丛集性头痛比较严重的一种血管性头痛。病因不明，传统的观点认为丛集性头痛与血管功能障碍有关。发病机制尚未完全清楚。通过临床的一系列检查，初步可知：

有研究发现丛集性头痛发作时痛侧海绵窦段大脑中动脉管径扩大，发作停止后变小。经颅多普勒检查，丛集性头痛发作时痛侧大脑中动脉平均血流速度明显高于对侧，也高于缓解期，而痛侧大脑前动脉流速低于对侧。

热成像检查发现痛侧眶区散热增加。有人发现丛集性头痛丛集发作期眶上静脉及海绵窦有炎性改变，导致眼静脉回流障碍并激活疼痛神经纤维，引起眼痛、流泪、鼻塞、流涕等症状。

丛集性头痛患者痛侧颞部皮肤肥大细胞增多，其活性增强，该细胞能合成和释放某些血管活性物质，如组胺、5-HT等。据此提出丛集性头痛发病与组胺有关，但确切机制，因果关系并不清楚。

疼痛发作侧的自主神经症状，提示交感神经兴奋性降低，副交感神经兴奋性增高，说明自主神经功能障碍在丛集性头痛发病中起一定作用。

实验发现眶上静脉及海绵窦炎症可能损害交感神经纤维，引起自主神经症状，因此，可以认为血管因素和神经因素在头痛发作中可能共同起作用。

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