Wie der Schaltkreis für chronische Schmerzen im Gehirn funktioniert

Eine verborgene Schleife, die nicht aufhört zu feuern

Chronische Schmerzen betreffen etwa 1,5 Milliarden Menschen weltweit – etwa jeden fünften Erwachsenen – und sind damit eine der Hauptursachen für Behinderungen auf dem Planeten. Im Gegensatz zu dem stechenden, flüchtigen Schmerz beim Berühren eines heißen Ofens halten chronische Schmerzen monatelang oder jahrelang an, oft lange nachdem die ursprüngliche Verletzung verheilt ist. Jahrzehntelang gingen Wissenschaftler davon aus, dass chronische Schmerzen einfach akute Schmerzen seien, die sich nicht abschalten ließen. Neue Forschungsergebnisse, die in Nature veröffentlicht wurden, haben diese Annahme widerlegt und einen eigenen Gehirnkreislauf aufgedeckt, der ausschließlich dazu dient, chronische Schmerzen anzutreiben – und der unabhängig von den Bahnen arbeitet, die normale, schützende Schmerzsignale verarbeiten.

Wie der Schaltkreis funktioniert

Die Entdeckung unter der Leitung des Neurowissenschaftlers Xiaoke Chen am Wu Tsai Neurosciences Institute der Stanford University kartiert eine Schleife, die im Rückenmark beginnt und sich aufwärts durch den Thalamus – die sensorische Relaisstation des Gehirns – und dann vorwärts in den primären somatosensorischen Kortex bewegt, die Region, die Berührungen und Körperempfindungen verarbeitet.

Von dort nimmt das Signal einen unerwarteten Umweg durch den lateralen Colliculus superior, eine Mittelhirnstruktur, die zuvor mit Orientierungsbewegungen in Verbindung gebracht wurde, bevor es zur rostralen ventromedialen Medulla (RVM) im Hirnstamm absteigt. Die RVM projiziert dann zurück zum Rückenmark und schließt die Schleife.

Sobald dieser Schaltkreis nach einer Verletzung oder Entzündung aktiviert wird, verstärkt er im Wesentlichen eingehende Signale, wodurch das Gehirn gewöhnliche Berührungen fälschlicherweise als schmerzhaft interpretiert. Dieses Phänomen – die sogenannte mechanische Hypersensibilisierung – erklärt, warum eine sanfte Berührung verletzter Haut sich quälend anfühlen kann.

Warum chronische Schmerzen nicht einfach nur 'anhaltende akute Schmerzen' sind

Die vielleicht auffälligste Erkenntnis ist, dass akute und chronische Schmerzen völlig getrennte Prozesse sind. In Experimenten mit Mäusen eliminierte das Stilllegen eines Knotens entlang des chronischen Schmerzschaltkreises die Überempfindlichkeit, ohne die Fähigkeit der Tiere zu beeinträchtigen, unmittelbare, gefährliche Reize wie Hitze oder scharfen Druck zu erkennen und darauf zu reagieren.

"Bei chronischen Schmerzen interpretiert das Gehirn Berührungen fälschlicherweise als schmerzhaften Reiz", erklärte Chen. "Es gibt einen eigenen Schaltkreis, der sich erst nach einer Verletzung aktiviert."

Diese Trennung ist wichtig, da aktuelle Schmerzmittel – insbesondere Opioide – wirken, indem sie alle Schmerzen unterschiedslos abstumpfen. Sie unterdrücken das schützende akute Schmerzsystem zusammen mit den pathologischen chronischen Signalen, was zu gefährlichen Nebenwirkungen, Toleranz und Sucht führt.

Was dies für die Behandlung bedeutet

Der kartierte Schaltkreis bietet mehrere potenzielle Angriffspunkte für Medikamente. Forscher könnten Medikamente entwickeln, die:

• Molekulare Veränderungen in den RVM-Neuronen blockieren, die die Sensibilisierung auslösen
• Die Signalübertragung unterbrechen an bestimmten Punkten entlang der Schleife
• Den Schaltkreis selektiv stilllegen, ohne die normale Schmerzerkennung zu beeinträchtigen

Chens Team gleicht seine Ergebnisse nun mit menschlichen Gendatenbanken von Patienten mit chronischen Schmerzen ab, um festzustellen, ob die gleichen molekularen Mechanismen beim Menschen wirken. Wenn dies bestätigt wird, könnten Therapien auf den Schaltkreis mit einer Präzision abzielen, die Opioide nicht erreichen können.

Das Ausmaß des Problems

Es geht um sehr viel. Laut der International Association for the Study of Pain sind chronische Schmerzen der größte einzelne Faktor für die Anzahl der mit Behinderung verbrachten Lebensjahre weltweit, wobei Schmerzen im unteren Rückenbereich unter allen Erkrankungen an erster Stelle stehen. Allein in den Vereinigten Staaten leben etwa 60 Millionen Menschen mit chronischen Schmerzen, was die Wirtschaft jährlich Hunderte von Milliarden Dollar an Gesundheitskosten und Produktivitätsverlusten kostet.

Die derzeitigen Behandlungen sind nach wie vor unzureichend. Entzündungshemmende Medikamente helfen einigen Patienten, bergen aber bei langfristiger Anwendung kardiovaskuläre und gastrointestinale Risiken. Opioide werden trotz der gut dokumentierten Suchtkrise, die sie befeuern, weiterhin häufig verschrieben. Physiotherapie und kognitive Verhaltenstherapien wirken bei einigen, lassen aber Millionen weiterhin leiden.

Ein neues Kapitel in der Schmerzwissenschaft

Die Identifizierung eines diskreten, gezielten Schaltkreises stellt einen grundlegenden Wandel in der Art und Weise dar, wie Wissenschaftler chronische Schmerzen verstehen. Anstatt ein Lautstärkeregler zu sein, der dauerhaft auf Maximum gestellt ist, scheinen chronische Schmerzen auf einer eigenen Verkabelung zu laufen – einer Verkabelung, die im Prinzip ausgeschaltet werden könnte, ohne das essentielle Alarmsystem des Körpers zum Schweigen zu bringen. Ob dieses Prinzip in wirksame Humantherapien umgesetzt werden kann, bleibt abzuwarten, aber zum ersten Mal haben Forscher eine genaue Karte, die ihnen genau zeigt, wo sie suchen müssen.