Den neurobiologischen Grundlagen des chronischen Schmerzes auf der Spur

Tracing the neurobiological causes of chronic pain

Der chronische Schmerz ist ein Zustand, in dem neurobiologische, psychologische und soziale Faktoren zusammenwirken. Für eine ganzheitliche Sichtweise sind alle diese Faktoren zu berücksichtigen. In der vorliegenden Ausgabe erscheinen zwei Arbeiten, die sich mit den neurobiologischen Grundlagen chronischer Schmerzen befassen. In der ersten Arbeit von M. Lotze wird eine Übersicht über maladaptive Plastizität bei chronischen und neuropathischen Schmerzen gegeben [1]. Sie gibt einen profunden Einblick über die bekannten neurobiologischen Grundlagen chronischer Schmerzen. In einer Originalarbeit von Janetzki et al. werden hirnmetabolische Veränderungen bei chronischen Rückenschmerzen beschrieben [2].

Funktionelle bildgebende Verfahren haben zu umfangreichen Kenntnissen geführt in welchen Hirngebieten bewusste Schmerzempfindungen entstehen [3]. Diese Untersuchungen definierten eine sogenannte Schmerzmatrix im Gehirn, unter der Hirnareale zusammengefasst werden, in denen beim Empfinden schmerzhafter Reize vermehrte Aktivität auftritt. Obwohl inzwischen klar wird, dass die so bestimmten Regionen nicht selektiv für die Erzeugung von Schmerzen zuständig sind [1], haben diese Untersuchungen dennoch gezeigt welche Hirnregionen an der Verarbeitung von Schmerzreizen beteiligt sind. Von großem Interesse ist es herauszufinden welche Veränderungen in diesen Hirnregionen bei chronischen Schmerzen stattfinden und was diese Veränderungen letzten Endes für das Erleben des Schmerzes bedeuten. In der Übersicht von Lotze werden Veränderungen in den Hirnfunktionen bei neuropathischen Schmerzzuständen und chronischen Rückenschmerzen beschrieben.

Atrophien in der Schmerzmatrix

Ein auffallender Befund bei zahlreichen Untersuchungen an chronischen Schmerzpatienten ist, dass in der Schmerzmatrix sogenannte „Atrophien“ auftreten. Solche Atrophien wurden im präfrontalen Kortex, im Thalamus, im anterioren cingulären Kortex (ACC) und in der Insula beschrieben. Atrophien werden im anterioren Cingulum und im Hippocampus auch bei posttraumatischem Stress beobachtet. Diese durch Bildgebung feststellbaren Veränderungen sind ein deutlicher Hinweis darauf, dass sich Hirnstrukturen während chronischer Schmerzen tatsächlich messbar verändern. Allerdings ist bisher nicht geklärt, worin die (neuronale) Grundlage solcher Atrophien besteht. Wie man aus verschiedenen Untersuchungen weiß, sind solche Atrophien reversibel, wenn es gelingt, den Schmerz zu beseitigen. Dies wurde beispielsweise an Patienten mit Gelenkarthrose gezeigt, bei denen sich solche Atrophien einige Monate nach Gelenkersatz als reversibel erwiesen [4, 5]. Bisher ist die Frage nicht beantwortet, ob die Atrophien Folge von chronischen Schmerzen sind oder ob sie die Chronifizierung der Schmerzen kausal mitbedingen. Möglicherweise trifft beides zu.

Im Weiteren geht Lotze auf die Rolle der Antizipation bei Schmerzen ein. Die Antizipation spielt bei chronischen Schmerzen eine wesentliche Rolle. Gelingt es, durch geeignete Verfahren die Antizipation zu beseitigen, geht nach seiner Darstellung der Schmerz zurück und die zerebrale Aktivität normalisiert sich. Diskutiert wird auch die Veränderung von kortikalen somatotopischen Karten im Kontext mit chronischen Schmerzen. Es ist seit Langem bekannt, dass die Somatotopie des Kortex in gewissen Grenzen variabel ist [6]. So kann der intensive Gebrauch einer Extremität zu einer Ausdehnung der entsprechenden Rindenfelder führen, während der Nichtgebrauch einer Extremität die somatotopische Repräsentation einer Körperregion eher schrumpfen lässt. In Arbeiten von Flor et al. wurde gezeigt, dass das Ausmaß solcher Reorganisationsprozesse mit dem Ausmaß von Schmerzen korrelieren kann [7]. Schließlich spricht der Artikel von Lotze Befunde an, die mithilfe transkranieller Magnetstimulation erhoben wurden. Ein Doppelpulsdesign kann Veränderungen der kortikalen Erregbarkeit dokumentieren. Mit dieser Methode wurde gezeigt, dass bei CRPS eine verminderte interkortikale Hemmung in den Kortexarealen S1 und M1 vorliegt. Interessanterweise waren die kortikale Inhibition und die räumliche Auflösung im Kortex durch kutane Anästhesie des Unterarms beeinflussbar. Auch diese Befunde ergänzen frühere Untersuchungen, die zeigten, dass in einem Teil der Patienten die zerebrale Reorganisation durch Reduzierung des afferenten Eingangs aus der Peripherie beeinflusst werden kann.

Veränderungen der Glutamat- und GABA-Konzentration

In der Originalarbeit von Janetzki et al. wird die Frage gestellt, ob bei chronischen Rückenschmerzen Veränderungen der Glutamat- und GABA-Konzentration in schmerzrelevanten Hirnregionen nachzuweisen sind. Diese Autoren verwendeten die Protonenmagnetresonanzspektroskopie, die die Bestimmung von Metaboliten im Gehirn erlaubt. In der dargestellten Arbeit ging es um den erregenden Transmitter Glutamat und den hemmenden Transmitter GABA. Es war schon bekannt, dass im Kortex von Schmerzpatienten im anterioren Cingulum, im posterioren insulären Kortex und in den Amygdala erhöhte Konzentrationen von Glutamat nachweisbar sein können, während die GABA-Konzentration im insulären Kortex reduziert war. In der in dieser Ausgabe vorgestellten Studie wurden solche Messungen bei Patienten mit chronischen Rückenschmerzen durchgeführt. Es wurden 19 Patienten mit chronischen unspezifischen Rückenschmerzen und 19 gesunde Probanden verglichen. Hierbei zeigte sich in beiden Gruppen eine starke Varianz der Werte, sodass kein signifikanter Unterschied des Quotienten aus Glutamat und GABA bei Gesunden und Patienten gefunden wurde. Innerhalb der Gruppe der Rückenschmerzpatienten konnten aber interessante Daten zur Korrelation bestimmter Symptome mit den Mediatoren gezeigt werden. Die Autoren fanden, dass im anterioren Cingulum die Depressivität ein Prädiktor für die GABA-Konzentration war, während in der Insula die Glutamatzunahme und die Abnahme von GABA mit der Schmerzstärke korrelierten. Diese Ergebnisse müssen nach Aussage der Autoren in größeren Studien repliziert werden.

Auch wenn der Schmerz immer eine subjektive Empfindung bzw. Erfahrung bleiben wird, die nicht objektiv gemessen werden kann, zeigen diese zwei und zahlreiche andere Arbeiten, dass im Rahmen solcher Schmerzen auftretende Veränderungen der Hirnaktivität darstellbar sind. Es bleibt allerdings noch viel zu tun. Da das Schmerzerleben ein komplexer Vorgang ist, der, wie die beiden Arbeiten zeigen, mit anderen psychischen Inhalten wie Antizipation, Depression und Angst verbunden sein kann, ist die Aktivierung einer bestimmten Hirnstruktur nicht ohne Weiteres mit einer spezifischen Tätigkeit in Verbindung zu setzen. Des Weiteren sind die Daten aus funktioneller Bildgebung eher makroskopischer Natur, da sie letzten Endes die Aktivierung ganzer Hirnregionen darstellen (und überdies nicht die neuronale Aktivität direkt, sondern Änderungen der Durchblutung messen). Es ist damit noch nicht verstanden welche neuronalen Prozesse innerhalb dieser Hirnregionen ablaufen. Schließlich ist es derzeit noch nicht möglich, diese Methoden für eine individualisierte Medizin einzusetzen, in der das therapeutische Vorgehen durch die im Einzelfall beobachteten Veränderungen der Gehirnaktivität geplant werden kann. Dennoch ist es berechtigt zu sagen, dass man den neurobiologischen Grundlagen chronischer Schmerzen auf der Spur ist.

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H.-G. Schaible

Literatur

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Schaible, HG., Radbruch, L. Den neurobiologischen Grundlagen des chronischen Schmerzes auf der Spur. Schmerz 30, 125–126 (2016). https://doi.org/10.1007/s00482-016-0108-7

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