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The Known Biology of Neuropathic Pain and Its Relevance to Pain Management

Published online by Cambridge University Press:  17 February 2023

Peter A. Smith*
Affiliation:
Neuroscience and Mental Health Institute and Department of Pharmacology, University of Alberta, Edmonton, Canada
*
Corresponding author: Peter A. Smith, Ph.D., Neuroscience and Mental Health Institute and Department of Pharmacology, Faculty of Medicine and Dentistry, University of Alberta, 9-70 Medical Sciences Building, Edmonton, AB, Canada, T6G 2H7. Email: pas3@ualberta.ca
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Abstract:

Patients with neuropathic pain are heterogeneous in pathophysiology, etiology, and clinical presentation. Signs and symptoms are determined by the nature of the injury and factors such as genetics, sex, prior injury, age, culture, and environment. Basic science has provided general information about pain etiology by studying the consequences of peripheral injury in rodent models. This is associated with the release of inflammatory cytokines, chemokines, and growth factors that sensitize sensory nerve endings, alter gene expression, promote post-translational modification of proteins, and alter ion channel function. This leads to spontaneous activity in primary afferent neurons that is crucial for the onset and persistence of pain and the release of secondary mediators such as colony-stimulating factor 1 from primary afferent terminals. These promote the release of tertiary mediators such as brain-derived neurotrophic factor and interleukin-1β from microglia and astrocytes. Tertiary mediators facilitate the transmission of nociceptive information at the spinal, thalamic, and cortical levels. For the most part, these findings have failed to identify new therapeutic approaches. More recent basic science has better mirrored the clinical situation by addressing the pathophysiology associated with specific types of injury, refinement of methodology, and attention to various contributory factors such as sex. Improved quantification of sensory profiles in each patient and their distribution into defined clusters may improve translation between basic science and clinical practice. If such quantification can be traced back to cellular and molecular aspects of pathophysiology, this may lead to personalized medicine approaches that dictate a rational therapeutic approach for each individual.

Résumé :

RÉSUMÉ :

Nos connaissances actuelles en biologie en ce qui concerne la douleur neuropathique et leur pertinence pour la prise en charge de la douleur.

Les patients souffrant de douleurs neuropathiques sont hétérogènes en termes de pathophysiologie, d’étiologie et de présentation clinique. Leurs signes cliniques et leurs symptômes sont déterminés par la nature de leur lésion ainsi que par des facteurs tels que la génétique, le sexe, une lésion antérieure, l’âge, la culture et l’environnement. À l’aide de modèles appliqués à des rongeurs, nos connaissances scientifiques fondamentales ont fourni des éléments généraux d’information sur l’étiologie de la douleur en étudiant les conséquences de lésions périphériques. Un tel phénomène est associé à la libération de cytokines pro-inflammatoires, de chimiokines et de facteurs de croissance qui sensibilisent les terminaisons nerveuses sensorielles, modifient l’expression génétique, favorisent la modification post-traductionnelle des protéines et altèrent la fonction des canaux ioniques. Cela conduit en retour à une activité spontanée dans les neurones afférents primaires, laquelle est cruciale dans l’apparition et la persistance de la douleur et la libération de médiateurs secondaires, par exemple le récepteur de « facteur de stimulation des colonies 1 » à partir des terminaisons afférentes primaires. Ces dernières favorisent par ailleurs la libération de médiateurs tertiaires tels que le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (FNDC) et l’interleukine-1β par la microglie et les astrocytes. Les médiateurs tertiaires facilitent aussi la transmission des informations nociceptives aux niveaux spinal, thalamique et cortical. Dans l’ensemble, ces découvertes n’ont pas permis d’identifier de nouvelles approches thérapeutiques. Cela dit, les avancées plus récentes de la science fondamentale reflètent mieux la situation clinique des patients en abordant la ou les pathophysiologies associées à des types spécifiques de lésions, en affinant la méthodologie employée et en prêtant attention à divers facteurs contributifs, par exemple le sexe. Une meilleure quantification du profil sensoriel de chaque patient et leur répartition en groupes définis peuvent ainsi améliorer le transfert entre les connaissances fondamentales de la science et la pratique clinique. Si cette quantification parvient à remonter jusqu’aux aspects cellulaires et moléculaires de la physiopathologie, cela pourrait conduire à des approches médicales personnalisées qui dictent une approche thérapeutique rationnelle pour chaque individu.

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© The Author(s), 2023. Published by Cambridge University Press on behalf of Canadian Neurological Sciences Federation