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骨转移导致的癌痛机制来自肿瘤细胞对骨或骨膜上伤害性感受器所施加的化学和机械刺激，以及肿瘤浸润感觉神经所引起的疼痛。 一般认为，肿瘤导致的骨破坏、病理性骨折、累及骨膜、神经浸润及肿瘤释放的递质激活伤害感受器等均是引起急性癌痛的原因。
另外，肿瘤破坏骨质时产生前列腺素E1(PGE1)和前列腺素E2(PGE2)可致敏周围神经末梢;这种持续性疼痛可引起伤害性感受器的敏化(对伤害性或非伤害性刺激反应过度)，在临床上表现为异常性疼痛和痛觉过敏。
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