Το Νόμπελ Ιατρικής απονέμεται στις ανακαλύψεις θερμοκρασίας και αφής
Συχνά εκτιμούμε τον κόσμο γύρω μας όσον αφορά τα υπέροχα αξιοθέατα, τους συγκλονιστικούς ήχους και τις υποβλητικές μυρωδιές του, που όλα αυτά σηματοδοτούν σημαντικά ερεθίσματα και αλλαγές στο περιβάλλον μας. Αλλά οι αισθήσεις που δεν είναι λιγότερο κρίσιμες για την επιβίωσή μας συχνά θεωρούνται δεδομένες, συμπεριλαμβανομένων των δυνατοτήτων μας να καταγράφουμε τη θερμότητα, το κρύο και την αφή, μια μορφή αντίληψης που ονομάζεται σωματοαισθητήρια. Λόγω αυτών, μπορούμε να νιώσουμε τη ζεστασιά του ήλιου ή το απαλό χάδι ενός αεράκι στο δέρμα μας, καθώς και τις θέσεις και τις κινήσεις του σώματός μας. Στην πραγματικότητα, οι σωματοαισθητικοί νευρώνες που καθιστούν δυνατές όλες αυτές τις αισθήσεις αποτελούν το μεγαλύτερο αισθητήριο σύστημα στα θηλαστικά.
Οι επιστήμονες γνώριζαν ότι για να συμβεί σωματοαισθητήρια, πρέπει να υπάρχουν μοριακοί υποδοχείς σε ορισμένα κύτταρα που θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν τη θερμοκρασία και την αφή και να μετατρέψουν αυτά τα ερεθίσματα σε ηλεκτρικά και χημικά σήματα για να επεξεργαστεί το νευρικό σύστημα. Για την ανακάλυψη ορισμένων από αυτούς τους υποδοχείς, ο David Julius, φυσιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Σαν Φρανσίσκο, και ο Ardem Patapoutian, μοριακός βιολόγος και νευροεπιστήμονας στο Scripps Research στη La Jolla, τιμήθηκαν με το Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής 2021. .
Ο Julius και οι συνεργάτες του ξεκίνησαν με ερωτήσεις σχετικά με τους υποδοχείς για τη θερμότητα και τον πόνο. Για να βρουν απαντήσεις, στράφηκαν στην καψαϊκίνη, την ένωση που μας κάνει να νιώθουμε ένα κάψιμο και μερικές φορές οδυνηρή αίσθηση όταν τρώμε πιπεριές τσίλι ή άλλα πικάντικα τρόφιμα. Με βάση τη φυσιολογική μας απόκριση στη χημική ουσία, η οποία περιλαμβάνει την εφίδρωση, η καψαϊκίνη φαινόταν να προκαλεί το νευρικό σύστημα να καταγράψει μια αλλαγή στη θερμοκρασία του σώματος. Για να καταλάβουν πώς, ο Julius και η ομάδα του εξέτασαν εκατομμύρια θραύσματα DNA για ένα γονίδιο που θα μπορούσε να προκαλέσει μια απόκριση στην ένωση σε κύτταρα που συνήθως δεν αντιδρούν καθόλου σε αυτήν. Μετά από μια επίπονη έρευνα, και αυτό που η επιτροπή του βραβείου Νόμπελ αποκάλεσε «ένα έργο υψηλού κινδύνου», οι ερευνητές εντόπισαν ένα γονίδιο που επέτρεπε στα κύτταρα να ανιχνεύσουν την καψαϊκίνη. Κωδικοποίησε μια νέα πρωτεΐνη διαύλου ιόντων, που αργότερα ονομάστηκε TRPV1, που ο Julius και η ομάδα του ανακάλυψαν ότι θα μπορούσε να ενεργοποιηθεί από τις υψηλές θερμοκρασίες που θεωρούνται επώδυνες.
Η ανακάλυψή τους άνοιξε την πόρτα για την αναγνώριση αρκετών άλλων υποδοχέων που είναι ευαίσθητοι σε θερμοκρασίες τόσο ζεστές όσο και κρύες. Το TRPM8, για παράδειγμα, είναι ένας υποδοχέας στο δέρμα που ανταποκρίνεται σε χαμηλές θερμοκρασίες. ανακαλύφθηκε μέσω πειραμάτων που χρησιμοποιούσαν τη μενθόλη ως ερέθισμα. (Τα εργαστήρια του Julius και του Patapoutian ανακάλυψαν ανεξάρτητα το TRPM8 το 2002.)
Περιοδικό Quanta έχει καλύψει στο παρελθόν με περισσότερες λεπτομέρειες το έργο για τη σωματοαισθητοποίηση της ζέστης και του κρύου για το οποίο τιμούνται σήμερα ο Julius και ο Patapoutian.
Αλλά η σωματοαισθητοποίηση δεν αφορά μόνο την αντίληψη της θερμοκρασίας. εμπλέκεται επίσης στην αντίληψη της αφής και της μηχανικής πίεσης. Και ενώ η θερμοκρασία μπορούσε να μεταδοθεί από υποδοχείς διαύλων ιόντων που παρακολουθούσαν τις φυσιολογικές αλλαγές στα κύτταρα, η αφή φαινόταν να απαιτεί έναν αισθητήρα που θα αντιδρούσε σε μηχανικά ερεθίσματα. Μηχανικοί αισθητήρες είχαν εντοπιστεί σε βακτήρια, αλλά, πριν από δύο δεκαετίες, δεν είχαν παρατηρηθεί ποτέ σε σπονδυλωτά.
Εκεί μπήκαν ο Patapoutian και οι συνεργάτες του. Αφού εντόπισαν κύτταρα που ανταποκρίθηκαν στις αλλαγές της πίεσης, εντόπισαν 72 πιθανά γονίδια που θα μπορούσαν να κωδικοποιήσουν έναν υποδοχέα διαύλου ιόντων για να διευκολύνουν αυτήν την ευαισθησία. Από αυτά τα γονίδια, βρήκαν μόνο ένα - τον τελευταίο υποψήφιο που εξέτασαν - που το έκανε. Κωδικοποίησε μια νέα πρωτεΐνη διαύλου ιόντων, την Piezo1, που θα μπορούσε να ενεργοποιηθεί με μηχανική δύναμη.
Ο Patapoutian και η ομάδα του απέδειξαν ότι ο Piezo2, ένας άλλος υποδοχέας από αυτήν την οικογένεια πρωτεϊνών, έπαιξε κρίσιμο ρόλο στην αντίληψη της αφής και στην αίσθηση των κινήσεων του σώματος. Έκτοτε, περαιτέρω έρευνα έχει δείξει ότι τόσο το Piezo1 όσο και το Piezo2 χρειάζονται για τη ρύθμιση διαφόρων άλλων εσωτερικών διεργασιών, συμπεριλαμβανομένης της αναπνοής και της αρτηριακής πίεσης.
Οι επιστήμονες συνεχίζουν να βασίζονται στο έργο του Julius και του Patapoutian, όχι μόνο για να αποκαλύψουν τον τρόπο με τον οποίο αισθανόμαστε το περιβάλλον μας - τόσο εξωτερικό όσο και εσωτερικό - αλλά και με την ελπίδα να αναπτύξουν φάρμακα και θεραπείες για διάφορες καταστάσεις, συμπεριλαμβανομένου του χρόνιου πόνου.
Τι είναι η σωματοαισθητοποίηση;
Συχνά μιλάμε για πέντε αισθήσεις:όραση, ακοή, όσφρηση, γεύση και αφή. Αλλά ως κατηγορία αίσθησης, η αφή είναι τόσο ευρεία που πραγματικά πρέπει να αντιμετωπίζεται ως περισσότερες από μία. Η απτική αντίληψη είναι μόνο ένα συστατικό του σωματοαισθητηριακού συστήματος του σώματος και του εγκεφάλου, το οποίο περιλαμβάνει επίσης την αντίληψη της θερμοκρασίας, του πόνου, της θέσης του σώματος και της αυτοκίνησης.
Η ικανότητα να αισθάνεστε ζεστό και κρύο, να αναγνωρίζετε ένα αντικείμενο μόνο με το άγγιγμα, να ανταποκρίνεστε στον πόνο, να ισορροπείτε σε μια δέσμη — όλα πέφτουν κάτω από την ομπρέλα της σωματοαισθητοποίησης. Το σωματοαισθητικό σύστημα βοηθά επίσης στη ρύθμιση πολλών βασικών εσωτερικών φυσιολογικών διεργασιών, όπως η αρτηριακή πίεση, η αναπνοή, η ούρηση και η αναδιαμόρφωση των οστών.
Πώς διαφέρει η σωματοαισθητοποίηση από τις άλλες αισθήσεις;
Οι υποδοχείς για τις άλλες αισθήσεις βρίσκονται ως επί το πλείστον σε εξειδικευμένα όργανα αίσθησης - τους αμφιβληστροειδή των ματιών για την όραση, τον κοχλία των αυτιών για την ακοή, τη μύτη για την όσφρηση, τη γλώσσα για τη γεύση. Οι σωματοαισθητικοί υποδοχείς, ωστόσο, βρίσκονται σε όλο το σώμα:στο δέρμα, στους μύες, στα εσωτερικά όργανα, στα οστά, στις αρθρώσεις και σε άλλα συστήματα.
Αυτό που κάνει το σωματοαισθητικό σύστημα ακόμη πιο περίπλοκο είναι ότι χρειάζεται να κάνει διάκριση μεταξύ των αισθήσεων που βαθμολογούνται σε ένταση αλλά μερικές φορές διακρίνονται έντονα ως προς την επίδρασή τους:Η απαλή ζεστασιά μπορεί να ενσωματωθεί σε καυτή ζέστη και αυτό που ξεκινά ως ευπρόσδεκτη αγκαλιά μπορεί να γίνει συντριπτική πίεση. Επιπλέον, αυτά τα όρια μπορούν να αλλάξουν ανάλογα με το πλαίσιο:Ένα ελαφρύ άγγιγμα μπορεί να αισθάνεται άβολα ή επώδυνα εάν κάποιος έχει ηλιακό έγκαυμα και η εμπειρία μας από το ίδιο ερέθισμα μπορεί να μετατοπιστεί ομοίως σε διαφορετικά κοινωνικά περιβάλλοντα. Το σωματοαισθητικό σύστημα πρέπει να ενσωματώσει ένα ευρύ φάσμα διαφορετικών σημάτων για να ερμηνεύσει σωστά τι συμβαίνει και πώς να ανταποκριθεί.
Πώς λειτουργούν οι σωματοαισθητικοί υποδοχείς;
Όπως έχει δείξει η εργασία των Julius και Patapoutian, οι σωματοαισθητικοί υποδοχείς είναι δίαυλοι ιόντων. Όταν διεγείρονται - από κάποιο βαθμό θερμοκρασίας ή φυσικής δύναμης ή από μια χημική ένωση - τα κανάλια ανοίγουν και επιτρέπουν σε φορτισμένα σωματίδια να ρέουν σε ένα νευρικό κύτταρο, το οποίο με τη σειρά του επιτρέπει στο κύτταρο να περάσει κατά μήκος των σωματοαισθητηριακών πληροφοριών με τη μορφή ηλεκτρικών σημάτων.
Ακόμη και σε μια κατηγορία σωματοαισθητοποίησης, διαφορετικοί υποδοχείς ανταποκρίνονται σε διαφορετικά σύνολα ερεθισμάτων. Υπάρχουν διακριτοί υποδοχείς για συγκεκριμένα εύρη θερμοκρασίας. υποδοχείς για οξύ πόνο έναντι ενός θαμπού πόνου. για ένα απαλό άγγιγμα ή μια γρήγορη δόνηση ή μια σταθερή πίεση. Άλλοι πάλι είναι προσαρμοσμένοι στο πώς οι μύες ή οι τένοντες μπορεί να συστέλλονται ή να τεντώνονται.
Πώς οι σωματοαισθητικές εντυπώσεις επηρεάζουν άλλες διεργασίες στο σώμα;
Οι διαφορετικές ροές πληροφοριών από τους σωματοαισθητηριακούς υποδοχείς αναμεταδίδονται κατά μήκος των περιφερικών νεύρων, μέσω του νωτιαίου μυελού και του εγκεφαλικού στελέχους, στον θάλαμο και, τελικά, στον σωματοαισθητικό φλοιό, όπου ενσωματώνονται στις πολύπλοκες αντιλήψεις που βιώνουμε.
Ενώ τα σωματοαισθητικά σήματα εμπλέκονται στη ρύθμιση διαφόρων εσωτερικών φυσιολογικών διεργασιών, ανατροφοδοτούν επίσης τον εγκέφαλο για να επηρεάσουν την αντίληψη και τη γνώση. Οι ερευνητές έχουν βρει, για παράδειγμα, ότι οι πληροφορίες σχετικά με τον καρδιακό παλμό δεν βοηθούν απλώς τον εγκέφαλο να ρυθμίζει τα επίπεδα της αρτηριακής πίεσης. Επηρεάζει επίσης τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος επεξεργάζεται τα εξωτερικά και συναισθηματικά ερεθίσματα, συμπεριλαμβανομένου του φόβου, και επομένως πώς αντιλαμβανόμαστε και ανταποκρινόμαστε στον κόσμο γύρω μας. Το ίδιο ισχύει και για τα σήματα που προέρχονται από τους πνεύμονες, το έντερο και άλλα όργανα:ασκούν καθοριστική επίδραση και προς τις δύο κατευθύνσεις. Ορισμένοι ερευνητές διερευνούν τώρα πώς τα σωματοαισθητικά σήματα θα μπορούσαν ακόμη και να αποτελούν τη βάση μιας αίσθησης συνειδητής αυτοπροσωπίας.
Τι γίνεται με τον πόνο;
Ενώ οι διάφοροι τύποι σωματοαισθητηριακών πληροφοριών είναι ζωτικής σημασίας για την καθημερινή δραστηριότητα και την επιβίωση, η εμπλοκή τους στον πόνο ξεχωρίζει σε σημασία. Η δουλειά του πόνου είναι να προσελκύει την άμεση προσοχή και να μας ειδοποιεί για πιθανούς κινδύνους, εξωτερικούς και εσωτερικούς. Οι ελεύθερες νευρικές απολήξεις ανταποκρίνονται σε χημικές ουσίες που απελευθερώνονται από φλεγμονώδη ή κατεστραμμένο ιστό ή σε ακραία επίπεδα μηχανικής δύναμης που αντιλαμβανόμαστε ως επώδυνα. Διαφορετικοί υποδοχείς διακρίνουν μεταξύ των ειδών πόνου:οξύς ή τσιμπημένος, θαμπός ή πόνος.
Ωστόσο, όταν οι σωματοαισθητηριακές πληροφορίες δεν επεξεργάζονται κανονικά, μπορεί να οδηγήσει σε υπερευαισθησία σε ορισμένα ερεθίσματα, ακόμη και σε χρόνιο πόνο. Οι ερευνητές ελπίζουν να αναπτύξουν θεραπείες και θεραπείες για τέτοιες καταστάσεις στοχεύοντας υποδοχείς όπως εκείνους που εντόπισαν οι Julius και Patapoutian.
Σημείωση του συντάκτη:Ο David Julius λαμβάνει χρηματοδότηση έρευνας από το
