頭痛是因為頭顱內外的痛覺神經末梢受到刺激而引起，常見的刺激原因有：物理、化學、生物方面的原因，如撞擊、炎症、腫瘤擠壓、血腫壓迫等，這些刺激經過神經衝動傳導給大腦，便產生頭痛。具有痛覺神經末梢的的頭顱組織有：
顱內組織
1、硬腦膜不同部位硬腦膜對痛覺的敏感性不同，其中後顱底部位最為敏感，以溴窩最強。大腦鐮及大腦凸面不敏感。
2、血管顱內外的動脈對痛覺都很敏感，其中最為敏感的是腦膜中動脈。大腦中動脈和椎動脈的起始部1-2釐米有痛覺。大腦靜脈無痛覺，靜脈竇有痛覺，如海綿竇、乙狀竇、橫竇。
3、顱神經舌咽神經、三叉神經、面神經中的中間神經、迷走神經在顱內的根絲和頸1-3神經根對疼痛均十分敏感。
4、蛛網膜只有顱底大血管周圍的蛛網膜對痛覺敏感。
顱外組織
顱外的血管、骨模、肌肉、頭皮、皮下組織、帽狀腱膜等對痛覺都敏感，也是頭痛的主要組織。
1、通常容易頭痛的顱外動脈有枕動脈、顳淺動脈和耳後動脈，這些血管對血管內腔的擴張，血管壁的牽拉、扭曲都會導致波動性疼痛的產生。
2、引起頭痛的肌肉有：顳肌、頭半脊肌、頭最長肌、頸最長肌、枕後肌群、頭夾肌、頸夾肌等等。
3、顱外神經末梢：枕大神經、枕小神經、眶上神經、耳大神經、耳顳神經的末梢對痛覺極為敏感。
4、骨模：顱底骨模對疼痛敏感，頂部的骨模則不敏感。
5、其他組織：鼻竇、副鼻竇的粘膜組織，外耳、中耳、牙髓等對疼痛敏感，可以引起頭痛。
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