侵害受容性疼痛症候群は、損傷組織における侵害受容器の活性化の結果として発生します。典型的には、損傷部位に持続的な痛みと疼痛感受性の亢進(閾値の低下)領域が現れます(痛覚過敏)。時間の経過とともに、疼痛感受性の亢進領域は拡大し、健常組織領域を覆うことがあります。痛覚過敏は一次性と二次性に区別されます。一次性痛覚過敏は組織損傷部位で発生し、二次性痛覚過敏は損傷部位外で健常組織に広がります。一次性痛覚過敏領域は、機械的刺激および温度刺激に対する疼痛閾値(PT)および疼痛許容閾値(PTT)の低下を特徴とします。二次性痛覚過敏領域では、疼痛閾値は正常で、機械的刺激に対するPTTのみが低下します。
原発性痛覚過敏の原因は、痛覚受容器(A8 および C 求心性神経の非カプセル化終末)の感作です。
痛覚受容器の感作は、損傷した細胞から放出された病原体(ヒスタミン、セロトニン、ATP、ロイコトリエン、インターロイキン1、腫瘍壊死因子α、エンドセリン、プロスタグランジンなど)、血液中に形成された病原体(ブラジキニン)、C求心性神経終末部から放出された病原体(サブスタンスP、ニューロキニンA)の作用の結果として発生します。
組織損傷後の二次性痛覚過敏領域の出現は、主に脊髄後角の中枢痛覚ニューロンの感作によるものです。
二次性痛覚過敏の領域は、損傷部位からかなり離れている場合や、体の反対側に位置する場合もあります。
組織損傷によって引き起こされる痛覚ニューロンの感作は、通常、数時間、場合によっては数日間持続します。これは主にニューロン可塑性のメカニズムによるものです。NMDA調節チャネルを介して細胞内に大量のカルシウムが流入すると、初期反応遺伝子が活性化されます。そして、この遺伝子はエフェクター遺伝子を介してニューロンの代謝と膜上の受容体電位を変化させ、その結果、ニューロンは長時間にわたり過興奮状態になります。初期反応遺伝子の活性化と神経可塑性の変化は、組織損傷後15分以内に起こります。
その後、視床核や大脳半球の感覚運動皮質など、背角より上に位置する構造でもニューロンの感作が起こり、病的な疼痛系の形態学的基質が形成される可能性があります。
臨床および実験データは、大脳皮質が疼痛知覚と鎮痛システムの機能に重要な役割を果たしていることを示唆しています。オピオイド系とセロトニン系もこの点で重要な役割を果たしており、皮質遠心性制御は多くの薬剤の鎮痛作用メカニズムの構成要素の一つとなっています。
実験研究により、疼痛知覚を担う体性感覚皮質を除去すると、坐骨神経損傷による疼痛症候群の発症が遅れるものの、その後の発症を予防することはできないことが示されています。一方、疼痛の感情的色彩を担う前頭葉皮質を除去すると、発症が遅れるだけでなく、多くの動物において疼痛症候群の発症が抑制されます。体性感覚皮質の様々な領域は、病的疼痛システム(PAS)の発症と曖昧な関係にあります。一次皮質(S1)の除去はPASの発症を遅らせますが、二次皮質(S2)の除去は逆にPASの発症を促進します。
内臓痛は、内臓およびその膜の疾患や機能不全の結果として生じます。内臓痛には、真性局所内臓痛、局所性頭頂痛、放散性内臓痛、放散性頭頂痛の4つのサブタイプが知られています。内臓痛はしばしば自律神経機能障害(吐き気、嘔吐、多汗症、血圧および心拍活動の不安定化)を伴います。内臓痛の放散現象(ザカリン・ゲダ領域)は、内臓および体性感覚のインパルスが脊髄の広いダイナミックレンジのニューロンに集中することによって引き起こされます。