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Donnerstag, 19.01.2017
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Gefrierschutz für Nervenimpulse

Warum Frieren weh tut

Mit steifgefrorenen Fingern einen Knoten im Schnürsenkel zu lösen ist schwierig. Das Gefühl fehlt und Nerven wie Muskeln verrichten ihren Dienst nur widerwillig. Weh tun die eiskalten Finger trotzdem - umso mehr, wenn man sie noch einklemmt. So unangenehm das ist: es schützt uns vor unbemerkter Erfrierung. Wie das funktioniert, hat nun ein internationales Forscherteam herausgefunden. Die Nervenendigungen, die Schmerzsignale an das Gehirn senden können, besitzen eine frostfeste Zündvorrichtung für Nervenimpulse so die Wissenschaftler in Nature.
Nervenzelle

Nervenzelle

Um ordentlich zu funktionieren, müssen Nervenendigungen und -fasern explosionsartige kleine elektrische Natriumionenströme ausbilden können, die zum Nervenimpuls, dem so genannten Aktionspotential, führen. Ihre Schleusen, die Natriumkanäle, öffnen und schließen aber bei Kälte immer langsamer, bis sie schließlich buchstäblich "einfrieren". Sie geraten in einen Zustand der "slow inactivation", der auf einen Kälteblock hinausläuft. Nur ein ganz spezieller Typ von Natriumkanal, der NaV1.8, erwies sich als verblüffend kälteresistent; er wird zwar auch träger, blockiert aber nicht und kann auch bei 10°C in der Haut noch fortgeleitete Aktionspotentiale auslösen.

NaV1.8 war früher schon aufgefallen, weil er sich nicht durch das Gift des schmackhaften, aber für Sushi viel zu teuren Fugu-Fisches aus dem Pazifik blockieren lässt. Die meisten anderen Natriumkanäle reagieren im Gegensatz dazu höchst empfindlich auf das Tetrodotoxin (TTX) aus den Eingeweiden des Kugelfisches - mit tödlichen Folgen für den Genießer. Eine zweite Auffälligkeit war, dass NaV1.8 ausschließlich in den auf Schadensmeldung spezialisierten Nervenendigungen und -zellen, den "Nozizeptoren", gefunden wird. Die besitzen zwar für den Normalbetrieb auch TTX-empfindliche Natriumkanäle. Für den Notbetrieb bei Kälte aber verfügen sie, wie sich jetzt gezeigt hat, zusätzlich über den NaV1.8-Kanal, so dass sie Kälteschmerz oder anderen Schmerz aus kalten Gliedmaßen signalisieren können.

Normalerweise hängt die Erregbarkeit dieser Nervenfasern kaum von NaV1.8 ab. Dafür ist seine Reizschwelle auch zu hoch. Bei Kälte aber steigt der elektrische Widerstand der Zellmembranen. Die Isolation zwischen innen und außen wird stärker und von den winzigen Entladungen der Nervenendigungen geht weniger durch Kurzschluss verloren. Auf diese Weise wird die hohe Schwelle von NaV1.8 doch erreicht und der Notbetrieb gesichert.


Ansatzpunkt für Schmerzmittel


Die Ausschließlichkeit, mit der NaV1.8 nur in Nozizeptoren auftritt, die Schmerz melden können, hat den Natriumkanal zu einem erstklassigen "target", einem Ansatzpunkt der Pharmaindustrie gemacht. Sie durfte hoffen, durch seine medikamentöse Blockade Schmerzen ohne Nebenwirkung - sozusagen straflos - auszuschalten. Umso größer war die Enttäuschung, als es einer Arbeitsgruppe um Professor John Wood vom University College London vor acht Jahren zwar gelang, NaV1.8 bei Mäusen gentechnisch auszuschalten, doch den Tieren mangelte es bei den verschiedensten Schmerzreizen trotzdem kaum an Empfindlichkeit. Nur schmerzhafte Kälte hatte bei den Tests gefehlt, was jetzt nachgeholt wurde.

Die Versuche der Wissenschaftler vom Institut für Physiologie und Pathophysiologie der Universität Erlangen-Nürnberg sowie der Anästhesiologischen Klinik zeigten, dass die Mäuse in freier Wildbahn höchst gefährdet wären: sie frieren zwar, spüren aber offenbar keinen Kälteschmerz. In allerneuester Zeit haben die amerikanischen Firmen Abbott und Icagen ein mögliches künftiges Schmerzmittel vorgestellt, das bevorzugt NaV1.8 blockiert. Es wirkt im Tierexperiment besonders gut gegen "Kälteallodynie", eine schmerzhafte Kälteüberempfindlichkeit, die bei peripheren Nervenleiden auftritt. Die Erlanger Wissenschaftler erklären zusammen mit englischen Kollegen nun diese Wirksamkeit.
(idw - Universität Erlangen-Nürnberg, 18.06.2007 - DLO)
 
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