Горячие блюда с пылу с жару совсем не похожи на кусочки льда, что вы добавляете в коктейли, однако они одинаково сильно способны причинять вам боль. И горячая, и очень холодная пища, попадая в рот, заставляет вас переживать неприятные моменты. Еще больший ущерб ваша кожа может получить при контакте с кипятком, палящим солнцем или морозом. Все мы знаем о последствиях ожогов и обморожения. Но далеко не все знают, что наш мозг реагирует на термические экстремумы практически одинаково.
Нервные окончания определяют широкий спектр чувств
Подкожный мышечный слой (особенно это характерно для кончиков пальцев) упакован нервными окончаниями. Они ответственны за чувство осязания, за то, что биологи называют соматосенсорикой. Но на самом деле эти нервные окончания охватывают более широкий спектр чувств. Прикосновения нужны нам для ознакомления с предметами. Кожа с ее многочисленными нервными окончаниями дает нам возможность мгновенно реагировать на внешние раздражители и опасность. Вспомните, как рефлекторно одергивается ваша рука, когда вы случайно трогаете что-то горячее.
Что такое проприоцепция и ноцицепция?
Нервные окончания необходимы также для обеспечения функции проприоцепции — способности мышц воспринимать положение тела и отдельных его частей в пространстве. А вот за физиологическую боль в нервных волокнах ответственна ноцицепция. Этот процесс регулируется пульсирующими стимулами, которые образуются рецепторами боли (ноцицепторами). 
Ноцицепция мотивирует людей избегать болезненных стимулов
Любые болезненные стимулы: механические, химические или термические — представляют реальную опасность для нашего благополучия. Мы не сможем засунуть руку в пылающее пламя. Ощущение жжения побуждает нас скорее одергивать ладонь от огненного очага. Боль доставляет много неприятных моментов, но она является доказательством того, что тело человека беспрестанно трудится, чтобы удерживать своего хозяина в безопасности. Если бы кто-то из нас утратил способность ощущать боль, он бы немедленно столкнулся с реальной угрозой для жизни. Только представьте, что вы бы не смогли чувствовать болезненность пореза. Через какое-то время вы бы потеряли огромное количество крови. Что было бы с вашими конечностями, если бы вы спокойно прикасались к опасным предметам, например, к раскаленному утюгу?
Как работает защитный механизм тела?
Нейробиолог Йорг Грандль из Университета Дьюка рассказывает об основных принципах работы сенсорных нейронов: «Эти чувствительные нервные клетки сосредоточены по всему телу и имеют набор каналов, которые активируются непосредственно при контакте с предметами и веществами слишком высокой или слишком низкой температуры». В течение последних пятнадцати лет исследователь с коллегами занимался изучением сенсорных каналов у генетически модифицированных мышей. Ученые смогли доказать, что белки, встроенные в стенки нейронов, вовлечены в ощущение кожей экстремальных температур.
Как тело реагирует на солнечный ожог?
Солнечный ожог сенсибилизирует теплоотводный канал, понижая порог болевой чувствительности. Рецептор TRPV1 реагирует на повышенную температуру (сильное нагревание). Обычно он не активируется до тех пор, пока температура кожи не превышает 42 градусов Цельсия. И у людей, и у мышей эта температура считается критичной, той, которая способна передавать болезненные ощущения телу. Как только этот порог будет достигнут, канал активируется, приводя в действие и весь нерв. А это значит, мозг немедленно получает предупреждающий сигнал.
Реакция на обморожение
Для критически низких температур применимы аналогичные механизмы. Единственная разница — это тип белка (в данном случае это рецептор TRPM8). Этот канал реагирует на экстремальный холод, затем активирует нерв, который также посылает в мозг сигнал об опасности. Существует еще один небольшой нюанс: экстремально нзкие температуры вызывают менее болезненные ощущения в сравнении с экстремально высокими. Еще один тип белка, который в состоянии распознавать холод, именуется TRPA. Исследователи считают этот рецептор наиболее таинственным. Хотя он активируется в ответ на холодные раздражители, пока неясно, участвует ли он в процессе обнаружения потенциальной угрозы.
Белки, которые работают с широким диапазоном температур
Все эти три типа белков (TRPV1, TRPM8 и TRPA1) позволяют нашей коже распознавать широкий диапазон температур. Именно они ответственны за то, что наши тела реагируют на внешние раздражители соответствующим образом. Указанные вещества относятся к классу ноцицепторов, поэтому они стоят на страже ваших действий. Их работа заключается в том, чтобы помогать вам избегать контакта с определенными температурами, а не искать его. Это стало ясно в ходе экспериментов, проведенных под руководством доктора Грандля. Так, мыши с дефектными модификациями рецептора TRPM8 прекращали избегать холодных температур. Эти наблюдения подтверждают, что обычные грызуны (равно как и люди) предпочитают приятную теплую атмосферу, избегая чрезвычайного холода или жары.
Рецепторы могут модулироваться
Исследователям удалось определить термические границы, при которых указанная группа рецепторов становится активной. Но это отнюдь не означает, что сами белки не могут модулироваться. Так, например, даже теплый душ может доставлять вам нестерпимую боль в том случае, если ваша кожа получила солнечный ожог. По мнению автора экспериментов, это происходит потому, что воспаление кожи сенсибилизирует канал TRPV1. Вследствие этого понижается порог, при котором нервы передают ощущение боли в мозг.
Температура — это не единственный активатор рецепторов
На самом деле критические температуры не являются единственными активаторами рецепторов этого типа. Некоторые растения вырабатывают специальные химические вещества, которые также являются раздражителями белков TRPM. Это происходит тогда, когда вы поедаете острую пищу. Вам кажется, что горло и желудок вот-вот взорвутся от жара. Все дело в том, что рецептор TRPV1 активируется не только при сильном нагревании, но и с помощью алкалоида капсаицина, который в большом количестве содержится в остром перце или горчичных культурах. Сходным принципом наше тело реагирует на охлаждающую способность ментола, только в этом случае в дело вступает рецептор TRPM8.
Удивительно, но капсаицин не активирует ноцицепторы у рыб, кроликов или птиц. А вот люди и мыши остро реагируют на это вещество. Скорее всего, в процессе эволюции некоторые растения развили защиту от определенных групп млекопитающих. Не исключено, что способность активировать болевые рецепторы тепла и холода некоторые растения развили в себе совершенно случайно.
