Nervenfaser der Gruppe C - Group C nerve fiber

Nervenfaser der Gruppe C
Medulla spinalis - Substantia grisea - German.svg
C-Faser nicht markiert, aber die Substantia gelatinosa von Rolando ist Rexed lamina II, oben links markiert.
Einzelheiten
Standort Zentralnervensystem und peripheres Nervensystem
Funktion Nervenfieber
Anatomische Begriffe der Neuroanatomie

Nervenfasern der Gruppe C sind eine von drei Klassen von Nervenfasern im Zentralnervensystem (ZNS) und im peripheren Nervensystem (PNS). Die C - Fasern sind Gruppe unmyelinisierte und haben einen kleinen Durchmesser und geringe Leitungsgeschwindigkeit, während die Gruppen A und B myelinisierten sind. Zu den Fasern der Gruppe C gehören postganglionäre Fasern im autonomen Nervensystem (ANS) und Nervenfasern an den dorsalen Wurzeln (IV-Faser). Diese Fasern tragen sensorische Informationen.

Eine Schädigung oder Verletzung von Nervenfasern verursacht neuropathische Schmerzen . Capsaicin aktiviert die C-Faser- Vanilloid-Rezeptoren und verleiht Chilischoten ein scharfes Gefühl.

Struktur und Anatomie

Standort

C-Fasern sind eine Klasse von Nervenfasern, die in den Nerven des somatischen sensorischen Systems vorkommen . Sie sind afferente Fasern , die Eingangssignale von der Peripherie an das zentrale Nervensystem weiterleiten.

Struktur

C - Fasern sind unmyelinisierte im Gegensatz zu den meisten anderen Fasern im Nervensystem. Diese fehlende Myelinisierung ist die Ursache für ihre langsame Leitungsgeschwindigkeit , die in der Größenordnung von nicht mehr als liegtm / s . C-Fasern haben im Durchschnitt einen Durchmesser von 0,2-1,5 µm .

Remak-Pakete

C-Faseraxone werden zu sogenannten Remak-Bündeln zusammengefasst. Diese treten auf, wenn eine nicht-myelinisierende Schwann-Zelle die Axone eng aneinander bündelt, indem sie sie umgibt. Die Schwann-Zelle verhindert, dass sie sich gegenseitig berühren, indem sie ihr Zytoplasma zwischen die Axone drückt . Der Zustand der Remak-Bundles variiert mit dem Alter. Die Anzahl der C-Faser-Axone in jedem Remak-Bündel variiert mit dem Standort. Zum Beispiel, in einem Rattenmodell, großes Bündel von mehr als 20 Axone gefunden L5 verlass dorsal root ganglion , während kleinere Bündel von durchschnittlich 3 Axone in distalen Nervensegmenten zu finden sind. Mehrere Neuronen tragen Axone zum Remak-Bündel mit einem durchschnittlichen Verhältnis von etwa 2 Axonen pro Bündel bei. Die Querschnittsfläche eines Remak-Bündels ist proportional zur Anzahl der darin befindlichen Axone. Remak-Bündel im distalen peripheren Nerv sind mit anderen Remak-Bündeln gruppiert. Es wurde gezeigt, dass die Remak-Schwann-Zellen elektrochemisch auf Aktionspotentiale der in ihnen enthaltenen Axone reagieren .

In Experimenten, bei denen eine Nervenverletzung verursacht wird, aber benachbarte C-Fasern intakt bleiben, wird eine erhöhte spontane Aktivität in den C-Fasern beobachtet. Dieses Phänomen unterstützt die Theorie, dass beschädigte Nervenfasern Faktoren freisetzen können, die die Funktion benachbarter unbeschädigter Fasern verändern. Das Studium der Remak-Bündel hat wichtige Auswirkungen auf die Nervenregeneration nach einer Verletzung. Derzeit dauert die Wiederherstellung der distalen C-Faserfunktion Monate und kann immer noch nur eine unvollständige Funktion wiedererlangen. Dies kann zu abnormen sensorischen Funktionen oder neuropathischen Schmerzen führen . Es wird angenommen, dass Remak-Bündel bestimmte trophische Faktoren freisetzen, die die Regeneration der beschädigten Axone fördern.

Weg

C-Fasern Synapsen mit Projektionsneuronen zweiter Ordnung im Rückenmark an den oberen Laminae des Hinterhorns in der Substantia gelatinosa . Die Projektionsneuronen zweiter Ordnung sind vom Typ Wide Dynamic Range (WDR), die Input sowohl von nozizeptiven Terminals als auch von myelinisierten A-Typ-Fasern empfangen. Es gibt drei Arten von Projektionsneuronen zweiter Ordnung im Tractus spinothalamicus : Wide Dynamic Range (WDR), High Threshold (HT) und Low Threshold (LT). Diese Klassifizierungen basieren auf ihren Reaktionen auf mechanische Reize. Die Neuronen zweiter Ordnung steigen im ventrolateralen oder anterolateralen Quadranten der kontralateralen Hälfte des Rückenmarks zum Hirnstamm und Thalamus auf und bilden den Tractus spinothalamicus. Der Tractus spinothalamicus ist der Hauptweg, der mit der Schmerz- und Temperaturwahrnehmung verbunden ist und das Rückenmark sofort seitlich durchquert. Dieses Crossover-Merkmal ist klinisch wichtig, da es die Identifizierung der Verletzungsstelle ermöglicht.

Funktion

Aufgrund ihrer höheren Leitungsgeschwindigkeit aufgrund starker Myelinisierung und unterschiedlicher Aktivierungsbedingungen sind die Aδ-Fasern im Großen und Ganzen für das Empfinden eines schnellen flachen Schmerzes verantwortlich, der bereichsspezifisch ist und als erster Schmerz bezeichnet wird . Sie reagieren auf eine schwächere Reizintensität. C-Fasern reagieren auf Stimuli mit stärkerer Intensität und sind diejenigen, die für den langsamen, anhaltenden und sich ausbreitenden zweiten Schmerz verantwortlich sind. Diese Fasern sind praktisch nicht myelinisiert und ihre Leitungsgeschwindigkeit ist dadurch viel langsamer, weshalb sie vermutlich ein langsameres Schmerzempfinden leiten.

C-Fasern gelten als polymodal, weil sie auf verschiedene Reize reagieren können. Sie reagieren auf Reize, die thermischer, mechanischer oder chemischer Natur sind. C-Fasern reagieren auf alle möglichen physiologischen Veränderungen im Körper. Zum Beispiel können sie auf Hypoxie , Hypoglykämie , Hypoosmolarität, das Vorhandensein von Muskelstoffwechselprodukten und sogar leichte oder empfindliche Berührung reagieren. C-Faser-Rezeptoren umfassen:

  • C-Faser-Nozizeptoren
    • verantwortlich für den zweiten, brennenden Schmerz
  • C-Faser wärmende spezifische Rezeptoren
    • verantwortlich für die wärme
  • ultra-langsame histaminselektive C-Fasern
    • verantwortlich für Juckreiz
  • taktile C-Fasern
    • sinnliche Berührung
    • umfasst CT-Fasern, auch bekannt als niederschwellige C-Mechanorezeptoren (CLTM), die nicht myelinisierte Afferenzen in menschlicher behaarter Haut sind und eine niedrige mechanische Schwelle von < 5 Millinewton aufweisen. Sie haben eine mäßige Anpassung und können bei wiederholter Stimulation und "Nachentladungen" für einige Sekunden nach einem Reiz ermüden.
  • C Mechano- und Metabo-Rezeptoren in Muskeln oder Gelenken
    • verantwortlich für Muskeltraining, Brennen und Krämpfe

Diese Variation der Eingangssignale erfordert, dass eine Vielzahl von Zellen des Kortex in Lamina 1 unterschiedliche Modalitätsselektivität und Morphologien aufweisen. Diese unterschiedlichen Neuronen sind für die verschiedenen Gefühle verantwortlich, die wir in unserem Körper wahrnehmen, und können anhand ihrer Reaktionen auf verschiedene Reize klassifiziert werden. Das Gehirn verwendet die Integration dieser Signale, um die Homöostase im Körper aufrechtzuerhalten, unabhängig davon, ob es sich um Temperatur oder Schmerzen handelt.

Vanilloid-Rezeptor

Der Vanilloid-Rezeptor (VR-1, TRPV1) ist ein Rezeptor , der sich an den freien Nervenenden der C- und Aδ-Fasern befindet und auf erhöhte Hitze (>43 °C) und die Chemikalie Capsaicin reagiert . Capsaicin aktiviert C-Fasern, indem es einen Liganden- gesteuerten Ionenkanal öffnet und ein Aktionspotential verursacht. Da dieser Rezeptor sowohl auf Capsaicin als auch auf Hitze reagiert, werden Chilischoten als scharf empfunden. VR-1 ist auch in der Lage, auf extrazelluläre Ansäuerung zu reagieren und kann die gleichzeitige Exposition gegenüber allen drei sensorischen Reizen integrieren. VR1 ist essentiell für die entzündliche Sensibilisierung gegenüber schädlichen thermischen Reizen. Ein zweiter Rezeptortyp, ein Vanilloid-ähnlicher Rezeptor (TRPV2,VRL-1), hat eine höhere Aktivierungsschwelle in Bezug auf Hitze von etwa 52 °C und reagiert ebenfalls auf Capsaicin und einen niedrigen pH-Wert. Beide Rezeptortypen sind Transmembranrezeptoren , die im Ruhezustand geschlossen sind. Im geöffneten Zustand ermöglichen diese Rezeptoren einen Einstrom von Natrium und Kalzium, der ein Aktionspotential über die Fasern in Gang setzt. Beide Rezeptoren sind Teil einer größeren Familie von Rezeptoren, die als TRP-Rezeptoren ( Transient Rezeptor Potential ) bezeichnet werden. Kommt es zu einer Schädigung dieser Wärmetransducer-Rezeptoren, kann dies zu chronischen neuropathischen Schmerzen führen, die durch das Absenken der Hitzeschmerzschwelle für ihre Phosphorylierung verursacht werden .

Rolle bei neuropathischen Schmerzen

Die Aktivierung von Nozizeptoren ist nicht notwendig, um das Schmerzempfinden auszulösen. Schäden oder Verletzungen von Nervenfasern, die normalerweise auf harmlose Reize wie leichte Berührung reagieren, können ihre Aktivierungsschwelle senken, die für die Reaktion erforderlich ist; Diese Veränderung bewirkt, dass der Organismus schon bei der leichtesten Berührung intensiven Schmerz verspürt. Neuropathische Schmerzsyndrome werden durch Läsionen oder Erkrankungen der Teile des Nervensystems verursacht, die normalerweise Schmerzen signalisieren. Es gibt vier Hauptklassen:

Nach einer Nervenläsion von entweder C-Fasern oder Aδ-Fasern werden diese abnormal empfindlich und verursachen eine pathologische Spontanaktivität. Diese Veränderung der normalen Aktivität wird durch molekulare und zelluläre Veränderungen der primären afferenten Nozizeptoren als Reaktion auf die Nervenschädigung erklärt. Die abnorme Aktivität der geschädigten Nerven ist mit der erhöhten Präsenz von mRNA für spannungsgesteuerte Natriumkanäle verbunden . Eine unregelmäßige Gruppierung dieser Kanäle an Stellen mit abnormaler Aktivität kann für die Senkung der Aktivierungsschwelle verantwortlich sein, was zu Hyperaktivität führt .

Zentrale Sensibilisierung

Nach Nervenschädigungen oder wiederholter Stimulation erfahren WDR-Neuronen (Wide Dynamic Range) eine allgemeine Erhöhung der Erregbarkeit. Diese Übererregbarkeit kann durch eine erhöhte neuronale Reaktion auf einen schädlichen Reiz ( Hyperalgesie ), ein größeres neuronales rezeptives Feld oder eine Ausbreitung der Übererregbarkeit auf andere Segmente verursacht werden. Dieser Zustand wird durch C-Fasern aufrechterhalten.

C-Fasern bewirken als Reaktion auf ihre Hyperaktivität eine zentrale Sensibilisierung des Hinterhorns im Rückenmark. Der diesem Phänomen zugrunde liegende Mechanismus beinhaltet die Freisetzung von Glutamat durch diese pathologisch sensibilisierten C-Fasern. Das Glutamat interagiert mit den postsynaptischen NMDA-Rezeptoren , was die Sensibilisierung des Hinterhorns unterstützt. Präsynaptischen neuronalen spannungsabhängigen N-Calciumkanäle sind weitgehend verantwortlich für die Freisetzung dieses Glutamat sowie die Neuropeptid , Substanz P . Die Expression präsynaptischer neuronaler spannungsgesteuerter N-Calcium-Kanäle nimmt nach einer Nervenläsion oder wiederholter Stimulation zu. Die Aktivierung des NMDA-Rezeptors (durch Glutamat) verstärkt die postsynaptische Stickoxid-Synthase . Es wird angenommen, dass Stickoxid zurück zur präsynaptischen Membran wandert, um die Expression der spannungsgesteuerten N-Calcium-Kanäle zu verstärken, was zu einem Schmerz-Wind-up- Phänomen führt. Dieser abnormale zentrale Sensibilisierungszyklus führt zu verstärkten Schmerzen (Hyperalgesie) und Schmerzreaktionen von zuvor nicht schädlichen Reizen rufen eine Schmerzreaktion ( Allodynie ) hervor.

Die zentrale Sensibilisierung der Hinterhornneuronen, die durch die Aktivität der C-Faser hervorgerufen wird, ist für die zeitliche Summation des "Second Pain" (TSSP) verantwortlich. Dieses Ereignis wird „Windup“ genannt und beruht auf einer Frequenz größer oder gleich 0,33 Hz des Stimulus. Windup ist mit chronischen Schmerzen und zentraler Sensibilisierung verbunden. Diese minimale Frequenz wurde experimentell bestimmt, indem die fMRTs gesunder Patienten verglichen wurden , die unterschiedlichen Frequenzen von Wärmeimpulsen ausgesetzt waren. Die fMRT-Karten zeigen gemeinsame Bereiche, die durch die TSSP-Reaktionen aktiviert wurden, darunter kontralateraler Thalamus (THAL), S1, bilateraler S2, vordere und hintere Insel (INS), mittlerer anteriorer cingulärer Kortex (ACC) und ergänzende motorische Bereiche (SMA). TSSP-Ereignisse sind auch mit anderen Regionen des Gehirns verbunden, die Funktionen wie somatosensorische Verarbeitung, Schmerzwahrnehmung und -modulation, Kognition und prämotorische Aktivität im Kortex verarbeiten.

Behandlung

Derzeit ist die Verfügbarkeit von Medikamenten zur Behandlung von neuropathischen Schmerzen begrenzt und variiert stark von Patient zu Patient. Viele entwickelte Medikamente wurden entweder durch Zufall oder durch Beobachtung entdeckt. Einige frühere Behandlungen umfassen Opiate wie Mohnextrakt , nicht-steroidale entzündungshemmende Medikamente wie Salicylsäure und Lokalanästhetika wie Kokain . Andere neuere Behandlungen bestehen aus Antidepressiva und Antikonvulsiva , obwohl keine wesentlichen Untersuchungen über den tatsächlichen Mechanismus dieser Behandlungen durchgeführt wurden. Patienten reagieren jedoch unterschiedlich auf diese Behandlungen, möglicherweise aufgrund von Geschlechtsunterschieden oder genetischen Hintergründen. Daher haben Forscher erkannt, dass kein Medikament oder eine Medikamentenklasse alle Schmerzen lindern kann. Die Forschung konzentriert sich nun auf die zugrunde liegenden Mechanismen der Schmerzwahrnehmung und wie sie schief gehen kann, um ein geeignetes Medikament für Patienten mit neuropathischen Schmerzen zu entwickeln.

Mikroneurographie

Die Mikroneurographie ist eine Technik, bei der Metallelektroden verwendet werden , um den neuralen Verkehr von sowohl myelinisierten als auch nicht myelinisierten Axonen in efferenten und afferenten Neuronen der Haut und des Muskels zu beobachten. Diese Technik ist besonders wichtig in der Forschung mit C-Fasern. Einzelne Aktionspotentiale von nicht myelinisierten Axonen können beobachtet werden. Aufnahmen von efferenten postganglionären sympathischen C-Fasern der Muskulatur und der Haut geben Aufschluss über die neurale Steuerung von autonomen Effektororganen wie Blutgefäßen und Schweißdrüsen . Die Ablesungen afferenter Entladungen von C-Nozizeptoren, die durch die Markierungsmethode identifiziert wurden, haben sich auch als hilfreich erwiesen, um die Mechanismen aufzudecken, die Empfindungen wie Juckreiz zugrunde liegen .

Leider kann die Interpretation der mikroneurographischen Messwerte schwierig sein, da das axonale Membranpotential mit dieser Methode nicht bestimmt werden kann. Eine zusätzliche Methode, die verwendet wird, um diese Messwerte besser zu verstehen, umfasst die Untersuchung von Aufzeichnungen der Erregbarkeit nach dem Spike und der Verschiebungen in der Latenz; diese Merkmale sind mit Veränderungen des Membranpotentials von nicht myelinisierten Axonen wie C-Fasern verbunden. Moalem-Tayloret al. experimentell verwendete chemische Modulatoren mit bekannten Auswirkungen auf das Membranpotential, um die Post-Spike-Supererregbarkeit von C-Fasern zu untersuchen. Die Forscher fanden drei resultierende Ereignisse. Chemische Modulatoren können zusammen mit erhöhter axonalen Erregbarkeit, was darauf hindeutet Membran eine Kombination von Verlust von super-Erregbarkeit erzeugen Depolarisation . Zweitens Membranhyperpolarisation kann aus einer Blockade des axonalen hyperpolarisations-aktivierte Strom führen. Schließlich kommt es durch die Applikation von Calcium zu einer unspezifischen Erhöhung der Oberflächenladung und einer Änderung der spannungsabhängigen Aktivierung von Natriumkanälen.

Siehe auch

Verweise