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Die Viszera erhalten eine duale sensorische Innervation. Die meisten viszeralen sensorischen Fasern enden im Rückenmark, aber sensorische Fasern des Vagus- und des Beckennervs, die im Hirnstamm bzw. im lumbosakralen Rückenmark enden, innervieren auch die gleichen viszeralen Organe. Abbildung 1 veranschaulicht dieses einzigartige Innervationsmuster für den Magen-Darm-Trakt, das klassischerweise als Sympathikus und Parasympathikus bezeichnet wird, aber passender durch den Namen des Nervs (z. B. Nervus hypogastricus, Nervus pelvicus) bezeichnet wird.

Viszerale sensorische Axone sind fast ausschließlich dünn myelinisierte Aδ-Fasern und unmyelinisierte C-Fasern. Die Aktivität der meisten viszeralen sensorischen Neuronen, sei es in vagalen afferenten Fasern oder in spinalen afferenten Fasern, erreicht das Bewusstsein nicht. Zum Beispiel gibt es einen regelmäßigen Input in das zentrale Nervensystem von gastrischen und hepatischen Chemorezeptoren, aortalen Barorezeptoren usw., der nicht wahrgenommen wird.

Die sensorische Innervation des Gastrointestinaltrakts umfasst alle Schichten eines Viscus (Mukosa, Muskel und Serosa) und viszerale Rezeptoren weisen Chemosensitivität, Thermosensitivität und Mechanosensitivität auf. Viszerale Rezeptoren haben in der Regel einen polymodalen Charakter (d. h. sie reagieren auf mehrere Modalitäten der Stimulation). Die Zellkörper der viszeralen afferenten Neuronen befinden sich, wie auch die Zellkörper der somatischen afferenten Neuronen, in den Dorsalwurzelganglien (mit Ausnahme der Nodoseganglien, die die Zellkörper der vagalen sensorischen Neuronen enthalten). Der Weg der viszeralen afferenten Neuronen zum Rückenmark führt jedoch typischerweise durch oder in die Nähe von prävertebralen Ganglien (wo sie kollaterale Axone abgeben können, um die Zellkörper der autonomen Ganglien und damit die sekretorischen und motorischen Funktionen zu beeinflussen) und paravertebralen Ganglien (siehe Abb. 1).

Im Gegensatz zu den afferenten Fasern, die von somatischen Strukturen ausgehen, wird die Anzahl der spinalen viszeralen afferenten Fasern auf weniger als 10 % des gesamten spinalen afferenten Inputs aus allen Quellen geschätzt. Ein gewisser Ausgleich für diesen relativ geringen viszeralen Input wird durch die signifikant größere rostrokaudale intraspinale Ausbreitung der viszeralen afferenten Faserendigungen geschaffen. Man hat festgestellt, dass viszerale C-Fasern viel mehr terminale Schwellungen (die auf Synapsen hindeuten) und terminale Areale haben und eine rostrokaudale Verteilung über mehrere Rückenmarkssegmente aufweisen.

Experimentell ist die Ballondehnung der zuverlässigste Stimulus für viszerale Hohlorgane und wird sowohl in menschlichen als auch in nicht-menschlichen Tierexperimenten am häufigsten verwendet.2 Dementsprechend wissen wir am meisten über die Antworteigenschaften der mechanosensitiven viszeralen afferenten Fasern, normalerweise derjenigen, die die Muskelschicht innervieren. Hohlveneingeweide werden von zwei Populationen mechanosensibler afferenter Fasern innerviert: eine größere Gruppe (70-80 %) von Fasern hat niedrige Schwellenwerte für die Reaktion und eine kleinere Gruppe (20-30 %) afferenter Fasern hat hohe Schwellenwerte für die Reaktion (z. B. >30 mm Hg Dehnungsdruck) (Abb. 2).

Viszerale Mechanorezeptoren, die niedrige Schwellenwerte für die Reaktion haben (zum Beispiel <5 mm Hg), reagieren innerhalb des physiologischen Bereichs. Interessanterweise reagieren diese afferenten Fasern, wie in Abb. 2 dargestellt, auch auf Dehnungsdrücke im noxischen Bereich (>30 mm Hg) und kodieren die Stimulusintensität recht gut. Beachten Sie auch, dass die Reaktionsgröße im noxischen Bereich typischerweise größer ist als die Reaktionsgröße der Fasern mit hoher Schwelle bei gleichem Dehnungsdruck. Viszerale Mechanorezeptoren, die eine hohe Ansprechschwelle haben, beginnen erst dann zu reagieren, wenn der Dehnungsdruck einen Druck erreicht oder überschreitet, der wahrscheinlich schädlich ist.

Wie verändern sich die Antworten der viszeralen sensorischen Fasern als Reaktion auf eine viszerale Entzündung? Wie so oft führten klinische Beobachtungen zu einer veränderten Betrachtungsweise von viszeralen Schmerzen. 1973 dokumentierte Ritchie4 , dass Patienten mit Reizdarmsyndrom (IBS) bei geringeren Volumina der Ballondilatation des Dickdarms über Schmerzen berichteten als normale Probanden (Abb. 3).

Wie dargestellt, berichteten weniger als 10 % der normalen Probanden über Schmerzen bei einem Dehnungsvolumen von etwa 60 ml, während mehr als 50 % der IBS-Patienten über Schmerzen bei demselben Dehnungsvolumen berichteten. Diese Linksverschiebung in der psychophysischen Funktion von IBS-Patienten deutet auf das Vorhandensein einer Hyperalgesie bei IBS hin. Qualitativ ähnliche Ergebnisse wurden in der Folge von anderen bestätigt und auch auf andere Hohlorgane bei Patienten mit anderen der so genannten funktionellen Darmstörungen (nicht kardialer Brustschmerz, Nicht-Ulkus-Dyspepsie und IBS) ausgedehnt. Dementsprechend wird angenommen, dass die veränderten Empfindungen (Blähungen, Unbehagen und Bauchschmerzen), die mit diesen funktionellen Störungen einhergehen, eine viszerale Hyperalgesie darstellen.6 Wenn diese Hypothese richtig ist, dann sollten viszerale afferente Fasern eine Sensibilisierung aufweisen und die spinalen Neuronen, an denen sie enden, eine Veränderung der Erregbarkeit erfahren, Mechanismen der primären bzw. sekundären Hyperalgesie (siehe Diskussion in Mayer und Gebhart6).

Experimentelle Entzündungen von Hohlorganen haben gezeigt, dass sie die Antworten von mechanosensiblen viszeralen sensorischen Fasern sensibilisieren und so genannte stumme afferente Fasern erwecken. Unter Sensibilisierung versteht man eine Zunahme der Antwortgröße auf Dehnungsreize, manchmal verbunden mit einer Verringerung der Antwortschwelle und/oder einer Zunahme der Spontanaktivität. Das heißt, die Erregbarkeit des sensorischen Neurons wird erhöht, wie (Abb. 4) für eine mechanosensitive Becken-Nervenfaser mit hohem Schwellenwert, die den Dickdarm der Ratte innerviert, dargestellt ist.

In diesem Beispiel nimmt die Reaktionsschwelle von 30 auf 10 mm Hg ab und die Größe der Reaktion ist für alle Dehnungsdrücke erhöht. Diese sensorische Faser hatte keine spontane Aktivität und die Entzündung provozierte keine Veränderung der Ruheaktivität. Eine weitere Folge der viszeralen Entzündung ist das Erwachen von so genannten „stillen Nozizeptoren“, die eigentlich mechanisch unempfindliche afferente Fasern sind, die nach einer viszeralen Entzündung Mechanosensitivität erlangen. Solche stummen oder schlafenden Afferenzen sind in allen untersuchten Geweben (einschließlich der menschlichen Haut) vorhanden, reagieren normalerweise nicht auf akute noxische Stimulationen und man nimmt an, dass sie das afferente Sperrfeuer, das das zentrale Nervensystem bei einer Gewebeverletzung empfängt, ergänzen. Ein Beispiel für eine stumme afferente Faser, die den Dickdarm der Ratte innerviert, ist oben dargestellt. Diese Faser reagierte weder auf eine hochintensive kolorektale Distension (CRD) noch auf eine Distension der Harnblase, den Hauptorganen, die vom Nervus pelvicus innerviert werden. Nach intrakolonischer Instillation von Senföl, einem C-Faser-Erreger, wurde die Faser aktiv und mechanosensitiv (Abb. 5).

1. ↵
   1. Johnson LR

   1. Sengupta JN,
   2. Gebhart GF

   (1994) Gastrointestinal afferent fibers and sensation. In Physiology of the gastrointestinal tract. ed Johnson LR (Raven Press, New York), pp 483-519.

2. ↵
   1. Ness TJ,
   2. Gebhart GF

   (1990) Visceral pain: a review of experimental studies. Pain 41:167-234.

3. ↵
   1. Gebhart GF

   1. Sengupta JN,
   2. Gebhart GF

   (1995) Mechanosensitive afferent fibers in the gastrointestinal and lower urinary tracts. in Visceral pain. Progress in Pain Research and Management, vol. 5. ed Gebhart GF (IASP Press, Seattle), pp 75-98.

4. ↵
   1. Ritchie J

   (1973) Pain from distension of the pelvic colon by inflating a balloon in the irritable colon syndrome. Gut 14:125-132.

5. ↵
   1. Read N

   1. Ritchie J

   (1985) Mechanisms of pain in the irritable bowel syndrome. in Irritable bowel syndrome. ed Read N (Grune and Stratton, New York), pp 163-171.

6. ↵
   1. Mayer EA,
   2. Gebhart GF

   (1994) Basic and clinical aspects of visceral hyperalgesia. Gastroenterology 107:271-293.