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„Wer Schmerzen erfolgreich behandeln will, muss sie ganzheitlich verstehen und angehen.“

Dr. Tobias Weigl

Dr. Tobias Weigl

Wie Schmerz im Gehirn verarbeitet wird

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Schmerz sowie die Empfindung und emotionale Verarbeitung von Schmerzen sind elementare und lebensnotwendige physiologische Vorgänge. Ohne Schmerzen würden Menschen nicht lange überleben. Es gibt viele unterschiedliche Arten von Schmerz. Manche Schmerzen sind von kurzer Dauer, andere halten länger an. Manche werden durch eine Schnittverletzung in der Hand verursacht, andere lassen sich auf einen gebrochenen Unterschenkel zurückführen. Bei dem einen rufen sie Tränen hervor, der andere aber findet sie gar nicht so schlimm. Schmerz kann also ganz unterschiedliche Gesichter haben.

Die Frage, wie das menschliche Gehirn Schmerz verarbeitet, kann nicht so leicht beantwortet werden. Denn dahinter stecken komplexe Prozesse, die zum Teil bis heute noch nicht vollständig entschlüsselt worden sind (sog. Blackbox). Schuld daran ist das Gehirn, das uns immer noch viele Rätsel aufgibt. Um zu verstehen, wie der Schmerz zum Schmerz wird, müssen wir uns dennoch dem Gehirn zu wenden. Davor allerdings sollten wir uns erst einmal mit der Frage auseinandersetzen, was Schmerz eigentlich ist und welche verschiedenen Arten von Schmerz es überhaupt gibt.

Wenn Sie wenig Zeit haben und schnell eine Zusammenfassung der wichtigsten Fakten aus diesem Artikel lesen möchten, dann bitte gehen Sie direkt an das Ende des Textes. Dort finden Sie eine kurze und bündige Zusammenfassung.

Gliederung

  1. Was ist Schmerz?
  2. Welche Arten von Schmerz gibt es? – Akute versus chronische Schmerzen 
  3. Nozizeptive versus neuropathische Schmerzen
  4. Wie gelangen Schmerzen ins Gehirn? 
  5. Formatio reticularis
  6. Thalamus
  7. Großhirnrinde 
  8. Hypothalamus und Hypophyse
  9. Limbisches System
  10. Was passiert danach? 
  11. Achtung: Schmerzen sind subjektiv!
  12. Zusammenfassung: Kurz & knapp
  13. Weiterführende Links und Quellen

Was ist Schmerz?

Schmerz wird definiert als eine komplexe Sinneswahrnehmung, bei der biologische, psychische und soziale Faktoren eine Rolle spielen. Das bedeutet, dass Schmerz nicht nur auf der Grundlage des biologischen und physiologischen Aufbaus des menschlichen Körpers beschrieben werden kann, sondern darüber hinaus auch von der subjektiven Wahrnehmung abhängt. Demnach kann Schmerz als ein subjektives Sinneserlebnis, das in Verbindung mit einer als unangenehm empfundenen Gewebeschädigung einhergeht, betrachtet werden. Schmerz ist das Ergebnis menschlicher Handlungen und Zustände, gleichzeitig aber auch ein wesentlicher Treiber menschlichen Handelns, (körperlichen) Zustandes und (emotionaler) Empfindung. Das Phänomen Schmerz betrifft die Integrität des ganzen Menschen.  

Kennzeichnend für die Wahrnehmung von Schmerz ist, dass Menschen sich des Schmerzes erst bewusst werden, wenn die dem Schmerz zugrunde liegenden Signale oder Impulse aus den Nervenfasern bereits einen erstaunlichen Weg bis zum menschlichen Gehirn zurückgelegt haben und dort verarbeitet werden. Dieser sehr komplexe Prozess der Schmerzverarbeitung beginnt mit einer physikalischen, thermischen oder chemischen Reizung des Gewebes und ist abhängig von der persönlichen Toleranzgrenze.

Schmerz und Schmerzempfinden sind somit zwei abhängige und sich verstärkende physiologische Phänomene. Gemäß der Definition der IASP (International Association for the Study of Pain) ist Schmerz „ein unangenehmes heftiges Sinnes- und Gefühlserlebnis, das mit tatsächlichen oder möglichen Gewebeschäden verbunden ist oder in solchen Kategorien beschrieben wird“

Welche Arten von Schmerz gibt es? – Akute versus chronische Schmerzen

Schmerzen werden zum einen im Hinblick auf Schmerzdauer charakterisiert. Allgemein bekannt sind in diesem Zusammenhang die Begriffe akuter Schmerz und chronischer Schmerz. Akute Schmerzen treten in einem bestimmten Moment auf, wenn es zum Beispiel zu einer Verletzung kommt. Sie werden als eine Art Warnsignal betrachtet und können durch Entlastung oder Kühlung behoben werden. Chronischen Schmerzen hingegen fehlt dieser Charakter des Warnsignals, da sie über einen längeren Zeitraum bestehen. Langanhaltende Rückenschmerzen sind dafür ein Beispiel. Während akuter Schmerz für die Existenz des Menschen notwendig ist, werden die verschiedenen Formen von chronischen Schmerzen als eigenständige Krankheitsbilder betrachtet. Ab einem bestimmten (Zeit-)Punkt wird aus einem akuten Schmerz ein chronischer Schmerz – diese Transition ist das Resultat diskreter pathophysiologischer Mechanismen sowie der neuronalen Plastizität.

Des Weiteren werden Schmerzen durch die Schmerzqualität unterschieden. Diese hängt von der Empfindung und Beschreibung des Patienten ab und kann affektiv oder sensorisch bestimmt werden. Bei der affektiven Schmerzqualität wird die subjektive Schmerzbedeutung erfasst. Die sensorische Schmerzqualität hingegen beschreibt die eigentliche Wahrnehmung des Schmerzes. Darüber hinaus variieren Schmerzen hinsichtlich ihrer Lokalisation, Ursache, Auslösung und der Umstände ihres Auftretens. Die Schmerzlokalisation fragt danach, wo der Schmerz seinen Ursprung hat. Je nachdem kann es sich also um einen Kopfschmerz oder einen Bauchschmerz handeln. Die Ursache des Schmerzes kann zum Beispiel entzündlich oder traumatisch sein. Werden die Umstände des Schmerzes betrachtet, kann dieser auf einen Ruhe- oder Belastungszustand zurückzuführen sein. Ausgelöst werden kann Schmerz unter anderem durch Druck oder einen Einschnitt ins Gewebe.

Nozizeptive versus neuropathische Schmerzen

Neben der Unterscheidung zwischen akuten und chronischen Schmerzen ist auch die Differenzierung zwischen nozizeptiven und neuropathischen Schmerzen für diese Arbeit relevant. Nozizeptive als auch neuropathische Schmerzen können sowohl akut als auch chronisch sein.
Nozizeptive Schmerzen resultieren aus der mechanischen, thermischen oder chemischen Reizung oder aus dem Trauma von peripheren Nervenfasern. Nozizeptive Schmerzen werden von den sog. Nozizeptoren vermittelt. Diese Schmerzrezeptoren befinden sich im Hautgewebe aber auch in Knochen, in Muskeln, im Bindegewebe, in Gefäßen und in Eingeweiden. Der Schmerzcharakter nozizeptiver Schmerzen ist charakteristisch und wird zumeist als dumpf, pochend und manchmal als hell stechend beschrieben
Neuropathische Schmerzen resultieren aus der Verletzung oder aus pathologischen Veränderungen des peripheren oder zentralen Nervensystems. Typischerweise werden neuropathische Schmerzen als brennend, kribbelnd, elektrisch und blitzartig beschrieben. Medikamente wie nicht-steroidale Antirheumatika (NSAR) sind oftmals wirkungslos. Auch können neuropathische Schmerzen therapieresistent gegenüber oralen Opioiden  sein oder erfordern höhere Dosen für die Wirkung.

Wie gelangen Schmerzen ins Gehirn?

Die Frage ist natürlich nicht ganz richtig formuliert, da es nicht Schmerzen sind, die ins Gehirn gelangen, sondern bestimmte Reizimpulse, die schließlich zu der Bewertung und Bewusstwerdung von Schmerz führen. Diese Reizimpulse werden ausgelöst, wenn die Toleranzgrenze des Körpers zum Beispiel durch Druck oder eine thermische Reizung des Gewebes überschritten wird. Ist das der Fall, nehmen sogenannte Nozizeptoren den Reiz auf. Nozizeptoren sind spezielle Sinneszellen, die im gesamten Gewebe verteilt sind und den aufgenommenen Impuls in eine elektrische Nachricht umwandeln. Da diese über Nervenfasern mit dem Rückenmark verbunden sind, leiten sie die Information in Form von elektrischen Impulsen an das Rückenmark, in dem alle Nervenfasern des Körpers zusammenlaufen, weiter. Die elektrischen Impulse treten dann über den hinteren Teil des Rückenmarks ein. Dieser wird auch Hinterhorn genannt. Dort eingetroffen werden sie das erste Mal verarbeitet und es kommt infolgedessen zu einer ersten Reaktion, und zwar zu einem reflexartigen Zurückziehen der betroffenen Körperstelle vom Auslöser. Das bedeutet, dass das Rückenmark Befehle entsenden kann und den Menschen zu einer Reflexbewegung veranlasst. Das Interessante daran ist, dass dieser Reflex ohne die Beteiligung des Gehirns erfolgt und stattfindet, bevor der Schmerz als solcher überhaupt wahrgenommen wird.

Was passiert im Gehirn?

Vom Rückenmark aus werden die elektrischen Impulse auch an das Gehirn weitergeleitet. Entscheidend dabei ist, dass es kein definiertes Schmerzzentrum gibt, sondern an der Verarbeitung von Schmerz verschiedene Bereiche des Gehirns beteiligt sind. Diese für das Schmerzempfinden relevanten Bereiche des Gehirns sowie ihre Funktion wollen wir uns im Folgenden einmal etwas genauer anschauen.

Formatio reticularis

Bei der Formatio reticularis handelt es sich um locker verteilte Gruppen von Nervenzellen mit zahlreichen Faserbündeln, die ein Nervengeflecht bilden, das im gesamten Hirnstamm zu finden und mit dem Rückenmark sowie mit dem Thalamus verbunden ist. In ihr befinden sich das Atemzentrum und das Kreislaufzentrum. Außerdem steuert sie Wach- sowie Schlafzustände und das Bewusstsein beziehungsweise die Konzentration und Achtsamkeit. Treten leichte Schmerzen auf, kann durch die Formatio reticularis die Konzentration erhöht werden. Bei sehr starken Schmerzen hingehen kann Bewusstlosigkeit die Folge sein.

Thalamus

Wie bereits erwähnt ist die Formatio reticularis mit dem Thalamus verbunden. Er ist ein Teil des Zwischenhirns und hat eine sehr wichtige Funktion inne. Er leitet nämlich Impulse und Informationen an das Großhirn weiter. Bevor er das jedoch tut, verarbeitet er die bei ihm eintreffenden Impulse. Dies gilt auch für Schmerzsignale. Dabei entscheidet der Thalamus darüber, welche Informationen wichtig sind und leitet diese dann an die entsprechenden Stellen im Großhirn weiter. Diese Entscheidungen trifft er jedoch nicht ganz allein. Sogenannte unspezifische Thalamuskerne helfen ihm da bei. Sie beziehen Informationen aus anderen Hirnbereichen und beeinflussen oder unterstützen den Thalamus bei seiner Entscheidungsfindung.

Großhirnrinde

Der Thalamus leitet also Informationen an das Großhirn weiter. Teil des Großhirns ist die Großhirnrinde. Sie bildet die äußere Nervenzellenschicht des Gehirns und besteht aus mehreren sogenannten Lappen, denen unterschiedliche Funktionen zugerechnet werden. Zuständig für die Verarbeitung von Signalen aus den Bereichen Geruch, Gehör und Sprache ist der Temporallappen. Der Parietallappen ist für die Signale des Tastsinns und Geschmacks verantwortlich. Der Occipitallappen wird beim Sehen sowie bei Denkvorgängen angesprochen und der Frontallappen ist bei Bewegungen gefragt. Darüber hinaus soll es noch zwei weitere Lappen geben, und zwar den Insellappen und den Limbischen Lappen. Der Insellappen kommt ins Spiel, wenn es um die Verarbeitung von chemischen Reizen geht, die zum Beispiel durch Geruch und Geschmack erzeugt werden. Außerdem wird er beim Gleichgewichtssinn aktiv. Der Limbische Lappen hingegen ist wichtig für die Entstehung von Emotionen. Auch steuert er die Ausschüttung von Endorphinen, die eine schmerzlindernde Wirkung haben.

Schon diese kurze und recht oberflächliche Betrachtung verdeutlicht, dass der Großhirnrinde zahlreiche Funktionen und Aufgaben zukommen. Neben der Verarbeitung von Sinnesreizen zu Eindrücken und Wahrnehmungen speichert die Großhirnrinde auch Informationen und spielt eine entscheidende Rolle beim Denken und der Entstehung von Gefühlen. Auch gehen einige Forscher und Wissenschaftler davon aus, dass im Occipitallappen das Bewusstsein beheimatet ist. Jedoch handelt es sich dabei um eine Theorie der Hirnforschung, die bisher nicht bewiesen worden ist. Im Hinblick auf die Vielsichtigkeit und Bedeutung der Großhirnrinde verwundert es jedoch nicht, dass in diesem Teil des Gehirns Schmerzinformationen bewertet, lokalisiert und bewusst macht werden.

Hypothalamus und Hypophyse

Der Hypothalamus ist ein Teil des Zwischenhirns und sitzt im Bereich der Sehnervenkreuzung. Die Hypophyse hängt quasi an der Unterseite des Gehirns auf Höhe der Nasenwurzel und ist mit dem Hypothalamus verbunden. Beide spielen bei der Produktion, Regulation und Verteilung von Hormonen eine entscheidende Rolle. So auch bei der Freisetzung von Endorphinen. Diese werden produziert, wenn die Schmerzen besonders groß sind. Ihre Aufgabe ist es dann, die Schmerzempfindung zu minimieren. Dazu setzen sie sich an bestimmten Rezeptoren der Nervenzellen im Rückenmark sowie Gehirn fest und verhindern so, dass Schmerzsignale weitergeleitet werden.

Limbisches System

Auch das Limbische System ist an der Verarbeitung von Schmerzen im Gehirn beteiligt. Zum einen soll es im Hinblick auf die intellektuellen Leistungen von Bedeutung sein und zum anderen bei der Entstehung von Emotionen eine wichtige Rolle spielen. Deshalb gehen Wissenschaftler davon aus, dass die im Gehirn eingehenden Schmerzsignale vom Limbischen System mit Emotionen belegt werden. In diesem Sinne soll die Bewertung des Schmerzes als negativ oder unangenehm das Ergebnis der Signalverarbeitung im Limbischen System sein.

Was passiert danach?

Nachdem das Schmerzsignal im Gehirn angekommen ist und dort bewusst gemacht, bewertet, lokalisiert und mit Emotionen belegt worden ist, ist die Arbeit des Gehirns im Hinblick auf die Schmerzverarbeitung jedoch noch nicht abgeschlossen. Das Gehirn kann noch mehr, und zwar Hemmungsmechanismen aktivieren, die wie ein körpereigener Schutzmechanismus Schmerzen abwehren. Im Zusammenhang mit dem Hypothalamus und der Hypophyse haben wir bereits schon davon gehört, als wir die schmerzhemmende Wirkung der Endorphine kennengelernt haben. Weitere Beispiele für die Schmerzregulation des Körpers sind die Neurotransmitter (LINK > Artikel: Glückshormone) Noradrenalin (LINK > Artikel: Glückshormone) und Serotonin (LINK > Artikel: Glückshormone). Bei diesen handelt es sich um Botenstoffe, die die Übertragung von Schmerzsignalen hemmen können. Sie entstehen im Zentralnervensystem. Mit ihrer Hilfe kann das Gehirn unter bestimmten Umständen beeinflussen, wie viele Schmerzsignale vom Hinterhorn des Rückenmarks zu ihm durchdringen. Dafür greifen die Neurotransmitter direkt in die Übertragung des Schmerzsignals von den peripheren Nerven zum Rückenmark ein.

Achtung: Schmerzen sind subjektiv!

Verschiedene Forschungsstudien haben gezeigt, dass Menschen Schmerzen subjektiv erleben. Konfrontiert mit objektiv immer gleichen Schmerzreizen, haben die Aussagen der Probanden und Messungen verschiedener Experimente bestätigt, dass Schmerz und seine Intensität unterschiedlich wahrgenommen werden. Die Gründe dafür sind verschieden. Genetische Faktoren, die die Produktion von körpereigenen Schmerzhemmern aber auch die Verarbeitung des Schmerzes im Gehirn beeinflussen, sollen bei der Wahrnehmung von Schmerz ausschlaggebend sein. Darüber hinaus sollen aber auch psychologische Faktoren, wie zum Beispiel unterschiedliche Schmerzerfahrungen und die aktuelle Stimmungslage, eine Rolle spielen. Auch Emotionen, die bekanntlich äußerst subjektiv sind, beeinflussen das Schmerzempfinden. Auch interessant zu wissen ist, dass an der Verarbeitung von Schmerz, der die Folge einer sozialen Verletzung wie Liebeskummer oder Zurückweisung ist, dieselben Strukturen im Gehirn beteiligt sein sollen.

Zusammenfassung: Kurz & knapp

Schmerz sowie die Empfindung und emotionale Verarbeitung von Schmerzen sind elementare und lebensnotwendige physiologische Vorgänge. Ohne Schmerzen würden Menschen nicht lange überleben. Eine ganz zentrale Rolle zur Wahrnehmung Verarbeitung von Schmerzen spielt das Gehirn und die verschiedenen beteiligten Strukturen.

Weiterführende Links und Quellen

M. Trepel (2017): Neuroanatomie: Struktur und Funktion; 7. Auflage, Urban & Fischer Verlag/Elsevier.
N. Ulfig (2008): Kurzlehrbuch Neuroanatomie; 1. Auflage, Thieme.
E. Schulte, U. Schumacher und M. Schünke (2015): PROMETHEUS Kopf, Hals und Neuroanatomie LernAtlas Anatomie; 4. Auflage, Thieme.
Bildquelle: Datei:  #78707112 | Urheber: adimas