Чому так боляче та гаряче? Пояснюємо Нобелівську премію з фізіології з експертами

Прохолода в роті від жувальної гумки з ментолом, сльози від борщу, в який щедро додали чилі, "наче струмом вдарило" від випадково проколеного голкою пальця – за усі ці відчуття відповідають внутрішні рецептори температури та дотику – TRPV1, TRPM8 і Piezo1, Piezo2.

Саме їх детально досліджували американські вчені, а відтепер – лауреати Нобелівської премії, Девід Джуліас та Ардем Патапутян.

Чим ми завдячуємо цим рецепторам, про що свідчать ці відкриття і чому вони важливі сьогодні, LIGA.Life розпитала у:

• Віктора Досенка, патофізіолога та завідувача кафедри загальної та молекулярної патофізіології Інституту фізіології імені Богомольця

• Ольги Маслової, кандидатки біологічних наук, співзасновниці Nobilitet, радіоведучої та авторки науково-популярних книжок.

TRPV1 і TRPM8, або Що таке рецептори тепла і холоду

Хід дослідження: від перцю до ментолу

У другій половині 1990-х років американський вчений Девід Джуліас та його колеги з Каліфорнійського університету провели дослідження "з гостринкою".

Головне запитання: "Що викликає печіння під час споживання перцю чилі?". 

У пошуках рецепторів, які сприймають тепло у нервових закінченнях шкіри, науковцям допомагав капсаїцин – хімічна сполука, яка робить перець чилі таким пекучим. А саме шукати фрагмент ДНК, який кодує білок, здатний реагувати на капсаїцин.

Так дослідники створили бібліотеку мільйонів фрагментів ДНК, що відповідають генам, які активуються у сенсорних нейронах, що реагують на біль, тепло та дотик. 

У ході досліджень фрагменти ДНК відсіювали, допоки не знайшли той, що відповідає за сприйняття капсаїцину нервовою системою. Його назвали TRPV1.

Тоді Джуліус зрозумів, що він виявив не просто теплочутливий рецептор.

Згодом подібне дослідження провели з ментолом. І незалежно один від одного Джуліас та Патапутян виявили рецептор TRPM8, який реагує на холод. 

Що нам дає це дослідження

За словами Віктора Досенка, рецептори температури не лише дозволяють зрозуміти на дотик холодні та теплі предмети, але й:

• регулюють температуру тіла;

• дозволяють визначити біль під час запалення та пошкодження внутрішніх органів;

• відіграють роль під час нейропатичних болей – фантомний біль. Наприклад, коли болить відсутня кінцівка;

• активують захисні рефлекси.

"Рецептори температури є не лише на язиці чи шкірі, але й у внутрішніх органах. Зокрема у мозку. Це доводить той факт, що вони мають додаткові функції, окрім сприйняття температури на дотик чи смак", – пояснює Віктор Досенко.

Мова про гострий респіраторний дистрес-синдром.

"Можливо, згодом вчені винайдуть препарат, що активуватиме ці рецептори та рятуватиме людей, які страждають від гострого респіраторного дистрес-синдрому", – припускає Віктор.

Piezo1 і Piezo2, або Що таке рецептори дотику

Дослідження "під тиском"

Інший американський вчений Ардем Патапутян вирішив відкрити рецептори, які реагують на механічний подразник, тобто дотик.

У ході досліджень вчені торкались мікропіпеткою окремих клітин.

Згодом вчені виявили 72 гени, які кодують можливі рецептори. Патапутян та колеги відсіювали за чергою кожен з них. Врешті-решт вони виявили єдиний ген, вимкнення якого переривало передавання електричного сигналу у відповідь на дотик.

Так відкрили новий іонний канал, або рецептор Piezo1. До речі, у перекладі з грецької мови слово "píesi" означає "тиск". Згодом відкрили другий схожий ген Piezo2.

Що нам дає це дослідження

"Piezo – це відомий фізичний феномен: коли людина на щось тисне, виникає струм. Назву використовували в проєктуванні електронних пристроїв. За аналогією назвали молекули на поверхні клітин людини, які відповідають за сприйняття механічного болю. Наприклад, ви випадково вдарили собі молотком по пальцю, поки забивали цвях. Удар викликає імпульс, який переходить до Piezo-каналів та сповіщає про біль", – пояснює Віктор Досенко.

Проте ці рецептори – це не лише про дотик. Вони також важливі для роботи:

• сечовивідної системи. Вони сповіщають людині, що сечовий міхур наповнений чи переповнений до больових відчуттів, тому прийшов час йти до вбиральні. 

• кісток. Тиск на кістку, її викривлення, ріст та трансформації в процесі розвитку або після травми також пов’язані з Piezo-каналами.

• серцево-судинної системи. Рецептори мають стосунок до підтримання об’єму крові, що циркулює, та тиску. 

"Наприклад, коли людина виконує фізичні вправи, до її серця приливає більше крові, ніж зазвичай. Як серце розуміє, що необхідно збільшити частоту скорочень? Саме Piezo-рецептори дають серцю сигнал: "Скорочуйся швидше, бо прийшло більше крові", – пояснює патофізіолог.

Чому це відкриття важливе

На побутовому рівні це дослідження може зацікавити всіх, хто хоч раз задумувався: чому і як ми сприймаємо гаряче, холодне та дотики, розповідає Ольга Маслова. 

Проте з наукового погляду, це дослідження додало знань про механізм роботи деяких внутрішніх органів, особливості ембріонального розвитку.

Також дозволило розширити уявлення про низку хвороб.

"Провідну позицію у рейтингу захворювань посіли серцево-судинні хвороби. Вони також пов’язані зі згаданими рецепторами. Зокрема подальші дослідження допоможуть вплинути на Piezo-канали так, щоб запобігти розвитку серцевої недостатності", – пояснює Віктор Досенко.

Адже під час захворювання порушується робота сечовидільної системи. Це пов’язано з механорецепцією – здатністю до сприйняття тиску всередині сечового міхура у разі цукрового діабету. У цьому також беруть участь Piezo-канали. 

"Джуліус та Патапутян відкрили цілий світ всередині нас, який дозволяє не лише визначити, що холодне, гаряче, приємне чи огидне на дотик, але й напругу на тканини та зміни в органах. У перспективі ці знання допоможуть у розробці препаратів проти багатьох захворювань", – пояснив Досенко.

Підписуйтесь на LIGA.Life в Facebook: тільки корисна інформація для українських родин