颅内、外结构感受疼痛刺激，由末梢感受器发出冲动，经过痛觉传导通路向中枢神经系统最终向大脑皮质传导。
颅外各结构的疼痛由三叉神经、上颈段神经传导，部分由舌咽、迷走神经传导。
颅内各结构的疼痛由三叉神经、舌咽神经、迷走神经、第二、三颈神经和大脑动脉周围的交感神经丛传导。
1）小脑幕以上的硬脑膜和硬膜动脉的痛觉，由三叉神经传导。其中痛觉最敏感的硬膜中动脉分别有三叉神经第一支和第二支分布，所以幕上肿瘤等占位性病变牵扯硬膜和硬膜动脉所造成的头痛多投射到体表前额部、颞侧部及眼眶部。垂体肿瘤时，蝶鞍隔膜受刺激，眼眶后出现痛感。
2）小脑幕则由三叉神经第一支发出的小脑幕神经支配。该神经与滑车神经邻近走行，在小脑幕两层之间进入幕中，向后走行并发出许多分支，呈扇形网眼状排列，并发出小分支到横窦、大脑镰后部、上矢状窦后部等处。这样，小脑幕上面、横窦上面和上矢状窦后部等处的刺激就可以沿着三叉神经第一支传导，同时向眼眶、前额和颞部放散而引起该部头痛。
3）颅内的颈内动脉、大脑前动脉、大脑中动脉、大脑后动脉等处大血管起始部痛觉由三叉神经和动脉壁上的交感神经丛传导，这些部位的痛感向眼眶周围、前额部和颞部放散。
4）从第二、三颈神经发出的硬膜上行支，入颅后分布于枕骨大孔附近的硬膜、椎动脉和硬膜后动脉。在桥小脑角部听神经瘤初期，肿瘤的刺激产生疼痛向着第二、三颈神经支配区投射，产生患侧枕下部局限性头痛。
5）横窦、直窦、乙状窦的痛觉由舌咽神经和迷走神经传导。
综上所述，一般规律是，幕上各颅内结构的痛觉刺激所造成的头痛多出现在经过头顶和外耳孔额切面的前方，幕下各结构的刺激所造成的头痛多出现在额切面的后方。
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