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动物知道疼痛吗?

2012-02-27 09:54:59

作者:余夫

 

  疼痛是人人都有过的感觉和体验。电、机械、极冷、极热及许多化学物质等,只要能够使机体组织发生损伤的能量形式都可以致痛。然而,由于疼痛的机制比较复杂,所以给疼痛下一个全面的科学定义并不容易。

 

  神经生理学家认为,疼痛是由痛觉末梢传入的神经冲动,经脊髓丘脑束投射于皮层的感觉分析区,因而产生的感觉;神经生化学家认为疼痛是神经细胞膜的代谢改变,以及神经递质变化的结果;实验心理学家倾向于疼痛是由于刺激超过了痛觉阈值;临床心理学家则认为疼痛既是一个与刺激相联系的感觉,同时又具有主观的个体的特点,与其心理活动更有关系。

 

  国际疼痛研究会(IASP)将疼痛定义为:“由真正存在或潜在的身体组织损伤所引起的一种令人不快的感觉和情绪上的心理感受。” 更多的研究表明,疼痛虽有生理原因,但都有心理因素的影响,并且心理因素往往是影响疼痛的重要原因。曾有人调查,在有疼痛诉述的病人中,约有75的人并无肯定的器质性疾病;换言之,占相当比例者可能是“心因性疼痛”。

 

然而,痛觉的机能却是保护性的,因为疼痛往往是损伤或疾病的最普遍、最重要的征象和症状,对机体起着报警系统的作用,可以防止机体进一步受损害。因此,从生物学的角度可以将疼痛定义为:“一个生物在发现一种有害刺激并做出反应来尽可能减少损害”。不过这个定义的问题是,会把植物、真菌和细菌的反应也都包括进来了。

 

  低等动物也能感知疼痛?

 

  对于高等脊椎动物来说,感受疼痛的构造和生理机制都是相同的,不论是一只鸟、一条蛇、一只老鼠或是一个人。高等脊椎动物对疼痛的感觉至少与我们一样敏锐强烈,因为它们的许多感觉,如视觉、听觉、触觉等等,都比人类敏锐得多。动物必须依赖对于不利环境有尽可能敏锐的知觉才能生存,其程度远非今天的人类能比。除了脑皮层(这不是直接知觉疼痛的部位)的复杂程度之外,动物的神经系统几乎与人类相同,对疼痛的反应,如恐惧、出汗、血压升高、心率增快、代谢异常等,也都很相似。

 

  不过, 许多人认为像鱼类这样的低等脊椎动物是没有痛觉的,在他们看来,只有那些在脑部有新皮质的动物才会有疼痛感。那么,鱼类真的没有痛觉吗?要证明这个问题很难。比如一条鱼咬钩,它的反应是因为疼痛还是因为反射呢?当一个人的手摸到烫手的东西时会迅速抽开,这不是因为他的大脑已经感觉到了疼痛,而是因为反射。自动把手抽开这个动作受脊髓的控制,大脑并没有参与。当然,脊髓还是会同时将电信号发送到大脑,通知大脑刚才发生了什么事情。因此在手抽开之后,这个人才会意识到烫手和疼痛,从而让他记住这个教训。因此,当鱼受到刺激而有反应时,这种反应是因为反射还是因为疼痛?还不能解释清楚。

 

  但是,就在几年前,科学家发现虹鳟鱼能够感知疼痛。它的头部有58个特殊的感受器,其中有22个感受器可以归类为痛觉感受器,能将信号传递到大脑。在显微镜下,这些感受器与人类的痛觉感受器极其相似。所以,虹鳟鱼拥有感受痛觉的物质基础。

 

  在实验中,虹鳟鱼被分成两组,其中一组的嘴唇被注入蜂毒或醋酸,另一组则注入盐水或不进行任何处理。结果发现,被注入蜂毒或醋酸的虹鳟鱼表现出反常的行为,比如在容器底部的砾石上磨鼻子,摇晃身体等。最后,科学家给虹鳟鱼注射吗啡,很快,这些鱼的行为变正常了。于是,科学家得出结论,虹鳟鱼的反应不仅仅是反射,而是它们真的有疼痛感。

 

  挪威和美国科学家在对金鱼的研究中还发现,它们不仅有痛感,还能记住痛苦的经历。而痛感和反射最大的区别就在于,疼痛是一种有意识的情绪,能被记忆和唤起。因此,我们可以认为:像高等脊椎动物一样,鱼的体内同样有痛觉神经,来保证它们避免侵害。

 

  其实,不仅鱼有痛感,许多无脊椎动物也能感到疼痛。长期以来,学术界一直对螃蟹、对虾、龙虾和蜗牛、蠕虫等无脊椎动物是否有痛感存有争议。有学者认为这些动物只有简单的神经系统和未成形的大脑,因而不会感觉到疼痛。但英国科学家最新的研究结果表明,甲壳动物能够感觉并记住疼痛。研究人员通过电击寄居蟹居住的贝壳对它们进行了研究,遭受电击的寄居蟹纷纷逃离“居所”。研究人员降低电压再次电击,这次生活在贝壳中的寄居蟹便不会立即倾巢而出,而是更不愿意离开它们的家,但伺机逃跑。这意味着寄居蟹等甲壳动物也有痛感,而且能够评估它们感到的疼痛水平。此外,那些曾被打败的寄生蟹会很快向新主人让出它们的家,这也说明它们记住了对方曾经给予的伤害。寄居蟹离开贝壳不仅仅是简单的反射,而是因为它们避免伤害的需求超过了对贝壳的需求。

 

  头足类软体动物在遇有伤害性刺激时,会产生逃避和防御运动、体色变化、放出墨汁等反应,这是一种学习效应,由此可推定痛觉是存在的。头足类的腹膜对伤害很敏感,而内脏则不敏感。不过,身体的伤害并不影响昆虫的各种正常行为,在幼虫中还有食其自身伤口的现象,故其痛觉的存在还受到普遍的怀疑;而蚯蚓受到伤害时所表现出的剧烈的旋转运动等,至今仍然被解释为单纯的反射。

 

  “伤心”真是一种痛吗?

 

  大多数人认为,即使动物能感觉疼痛,也没有必要像人那样赋予感情,感情是人类独有的。但事实并非如此。例如,美国心理学家最近发现失恋能给人带来肉体上的疼痛,他们找到了伤心与肉体疼痛之间有关联的一种基因,首次证明了心痛也会引起生理疼痛,并且认为肉体与心理疼痛感的重叠或许是在长期的进化过程中,通过借用了一些生理疼痛的机制而产生的一种让人类社会紧密结合在一起的方式。

 

  有趣的是,在此之前德国科学家就已经发现草原鼠有类似的现象。草原鼠是一种单配偶的哺乳动物,终身只和一个异性建立“配偶关系”。如果雄鼠被配偶“抛弃”,其身体内的一种被科学家称为“失恋痛苦分子”的化学物质的水平就会升高,并导致其大脑中负责情感的区域释放促皮质素,使草原鼠的“痛苦”反应十分强烈。如果人为地使用化学抑制剂阻碍这种分子的活动,它的“失恋”症状就会消失,而这一情况与发生在人类身上的情景十分相似。

 

  感觉不到疼痛会快乐吗?

 

  疼痛是身体对伤害、疾病或危险发出的一种警示信号,是身体为防止危险升级而采取的必要保护措施。人或动物如果没有疼痛机制,将非常危险。因此,疼痛是人和动物主要生命特征之一,具有重要的生物学意义。

 

  不过,在自然界中也有例外的情况,例如非洲裸鼠。它们是世界上最丑陋的动物之一,全身无毛,状如香肠,褶皱的皮肤呈粉色或黄色,牙齿大且突出,眼睛非常小,视力几乎退化,靠敏感的触觉辨别方向。它们居住在东非中部的地下洞穴中。这些洞穴一般深1.8米,狭窄黑暗,常年缺少氧气。

 

  美国神经生物学家在研究非洲裸鼠的皮肤时,无意中发现在它们体内不存在引起哺乳动物痛感的P物质,于是决定通过实验检测非洲裸鼠是否对痛感有反应。早在20世纪30年代,瑞典科学家首先在大肠内发现了这种P物质,后来又发现P物质也存在于脊髓中。

 

  研究人员把一定剂量的酸和从辣椒中提取的辣椒素注入非洲裸鼠的爪子里,结果发现它们对酸和辣引起的酸痛和灼痛毫无反应。他们又把携带P物质基因的改良病毒注入非洲裸鼠的一条后腿,结果发现它们恢复了由辣椒素引起的灼痛感,但对酸引起的酸痛仍无反应。这个结果的确令人惊奇!因为科学家曾对其他动物,如鱼类、蛙类、爬行动物、鸟类及其他哺乳动物等做过实验,几乎所有动物都对酸痛有反应。

 

  科学家分析,非洲裸鼠的抗痛“秘密”可能与它居住的地下洞穴环境有关。由于空气流通性差,使非洲裸鼠呼出的二氧化碳不断在洞穴中积聚,浓度越来越高,最后渗入它们的细胞,导致它们身体组织的酸性增大。变“酸”的非洲裸鼠对酸痛的敏感度自然也就下降了。通常,人们呼吸的空气中二氧化碳浓度不足0.1%。一旦这个比例上升至5%,人们的眼睛和鼻子就会产生强烈的灼烧刺痛感,但在非洲裸鼠的生存环境中,二氧化碳浓度高达10%。

 

  在另一项研究中,科学家已经培养出大脑前带皮层内没有特定酶和基因的老鼠。这种改变使老鼠仍能感觉到疼痛,但是它们并不认为疼痛是一种不舒服的感觉,这样就既可以避免它们在无意中弄伤自己,又可以减少身体所遭受的痛苦。随着遗传工程学的不断进步,科学家相信,他们将能培育出感觉不到疼痛的家畜。不过,尽管这种做法可以使在工厂化农场中生长的动物少受一些痛苦,但却没有得到动物保护人士的普遍认可。

 

  从动物了解止痛的机制

 

  吗啡、杜冷丁、芬太尼、可待因等阿片类药物是目前临床常用的镇痛药,但是在让病人“忘记疼痛”的同时,也会产生耐药性,甚至让人染上“药瘾”。其原因是,在人或动物的痛觉感受器表面有一种“阿片受体”,其中一类“mu”受体能听从吗啡等药物的调遣而起到镇痛的作用。但是,还有另一类“delta”受体会降低“mu”的镇痛作用,并且会增加机体对镇痛剂的耐药性。而“delta”能够找到“mu”的载体,就是依靠痛觉传导神经元中的P物质。中国科学家最近在实验中发现,只要剔除小鼠体内的P物质基因,小鼠就不会产生吗啡耐受性,镇痛效果也大幅提高。因此,P物质不单纯是一种致痛物质,更是直接调控吗啡等阿片类药物镇痛功能和耐受性的关键分子,如果将来能够直接操控P物质,就可以提高吗啡等药物的镇痛作用。

 

  事实上,人和动物都有止痛的天然机制。不久以前,法国研究人员在人类唾液中发现一种天然止痛物质,止痛效果是吗啡的6倍。这种止痛物质在人体内自然产生,与吗啡等麻醉止痛药作用方式类似,能在短时间内完成代谢变化,不会长时间存在于人体内。这种物质是研究人员首先在小白鼠体内找到的。他们随后在人体内寻找类似物质,果然有所收获。

 

  人们还发现过许多有趣的止痛方法,例如,不仅巧克力能够刺激减缓痛感的大脑区域,而且饮水也可以达到同样的效果。在实验室,科学家给老鼠喂食巧克力屑或者饮水时点亮鼠笼下方的灯泡。灯泡散发的热量—般会让老鼠抬起爪子。但当老鼠吃巧克力或者饮水的时候,它们对热量做出的痛感反应就变得迟缓,抬起爪子的速度也不如不进食时那么迅速。这说明,进食的动作会刺激大脑中控制下意识反应区域的系统,从而减缓痛感。这种止痛的自然形式对野生动物来说也许可以帮助它们在吃食物时避免分心。

 

  除了吃止痛药外,早先的一些研究已经证明安慰剂也可以起到一定的止痛作用。最近,中国科学家通过一项研究证明,阿片类和非阿片类两种不同类型的安慰剂对小鼠也可以产生镇痛效应。安慰剂的镇痛效应一直都很神秘,人们常常用“心理暗示”去解释安慰剂的作用。但是小鼠没有像人一样的认知能力,这就说明安慰剂的镇痛效果并不是通过“心理暗示”达到的。通过进一步实验发现,安慰剂发生作用的真正原因是它调动了小鼠体内一种类似吗啡原理的止痛机制,从而起到止痛的作用。因此科学家推断,安慰剂在人体发生作用是因为人体自身就带有止痛的机制,安慰剂有没有作用要看这种机制能否被“动员”起来。

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