Abb. 1: Schmerzfaser (Erläuterung im nebenstehenden Text)

Quelle: Handwerker, H.O. (1999) "Einführung in die Pathologie des Schmerzes"

Ein Nozizeptor muss auf die unterschiedlichen physikalischen Reize wie Hitze oder Druck, chemische Reize wie pH-Erniedrigung bzw. pH-Erhöhung sowie auf Entzündungen reagieren. Ein Nozizeptor kann auf alle Modalitäten reagieren. Solche Nozizeptoren wurden früher Polymodale Fasern genannt. In der neueren Forschung wird nur noch der Fasertyp genannt, sowie die Modalitäten, für die diese empfindlich ist. Eine CMH-Faser ist somit eine Faser des C-Typus, die für die Modalitäten Hitze und Druck empfindlich ist. Ein Anderes Beispiel ist die AMH-Faser (Ad).
Unter den CMH sowie AMH-Fasern wurde eine Population gefunden, welche erst durch die genannten Modalitäten erregbar ist, wenn eine Entzündung vorliegt. Diese werden als "schlafende Nozizeptoren" bezeichnet.

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Die Erregung eines Nozizeptors (Beispiel: der VR₁-Rezeptor):

Der VR₁-Rezeptor ist ein Rezeptorprotein, welches an einen nicht spannungsabhängigen Kanal in einem Nozizeptor gekoppelt ist; er wird durch die Einwirkung von noxischen Hitzereizen und durch den pflanzlichen Wirkstoff Capsaicin stimuliert.                                                                                                                                                     Capsaicin, ein Vanilloid aus vielen Paprikasorten, das  für den scharfen Geschmack verantwortlich ist, wird in der Schmerzwissenschaft als Leitsubstanz verwendet, um Nozizeptoren zu identifizieren.                                                           In Abbildung 2 sind verschiedene Zellereignisse in einem Nozizeptor dargestellt, die entweder zu einer Erregung oder zu einer Sensibilisierung, bzw. Desensibilisierung der Zelle führen. 

Abb.2:  Verschiedene molekulare Ereignisse in einer nozizeptiven Nervenzelle  (nicht vollständig). Erläuterungen  im Text.

 Quelle: Stuart Bevan, "Nociceptive pripheral neurons: cellular properties"

Wirken Capsaicin oder ein noxischer Hitzereiz auf den VR₁-Rezeptor ein (1), so öffnet dieser den gekoppelten Kanal und es kommt zu einem unspezifischen Kationeneinstrom in die Zelle. Die darauffolgende Depolarisation öffnet spannungsabhängige Na⁺ -Kanäle (2). Ist die Depolarisation ausreichend, kommt es schließlich zur Bildung von Aktionspotentialen. H⁺-Ionen können nicht allein den VR1-Rezeptor stimulieren, aber eine pH-Erniedrigung des Außenmediums potenziert den Kationeneinstrom in die Zelle.

Eine Depolarisation kann auch durch einen Liganden-gekoppelten Kanal ausgelöst werden (3).  Ein Beispiel hierfür ist 5-HT (5-Hydroxytryptamin), welches an den 5-HT₃-Rezeptor bindet und einen gekoppelten Kanal öffnet.

Der Bradykinin-Rezeptor ist ein Beispiel für einen G-Protein gekoppelten Rezeptor. Bindet Bradykinin (BK) an den Rezeptor (4), so werden die Phospholipasen C (PLC) und A₂ (PLA₂ ) aktiviert. PLC erhöht hauptsächlich den intrazellulären Diacylglycerol-Spiegel (DAG) in der Zelle (5), welches wiederum die Proteinkinase C (PKC) stimuliert.

Die Proteinkinase phosphoryliert verschiedene Aminosäurereste von Proteinen und somit auch von Na⁺-Kanälen, wodurch sich deren Eigenschaften ändern. Die phosphorylierten Na⁺-Kanäle (6) öffnen sich schon bei einem geringeren Membranpotential. Somit kommt es zu einer Depolarisation des Nozizeptors. Das durch die Aktivität von PLC vermehrt in der Zelle vorkommende IP₃ setzt intrazelluläres Calcium frei, welches Calcium-aktivierte Kaliumkanäle öffnet (7). So wird - ähnlich eines Gleichrichters - das Membranpotential verringert.

PLA₂ erhöht in der Zelle die Konzentration an Arachidonsäure (AA), welche durch die Hydrolyse durch Cyclooxygenase zu Vorstufen von Prostaglandinen (Entzündungsmediatoren) umgewandelt wird.

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Sensibilisierung einer Nozizeptorzelle:

Prostaglandine binden an einen eigenen Rezeptortyp (8) , der ebenfalls G-Protein-gekoppelt ist. Sie wirken auf einen Nozizeptor sensibilisierend.

Werden durch eine Entzündung Prostaglandine ausgeschüttet und wirken diese auf einen Rezeptor eines Nozizeptors ein (8), so wird die Adenylatcyclase (AC) stimuliert, welche zu einer erhöhten Konzentration an cAMP in der Zelle führt. cAMP stimuliert nun wiederum eine cAMP-abhängige Proteinkinase (PKA), welche wie PKC die Eigenschaften der Na⁺-Kanäle durch Phosphorylierung verändert (9).

PKA wirkt jedoch hemmend auf  die Kaliumkanäle (10). Dadurch wird eine Depolarisation nicht so schnell durch einen Kationenausstrom abgebaut, und es kommt somit zu einer Annäherung des Ruhepotentials an die Erregungsschwelle des Nozizeptors.

Durch diese Sensibilisierung werden Nozizeptoren schon bei eigentlich nicht noxischen Reizen wie leichte Berührung oder Wärme erregt und damit ein Schmerz empfunden (Bsp.: Hautirritationen).

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