癌痛幾乎可發生于任何人體組織和器官，臨床表現多樣，其機制也異常復雜。癌痛具有其獨特的機制，包括傷害性感受性疼痛、神經病理性疼痛、炎性疼痛和功能失調性疼痛機制。同一腫瘤患者在疾病的不同階段，這些機制相互影響、相互轉化，難以完全區分。晚期癌痛多表現為混合性疼痛。

傳導痛覺的軀體感覺傳導通路由三級神經元組成。一級神經元位于背根神經節和腦神經感覺神經節內，其外周突與傷害性感受器相連，廣泛分布于身體表淺或深部的組織，如皮膚、肌肉、骨骼等。當外周傷害性感受器受到傷害性刺激時，產生痛覺信號。痛覺信號經脊神經背根神經節或腦神經節神經元及其中樞突，傳遞到位于脊髓或腦干的二級感覺神經元，再通過位于丘腦的三級神經元投射到大腦皮層感覺區產生痛覺。腫瘤通過以下各種途徑，對組織造成損傷，激活傷害性感受器。

首先，一些良性腫瘤組織，有完整的包膜，通過膨脹性生長，達到一定程度后，對周圍組織產生機械壓迫，激活周圍的機械性傷害感受器。

其次，對于惡性腫瘤，呈浸潤性增長，腫瘤細胞分裂增生，侵入周圍組織間隙、淋巴管或血管內。無序增生和高代謝的腫瘤細胞消耗了大量的血供和氧供，造成鄰近組織缺血缺氧，形成組織破壞。同時，位于腫瘤組織中央的腫瘤細胞也由于相對缺血缺氧，發生壞死。組織的壞死，細胞的崩解，以及繼發的炎癥反應，釋放5-羥色胺、緩激肽、前列腺素等疼痛介質，激活并敏化傷害性感受器。

再次，腫瘤細胞表面可表達腫瘤抗原，激活人體細胞免疫。T淋巴細胞、NK細胞、巨噬細胞等免疫細胞，釋放腫瘤壞死因子等細胞毒性因子，介導腫瘤細胞崩解和凋亡。在這些免疫性炎癥反應中，大量疼痛介質釋放，激活并敏化傷害性感受器。

此外，有研究表明，腫瘤細胞還可直接損傷周圍健康組織，而激活傷害性感受器，產生疼痛。例如一些腫瘤細胞，能夠產生酶類物質，溶解血管基底層和結締組織，使腫瘤細胞便于擴散。在骨癌痛模型中，還發現腫瘤細胞可分泌很多細胞因子，介導骨組織破壞和痛覺的產生（見骨癌痛）。

肺癌、前列腺癌、乳腺癌、腎癌、甲狀腺癌均易發生骨轉移。由于有了相對成熟的骨癌痛動物模型，骨癌痛的機制研究相對深入。除了上述機制外，骨癌痛有其獨特的機制。包括骨代謝的失衡，骨腫瘤組織及周圍組織微環境的改變，以及中樞神經和外周神經系統的改變等。

骨膜、骨皮質、骨髓中均含有Aβ、Aδ和C纖維，以及一些交感纖維，這構成了骨癌痛傷害感受性機制的解剖學基礎。正常人體骨骼，成骨細胞的骨合成與破骨細胞骨溶解處于平衡狀態。腫瘤細胞可分泌RANK受體配體，作用于破骨細胞及其前體表達的RANK（Receptor activator of nuclear factor kappa β）受體，從而激活破骨細胞活性，產生骨溶解。大量研究表明，破骨細胞介導的骨溶解，是導致骨癌痛的重要因素。因此臨床上，給予雙磷酸鹽類藥物抑制破骨細胞活性，即可一定程度上緩解骨癌痛。此外，骨腫瘤細胞可分泌前列腺素、神經生長因子等疼痛介質，刺激傷害性感受器，產生疼痛。由于炎癥反應、破骨細胞骨溶解等因素，腫瘤組織及附近組織微環境發生改變。例如，鄰近組織微環境呈酸性，H ⁺激活初級感覺神經元上的酸敏感性離子通道（acid sensing ion channels，ASICs），從而引起痛覺過敏。

內臟痛覺的初級傳入神經的神經元位于脊髓胸7～腰2和骶2～4后根神經節，以及Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ對腦神經節內。其外周突隨舌咽、迷走、交感和骶部副交感神經分布于內臟器官，中樞突一部分隨舌咽、迷走神經終止于孤束核，另一部分隨交感和骶部迷走神經終于脊髓灰質后角。痛覺信號在腦干和脊髓內的神經元中繼后，沿脊髓和腦干內的感覺神經通路，經由丘腦，傳導到大腦皮層，產生痛覺。

內臟腫瘤疼痛有其自身特點。內臟感覺傳入途徑比較彌散，一個臟器的痛覺傳入纖維可以經過幾個脊髓節段傳入中樞，而一根脊神經又可包含幾個臟器的傳入纖維，所以區別于軀體痛覺，內臟痛往往定位不清。例如，胃傳入節段包括胸6～9，與肝、膽、胰、脾、十二指腸等重疊。且內臟痛覺感受器分布較軀體稀疏的多，因此內臟疼痛表現為定位不清的鈍痛。

內臟中的痛覺感受器對機械性牽拉、痙攣、缺血和炎癥敏感。因此內臟癌痛，更多的是由于腫瘤占位壓迫，空腔臟器梗阻或實質性器官包膜牽拉導致的疼痛，以及繼發的炎癥和功能障礙導致的疼痛。正是上述的生理學原因，大部分腫瘤導致的內臟痛，有其共同特征：早期，未形成空腔臟器梗阻或實質性臟器包膜牽拉時，僅表現為輕度定位不清的鈍痛甚至無痛。中晚期，形成梗阻、壓迫甚至出現其他并發癥時，會表現為劇痛。而且隨著腫瘤的增大、疼痛日益劇烈。例如，肝腫瘤生長迅速時，肝包膜受到較大張力，便可出現右上腹劇烈脹痛。子宮癌、卵巢癌壓迫和侵犯輸尿管也可引起難忍的絞痛。膽囊癌、胰腺癌，造成膽道梗阻，引起劇烈上腹痛。顱內腫瘤造成顱內高壓引起的疼痛。

由于內臟痛傳導通路與自主神經反應的通路之間存在密切聯系，內臟系統的腫瘤疼痛，往往會伴有惡心、嘔吐、心血管、呼吸系統以及情緒方面的變化。同時，內臟痛覺信號易與軀體痛覺傳入纖維在脊髓層面發生匯聚，故內臟痛經常出現軀體牽涉痛的現象。

腫瘤，尤其是惡性腫瘤，可發生很多并發癥，從而引起疼痛。常見的有，腫瘤導致機體免疫力下降，誘發帶狀皰疹；腫瘤骨轉移，引起病理性骨折；腫瘤侵犯脈管系統，壓迫、堵塞或浸潤動脈、靜脈、淋巴管；腫瘤患者血液高凝狀態，引起靜脈血栓；一些內分泌系統的腫瘤和腫瘤異位內分泌綜合征，可形成人體內環境的紊亂，繼而形成疼痛性并發癥，如高鈣血癥所致結石、痛風等。

腫瘤進展過程中，若發生侵犯內臟神經系統，會出現劇烈疼痛、自發痛、爆發痛等表現。最常見的是胰腺癌侵犯腹腔神經叢引起的劇烈腹痛。

腫瘤治療所致的疼痛常見的有：①外科手術后疼痛：外科手術以及一些創傷性操作，損傷神經以及術后瘢痕形成微小神經瘤可引起疼痛；術后瘢痕的攣縮牽拉、癌瘤復發牽拉組織都可產生疼痛。②放射治療后疼痛：放射治療可使組織發生纖維化，壓迫或牽拉神經和疼痛敏感組織而產生疼痛。常見的放射治療后疼痛綜合征有放射性神經叢病和放射性脊髓病、黏膜炎、皮炎、腸炎、肺炎等。③化學治療后疼痛：肝動脈灌注化療和腹腔內化療后引起的彌漫性腹痛；化療后引起的靜脈炎、黏膜炎、腸炎、出血性膀胱炎、多發性神經炎等。④其他一些腫瘤治療藥物也可引起疼痛。例如干擾素引起的急性疼痛，這種疼痛表現為發熱、寒戰、肌痛、關節痛和頭痛。

腫瘤侵犯神經組織：癌細胞通過神經鞘周圍淋巴路或沿著神經周圍抵抗力較弱的部位浸潤，然后再向神經軸索侵入。癌癥侵犯神經所引起的疼痛有三個原因：①神經鞘內的神經纖維被浸潤絞窄所致；②癌細胞釋放某些致痛物質，如5-羥色胺、緩激肽、組胺等作用于周圍神經引起疼痛；③營養神經的血管被癌細胞所堵塞，神經纖維處于缺血狀態導致疼痛。臨床上，腫瘤侵犯神經引起的疼痛，往往非常劇烈、呈銳痛、爆發痛，常向體表神經分布區放射。例如，當癌瘤浸潤到臂叢神經或骶神經叢時，疼痛異常劇烈，且向上肢或下肢放射。

此外腫瘤治療過程中也會引起神經損傷。最常見的是化療藥物引起的化學性神經炎。臨床上常見的化療藥物，如順鉑、奧沙利鉑、紫杉烷、長春堿類等，能通過損害神經元胞體、軸漿運輸系統、神經纖維髓鞘和激活神經膠質細胞而導致化學性神經炎。目前，對化學性神經炎，尚無有效治療藥物。

傷害感受器和脊神經背根神經節的激活和致敏。腫瘤侵犯人體組織，通過如前所述的各種機制，釋放大量的疼痛介質，如K ⁺、H ⁺、5-羥色胺、組胺、前列腺素等。此外傷害性感受器本身可釋放SP、鈣基因相關肽等致痛物質。這些疼痛介質可激活傷害性感受器，同時可激活沉默傷害性感受器（silent nociceptor），最終表現為痛閾降低和痛覺反應增強（痛覺過敏）和非傷害性刺激引發疼痛（痛覺超敏）。例如，在骨癌痛中，輕輕搬動患者的患肢，即可誘發劇烈爆發痛，即為典型的痛覺超敏。此外，由于長期的傷害性刺激，傷害性感受器可發生可塑性改變，例如，在腫瘤及其附近組織，C纖維可顯著增生，參與了痛覺敏化的形成。

正常的神經纖維和神經元只有在受到傷害性刺激時才會產生電活動。但由于腫瘤侵犯了神經組織，或局部疼痛介質刺激，神經元興奮性增高，造成神經損傷區或神經元自發放電，從而產生爆發痛。這種不產生于痛覺感受器的放電，屬于異位放電。異位放電和自發放電，是癌痛神經病理性痛的重要機制。

在脊神經背根節和其外周突，分布有多種受體和離子通道，接受多種形式的傷害性刺激。腫瘤侵犯組織后，生成大量的疼痛介質，激活DRG神經元內的蛋白激酶如PKA、PKC等，使局部受體和通道磷酸化而結構改變，或在轉錄水平進行上調，從而使其敏化。例如，蛋白激酶可磷酸化位于傷害性感受器的瞬時電位陽離子通道V1（TRPV1），從而使其活性增強。河豚毒素不敏感型鈉通道（TTX-R）參與痛覺感覺沖動的發放，而腫瘤組織中的疼痛介質，PGE2，5-HT和腺苷能增加其表達，提高其活性。持續性的傷害性刺激，使α2δ鈣通道表達增加、活性增強，參與了外周敏化。臨床上使用的一線神經病理性疼痛治療藥物，如普瑞巴林，就是阻斷電壓依賴性的鈣通道的藥物。

脊髓背角是接受外周感覺傳入纖維和下行控制系統的初級整合中樞。由于外周長時間高閾值的痛覺信號傳入，脊髓背角神經元、突觸傳遞、脊髓背角抑制性神經環路以及膠質細胞均可發生可塑性改變。

DRG傳入纖維末端釋放大量的谷氨酸，同時神經損傷還可抑制脊髓內谷氨酸轉運體的功能，導致脊髓背角谷氨酸增加，興奮NMDA受體和AMPA受體，導致脊髓背角神經元興奮性增加和對疼痛刺激閾值下降。NMDA受體的激活，會導致脊髓背角神經元敏化，即神經元向上游傳遞更高頻率和更高強度的痛覺信號。此外，NMDA受體的激活，還可啟動PKC介導的細胞內的聯級反應，從而產生長期的脊髓背角神經元可塑性變化。

神經系統的突觸傳遞效能，一般是不會變化的。在病理狀態下，突觸效能發生改變。突觸傳遞效能長時間增強，時間可長達數小時或數周，稱之為長時程增強（longterm potentiation，LTP）。而突觸效能長時程的減弱，稱之為長時程抑制（long-term depression，LTD）。由于長時間的痛覺傳入，脊髓痛覺傳導通路相關突觸的長時程增強，參與了中樞敏化。有研究表明，初級傳入纖維與脊髓背角神經元之間的突觸傳遞效能長時程增強，是中樞敏化的主要原因。

神經損傷后，脊髓內的部分膠質細胞被激活。星形膠質細胞可釋放疼痛介質，如前列腺素、興奮性氨基酸等，小膠質細胞可激活補體系統，生成炎癥因子，如NO，氧自由基等。這些疼痛介質的釋放，作用于神經元，從而介導了脊髓的痛覺敏化。

脊髓內除了存在痛覺的興奮性傳導通路，也存在抑制性通路。兩者共同參與維持痛覺的正常傳導。神經損傷后脊髓內GABA能和甘氨酸能抑制性神經環路功能的降低，是誘發痛覺過敏和痛覺超敏的主要原因。此外，由于脊髓背角抑制性回路功能的減低，可促使來源于Aβ纖維的非痛覺傳入信號，傳入到痛覺通路，從而介導痛覺超敏。

痛覺信號傳導通路還受到脊髓上位腦中樞的調控。丘腦和扣帶回均參與疼痛信號傳遞的調控。有研究表明，脊髓下行痛覺抑制系統功能的減弱，與神經病理性疼痛的產生有密切關系。

嚴重疼痛，加上對疾病治療、轉歸的失望和無助感，以及腫瘤對患者生活及各項功能的嚴重損害，腫瘤患者多患有焦慮、抑郁、多疑等心理、精神方面的反應。這些心理因素，又可加重腫瘤疼痛的程度，形成惡性循環。因此，心理治療，以及抗抑郁等藥物治療也非常重要。