Ob wir auf die heiße Herdplatte greifen oder uns mit dem Messer schneiden: Solche Zwischenfälle lösen sofort ein Schmerzgefühl aus. Forscher haben nun neue Einblicke in die Wahrnehmung dieses Alarmsignals erhalten. Demnach spielen nicht nur die Nervenfasern in der Haut eine Rolle dabei. Ein bisher unbekanntes Netzwerk aus sogenannten Schwann-Zellen fungiert offenbar als zusätzlicher Schmerzfühler – vor allem im Zusammenhang mit mechanischen Reizen wie Stichen oder Druckeinwirkungen. Das Team spricht von einem neuen “Schmerzorgan”.
Millionen Menschen weltweit leiden unter chronischen Schmerzen. Diese Beschwerden belasten nicht nur die Betroffenen – sie stellen auch eine erhebliche Kostenlast für das Gesundheitssystem dar. Doch Schmerz hat auch positive Seiten: Er schützt uns vor Gefahr. Dass wir zum Beispiel sofort unsere Hand zurückziehen, wenn wir auf eine heiße Herdplatte fassen, dafür sorgen Schmerzsignale – und verhindern so eine empfindliche Schädigung des Gewebes. Doch wie funktioniert diese Schmerzwahrnehmung? Bisher galten freie Nervenendigungen in der oberen Schicht unserer Haut als die entscheidenden Signalgeber. Diese sogenannten Nozizeptoren werden durch potenziell gefährliche thermische, chemische oder mechanische Reize aktiviert und leiten diese Information dann an das Gehirn weiter.
Rätselhaftes Zell-Netzwerk
Doch sie sind offenbar nicht die einzigen wichtigen Akteure in diesem Zusammenhang, wie Forscher um Hind Abdo vom Karolinska-Institut in Stockholm nun herausgefunden haben. Die Wissenschaftler hatten sich für ihre Forschungsarbeit Gliazellen in der Haut angesehen. Diese nicht-neuronalen Zellen, zu denen unter anderem die sogenannten Schwann-Zellen gehören, umhüllen die Zellkörper und Axone von Nervenzellen und erfüllen eine Vielzahl unterschiedlicher Funktionen. Den Nervenenden in der oberen Hautschicht fehlt diese Hülle jedoch. Der gängigen Annahme nach sind es demnach die freiliegenden Nervenendigungen allein, die als Nozizeptoren fungieren.
Umso überraschender war die Entdeckung, die Abdos Team machte: Es stellte fest, dass einige Schwann-Zellen untereinander und mit den Nervenzellen in der Haut ein dicht verzweigtes Netzwerk bilden. Die Verbindung zwischen diesen Zelltypen unterscheidet sich demnach deutlich von der Art, wie Schwann– und Nervenzellen in anderen Körperregionen miteinander interagieren. Und: Dieses Netzwerk reicht von der Dermis bis in die Epidermis hinein, der äußersten Schicht der Haut. Könnten die Schwann-Zellen eine zusätzliche Rolle für die Schmerzwahrnehmung spielen? Tatsächlich offenbarten genauere Untersuchungen: Diese Zellen scheinen auf Kälte, Hitze und mechanische Einwirkungen zu reagieren – Reize, die unter bestimmten Bedingungen Schmerzsignale auslösen.
Reaktion auf mechanische Reize
Wie aber sind die Schwann-Zellen konkret an der Schmerzwahrnehmung beteiligt? Um dies herauszufinden, führten die Forscher Experimente mit Mäusen durch. Dabei nutzten sie ein optogenetisches Verfahren, mit dessen Hilfe sie die Zellen in den Pfoten der Tiere über Lichtsignale aktivieren konnten. Es zeigte sich: Wurden die Schwann-Zellen über diesen Weg stimuliert, zogen die Mäuse unwillkürlich ihre Pfote zurück. Diese Reaktion ging mit einem verstärkten Feuern der für Schmerz empfindlichen Nervenzellen einher. “Diese Gliazellen, die eng mit den nozizeptiven Nerven assoziiert sind, leiten also Schmerzinformationen an die Nerven weiter”, erklärt das Team.
Vor allem bei mechanischen Reizen scheint diese Funktion der neu entdeckten Schmerzsensoren von Bedeutung zu sein, wie weitere Experimente ergaben. Blockierten die Wissenschaftler die Signalweiterleitung über die Schwann-Zellen, blieb die Empfindlichkeit der Mäuse für Kälte- oder Hitzereize zwar gleich. Sie reagierten jedoch wesentlich schwächer, wenn sie zum Beispiel mit Drähten gepikst wurden. “Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Schwann-Zellen zur Wahrnehmung mechanisch induzierter Schmerzen beitragen”, kommentieren die nicht an der Studie beteiligten Ryan Doan und Kelly Monk von der Oregon Health & Science University in Portland im Fachmagazin “Science”.
Neuer Blick auf die Schmerzwahrnehmung
Wie die Wissenschaftler herausfanden, reagieren die Schwann-Zellen ähnlich schnell wie Nervenzellen auf schädliche mechanische Reize. Hält ein Reiz länger an, scheint im Laufe der Zeit aber eine Gewöhnungsreaktion stattzufinden, die Zellen reagieren dann weniger stark. “Insgesamt zeigt unsere Studie, dass das Schmerzempfinden nicht nur in den Nervenfasern der Haut stattfindet, sondern auch in den nun entdeckten Schmerzsensoren”, betont Abdos Kollege Patrik Ernfors. “Diese Entdeckung verändert unser Verständnis über die Mechanismen der Schmerzwahrnehmung und könnte auch für unser Verständnis chronischer Schmerzen von Bedeutung sein.”
In Zukunft wollen die Forscher die Funktionsweise der Schwann-Zellen und ihr Zusammenspiel mit den Nerven in der Haut genauer untersuchen. Außerdem stellt sich die Frage: Gibt es die neu entdeckten Schmerzsensoren auch beim Menschen? “Die weitere Erforschung dieses neuen sensorischen Netzwerks könnte die Grundlage für gezieltere und effektivere Schmerztherapien legen”, hoffen Doan und Monk.
Quelle: Hind Abdo (Karolinska-Institut, Stockholm) et al., Science, doi: 10.1126/science.aax6452
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