而顱骨、大部分軟腦膜、全部的腦實質、腦室、室管膜以及脈絡絲等均不會產生疼痛。
產生頭痛的主要機理有：
顱內外動脈的擴張（血管性頭痛）； 顱內痛覺敏感組織被牽引或移位（牽引性頭痛）； 顱內外感覺敏感組織發生炎症（例如腦膜刺激性頭痛）； 顱外肌肉的收縮（緊張性或肌收縮性頭痛）； 傳導痛覺的顱神經和頸神經直接受損或發生炎症（神經炎性頭痛）； 五官病變疼痛的擴散（牽涉性頭痛）等。在發生上述頭痛過程中有致痛的神經介質參與，如P物質、神經激肽A、5羥色胺（5-HT）、降鈣素基因相關肽（CGRP）、血管活性腸肽（VIP）和前列腺素（PGE）等。此外，精神因素也可引起頭痛，可能與疼痛耐受閾值的降低有關。與任何疼痛一樣，疼痛的嚴重程度也因人而異，同一病人的頭痛也可因當時的身體和精神狀況不同而有所不同。此外，一些疾病中的頭痛，其產生機理也常非單一因素引起。如：高血壓性頭痛既有與血壓直接有關的血管性頭痛，也有與情緒緊張有關的肌收縮性頭痛，而血壓恢復正常後，後者並能得到緩解。了解這些對頭痛的防治有重要意義。
為了便於臨床系統的思考，可將常見頭痛的原因歸納為下列四類：
顱內病變引起的頭痛疼痛多較劇烈，多為深部的脹痛、炸裂樣痛，常不同程度地伴有嘔吐、神經系統損害體征、抽搐、意識障礙、精神異常以至生命體征的改變。
腦膜腦炎屬腦膜刺激性頭痛，頸項部也多疼痛，有腦膜刺激征。起病多較急驟，並有發熱和腦脊液的陽性所見。
腦血管病 出血性腦血管病：腦出血多有劇烈頭痛，但不以頭痛就診。以頭痛為主訴者為蛛網膜下腔出血，常因無偏癱等神經系統局限體征，而被漏診。本病多在用力或情緒激動後突發劇烈頭痛、嘔吐、也具有腦膜刺激性頭痛特點。病因多為先天性動脈瘤、動靜脈畸形和腦動脈硬化。血性陳舊出血性腦脊液可以確診。 缺血性腦血管病：腦血栓一般甚少頭痛，但椎一基底動脈短暫缺血發作性頭痛並不少見，以下諸占可作為診斷依據：①頭痛可因頭位轉動或直立位時誘發。②頭痛前後或同時多伴有其他腦幹短暫性缺血症状，以眩暈最多見，其他可有閃輝暗點、黑朦、復視、口面麻木、耳內疼痛、視物變形等。③可有輕微的腦幹損害體征，如眼球震顫（患者頭後仰轉頸，使一側椎動脈受壓後更易出現）、一側角膜反射或（和）咽反射的遲鈍或消失、平衡障礙或陽性病理反射等。④有明確病因，如腦動脈硬化、糖尿病、冠心病以及頸椎的增生、外傷或畸形等。⑤腦血流圖（頭後仰轉頸後波幅下降達30%以上）、顱外段椎動脈都卜勒超聲檢查（管徑狹窄或/和血流量降低）、眼震電圖（轉頸後出現眼震）等實驗室檢查陽性。缺血性腦血管病產生頭痛的機制，可能因顱內供血不足，顱外血管代償性擴張所致，因此，也具有血管性頭痛特點。 腦動脈硬化：系因腦部缺氧引起。頭痛多伴神經衰弱表現，有高血壓者則有高血壓頭痛特點，並有輕微神經系統損害體征，眼底和心臟等有動脈硬化徵象和血脂增高等。 高血壓腦病：高血壓患者如血壓驟升而致腦部小動脈痙攣發生急性腦水腫時，可因急性顱內壓增高而產生劇烈頭痛，眼底可見視網膜動脈痙攣、出血、滲出等。多見於尿毒症和子癇等。 顱內腫物及顱內壓增高包括腦瘤、腦膿腫、顱內血腫、囊腫（蛛網膜炎）、腦寄生蟲等。一方面，腫物本身對顱內疼痛敏感組織的壓迫、推移、可引起局部及鄰近部位的頭痛（牽引性頭痛），如垂體瘤可產生雙顳或眼球後脹痛，頭痛呈進行性加重，並有神經系統局限體征；另一方面，80%的腫物患者有顱內壓增高，全頭部呈現脹痛、炸裂痛，緩慢發生者早期僅在晨起後發生（因平臥一夜後腦靜脈鬱血，顱內壓更加增高），以後逐漸為持續性痛，在咳嗽、用力後因顱壓突增，頭痛加重，並有嘔吐、視乳頭水腫、視網膜出血、精神症状、癲癇等。
低顱壓症候群多發生於腰椎穿刺、顱腦損傷、手術或腦膜腦炎等之後以及嚴重脫水等情況下，側臥位腰穿腦脊液壓力在0.59-0.78kPa（70-80mm水柱）以下，或完全不能流出。起坐後突發劇烈頭痛，常伴噁心、嘔吐、系因此時顱內壓進一步下降，顱內疼痛敏感組織失去了腦脊液的托持而受到牽拉所致，故也屬於牽引性頭痛。平臥後頭痛即迅速緩解。偶或有徐脈和血壓升高。
癲癇性頭痛多見於青少年及兒童、頭痛呈劇烈搏動性痛或炸裂痛，發作和終止均較突然，為時數秒至數十分鐘，偶可長達一天，發作頻率不等。可伴有噁心、嘔吐、眩暈、流涕、流淚、腹痛、意識障礙或恐怖不安等。腦電圖檢查特別在發作進常有癲癇波形，也可有其他類型的癲癇發作史、癲癇家族史和有關的病因史，服用抗癲癇藥物可控制發作。可能系各種疾病導致間腦部位異常放電所致。
顱腦損傷後頭痛顱腦損傷早期頭痛與軟組織損傷、腦水腫、顱內出血、血腫、感染等有關。後期的頭痛相當多見，大多為衰弱表現，稱為「外傷性神經症」或「腦外傷後症候群」。但很大一部分患者或並發或單獨尚有其他頭痛表現，機制也十分複雜。常見的有血管性頭痛（包括各種類型的偏頭痛類血管性頭痛）、肌收縮頭痛、顱表神經痛以及頭皮疤痕引起的頭痛等。系與局部血管、血管運動中樞、頭皮、頸肌、頸神經根或頭頸部各個神經動脈短暫缺血等因素有關。少數頭痛為外傷晚期併發症引起，如顱內血腫、外傷性腦蛛網膜炎、低顱壓症候群、自發性氣腦、癲癇性頭痛以及晚發性腦膿腫、腦膜炎等。故應詳細詢問病史並作有關檢查，明確頭痛的性質和類型，不宜不加分析籠統地診斷為腦外傷後遺症。
顱外頭頸部病變引起的頭痛 血管性頭痛這是最重要最常見的，呈現與脈搏一致的搏動性痛或脹痛。低頭、受熱、用力、咳嗽等均可使頭痛加重。檢查可見顳動脈隆起，搏動增強，壓迫後頭痛可減輕。可分為兩類：
偏頭痛類：均呈急性複發性發作，並伴有一些特異症状。 偏頭痛：常在青春期發病，部分患者有家族史，多因勞累、情緒因素、經期等誘發。典型者（眼型偏頭痛）頭痛發作前先有眼部先兆，如閃輝、黑朦、霧視、偏盲等，也可有面、舌、肢體麻木等，與顱內血管痙攣有關。約10-20分鐘後，繼以顱外血管擴張，出現一側或雙側劇烈搏動性痛或脹痛，多伴有面色蒼白、肢冷、嗜睡等，並可有情緒和行為等改變；頭痛至高峰後噁心、嘔吐、持續數小時至一天恢復。發作頻率不等。無上述先兆者稱普通型偏頭痛。較為常見，發作長者可達數日。少數頭痛反覆發作後出現一過性動眼神經麻痹者稱「眼肌麻痹型偏頭痛」，但發病久後眼肌麻痹不再恢復。本病發病機制複雜，近年傾向於認為，誘發因素作用於中樞神經後，經單胺能通路產生神經遞質變化，繼之激活血小板引起5-HT和血栓素A2（TX A2）的釋放和耗竭，相繼產生顱內外血管的收縮及擴張，擴張管壁由於吸附5-HT產生血管過敏，加之組織胺、緩激肽等參與，發生頭痛及其神經性血管性反應。 叢集性頭痛：成年男性多見，發作時顱內外血管均有擴張，搏動性劇痛以一側眶上眶周為主，伴有頭痛側流涕、鼻阻、顏面充血等，持續約半小時至2小時緩解，常在每天同一時間以同一形式多次發作，夜間也可發生。發作持續數周至2-3個月後，逐漸減少，減輕而停止。但間隔數周或數年後再次出現類似的叢集樣發作。病因也未完全明了，有的可能和過敏反應、外傷、蝶齶神經節或岩大淺神經病變有關。 頸性偏頭痛：與頸椎外傷或增生有關。症状類似偏頭痛，但頭痛同時伴有椎動脈痙攣產生的腦幹缺血症状，如眩暈、耳內疼痛、咽部異物感、吞咽發音障礙等，以及頭痛側上肢的麻木、疼痛、無力等頸胸神經根刺激症状。隨頭痛恢復，上述症状也均消失。間歇期可有頸部活動受限、頸肌壓痛和頸胸神經根損害的一些體征，有的遺有輕度持續性頭痛。耳部病變：急性中耳炎、乳突炎可有嚴重耳痛並擴及一側頭痛，多呈搏動性。 口腔病變：牙痛有時可擴及病側面部疼痛。顳頜關節痛常自局部擴及一側頭痛，咬合時關節疼痛，並有局部壓痛。 頭頸部以外軀體疾患引起的頭痛
發生頭痛的機制及其原因大致可分為三類：
非偏頭痛類血管性頭痛。 牽引性頭痛：見於心功不全、肺氣腫等，因顱內靜脈鬱血，引起輕度腦腫脹所致。 神經衰弱性頭痛（神經衰弱症候群）：多見於慢性感染（結核、肝炎、小兒腸寄生蟲病等）和內分泌代謝疾患（甲亢、更年期等）。 神經官能症及精神病引起的頭痛臨床上最常見的頭痛原因是神經衰弱，但必須在排除上述各種器質性疾病並有明確的神經衰弱表現時，方能診斷。頭痛可能與對疼痛的耐受閾降低有關，但有患者因血管功能失調或精神緊張，頭痛具有血管性頭痛或肌收縮性頭痛的特點。焦慮症頭痛多伴有明顯的焦慮不安表現。抑鬱患者也常有頭痛，抑鬱症状反被忽略，應高度警惕。癔症的頭痛多部位不定，性質多變，且有其他癔病表現，如發病的情緒因素以及軀體的其他種種不適等。有時也可出現急性頭痛發作，症状誇張，常號哭、翻滾、呼叫，除有零亂的感覺障礙和雙側腱反射亢進外，體檢及神經系統無其他異常。當詢問病史及查體以吸引其注意力後，頭痛可明顯減輕，暗示治療可迅速痊癒。重性精神病中也可有頭痛，但很少以頭痛為主訴就診。
檢查要突出重點又不遺漏，注意有無視乳頭水腫、復視、視物變形、視野缺損、平衡障礙、球麻痹、失認、肢體麻木、單癱、偏癱、交叉癱、腦膜刺激征等神經系統體征；也應注意有無高血壓、頸部淋巴結腫大、副鼻竇區壓痛、眼壓增高、心律失常、心臟雜音及臟器腫大等。
頭頸CT檢查了解有無腦內佔位病變及腦室系統擴大；腦電圖檢查了解有無異常腦電波；腰穿了解顱內壓，查腦脊液細胞學、生化及寄生蟲抗體等；X線副鼻竇攝片了解有無鼻竇炎，檢查眼壓有無升高；頸椎平片了解頸椎情況。
檢查要突出重點，即根據問診材料考慮到最大可能的某種或某幾種疾病後，首先加以檢查，以求儘快肯定或否定某些診斷。例如頭痛而有嘔吐的患者，一旦病史不符偏頭痛、青光眼、癲癇、胃腸道病變等時，應即考慮到顱內病變，要儘快進行一系列神經系統和有關的實驗室檢查，直至澄清診斷為止。
在明確頭痛病因後，有時還需要進一步的檢查，這是由於：①頭痛原因可能不止一個，如偏頭痛患者易患高血壓；腦外傷後頭痛除神經衰弱表現外，還可合併有其他類型的甚至顱內併發症的頭痛。②一種頭痛的病因可繼發另一種病因的頭痛。如副鼻竇炎可誘發眶上神經痛，中耳炎可繼發顱內膿腫等。在臨床中均應提高警惕。
治療頭痛首先在於積極予防和治療各種原發病。尤其當可能合併其他惡性疾病的時候（顱內腫瘤等），更加要注意，切不能濫用止痛藥掩蓋病情，給診斷造成困難。但根據流行病學資料，大多數頭痛都是良性疾病，並非惡性腫瘤，頭痛患者無需過度憂慮，但有病還是需要去醫院檢查清楚。頭痛的治療往往不容易徹底根治，除非找到確切的病因並可永久去除病因。由於導致頭痛的原因非常多，病因非常複雜，所以患者不應該在出現頭痛的時候就想到吃止痛藥，應該警惕，看過醫生之後，確定沒有惡性疾病，且無法根治的時候才可以長期適當使用止痛藥。
具體每種疾病的治療詳見相關詞條。這裡只簡單介紹頭痛的治療。
對症治療則可使用除嗎啡類以外的止痛藥物，如各種解熱止痛劑，可根據病情頓服或短期2-3次/d服用，嚴重者可少量服用可待因、顱痛定或二氫埃托啡等。可酌情加用各種鎮靜劑或安定劑，對焦慮煩躁者尤宜。有抑鬱表現者，加用抗抑鬱劑。在治療上，也可針對頭痛發生的機理進行，例如：
糾正顱內壓：如顱內壓高者給以脫水、利尿劑；低顱壓者，靜脈給以低滲液等。 收縮擴張的血管：如偏頭痛發作時，及早使用麥角製劑。對非偏頭痛類血管性頭痛，則常用含有咖啡因的復方解熱止痛藥，如APC、索米通、米格來寧等以改善血管張力。 鬆弛收縮的肌肉：適用於肌收縮性頭痛，如按摩、熱療、痛點奴佛卡因封閉等，或服用弱效安定劑如安定、安寧等，既有助鬆弛肌肉，也有助於解除精神緊張。 封閉罹患的顱表神經：用於顱表神經痛。 「更新」病變的腦脊液：如蛛網膜下腔出血後的劇烈頭痛，可在病情平穩後顱壓不高的情況下，酌情放出血性腦脊液5～10ml，或再注入等量氧氣，以促使腦脊液的吸收「更新」，常可使頭痛迅速緩解。此法也適用於漿液性腦膜炎的頭痛。常用止痛劑
普遍使用的止痛劑屬非類固醇一類，但對於部份偏頭痛患者，他們可能需要特別處方的藥物。以下列出常用的止痛藥，亦有消炎退熱作用：
阿司匹林 撲熱息痛 布洛芬 雙氯芬酸 萘普生頭痛，病證名。凡整個頭部以及頭的前、後、偏側部疼痛，總稱疼痛。凡外感六淫，內傷臟腑，導致陽氣阻塞，濁邪上鋸，肝陽上亢，精髓氣血虧損，經絡運行失常者，均能發生頭痛。按病因分，頭痛有外感、內傷之別。外感頭痛，有感冒風寒、風熱、風濕、傷暑，火邪致痛及傷寒頭痛等。內傷頭痛，有氣虛、血虛、陽虛、陰虛、肝陽、傷食、瘀血致痛等。從經絡分，有三陽頭痛（太陽頭痛、陽明頭痛、少陽頭痛）、三陰頭痛（太陰頭痛、少陰頭痛、厥陰頭痛）等。按病情輕重、病程長短、發作規律及疼痛部位分，有真頭痛、頭風、偏頭痛、雷頭痛、腦風、巔頂痛、久頭痛等。
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