Einleitung:  

Schmerzen treten dann auf, wenn Körpergewebe so stark gereizt wird, daß eine Schädigung droht oder auftritt.
Schmerzen zeigen meistenfalls eine Organschädigung an. Es muß also ein körpereigenes Warnsystem geben, daß den Schmerzreiz erkennt und zur zentralen Verarbeitung im Gehirn weiterleitet! Welche Strukturen können diese Faktoren leisten?
Schmerz ist eine selbständige Empfindung mit einem dafür spezialisierten nervösen Apparat von Rezeptoren, Leitungsbahnen und Zentren.
Gewebeschädigende oder -bedrohende Reize werden als Noxen bezeichnet.
Als Noxen  kommen mechanische Gewalteinwirkung, Hitze, Kälte oder auch Entzündungen in Frage.
Aufnahme, Weiterleitung und zentralnervöse Verarbeitung noxischer Signale bezeichnet man als Nozizeption.

Schmerzrezeptoren:  

Schmerz wird über spezielle Sensoren, sogenannte  Nozizeptoren perzeptiert.
Bei den Nozizeptoren handelt sich um freie, nichtkorpuskuläre Nervenendigungen, die nicht von speziellen Strukturen eingehüllt sind
Ihre Endigungen sind in Blut- und Lymphgefäßen, in Bindegewebsräumen und im Endoneurium zu finden.
Nozizeptoren reagieren auf mehrere Reizformen, sowohl auf mechanische als auch auf thermische und chemische (H⁺ und K⁺ -Ionen, Prostaglandine, Bradykinine) Reize.
Die Tatsache, daß eine Form eines Rezeptors auf mehrere Reizformen reagiert, bezeichnet man als Polymodalität.
Die Nozizeptoren haben eine hohe Erregungsschwelle, eine Aktivierung kann meist nur durch eine Gewebeschädigung etc. erfolgen.  

Wie erfolgt die Erregung eines Nozizeptors?
Noxen können direkt zu einer Erregung der Schmerzrezeptoren führen, z.B. bei mechanischer Einwirkung,  oder sie sind für Zell- und Gewebereaktionen verantwortlich, bei denen Stoffe als Noxen freigesetzt werden, die sensibilisierend auf Nozizeptoren einwirken! 
Direkt durch Noxen ausgelöste Rezeptorpotentiale konnten wegen der Feinheit dieser Strukturen noch nicht nachgewiesen werden. Weiterhin sind die transduzierenden  Prozesse an der Nervenendenmembran unklar.

Worin bestehen die Unterschiede zu anderen Rezeptoren des Nervensystems?
Schmerzrezeptoren unterscheiden sich in einigen Aspekten grundlegend von  anderen sensorischen Rezeptoren:

1. Reizspezifität  
2. Reizintensität, Verstärkung                         
3. Sensibilisierung

Schmerzleitung:  

Über welche nervösen Strukturen werden die aufgenommenen Reize zur Verarbeitung ins zentrale Nervensystem weitergeleitet?
Nach der Erregung der freien Nervenendigungen der Nozizeptoren werden die Signale über deren Fortsätze zum Rückenmark weitergeleitet.
Bei diesen sogenannten ersten Neuronen handelt es sich um bipolare, afferente Fasern, deren Zellkörper im Spinalganglion liegen.
Die afferenten Axone der Nozizeptoren lassen sich in 2 Gruppen einteilen:  
1. Die Gruppe 3- oder A-Delta-Fasern sind myelinisierte Fasern mit höheren Leitungsgeschwindigkeiten, die auf starken Druck 
    oder Hitze ansprechen.
2. Die Gruppe 4- oder C-Fasern sind marklose Fasern mit geringeren Leitungsgeschwindigkeiten, deren Nervenendigungen auf
    chemische Reize reagieren, die als Folge eines Gewebeschadens auftreten.

Wie erfolgt die Umschaltung im Rückenmark?
Ad-Fasern und C-Fasern treten über die Hinterwurzel in das Rückenmark ein. Nach Umschaltung auf ein Folgeneuron und einem Seitenwechsel ziehen die 2. Neuronen in der Vorderseitenstrangbahn  (Tractus spinothalamicus) zum Gehirn.

Die in Richtung Hirnstamm aufsteigenden Afferenzen vereinigen sich mit dem aus dem Kopfbereich stammenden Axonen des Nervus trigeminus zum Thalamus.
Im lateralen Thalamus erfolgt eine weitere Verschaltung auf Bahnen, die zum Kortex ziehen.
Die Aktivierung nozizeptiver Neurone im Thalamus und im Kortex zählt zu den wesentlichen Voraussetzungen für das bewußte Schmerzerlebnis.
Die Unterscheidung zwischen dem aufsteigenden nozizeptiven und dem absteigenden antinozizeptiven System kann über die Eigenschaft des letzteren erfolgen, welches als Modulator der Signalübertragung im Bereich des Rückenmarks dient und im wesentlichen inhibitorische Effekte vermittelt. Dieser Prozeß wird als deszendierende Hemmung bezeichnet.

Mechanismus zur körpereigenen Schmerzabwehr

Synapsen des nozizeptiven Systems:

Wie funktioniert eine Synapse?
Das Funktionsprinzip einer Synapse besteht in einer Übertragung von Information zwischen zwei Nervenzellen mit Hilfe chemischer Transmitter, die den synaptischen Spalt passieren und an der postsynaptischen Membran ein Aktionspotential generieren können.

Eine Erregung des vorgeschalteten Neurons führt an der präsynaptischen Membran zur Freisetzung von chemischen Neurotransmittern, die durch den synaptischen Spalt diffundieren und an der postsynaptischen Membran gezielt an spezifischen Rezeptoren oder direkt an Ionenkanäle binden. Die evozierte Änderung des Membranpotentials führt zur Generierung von Aktionspotentialen.

Folgende Neurotransmitter treten in nozizeptiven Neuronen in den Vordergrund:

Glutamat gilt als wichtigster Neurotransmitter in schmerzleitenden Axonen und zählt mit Aspartat (NMDA=N-methyl-D-Aspartat) zu den exzitatorischen Aminosäuren. Sie werden sowohl von afferenten Fasern als auch von Rückenmarksneuronen freigesetzt.

Serotonin (5-hydroxytryptamin), Noradrenalin und Dopamin vermitteln die deszendierende Hemmung im Rückenmark. Ebenfalls hemmend in nozizeptiven Neuronen wirken GABA und Glyzin.

Das Funktionsprinzip dieser Neurotransmitter besteht in der Übertragung der Information an spezifische Proteine der postsynaptischen Membran, einerseits an  Rezeptoren bzw. an Ionenkanäle.

Postsynaptische Rezeptoren existieren in zwei Formen:

Auf der einen Seite spannungsgesteuerte, auf der anderen Seite ligandenabhängige Ionenkanäle.
Beide Arten von Ionenkanälen vermitteln den Ein- bzw. Ausstrom von Ionen wie Natrium-, Kalium- oder Calciumionen und führen auf diesem Weg zur Depolarisierung von Neuronen und zur Auslösung von Aktionspotentialen.

Die durch Neurotransmitter hervorgerufene Depolarisierung führt zur schnellen Auslösung von Aktionspotentialen, eine weitere Möglichkeit ist gegeben durch sog. Neuromodulatoren bzw. Neuropeptide, die eine langsame Erregungsleitung nach sich ziehen (z.B. Tachykinine (Substanz P, Neurokinin A).    

Bei den Neuropeptiden mit hemmender Wirkung handelt es sich um die endogenen Opioide (met- u. leu- Enkephalin, Dynorphin), die aus drei Precursormolekülen abgeleitet sind und auf Opioid-Rezeptoren in Nervensystem wirken.