Почему нам больно от очень горячего и очень холодного

  • 24 марта 2017
Языки пламени Правообладатель иллюстрации iStock

Прикосновение к чему-то очень горячему или очень холодному болезненно для нас. Обозреватель BBC Future решил разобраться, в чем причина столь неприятных ощущений.

На первый взгляд между горячей вафельницей и глыбой льда нет ничего общего. Тем не менее оба этих предмета способны причинить человеку боль.

И сильная жара, и сильный холод могут нанести человеческой коже непоправимый вред. Оказывается, что мозг воспринимает экстремально низкие и высокие температуры примерно одинаково.

Согласно распространенному мнению, кожа и находящиеся в ней нервные окончания в первую очередь отвечают за осязание.

Однако то, что биологи называют соматическими ощущениями, на самом деле включает широкий спектр присущих человеку чувств.

Конечно же, это и само осязание, или распознавание кожей механических стимулов, но кроме него существует ноцицепция - болевое возбуждение нервных волокон.

Ощущение боли - это реакция организма на ноцицепцию.

Правообладатель иллюстрации iStock
Image caption Наша реакция на холод полностью зависит от определенного белка

Независимо от того, чем вызван болевой стимул (механическим, химическим или термальным воздействием), ноцицепция побуждает нас немедленно избавиться от него.

Если вы поднесете руку к огню, вы почувствуете жжение и сразу же уберете ее.

Ощущение не из приятных, но на самом деле боль - это подтверждение того, что ваш организм всеми силами пытается оградить вас от опасности. Потеряв способность чувствовать боль, вы столкнетесь с серьезными проблемами.

"Основополагающий принцип, - говорит нейробиолог Йорг Грандль из Университета Дьюка, - заключается в том, что в сенсорных нейронах, передающих нервные импульсы в мозг, есть особые каналы, которые напрямую активируются высокими или низкими температурами".

Изучая генетически модифицированных мышей на протяжении последних 15 лет, ученые смогли доказать, что эти каналы, а именно белки, содержащиеся в мембранах нейронов, имеют прямое отношение к ощущению температуры.

Наиболее хорошо изучен один из них, получивший название TRPV1. Он реагирует на очень высокие температуры.

Как правило, TRPV1 активируется при температуре 42°C , которую и люди, и мыши воспринимают как болезненно высокую.

Как только воздействие на кожу достигнет указанного предела, канал активируется, а вслед за ним возбуждается весь нерв, и в мозг поступает простой сигнал: ой!

"В отношении низких температур действуют примерно те же механизмы", - объясняет Грандль.

Он добавляет, что в случае холода задействован белок под названием TRPM8, и канал активируется не при болезненно низкой, а скорее умеренно низкой температуре.

Остается еще один белок - TRPA1. Из всех белков этого класса о нем известно меньше всего.

Ученые выяснили, что он активируется при воздействии очень низких температур, однако неизвестно, участвует ли он в самом процессе обнаружения раздражителей.

Правообладатель иллюстрации iStock
Image caption Поднесите палец к пламени свечи, и TRPV1 активируется

Белки TRPV1, TRPM8 и TRPA1 позволяют коже определять ряд температур, а организму - реагировать на них соответствующим образом.

Так как эти белки являются ноцицепторами, их основная задача - это не искать определенные температуры, а помочь человеку избежать их.

Так, например, мыши с дефектным рецептором TRPM8 безразличны к умеренно низким температурам и не стремятся к активному поиску более комфортной обстановки.

Ученые определили предельные значения температур, при которых активируются эти TRP-рецепторы, однако это вовсе не означает, что они не могут варьироваться.

В конце концов, если вы обгорели на солнце, даже чуть теплый душ может причинить вам невыносимую боль.

"Было доказано, что это происходит из-за того, что воспаление кожи активирует канал TRPV1", - говорит Грандль.

В результате порог, при котором указанные нервы передают болевой сигнал в мозг, снижается.

Эти рецепторы активируются не только при воздействии температур, но и при соприкосновении с кожей определенных растений.

Вам, возможно, не покажется удивительным тот факт, что рецептор TRPV1, активируемый экстремально высокими температурами, также реагирует на капсаицин - вещество, придающее жгучесть острому перцу.

TRPM8 восприимчив к охлаждающим свойствам ментола - вещества, содержащегося в листьях мяты, а TRPA1 также называют "васаби-рецептором", так как он активируется при контакте с раздражающими веществами, содержащимися в горчичных растениях.

Для чего же растения вырабатывают вещества, которые воздействуют на наши рецепторы, обычно активируемые при изменении температуры?

Молекулярный биолог Аджай Дака из Вашингтонского университета объясняет, что капсаицин никак не влияет на TRPV1 рыб, птиц и кроликов, в то время как у людей и грызунов он активирует один и тот же рецептор.

"Возможно, растения начали вырабатывать капсаицин, чтобы определенные животные перестали их есть", - говорит он, добавляя, что для других животных они остались съедобными.

Как предполагают, схожие механизмы повлияли и на процесс эволюции мяты и горчицы.

Правообладатель иллюстрации iStock
Image caption TRPV1, реагирующий на высокую температуру, активируется и при контакте с капсаицином, содержащимся в перце чили

Возможно, растения совершенно случайно смогли воспользоваться особенностями нашего организма, связанными с распознаванием температур.

Именно поэтому они могли начать выделять вещества, активирующие рецепторы, отвечающие за болезненные ощущения при контакте с высокими и низкими температурами.

Таким образом, тот факт, что мы потеем, когда едим перец халапеньо, связан не со свойствами самого перца. Скорее это следствие того, что и капсаицин, и тепло одинаково воздействуют на нервные окончания кожи и, следовательно, на организм в целом.

Воспользовавшись рецептором, уже настроенным на неприятные стимулы, эти растения нашли хитроумный способ избежать печальной участи - по крайней мере, до тех пор, пока мы не начали получать удовольствие от обжигающей острой пищи и вкуса васаби, от которого слезы наворачиваются на глаза.

В следующий раз, когда после чили у вас участится сердцебиение, задумайтесь о том, что ваши ощущения - это результат миллионов лет эволюционной борьбы между растениями и животными.

Борьбы, которою мы - по крайней мере, на сегодняшний день - выигрываем.

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.

Похожие темы

Новости по теме