortex 

thalamus 

10. Relay in dorsal horn 

laminae II & V 

laminae II & III 

11.Relay  nuclei in the 

thalamus 

VPLN 

ILN 

12.Relay    in    reticular 

formation 

no relay 

relay 

13.Final   destination in 

CNS 

sensory cerebral cortex 

all areas of the cerebral 

cortex. 

 

 

 

 


background image

 

11 - DEEP PAIN 

Deep pain is a slow type of pain which arises from deep structures; i.e. muscles, 

tendons, ligaments and periosteum. It is conducted by deep somatic nerves and 

is referred to any other part.   

CHARACTERISTICS OF DEEP PAIN 

1. It is dull, aching, diffuse and poorly localized. 

2. Usually associated with nausea, sweating and hypotension. 

3. Pain  from  tendons,      ligaments      and  periosteum  initiates  reflex  muscular 

spasm in the nearby muscles. 

4. It is conducted by the slowly conducting type-IV fibers. 

5. It may be referred to the skin of the same dermatome. 

 

CAUSES OF DEEP PAIN 

1. Ischemia of skeletal muscles: This leads to the release and accumulation of 

P-factor  (Lewis  pain-producing  factor).  The  nature  of  this  factor  is  not 

exactly  known,  but  it  could  be  bradykinin,  histamine,  proteolytic  enzymes, 

lactic acid or potassium ions or a collection of all these substances. 

P-factor  directly  stimulates  the  chemosensitive  pain  receptors,  but  it  also 

facilitates the mechanosensitive and thermosensitive pain receptors. 

Prostaglandins are released from damaged and inflamed tissues. They facilitate 

but do not stimulate pain receptors. So they produce tenderness of the affected 

area. 

INTERMITTENT CLAUDICATIONS (LAMENESS OR LIMPING): 

This disease is an example where there is severe ischemic pain in the muscles of 

the lower limb. In this condition, there is narrowing of blood vessels of the lower 

limbs  (following  vascular  inflammation  or  severe  atherosclerosis).  The  slightest 

exercise leads to accumulation of the P-factor and pain sensation then limping. . During 

rest", there is no. pain as there is no accumulation of the P-factor. 

2. Muscular spasm (cramp): In tetany or when one loses a lot of salt in sweating 


background image

 

(muscular  exercise  in  hot  weather  or  miner's  disease)  muscle  spasm  (cramp) 

occurs  and  stimulation  of  mechanosensitive  pain  receptors  then  pain  sensation. 

Ischemia also contributes to the production of pain in this condition. 

 

3. Bone injury: It is painful because of the chemical and mechanical irritation of 

the overlying periosteum. Bone itself is insensitive to pain. 

4. Inflammation of joints: It is painful due to chemical and mechanical irritation 

of the surrounding tendons and ligaments. 

III - VISCERAL PAIN 

Visceral pain is a slow type of pain that arises from the viscera. It is carried by 

the  visceral  afferent  type-IV  slow  conducting  nerve  fibers.  Some  regions  are 

insensitive to pain as the liver parenchyma and lung alveoli. 

CHARACTERISTICS OF VISCERAL PAIN 

1.  It is diffuse, dull or colicky. 

2. It is a slow pain, carried by the slowly conducting type-IV fibers. 

3. It is poorly localized. 

4. It may be referred to the skin or other deep structures. 

5. It is associated with: 

(a) Autonomic reflexes: Nausea; vomiting, sweating and bradycardia. That is why 

visceral pain is said to be "sickening". 

(b) Somatic reflexes: Rigidity of the overlying skeletal muscles; e.g. the rigidity 

of muscles over the inflamed appendix (guarding rigidity). 

(c)  Cutaneous  hyperalgesia:  Increased  pain  sensibility  in  the  skin  of  the  same 

dermatome. 

(d)  Strong emotional affect: With depression, malaise and bad mood. 

 

NERVES CONDUCTING VISCERAL PAIN 

Visceral  pain  is  conducted  via  afferent  visceral  fibers  in  the  autonomic  nerves 

(fig. 8-1). Somatic nerves conduct pain from some parts of the viscera. 


background image

 

 

VISCERAL PAIN CONDUCTED BY SYMPATHETIC NERVES 

Afferent fibers that run with sympathetic nerves conduct pain from the thoracic and 

abdominal viscera, the urinary bladder, uterus and uterine tubes. 

VISCERAL PAIN CONDUCTED BY PARASYMPATHETIC NERVES 

•  With glossopharyngeal and vagus nerves (Cr. IX and X nerves): 

Pain from pharynx, trachea and upper part of the esophagus 

•  With  the  pelvic  nerve  (S  2,  3  &  4):  Pain  from  sigmoid  colon, 

rectum, the trigone of the bladder and the genital organs. 

 

Figure 8 -1: The areas from which pain is conducted by somatic and by autonomic nerves. 

 

VISCERAL PAIN CONDUCTED BY SOMATIC NERVES 

Thoracic  intercostal  nerves  carry  pain  sensations  from  parietal  pleura,  parietal 

pericardium  and parietal peritoneum. This  pain  is  called  "parietal  pain".  It  is 

well localized. 

 


background image

 

CAUSES OF VISCERAL PAIN 

1.  Ischemia:  Ischemic  pain  is  due  to  accumulation  of  the  P-factor  which 

stimulates the chemosensitive pain receptors, e.g. anginal pain. 

2. Spasm of a hollow viscus: Spasmodic pain is colicky pain caused mainly by 

stimulation  of the  mechanosensitive pain receptors. Ischemia  due  to  squeezing 

of  blood  vessels  may  contribute  to  pain  production,  e.g.  intestinal,  renal  or 

biliary colic. 

3.  Over  distention  of  a  hollow  viscus:  Overstretch  of  the  tissues  stimulates 

mechanosensitive pain receptors. Ischemia  may contribute, e.g. over distention 

of the intestine by large volumes of gases. 

4. Chemical  irritation:  Chemical  irritants  produce  pain by  stimulating  chemo 

sensitive pain receptors as in rupture of a peptic ulcer could lead to leak of the 

highly acidic gastric juice into the peritoneum leading to severe abdominal pain.  

5. Traction on the mesentery: E.g. by an abdominal tumor. This cause is rare 

and of little clinical significance. 

 

REFERRED PAIN 

Referred pain is pain felt away from its site of origin. 

Examples: 

1. Ischemia  of  the  heart  causes  pain  that  may  be  referred  and  felt  in  the  left 

shoulder and the inside of the left arm. 

2. Pain from the gall bladder may be referred and felt in the right shoulder. 

3. Pain of appendicitis may be referred to the umbilical area. 

4. Pain from the ureter may be referred to the testis. 

MECHANISM  OF  REFERRED  PAIN  (Convergence  Projection  mechanism): 

Afferent  pain-conducting  fibers  from  viscera  converge  with  afferent  pain-

conducting  fibers  from  skin  on  one  central  neuron  of  the  paleospinothalamic 

tract.    


background image

10 

 

 

Figure 5-2:  The convergence projection mechanism of referred pain. 

In this way, pain impulses from the viscera travel in the same central  pathway 

as  pain  impulses  from  the  skin  to  reach  the  same  final  sensory  neuron  in  the 

brain. The final sensory neuron projects pain sensation to the skin, as the skin is 

the place from which it usually receives pain signals (fig. 5-2). 

This  means  that  the  pain  signals  from  the  viscera  converge  to  the  same  final 

sensory  neuron  as  the  signals  from  the  skin,  the  brain  projects  any  pain 

sensation  from  the  viscera  to  the  skin.  This  mechanism  is  known  as  "the 

convergence projection mechanism". 

Accordingly,  if  pain  arises  from  a  certain  viscera  from  which  impulses 

converge with impulses coming from a certain area of skin, one would feel pain 

as if it is coming from the skin not from the viscera. 

Reference  of  pain  occurs  from  viscera  to  deep  structures  or  the  skin  and  from 

deep structures to the skin, but not the opposite way. 

DERMATOMAL  RULE  OF  REFERRED  PAIN 

Visceral or deep pain is referred to the dermatome which has the same nerve 

supply as the site of pain, as the heart, the left shoulder and the inside of the left 

arm have the same nerve supply. 


background image

11 

 

THE GATE THEORY OF PAIN TRANSMISSION 

 

This theory proposed by Melzack and Wall in the 1960's. This theory states that 

the dorsal horn of the spinal gray matter at the substantia gelatinosa of Rolandi 

is the site of first relay in the sensory pathway of  pain. At this level, there is a 

group  of  inhibitory,  enkephalinergic  interneurons  which  form  the  "Pain. 

Inhibitory  Complex,  (PIC).  When  stimulated,  these  interneuron's  block  the 

transmission  of  pain  sensation  by  presynaptic  inhibition  of  the  primary  pain-

conducting fibers. At the dorsal horn also, transmission of pain sensation could 

be  facilitated  in  cases  of  secondary  hyperalgesia.  In  this  way,  the  dorsal  horn 

acts  as  a  "gate"  that  may  pass,  facilitate  or  block  pain  transmission. 

Accordingly, the dorsal horn of the spinal gray matter is sometimes referred to 

as the "gate" for pain transmission. 

The  same  "gating"  mechanism  for  pain  is  found  also  at  the  thalamus  where 

pain  signals  could  be  blocked  by  corticofugal  fibers  or  facilitated  by 

intralaminar thalamic nuclei. In this way, the thalamus acts as a secondary gate 

for pain transmission. 

A  3

rd

  gate  may  also  be  located  in  the  reticular  formation  which  can  be 

considered as tertiary gate. 

 


background image

12 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 11 عضواً و 191 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل