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Langzeitdepression – Lernprozesse der Zellen bei der Behandlung von Schmerzen nutzen

„Mit dem Verfahren der Langzeitdepression lassen sich gelernte Muster der Schmerzempfindung dauerhaft abschwächen – dieser Prozess braucht jedoch Zeit und ist nichts für Ungeduldige.“
— Dr. Tobias Weigl


Von Medizinern geprüft und nach besten wissenschaftlichen Standards verfasst

Dieser Text wurde gemäß medizinischer Fachliteratur, aktuellen Leitlinien und Studien erstellt und von einem Mediziner vor Veröffentlichung geprüft.

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Mit psychischen Erkrankungen hat die Langzeitdepression nichts zu tun. Es ist nämlich das Gegenteil der Langzeitpotenzierung, also ein körperlicher Lernvorgang.

Die Zellen des menschlichen Nervensystems sind in der Lage, wiederkehrende Muster zu erlernen und zu behalten. Was beim Langzeitgedächtnis oder dem Lernen neuer Fähigkeiten ein Gewinn für unseren Alltag ist, kann auch negative Auswirkungen haben. Das Netzwerk unseres Nervensystems merkt sich nämlich nicht nur Vorteilhaftes. Die enge Verschaltung in Hirn und Nervensystem sorgt dafür, dass auch wiederkehrender Schmerz ins Langzeitgedächtnis überführt, also gewissermaßen gelernt wird. Dieser Vorgang wird als „Langzeitpotenzierung“ bezeichnet.

Wird Schmerz „gelernt“, entsteht ein sog. Schmerzgedächtnis. Wer davon betroffen ist, verspürt Schmerzen auch ohne einen akuten Auslöser. Mit der Langzeitdepression, dem Gegenstück zur Langzeitpotenzierung, können diese Schmerzsignale an das Gehirn dauerhaft unterbunden werden.

Stöhnend erhebt Mark sich von seinem Sofa. Sein Knie schmerzt schon wieder unerträglich, und seit einigen Wochen wird der Schmerz stetig stärker. Manchmal strahlt er sogar bis in den Fuß aus, dabei hatte Mark vorher noch nie Beschwerden im Fuß. Weil er die Schmerzen lange ertragen, aber irgendwann, nach einigen Wochen, nicht mehr ausgehalten hat, ist er dann doch zum Arzt gegangen. Der Arzt hat ihm nach einer eingehenden Untersuchung gesagt, dass er viel zu lange gewartet hat, bevor er gekommen ist. Es ließ sich kein eindeutiger Auslöser für den Schmerz mehr finden, weshalb der Arzt vermutete, dass Mark über Wochen ein Schmerzgedächtnis entwickelt hatte, der Schmerz also chronisch geworden war.

Langzeitdepression: Definition

Das menschliche Nervensystem ist ein komplexes Gebilde: Mit unzähligen Verschaltungen zwischen Körper-, Nerven- und Gehirnzellen bildet es die Schaltzentrale unseres Organismus. Ganz egal, ob wir Hunger oder Durst verspüren, uns eine Verletzung zuziehen oder Vokabeln in einer fremden Sprache lernen – das Nervensystem ist immer beteiligt.

Besonders wichtig ist das Nervensystem als zentraler Ort sämtlicher Lernprozesse. Damit Erinnerungen, Allgemein- und Fachwissen oder bestimmte Fähigkeiten im Langzeitgedächtnis abgespeichert werden können, müssen sie zunächst eine Folge von Nervenzellen (sog. Neuronen) durchlaufen. Je öfter eine solche „Nervenbahn“ benutzt wird, desto tiefer prägt sich der Vorgang in das Gedächtnis ein. Es sind zelluläre Prozesse, die jedem Lernen zugrunde liegen (also Prozesse auf der Zellebene).

Folgende Zeichnung zeigt das Rückenmark und dort die Schmerzweiterleitung. Genau hier findet u.a. der Prozess der Langzeitdepression statt.

Diese Eigenschaft wird als synaptische oder neuronale Plastizität bezeichnet. Wird eine Nervenzelle bzw. der synaptische Spalt, der zwei Nervenzellen miteinander verbindet, wieder und wieder demselben Reiz ausgesetzt, kann sich die Struktur der betroffenen Zelle mit der Zeit verändern. Dann wird der Reiz auch an das Gehirn weitergeleitet, wenn er von außen überhaupt nicht mehr auftritt – es handelt sich um die sog. Langzeitpotenzierung eines Neurons bzw. einer Synapse.

Der Mechanismus dahinter: die Langzeitpotenzierung

Jede Information, die das Gehirn erreicht, wird in Form eines Reizes von einem Ausgangspunkt durch das Nervensystem geleitet. So geht bspw. ein mechanischer Reiz (etwa eine Berührung) von einem Nervenende auf der Haut oder im Zellgewebe aus, eine optische Wahrnehmung von der Netzhaut des Auges, ein Geräusch von den Haarzellen im Ohr und so weiter. Die Nervenzellen nehmen diesen Reiz als elektrischen Impuls wahr.

Dieser wird entlang einer Nervenfaser, die zum Gehirn führt, von Zelle zu Zelle weitergegeben. Erreicht ein elektrischer Impuls eine Zelle, wird diese erregt und ein sog. Aktionspotenzial entsteht. Das Aktionspotenzial wiederum löst aus, dass bestimmte Neurotransmitter (Botenstoffe im Nervensystem) in den synaptischen Spalt zwischen zwei Nervenzellen ausgeschüttet werden. Von dort gelangen die Botenstoffe in die angrenzende Zelle. Beispiele für Neurotransmitter sind Adrenalin, Dopamin, aber auch unterschiedliche Aminosäuren. Der Reiz wird dann durch immer neue Aktionspotenziale von Nervenzelle zu Nervenzelle weitergeleitet. Im Hippocampus (einem Teil des Gehirns) angelangt, wird er schließlich weiterverarbeitet.

Treten diese Aktionspotenziale über einen längeren Zeitraum immer wieder in wechselnder Intensität auf und bleibt die Zelle gewissermaßen „dauererregt“, verändert sich die Zellstruktur: Schon bei einem geringen Reiz werden vermehrt Neurotransmitter ausgeschüttet, die den nachfolgenden Zellen vorgaukeln, dass etwa ein starker Schmerzreiz besteht.

Im folgenden Video erklärt Schmerzforscher Dr. Tobias Weigl, wie durch Langzeitpotenzierung ein Schmerzgedächtnis entsteht.

Langzeitdepression als „umgekehrter“ Lernprozess

Die Langzeitpotenzierung ist letztlich nichts anderes als ein Lernprozess, der eine Strukturveränderung innerhalb der Nervenzellen des Gehirns verursacht. An dieser Stelle kommt nun die Langzeitdepression ins Spiel: Während die Langzeitpotenzierung eine Verstärkung eines elektrischen Impulses hervorruft, zielt die Langzeitdepression darauf ab, diesen abzuschwächen. Indem in einer Nervenzelle bzw. Nervenfaser bestimmte Aktionspotenziale ausgelöst werden, kommt es im Rahmen dieser Behandlung zu einer Abschwächung der synaptischen Übertragung, die mehrere Stunden anhält.

Gut zu wissen! Studien beweisen, dass Langzeitdepression wirkt

Viele Studien der letzten Jahre haben gezeigt, dass sich der Prozess der Langzeitpotenzierung wieder zurückbilden lässt. Eine solche Langzeitdepression braucht aber ihre Zeit. Wer also hofft, chronische Schmerzen schnell loswerden zu können, muss sich in Geduld üben.

Der elektrische Impuls, der ein für die Langzeitdepression benötigtes Aktionspotenzial auslöst, erfolgt durch eine künstliche elektrische Stimulation. Einer niederfrequenten Stimulation (engl. „Low Frequency Stimulation“) kann Nervenzellen bspw. etwa 15 Minuten lang reizen.

Im Hippocampus, der zentralen Schaltstelle des Gehirns, wird auf diese Weise zuverlässig eine Langzeitdepression hervorgerufen. Auch hier kommt es, wie bei der Langzeitpotenzierung, zur Ausschüttung von Neurotransmittern in den synaptischen Spalt zwischen zwei Nervenzellen. Jedoch wird die Reizübertragung hier nicht verstärkt, sondern abgeschwächt.

Fakten-Box Langzeitdepression

Bei chronischen Schmerzen

  • Das Gehirn hat durch wiederkehrende starke Schmerzreize gelernt, Schmerz auch dann wahrzunehmen, wenn es keinen akuten Auslöser gibt.
  • Die Strukturveränderung der Nervenzellen kann durch Langzeitdepression umgekehrt werden.
  • Hierbei werden die Neuronen, die an der Schmerzweiterleitung beteiligt sind, durch gezielte Reize „neu programmiert“ und das Schmerzgedächtnis überschrieben.

Langzeitpotenzierung mit Langzeitdepression zurückbilden

Schmerzen und insbesondere chronische Schmerzen gehören zu den häufigsten Gründen, warum Patienten in Deutschland einen Arzt aufsuchen. Neben den klassischen Therapieansätzen (Medikamente, Bewegung, Dehnung der Muskulatur, Faszientraining) gibt es inzwischen noch einen weiteren Baustein bei der Behandlung chronischer Schmerzen: Die Langzeitdepression wird immer relevanter. Während Medikamente, Bewegung und Dehnung in erster Linie dazu dienen, Schmerzen zu lindern, setzt die Langzeitdepression beim Schmerzgedächtnis selbst an. Das ist der Mechanismus, der dem Körper vorgaukelt, stärkeren Schmerz zu empfinden, als tatsächlich akut vorhanden ist.

Der Begriff Schmerzgedächtnis wird in der Schmerzmedizin dafür verwendet, dass eine strukturelle Veränderung in den Zellen des Gehirns und des Nervensystems entstanden ist. Diese Veränderung sorgt für eine Verbesserung der Reizweiterleitung – was im Falle von chronischen Schmerzen aber zur Folge hat, dass Schmerz unabhängig von der Ursache empfunden wird. Bei Arthrose, Fibromyalgie, Migräne oder der Volkskrankheit Rückenschmerzen lernt der Körper quasi, dass Schmerz dazugehört.

Ist ein Schmerzgedächtnis erst einmal entstanden, leiden die Betroffenen unter nicht akuten, aber dennoch starken Schmerzen. Diese lassen sich häufig nicht mehr auf eine klare Ursache zurückführen. Doch so wie sich die Zellen des Nervensystems durch die Langzeitpotenzierung strukturell verändert haben, lässt sich diese Programmierung auch wieder rückgängig machen.

Schmerzgedächtnis mit Nicht-Schmerz-Gedächtnis überschreiben

Der Prozess, der dabei zum Einsatz kommt, ist mit dem Gedächtnis vergleichbar: Zellen können sich zurückbilden und wir vergessen Informationen oder Fähigkeiten, die wir einmal erlernt haben, z. B. Wissen, das wir lange nicht abgerufen haben. Bestehende Verknüpfungen werden aufgelöst. Dieser „Löschvorgang“ lässt sich auch im Zusammenhang mit chronischen Schmerzen erreichen, die durch ein Schmerzgedächtnis entstanden sind.

Als Gegenstück zur Langzeitpotenzierung kommt es auch bei der Langzeitdepression zu einem synaptischen Vorgang in unserem Gehirn. Man kann sich das so vorstellen, als sei das Gehirn täglich in Bewegung: Wir lernen ständig etwas Neues hinzu, neue Verknüpfungen zwischen Zellen entstehen. Andere Verbindungen bilden sich zurück. Dann vergessen wir Informationen, die nicht im Langzeitgedächtnis abgespeichert werden.

Die Rückbildung des Schmerzgedächtnisses lässt sich aktiv fördern: Ausgelöst wird sie durch elektrische Reize, die dafür sorgen, dass bei einem Aktionspotenzial weniger Neurotransmitter ausgeschüttet werden. Geben diese Transmitter weniger Signale an die nachfolgende Zelle weiter, wird diese weniger empfänglich dafür. In der Folge kommt es dazu, dass aktive Synapsen zurückgebildet und keine neuen neuronalen Verbindungen mehr gebildet werden. Sollte wieder ein akuter Schmerz entstehen, kann dieser auf normalem Wege an das Gehirn weitergeleitet und entsprechend weiterverarbeitet werden.

Um diesen Löschvorgang hervorzurufen, müssen die Nervenfasern einem elektrischen Impuls ausgesetzt werden. Man spricht hierbei auch von einer Elektrotherapie: Mithilfe einer Methode wie der Small Fiber Matrix Stimulation (SFMS) werden feine Stromimpulse an die Schmerzfasern, die direkt unter der Haut liegen, geschickt. Durch eine gleichförmige Stimulation dieser Fasern (im Englischen ‚small fibers‘) über mehrere Minuten werden die Nerven beruhigt – es kommt zu einer Rückbildung bzw. Normalisierung des Schmerzempfindens.

Mehr Informationen zur Rückbildung chronischer Schmerzen durch Langzeitdepression in diesem Video

Durch Langzeitpotenzierung (LTP) verbessert sich die Reizweiterleitung im Nervensystem. Langzeitdepression (LTD) dagegen bildet die zellulären Mechanismen zurück. Wie LTP und LTD zusammenhängen und wie die Inaktivierung abläuft, erklärt Dr. Tobias Weigl im folgenden Video:

Aktuelles aus der Forschung

Studien haben herausgefunden, dass die niederfrequente Elektrostimulation langfristig die Depression von Schmerzen unterstützt. Probanden berichteten, dass sie tiefe, rhythmische Schmerzen im Verlauf der Behandlung immer weniger wahrgenommen haben. Oberflächliche, akute Schmerzen waren aber weiterhin spürbar. Für die Schmerzforschung belegen diese Studienergebnisse die Wirksamkeit der Langzeitdepression und ihre Möglichkeiten für die Behandlung von chronischen Schmerzen. Das führte zur Weiterentwicklung der Elektro-Matrix-Stimulation in den vergangenen Jahren.
Quelle: S. Rottmann, K. Jung, J. Ellrich (2010): Electrical low-frequency stimulation induces long-term depression of sensory and affective components of pain in healthy man. In: European Journal of Pain Band 14, Heft 4, S. 359–365.

Wer ist von chronischen Schmerzen und Schmerzgedächtnis betroffen?

Chronische Schmerzen sind ein Krankheitsbild, das jeden treffen kann. Wird ein Schmerzreiz über einen zu langen Zeitraum nicht untersucht und therapeutisch behandelt, kommt es durch die Langzeitpotenzierung zu einer Chronifizierung des Schmerzes. Dieser Lernprozess der Nervenzellen läuft automatisiert ab. Das heißt, wer an akuten Schmerzen leidet, fällt in die Risikogruppe derer, die unter bestimmten Umständen ein Schmerzgedächtnis entwickeln können. Umgekehrt kann die Langzeitdepression aber auch bei jedem Betroffenen eingesetzt werden, da es sich auch dabei um die molekulare Veränderung der Zellstruktur handelt.

Video: Ganzheitliche Schmerztherapie – Das bio-psycho-soziale Schmerzmodell

Im folgenden Video erklärt Dr. Tobias Weigl, was Schmerz ist und wie eng biologische, psychische und soziale Komponenten mit der Entstehung von Schmerz zusammenhängen.

Umfrage

Hat ein Arzt bei Ihnen ein Schmerzgedächtnis diagnostiziert? Welche dieser Behandlungsformen fanden bei Ihnen Anwendung? (Mehrfachnennungen möglich) Mit Ihrer Antwort helfen Sie anderen Lesern, ein besseres Bild ihrer Erkrankung zu erhalten.
Gut zu wissen! Schmerz und Lernen
Ein Schmerzgedächtnis kann nur deshalb entstehen, weil das menschliche Gehirn ständig aktiv ist: Kommt ein permanenter Schmerzreiz im Gehirn an, wird dieser Reiz als „wichtig“ eingestuft. Er wird ja immer wieder an das Gehirn weitergegeben. Genauso funktioniert es auch, wenn wir uns bspw. eine Vokabel immer und immer wieder einbläuen müssen, bis wir sie uns endlich merken können.

Häufige Patientenfragen

Warum nennt man chronische Schmerzen auch Schmerz-„Gedächtnis“?

Ein akuter Schmerz entsteht an irgendeiner Stelle im menschlichen Körper, beispielsweise durch eine Verletzung oder aufgrund einer organischen Ursache. Von diesem Ausgangspunkt wird ein Schmerzreiz an das Gehirn gesendet, wo er weiterverarbeitet wird, damit der Körper darauf reagieren kann. Chronische Schmerzen dagegen gehen nicht mehr von der Stelle aus, an der der Schmerz ursprünglich aufgetreten ist. Sie werden direkt im Gehirn wahrgenommen, wo sie durch Vorgänge der synaptischen Plastizität (Langzeitpotenzierung) auch dann auftreten, wenn gar kein akuter Schmerz vorhanden ist.

Welche anderen Behandlungsmethoden gibt es für chronische Schmerzen?

Chronische Schmerzen sollten nie ausschließlich mit einem einzigen Therapieverfahren behandelt werden. Eine seriöse Behandlung lässt sich daran erkennen, dass sie möglichst unterschiedliche Bausteine umfasst – dies nennt man eine ganzheitliche, multimodale Therapie. Dazu gehören Medikamente (jedoch nur so viele und so oft wie nötig), Bewegung, Kräftigung und Dehnung. Darüber hinaus bildet die Elektrotherapie ein Verfahren, das direkt an den Neuronen, also dem Nervensystem, ansetzt und mithilfe der Langzeitdepression den chronischen Schmerz abschwächt.

Beim nächsten Gespräch schlägt der Arzt Mark vor, den Schmerz mit einer Matrixstimulation zu behandeln. Das habe bei vielen Patienten schon zu guten Ergebnissen geführt.
„Was ist denn eine Matrix?“, fragt Mark.
Der Arzt erklärt, dass es sich um eine Form der Elektrotherapie handelt. Mithilfe einer Elektrostimulation werden künstlich ausgelöste Reize an die Zellen des Nervensystems weitergegeben, und diese sollen dafür sorgen, dass der in den Zellen abgespeicherte Schmerz gewissermaßen überschrieben wird. Mark zögert. Ob das wo weh tut?
Der Arzt kann ihn beruhigen: „Nicht mehr als Ihre Schmerzen, die Sie aktuell spüren. Die meisten Patienten beschreiben die Elektrostimulation als leichtes Ziepen.“
Mark nickt und stimmt zu. Schlimmer als der chronische Schmerz kann es wohl kaum sein. Er hofft, dass es hilft.

Verwandte Themen

Haben auch Sie Erfahrungen mit chronischen Schmerzen? Haben Sie Fragen zum Thema? Dann nutzen Sie unsere Kommentarfunktion unten für den Austausch untereinander und mit uns!

Autoren: Dr. Tobias Weigl, Christine Pepersack
Redaktion: Marek Firlej
Veröffentlicht am: 13.05.2019

Die hier beschriebenen Punkte (Krankheit, Beschwerden, Diagnostik, Therapie, Komplikationen etc.) erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Es wird genannt, was der Autor als wichtig und erwähnenswert erachtet. Ein Arztbesuch wird durch die hier genannten Informationen keinesfalls ersetzt.

Quellen

  • Sandkühler, J. (2015): Translating synaptic plasticity into sensation. In: Brain 138/9, S. 2463 f.
  • Bomedus: Das Schmerzgedächtnis
  • Jung, K. u. a. (2012): Electrical low-frequency stimulation induces central neuroplastic changes of pain processing in man. In: European Journal of Pain 16/4, S. 509-521.
  • Bernateck, M. u. a. (2017): Schmerzmedizin – 1000 Fragen. 2. Auflage. Thieme Verlag, Stuttgart.
  • Trepel, M. (2011): Neuroanatomie: Struktur und Funktion. 5. Auflage. Urban & Fischer, München.
  • Apkarian, A. V. u. a. (2011): Pain and the brain: Specificity and Plasticity of the Brain in Clinical Chronic Pain. in: Pain Nr. 152, S. S49–64.
  • Schmidt, R., Schaible, H. (2005): Neuro- und Sinnesphysiologie. 5. Auflage. Springer Verlag, Heidelberg.
  • Gallacchi, P. (2005): Schmerzkompendium – Schmerzen verstehen und behandeln. 2. Auflage. Thieme Verlag, Stuttgart.
  • Sandkühler, J. (2001): Schmerzgedächtnis: Entstehung, Vermeidung und Löschung. in: Deutsches Ärzteblatt Bd. 98 (Nr. 42), A-2725 / B-2340 / C-2172
  • Rottmann, K. Jung, J. Ellrich (2010): Electrical low-frequency stimulation induces long-term depression of sensory and affective components of pain in healthy man. In: European Journal of Pain Band 14, Heft 4, S. 359–365.
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