Schmerzentstehung in Nervenzellen: Ursachen und Mechanismen

Schmerz ist eine komplexe Erfahrung, die sowohl sensorische als auch emotionale Komponenten beinhaltet. Er dient als Warnsignal des Körpers, das auf eine tatsächliche oder drohende Gewebsschädigung hinweist. Die Entstehung von Schmerzen ist ein vielschichtiger Prozess, an dem verschiedene Mechanismen und Strukturen des Nervensystems beteiligt sind. Dieser Artikel beleuchtet die Ursachen der Schmerzentstehung auf zellulärer Ebene, insbesondere in den Nervenzellen, und geht auf verschiedene Schmerzarten und deren Entstehungsmechanismen ein.

Einführung

Schmerz ist ein Warnsignal des Körpers, das auf eine Schädigung oder Fehlfunktion hinweist. Er wird von spezialisierten Nervenzellen, den Nozizeptoren, wahrgenommen und über Nervenbahnen zum Gehirn geleitet, wo er bewusst wahrgenommen und bewertet wird. Die Schmerzwahrnehmung ist ein komplexer Prozess, der von verschiedenen Faktoren beeinflusst wird, darunter die Art und Intensität des Reizes, die individuelle Schmerzempfindlichkeit und der psychische Zustand.

Akuter versus chronischer Schmerz

Es wird zwischen akutem und chronischem Schmerz unterschieden. Akute Schmerzen dauern wenige Tage bis Wochen, maximal aber drei Monate an und haben eine wichtige Schutzfunktion. Sie signalisieren eine akute Gewebsschädigung und sorgen für Schonung und Heilung. Chronische Schmerzen hingegen bestehen länger als drei Monate, oft auch nach Abheilung der ursprünglichen Ursache. Sie haben meist keine sinnvolle Funktion mehr und können die Lebensqualität erheblich beeinträchtigen.

• Akute Schmerzen: Sie sind Schmerzen, die wenige Tage bis Wochen, höchstens aber drei Monate anhalten. Dies entspricht ungefähr dem Zeitraum, in dem der Körper die meisten Gewebeverletzungen repariert, zum Beispiel einen Knochenbruch, Bänderriss oder Bandscheibenvorfall. Akute Schmerzen haben eine wichtige Schutzfunktion: Wenn man sich an einem Dorn sticht oder auf eine heiße Herdplatte fasst, bewirkt der sofort einsetzende Schmerzreiz, dass man die Hand rasch zurückzieht. Dies bewahrt den Körper vor einer größeren Verletzung. Ist es schon zu einer Gewebsschädigung gekommen, sorgen Schmerzen für Schonung und eine ungestörte Heilung - weil es weh tut, zum Beispiel die Wunde anzufassen oder den verletzten Körperteil zu bewegen.
• Chronische Schmerzen: Bei Schmerzen, die länger als drei Monate andauern, spricht man von chronischen Schmerzen: Sie halten an, obwohl ihre Ursache bereits abgeheilt ist. Dagegen haben chronische Schmerzen meist keine sinnvolle Funktion. Im Gegenteil: Sie können verschiedene Probleme nach sich ziehen - zum Beispiel die Beweglichkeit einschränken, den Schlaf stören, zu Erschöpfung und psychischer Belastung führen und die Arbeitsfähigkeit beeinträchtigen.

Ursachen der Schmerzentstehung in Nervenzellen

Die Entstehung von Schmerzen beginnt in der Regel mit der Aktivierung von Nozizeptoren, die in fast allen Körpergeweben vorkommen. Diese Schmerzrezeptoren reagieren auf verschiedene Reize, die eine Gewebsschädigung signalisieren, wie z.B. mechanische Reize (Druck, Zug), thermische Reize (Hitze, Kälte) oder chemische Reize (Entzündungsmediatoren).

Nozizeptoren und ihre Aktivierung

Nozizeptoren sind spezialisierte Nervenendigungen, die in fast allen Körpergeweben vorkommen und auf potenziell schädliche Reize reagieren. Sie wandeln diese Reize in elektrische Signale um, die über Nervenfasern zum Rückenmark und Gehirn geleitet werden. Es gibt verschiedene Arten von Nozizeptoren, die auf unterschiedliche Reize spezialisiert sind:

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• Polymodale Nozizeptoren: Sie reagieren auf mechanische, thermische und chemische Reize.
• Mechanosensitive Nozizeptoren: Sie reagieren auf mechanische Reize wie Druck oder Zug.
• Thermosensitive Nozizeptoren: Sie reagieren auf thermische Reize wie Hitze oder Kälte.
• Chemosensitive Nozizeptoren: Sie reagieren auf chemische Reize wie Entzündungsmediatoren.

Die Aktivierung von Nozizeptoren führt zur Freisetzung von Neurotransmittern, die das Schmerzsignal an nachgeschaltete Nervenzellen weiterleiten.

Entzündungsmediatoren und ihre Rolle

Entzündungen spielen eine wichtige Rolle bei der Schmerzentstehung. Bei Entzündungen werden verschiedene Entzündungsmediatoren freigesetzt, die Nozizeptoren sensibilisieren und ihre Erregbarkeit erhöhen können. Dadurch können bereits harmlose Reize Schmerzen auslösen (Hyperalgesie). Zu den wichtigsten Entzündungsmediatoren gehören:

• Prostaglandine: Sie erhöhen die Empfindlichkeit der Nozizeptoren für andere Reize.
• Bradykinin: Es aktiviert Nozizeptoren direkt und führt zu Schmerzen.
• Zytokine: Sie verstärken die Entzündungsreaktion und tragen zur Schmerzchronifizierung bei.
• Histamin: Es erhöht die Durchlässigkeit der Blutgefäße und fördert die Entstehung von Ödemen, die auf Nozizeptoren drücken können.

Nervenschädigungen und neuropathische Schmerzen

Nervenschädigungen können zu neuropathischen Schmerzen führen. Diese entstehen durch Reizungen oder Schädigungen von Nervenfasern und können verschiedene Ursachen haben, wie z.B. Verletzungen, Stoffwechselstörungen oder Alkoholmissbrauch. Neuropathische Schmerzen werden oft als brennend, stechend oder einschießend beschrieben und können mit Kribbeln, Taubheit oder Überempfindlichkeit einhergehen.

• Schmerzen aufgrund von Nervenschäden (neuropathische Schmerzen): Sie gehen auf Reizungen oder Schäden an Nervenfasern zurück und können verschiedene Ursachen haben. Dazu gehören Nervenreizungen oder -schäden infolge von Verletzungen, Störungen des Stoffwechsels oder Alkoholmissbrauch. Beispiele für neuropathische Schmerzerkrankungen sind Ischialgien, Nervenschmerzen nach einer Gürtelrose oder Schmerzen durch Nervenschäden bei Diabetes. Neuropathische Schmerzen können einschießend oder anfallsartig auftreten, mit Kribbeln und Taubheit einhergehen und zu einer Überempfindlichkeit führen. Bereits kleine, eigentlich harmlose Reize können dann Schmerzen auslösen. Neuropathische Schmerzen werden manchmal chronisch und verselbstständigen sich. Das heißt, sie bestehen weiter, obwohl sich das verletze Gewebe erholt hat.

Veränderte Schmerzverarbeitung im Gehirn

In manchen Fällen sind Schmerzen die Folge von Störungen der Schmerzverarbeitung im Gehirn. Solche Schmerzen sind oft unspezifisch und haben keine bekannte Ursache. Sie werden auch als "dysfunktionale Schmerzen" bezeichnet. Langanhaltender Stress kann die Schmerzverarbeitung im Gehirn beeinträchtigen und zu chronischen Schmerzen führen.

• Schmerzen aufgrund einer veränderten Schmerzverarbeitung: Manchmal sind Schmerzen die Folge von Störungen der Schmerzverarbeitung im Gehirn. Solche Schmerzen sind oft unspezifisch - es gibt keine bekannte Ursache, die Auslöser sind vielfältig. Weil solche Schmerzen keinen „Grund“ und keinen physiologischen Zweck haben, werden sie auch „dysfunktionale Schmerzen“ genannt.

Das Schmerzgedächtnis

Länger anhaltende Schmerzen können im Nervensystem "Schmerzspuren" hinterlassen, die die Nervenzellen immer empfindlicher machen. Manchmal wird in diesem Zusammenhang von einem "Schmerzgedächtnis" gesprochen. Verletzungen an Nerven können in manchen Fällen dazu führen, dass Nervenfasern umgebaut werden und Nerven, die für die Sinneswahrnehmung zuständig sind, auch Schmerzsignale weitergeben.

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• Nach aktuellem Wissen können länger anhaltende Schmerzen im Nervensystem „Schmerzspuren“ hinterlassen, die die Nervenzellen immer empfindlicher machen. Manchmal wird in diesem Zusammenhang von einem „Schmerzgedächtnis“ gesprochen. Auch andere Prozesse könnten eine Rolle spielen. Beispielsweise führten Verletzungen an Nerven in manchen Tierstudien dazu, dass Nervenfasern umgebaut wurden: Nerven, die für die Sinneswahrnehmung zuständig sind, gaben dann auch Schmerzsignale weiter.

Verschiedene Arten von Schmerzen

Schmerzen werden je nach Ursache und Entstehungsmechanismus in verschiedene Arten eingeteilt:

Nozizeptive Schmerzen

Nozizeptive Schmerzen entstehen durch die Aktivierung von Nozizeptoren aufgrund von Gewebsschädigungen oder -reizungen. Sie haben eine wichtige Schutzfunktion und signalisieren eine akute Gefahr für den Körper.

• Nozizeptive Schmerzen: Dies sind Schmerzen, die durch eine Verletzung, Hitze oder Störungen im Gewebe oder an Organen ausgelöst werden, wie etwa Knochenbrüche, Koliken aufgrund von Nierensteinen oder auch Schmerzen infolge eines Herzinfarkts. Sie haben eine wichtige Schutzfunktion. Bei diesen Schmerzen gehen die Schmerzsignale von speziellen Schmerzrezeptoren aus - den sogenannten Nozizeptoren. Je nach Ursache können die Schmerzen brennend, stechend oder pochend sein. Schmerzen an inneren Organen fühlen sich eher dumpf, tiefliegend oder krampfartig an und es ist oft schwerer zu sagen, wo genau es weh tut.

Entzündungsschmerzen

Entzündungsschmerzen werden durch Entzündungsprozesse im Immunsystem ausgelöst. Sie haben eine vergleichbare Schutzfunktion, können aber auch chronisch werden, wenn sich das Immunsystem gegen körpereigene Zellen richtet.

• Schmerzen aufgrund von Entzündungen: Sie werden durch Entzündungsprozesse im Immunsystem ausgelöst - etwa durch Infektionen - und haben eine vergleichbare Schutzfunktion. Bei manchen Erkrankungen richtet sich das Immunsystem jedoch gegen körpereigene Zellen und verursacht anhaltende Entzündungen, die zu chronischen Schmerzen führen können. Ein Beispiel hierfür ist die rheumatoide Arthritis.

Neuropathische Schmerzen

Neuropathische Schmerzen entstehen durch Schädigungen oder Funktionsstörungen von Nervenfasern. Sie können verschiedene Ursachen haben und werden oft als brennend, stechend oder einschießend beschrieben.

Reflektorische Schmerzen

Reflektorische Schmerzen entstehen durch Fehlsteuerungen im Körper, z.B. durch Muskelverspannungen oder -funktionsstörungen. Sie können sich selbst verstärken und zu einem Teufelskreis führen.

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Psychosomatische Schmerzen

Psychosomatische Schmerzen haben ihren Ursprung in psychischen Belastungen oder Stress. Sie können sich in verschiedenen Körperregionen manifestieren und oft schwer von körperlich bedingten Schmerzen zu unterscheiden sein.

Viszerale Schmerzen

Viszerale Schmerzen entstehen in den inneren Organen und sind oft schwer zu lokalisieren. Sie werden vom Gehirn bestimmten Körperregionen zugeordnet (Head'sche Zonen).

Somatische Schmerzen

Somatische Schmerzen entstehen durch Verletzungen oder Reizungen von Haut, Muskeln, Knochen oder Gelenken. Sie sind meist gut lokalisierbar und verschwinden, sobald die Ursache beseitigt ist.

Die Rolle des Zentralnervensystems bei der Schmerzwahrnehmung

Die Schmerzwahrnehmung ist ein komplexer Prozess, an dem verschiedene Hirnregionen beteiligt sind. Es gibt kein abgegrenztes Schmerzzentrum im Gehirn, sondern ein Netzwerk von Neuronen, das die Schmerzsignale verarbeitet und bewertet. Die wichtigsten Strukturen des Zentralnervensystems bei der Schmerzwahrnehmung sind:

• Rückenmark: Hier werden die Schmerzsignale von den peripheren Nerven auf nachgeschaltete Nervenzellen umgeschaltet und moduliert.
• Hirnstamm: Er ist an der Regulation der Schmerzempfindlichkeit beteiligt und kontrolliert die Weiterleitung der Schmerzsignale zum Gehirn.
• Thalamus: Er dient alsRelaisstation für die Schmerzsignale und leitet sie an verschiedene Hirnregionen weiter.
• Großhirnrinde: Hier erfolgt die bewusste Wahrnehmung und Bewertung des Schmerzes.
• Limbisches System: Es ist an der emotionalen Bewertung des Schmerzes beteiligt.

Die "Gate-Control"-Theorie

Die "Gate-Control"-Theorie von Ronald Melzack und Patrick Wall besagt, dass die Schmerzwahrnehmung durch ein "Tor" im Rückenmark kontrolliert wird. Dieses Tor kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, wie z.B. Berührungsreize, psychische Faktoren oder körpereigene Schmerzhemmer (Endorphine). Wenn das Tor geöffnet ist, werden die Schmerzsignale verstärkt und die Schmerzwahrnehmung nimmt zu. Wenn das Tor geschlossen ist, werden die Schmerzsignale reduziert und die Schmerzwahrnehmung nimmt ab.

Endogene Opioide und Schmerzhemmung

Der Körper verfügt über körpereigene Schmerzhemmer, die sogenannten endogenen Opioide (Endorphine). Diese Stoffe werden bei Schmerzen, Stress oder körperlicher Anstrengung freigesetzt und wirken schmerzlindernd, indem sie die Schmerzübertragung im Rückenmark und Gehirn hemmen.

• Als Hemmsystem von überragender Bedeutung erwiesen sich Neuronen, die Endorphine - körpereigene Opiate - bilden und ausschütten. Gruppen solcher Neuronen gibt es im Rückenmark, vor allem aber in bestimmten Regionen des Stammhirns. Ihre Ausläufer (Axone) enden an den ins Gehirn projizierenden Neuronen des Rückenmarks, ferner neben den Synapsen von Nozizeptoren und an den Neuronen, welche die Schmerz-Information innerhalb des Gehirns weiterleiten, aber auch an solchen, die an der Ausbildung von Emotionen, am Wachheitsgrad und an der Regelung der Atmung beteiligt sind. (Die chemisch ganz anderen pflanzlichen Opiate besetzen dieselben molekularen Andockstellen der Zielneuronen, womit sich deren Wirkung erklärt: Schmerzhemmung, Euphorie sowie bei höheren Dosen Bewußtseinsverlust und Atemlähmung.) Es ist mittlerweile bekannt, daß die verschiedenen körpereigenen Opiate allesamt von drei Vorläuferproteinen stammen, für die wiederum drei Gene codieren. Die Hoffnung, von ihrem Bauplan neue und wirksamere Analgetika ableiten zu können, hat sich bisher aber nicht erfüllt: Die Endorphine werden im Körper nach ihrer Freisetzung rasch durch Enzyme inaktiviert und abgebaut, was ihre Wirkung örtlich und zeitlich begrenzt; verhindert man dies, indem man die Molekülstruktur abwandelt, treten vermehrt die bekannten Nachteile der Opiate hervor: Suchtpotential und Atemdepression. Deshalb sucht man nun nach Substanzen, die nur auf bestimmte Typen von Opiatrezeptoren wirken und darum weniger unerwünschte Nebenwirkungen haben sollten.

Schmerzbehandlung

Die Behandlung von Schmerzen richtet sich nach der Ursache und Art des Schmerzes. Akute Schmerzen lassen sich oft gut mit Schmerzmitteln wie Acetylsalicylsäure (ASS), Ibuprofen oder Paracetamol behandeln. Bei chronischen Schmerzen sind oft andere Behandlungen erforderlich, wie z.B. Bewegungstherapie, Entspannungstechniken, kognitive Verhaltenstherapie oder spezielle Medikamente.

Medikamentöse Therapie

• Nicht-opioide Analgetika: Sie wirken entzündungshemmend und schmerzlindernd, indem sie die Produktion von Prostaglandinen hemmen.
• Opioide Analgetika: Sie wirken stark schmerzlindernd, indem sie an Opioidrezeptoren im Gehirn und Rückenmark binden und die Schmerzübertragung hemmen. Sie sind jedoch mit einem hohen Suchtpotential verbunden und sollten nur bei starken Schmerzen und unter ärztlicher Aufsicht eingesetzt werden.
• Antidepressiva und Antikonvulsiva: Sie werden vor allem bei neuropathischen Schmerzen eingesetzt, da sie die Nervenaktivität stabilisieren und die Schmerzübertragung hemmen können.

Nicht-medikamentöse Therapie

• Bewegungstherapie: Regelmäßige Bewegung kann Schmerzen lindern, die Durchblutung fördern und die Muskeln stärken.
• Entspannungstechniken: Entspannungstechniken wie progressive Muskelentspannung, autogenes Training oder Yoga können helfen, Stress abzubauen und die Schmerzempfindlichkeit zu reduzieren.
• Kognitive Verhaltenstherapie: Sie hilft, negative Gedanken und Verhaltensweisen zu verändern, die den Schmerz verstärken können.
• Multimodale Schmerztherapie: Sie kombiniert verschiedene Therapieansätze, um den Schmerz umfassend zu behandeln.

Psychologische Aspekte der Schmerzentstehung

Die Schmerzwahrnehmung wird stark von psychologischen Faktoren beeinflusst. Angst, Stress, Depressionen oder soziale Isolation können die Schmerzempfindlichkeit erhöhen und die Chronifizierung von Schmerzen begünstigen. Umgekehrt können positive Emotionen, soziale Unterstützung und Entspannung die Schmerzempfindlichkeit reduzieren und die Schmerzwahrnehmung positiv beeinflussen.

Angst vor Schmerzen

Angst vor Schmerzen kann die Schmerzwahrnehmung verstärken und zu Vermeidungsverhalten führen, was wiederum die Chronifizierung von Schmerzen begünstigen kann. Ein Ziel moderner Schmerzbehandlungen ist es, die Angst vor Schmerzen abzubauen.

• Was bei der Schmerzentstehung passiert und wie Schmerzen empfunden werden, ist oft nicht leicht zu verstehen. Angst vor Schmerzen kann weh tun. Auch wenn der Körper keiner echten Gefahr ausgesetzt ist und Gewebe und Organe gesund sind, kann man Schmerzen verspüren - sofern das Gehirn eine Gefahr sieht. Solche Schmerzen dienen dazu, der vermeintlichen Gefahr auszuweichen. Ein Ziel moderner Schmerzbehandlungen ist, die Angst vor Schmerzen abzubauen - wie zum Beispiel vor Schmerzen durch zu viel oder „falsche“ Bewegung.

Placebo-Effekt

Der Placebo-Effekt beschreibt die schmerzlindernde Wirkung von Scheinmedikamenten ohne Wirkstoff. Allein der Glaube an die Wirksamkeit eines vermeintlichen Schmerzmedikaments kann dazu führen, dass körpereigene Opioide ausgeschüttet werden, die die Schmerzen lindern.

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