组织损伤可以是机械性的，例如刀割，也可以是炎症性的。痛觉不仅会引起人难以忍受的感觉，通常还伴有躯体和内脏反应，如肌肉紧张性加强、血压上升、呼吸加快、出汗等。此外，痛觉还会影响人的情绪及认知。慢性痛患者经常伴有焦虑和抑郁等精神障碍并存在认知障碍。

痛觉是一种主观的体验，也受到多种因素影响。受伤的士兵可能在被运送到战场外之后才会感觉到疼痛，一些运动员常常在比赛结束后才意识到自己已经受伤。痛觉可能在极度紧张或者注意力转移的情况下被掩藏起来，这说明痛觉和所有其他感觉一样，不仅从外周感受器传递伤害性刺激到大脑皮层，大脑也对这些信息进行筛选和处理，帮助我们更好地适应环境。

痛觉感受器不受控制地持续性激活可导致严重的病理性疼痛，包括触诱发痛和痛觉过敏。触诱发痛是指一些通常只引起人触觉的轻微刺激，会使患者感受到痛觉。触诱发痛不是持续性的痛觉，只要去除外周刺激，就不再感觉到痛觉。然而痛觉过敏是对伤害性刺激的过度反应，甚至没有外周刺激时也可以出现持续的痛觉。

生理性痛能保护机体逃避危险，然而病理性痛严重影响患者的生活质量。根据病理性痛的起因不同，可分为炎症痛和神经病理痛。炎症痛指的是创伤、细菌或病毒感染以及外科手术引起的，例如流行性感冒可引起全身酸痛，癌症晚期常常伴有剧烈的疼痛；神经病理痛是指外周神经损伤所产生的疼痛，例如带状疱疹感染后可导致神经病理痛。

背根神经节的假单极神经元发出两根神经纤维，一根伸向外周，收集躯体的痛觉信息，另一根伸向中枢，向上传导痛觉信息。与躯体痛觉的通路相似，头面部的痛觉信息由三叉神经节的神经元收集并传递到相应的脑干核团。

背根神经节的神经元根据纤维直径大小进行分类，不同直径的纤维终止于脊髓背角的不同层。A_δ纤维和C纤维终止于背角第一、二、五层神经元，这些神经元向上投射到脑干和丘脑。第二层包含种类众多的局部中间神经元，包括兴奋性和抑制性的中间神经元，对痛觉和触觉刺激均有反应，参与痛觉信息在脊髓初级中枢的整合和门控。第五层的神经元同时接受躯体和内脏的痛觉信息传入。这解释了牵涉痛的原理，例如心肌梗死的患者常伴有左上肢和胸部疼痛，是因为脊髓第五层的神经元“混淆”了心脏和左上肢的痛觉信息。

痛觉信息传导到丘脑外侧核团组和内侧核团组。外侧核团组包括腹后内侧核、腹后外侧核和后侧核，它们接受背角第一层和第五层神经元经脊髓丘脑束传递的痛觉信息。外侧核团组主要处理损伤的精确位置信息，这些神经元的感受野比相应的脊髓神经元小。如果脊髓丘脑束或丘脑的痛觉传递核团出现损伤，可导致全身多处自发灼痛和其他感觉异常（麻痛），称为中枢性疼痛。内侧核团组包括中央外侧核和髓板内核，主要接受脊髓背角第七、八层发出的脊髓网状束的投射。

人们对痛觉的感受不仅依赖于外周刺激的强度和类型，也取决于环境和个人体验。因此高级中枢对痛觉信息的加工十分关键。在躯体接受伤害性刺激时，扣带回和岛叶的神经元选择性激活。扣带回作为边缘系统的重要部分，被认为是处理痛情绪的脑区之一。岛叶接受丘脑的内侧核和腹后内侧核的直接投射，主要参与痛觉的自主神经反应。岛叶受损的患者可感觉痛觉，但缺乏正常的情绪反应，说明岛叶在感觉、情绪和认知三方面均调节机体对痛觉的立体感知。

痛觉的下行调制通路主要是指痛觉信号经脊髓上传的同时，脑干的中脑导水管周围灰质（PAG^[注]）投射到延髓头端腹内侧区（RVM^[注]），包括5-羟色胺能的中缝大核、部分巨细胞网状核和外侧巨细胞旁核。RVM再发出投射沿脊髓背外侧索到达脊髓背角，兴奋或抑制脊髓的痛觉特异性神经元。下行调节通路的突触可对这一过程进行多角度的兴奋或抑制，包括痛觉传入纤维的末梢、脊髓背角的痛觉特异性神经元、中间神经元以及其他下行通路的纤维。这一神经环路精确调节传入中枢的痛觉信息，但在疾病状态下，下行调制的易化与抑制作用的失衡，引起痛觉信息的改变，参与急性痛向慢性痛及其相关的焦虑等情绪改变的过程。阿片肽、5-羟色胺和胆囊收缩素等多种神经递质参与疼痛的下行易化或抑制通路。

人类发现和使用吗啡镇痛已有数千年的历史。然而到21世纪，神经生物学家才阐明吗啡等阿片类药物镇痛的机制，也揭示了内源性镇痛物质。人脑中存在四类阿片受体：μ、δ、κ和孤啡肽受体。μ受体在脊髓背角表层、延髓腹侧和中脑导水管周围灰质高表达，同时广泛表达于中枢和外周神经系统，这也解释了全身给药时吗啡镇痛作用以外的药理作用。此外，对应不同的阿片受体，机体存在四种主要的内源性阿片肽：β内啡肽、脑啡肽、强啡肽和孤啡肽。吗啡可模拟内源性阿片肽，激活位于背根神经节、脊髓背角、丘脑和导水管周围灰质等处的阿片受体，起到镇痛作用。阿片受体通过两种机制改变痛觉信息在脊髓背角突触的传递，其一是通过增加脊髓背角神经元钾离子的膜电导，使膜发生超极化，其二是突触前的阿片受体可减少兴奋性神经递质的释放。

关于痛觉主要有三种学说。

特异学说是最古老但至今仍然最有生命力的一个学说。19世纪前叶，德国生理学家J.P.穆勒^[注]（Johannes Peter Müller，1801～1858）提出了“特殊神经能量学说”，认为感觉的性质取决于何种神经被兴奋，例如兴奋视神经可以引起光觉，即使刺激物不是光，而是电刺激或机械压迫视网膜，也将产生光感。约50年后，在皮肤上发现了感觉的点状分布，如冷点、温点、触点和痛点等。这时组织学研究恰好发现皮肤中有4种神经末梢结构，于是有人将触、温、冷和痛4种皮肤感觉分别和这4种神经末梢对应起来。这样，不同的皮肤感觉分别有了自己的感受器。但后来，不同形态的感受器发现得越来越多，人们逐渐怀疑不同的皮肤感觉是否一定与不同形态的感受器相联系。切割痛觉神经通路后痛觉还会恢复的事实，也使人感到痛觉似乎没有固定的传导通路。因此，特异学说逐渐受到批判。但上面提到的专一痛觉感受器和痛敏神经元的发现，则给予特异学说以有力的支持。

20世纪50年代，牛津大学的一些神经组织学工作者提出了型式学说。他们认为没有特异的躯体感觉感受器，所有的躯体感觉末梢性质都是相同的，各种刺激由于其强度、部位和范围的不同，而兴奋不同数量的神经末梢，各个神经末梢发放不同频率的冲动，由于神经脉冲不同的空间和时间的构型，引起了不同的感觉，其证据是：①在有毛的皮肤内没有发现任何特殊的末梢结构，只见到游离神经末梢分布在皮肤或毛囊根部周围。②人的角膜只有无髓纤维的游离神经末梢，能区分多种感觉型式，不限于痛觉。③人的耳郭皮肤只有游离神经末梢，没有特殊的神经末梢结构，或者组成篮状包着毛囊，但能够感受触、温、冷和痛刺激。④先在皮肤上标记出感觉点，然后取下组织作形态学检查，很少发现有特征性的感受器。⑤人皮肤每平方毫米内含有100多个神经末梢，它们来源于许多纤维，即使极细的点状刺激也不免同时刺激到多种末梢。型式学说的不足，一是忽视了游离神经末梢的生理分化；二是有人在有毛皮肤中观察到了有结构的感受器。

1969年R.梅尔察克和P.D.沃尔设想外周传入冲动进入三个系统：①闸门控制系统；②中枢控制的触发系统；③作用系统。他们把脊髓背角中传递痛觉信号的第一个神经元叫作T细胞，闸门控制系统调制着外周传入冲动至T细胞的传递，一旦T细胞的活动达到或超过临界水平时，便激活了作用系统，引起痛觉和一系列痛反应。外周传入冲动还沿着传导速度很快的神经通路上行，触发特殊的脑的选择性鉴别过程，反过来控制闸门系统。闸门学说的核心是闸门控制系统。他们认为T细胞的活动由脊髓背角罗氏胶质区（SG）的细胞控制，SG细胞构成所谓闸门。粗纤维的冲动通过兴奋SG细胞而使初级传入末梢去极化，产生T细胞的突触前抑制；而细纤维的冲动则通过抑制SG细胞而使传入末梢超极化，产生T细胞的突触前易化。粗纤维冲动使闸门关闭，易于镇痛，细纤维冲动使闸门开放，易于致痛。粗细纤维冲动的数量和比例决定T细胞的活动水平。此学说可以解释许多事实，例如带状疱疹就是因为粗纤维丧失，使T细胞处于较高的活动水平，因此轻触就引起痛觉。而摩擦皮肤或振动可能由于使粗纤维兴奋而止痛。此学说发表后，很快引起激烈的争论，而且发现了不少与之矛盾的实验和临床事实，以致此学说的首创者不得不一再地加以修改。此学说的提出在一定程度上推动了痛觉生理学的发展，但此学说已不如以前那样受人重视。