Entstehung von Schmerz

Schmerz ist eine natürliche Reaktion des Körpers

Schmerz ist eine natürliche Reaktion des Körpers. Um die Entstehung von Schmerz besser zu verstehen, erläutern wir im Folgenden den Aufbau des Nervensystems, spezielle Aspekte des Rückenmarks sowie die neuronale und synaptische Übertragung von Informationen. Dies dient als Verständnishilfe, welche Teile des Körpers vorwiegend am Schmerzempfinden beteiligt sind. Ferner stellen wir die Prozesse vor, die beim Empfinden von Schmerz ablaufen.

Der Schmerzreiz wird als elektrisches Signal über die peripheren Nerven übertragen, deren Eintrittsstelle sich am hinteren Teil des Rückenmarks, dem sogenannten Hinterhorn, befindet. Dort wird der Reiz vom peripheren ans zentrale Nervensystem übertragen und von dort ans Gehirn gesandt (Melzack R., 1965). Wenn das Schmerzsignal am Hinterhorn eintrifft, treten zwei Reaktionen auf:

  1. Das Signal wird zu Motoneuronen im vorderen Teil des Rückenmarks umgeleitet. Dadurch werden die Muskeln aktiviert, mithilfe derer die verletzte Seite vom Schmerzauslöser abgewandt wird. Sprich: Es findet ein sinnvoller Reflex statt, bevor wir überhaupt realisieren, dass wir uns verletzt haben.
  2. Das Schmerzsignal wird an verschiedene Stellen im zentralen Nervensystem übertragen: Rückenmark und Gehirn. Nachdem es eine bestimmte Region in der Hirnrinde (Cortex) erreicht hat, nehmen wir den Schmerz und seinen Ausgangspunkt wahr.

 

Nervenzellen und ihre Funktion

Nervenzellen und ihre Funktion

Weitergeleitet wird das Schmerzsignal über die Nervenzellen.

Diese bestehen aus dem Zellkörper (1) , Axon und Dendriten. Die „Ohren“ der Nervenzelle nennt man Dendritische Endigung (2).

Sie nehmen die Informationen anderer Nervenzellen oder Rezeptoren entgegen. Die „Lautsprecher“ sind die synaptischen Endigungen (3), welche die Informationen an die anderen Nervenzellen weitergeben.

 Axone (oder Neuriten) übertragen die Informationen von den „Ohren" an die „Lautsprecher“.

Die Myelinscheide (4) (eine mehrschichtige, um die Axone der Nervenzellen gelagerte Isolierschicht mit regelmäßigen Unterbrechungen) isoliert das Axon und erhöht die Leitungsgeschwindigkeit.

Die Kontaktstellen, an denen die Kommunikation zwischen den Neuronen stattfindet, sind die losen Verbindungen der Dendriten und Axone mit anderen Neuronen, die sogenannten synaptischen Endigungen oder kurz: Synapsen.

Wie kommunizieren Nervenzellen?

Wie kommunizieren Nervenzellen?

Nervenzellen transportieren Informationen in Form von elektrischen Impulsen. Wenn ein Impuls eine Synapse erreicht, wird die elektrische Übertragung unterbrochen und eine chemische Übertragung von der prä- (C)  auf die postsynaptische (D) Seite findet statt. Die dabei eingesetzten chemischen Botenstoffe nennt man Neurotransmitter (B).

Neurotransmitter werden aus Speicherbläschen (sogenannten Vesikeln) (A) in den synaptischen Spalt ausgeschüttet und diffundieren durch den synaptischen Spalt zur postsynaptischen Membran der nächsten Zelle. Hier binden sie an spezifische Rezeptoren.

Weiterleitung des Schmerzimpulses

Die Signalübertragung von peripheren Nerven auf die Nervenzellen im Rückenmark erfolgt durch die Ausschüttung ‚schmerzauslösender‘ Botenstoffe aus der präsynaptischen Membran, wie z. B. Substanz P und Glutamat. Durch das Andocken dieser Transmitter an den passenden Rezeptoren der postsynaptischen Membran entsteht ein neuer elektrischer Impuls, der das Schmerzsignal dann ans Gehirn weiterüberträgt.

Welche Teile des Gehirns sind beteiligt?

Der Schmerzreiz erreicht über afferente (zuführende) Fasern verschiedene supraspinale (oberhalb des Rückenmarks gelegene) Strukturen, die an der Schmerzverarbeitung beteiligt sind. Es gibt also kein definiertes Schmerzzentrum, sondern vielmehr eine Reihe relevanter Bereiche für das Schmerzempfinden:

Durch Reflexe im Gehirn, die von dem Schmerzreiz ausgelöst werden, kommt es zu einer erhöhten Herz- und Atemfrequenz und der Ausschüttung von Stresshormonen.

Die Formatio reticularis beeinflusst das Bewusstsein (leichter Schmerz erhöht die Konzentration, starker Schmerz führt zu Bewusstlosigkeit).

Die Medulla oblongata stimuliert das Atem- und das Herzkreislaufzentrum.

Der Thalamus funktioniert wie ein Busbahnhof, an dem die eingehenden Impulse auf zahlreiche weitere Linien verteilt werden, die dann wiederum die entsprechenden Ziele des Gehirns anfahren, einschließlich der Übertragung an den Cortex (die Großhirnrinde).

Hypothalamus und Hypophyse: Die Neurone des Hypothalamus kontrollieren wichtige unbewusste Körperfunktionen. Sie steuern die Hormonproduktion in der Hirnanhangsdrüse (Hypophyse), von wo aus diese Hormone in den Blutkreislauf abgegeben werden und so ihre Zielorgane erreichen. Langanhaltende Schmerzsignale verändern die Aktivität dieses Systems und tragen zur den negativen Auswirkungen von chronischen Schmerzen bei.

Limbisches System: Das limbische System fügt den eingehenden Signalen noch Emotionen bei, wie z. B. Trauer und Wut. Das unangenehme Empfinden von Schmerzen ist ein Ergebnis der Verarbeitung im limbischen System. Bei Störungen des limbischen Systems z. B., durch einen Tumor oder einen Schlaganfall, kann der Schmerz den unangenehmen emotionalen Anteil verlieren.

Großhirnrinde (Cortex): Der Cortex ist der Teil des Gehirns, wo die Schmerzinformationen bewertet, lokalisiert und bewusst gemacht werden.

Absteigende Schmerzhemmung auf Rückenmarksebene

Verarbeitung Schmerzreiz

Wenn das Gehirn den Schmerzreiz verarbeitet, werden die entsprechenden Hemmungsmechanismen (über die absteigenden Bahnen) aktiviert, was zur Schmerzmodulation auf Rückenmarksebene führt. Die absteigende Hemmung ist der körpereigene Schutzmechanismus gegen Schmerzen.

Dabei sind zwei Klassen hemmender Transmitter entscheidend:

Schmerzmodulierende Substanzen: Noradrenalin und Serotonin

In einem bestimmten Rahmen kann das Gehirn entscheiden, wie viele Schmerzsignale es vom Hinterhorn des Rückenmarks erhalten möchte. Spezielle Strukturen im Gehirn können inhibitorische (hemmende) Feedback-Mechanismen auslösen, welche die Übertragung des Schmerzsignals von den peripheren Nerven zu den Rückenmarksneuronen im Hinterhorn beeinflussen. Dafür werden Neurone im Hirnstamm aktiviert, deren Axone als sogenannte absteigende Bahnen bis zu den Nervenzellen im Hinterhorn des Rückenmarks verlaufen. Dort bilden sie Synapsen in denen schmerzhemmende Botenstoffe freigesetzt werden, mit denen die Übertragung von Schmerzsignalen gehemmt wird. Die wichtigsten Botenstoffe für diese Schmerzmodulation sind Noradrenalin und Serotonin.

Um die Dauer eines Signals zu begrenzen, löst jeder Botenstoff sog. automatische Wiederaufnahmemechanismen aus, die den Botenstoff aus dem synaptischen Spalt entfernen und ihn wieder in die Speicherbläschen (Vesikel) der präsynaptischen Nervenzelle zurückführen (siehe roter Pfeil).

Schmerzmodulierende Substanzen: Endorphine

Ein weiterer schmerzhemmender Effekt wird durch unsere körpereigenen Opioide ausgelöst – die Endorphine. Bei Erleiden eines sehr schmerzhaften Unfalls werden diese Substanzen ausgeschüttet und docken an die sogenannten Opioidrezeptoren an. Im Rückenmark können Endorphine aus lokalen Zwischenneuronen die prä- und postsynaptische Leitung von Schmerzsignalen abschwächen. Eine besonders hohe Anzahl von Opioidrezeptoren befindet sich im Hinterhorn, ihre Aktivierung führt zu einer deutlichen Signalabschwächung.