Брой: 42, 21 октомври 2021 - ЗДРАВНИТЕ МИТОВЕ

Нобеловата награда за физиология или медицина тази година бе спечелена от Дейвид Джулиъс и Ардем Патапутян - двама американски учени, които независимо един от друг откриха ключови механизми, свързани с това, как хората усещат топлината, студа, допира и собствените си движения.

Д-р Джулиъс, професор по физиология от Калифорнийския университет в Сан Франциско, използвал активната съставка на лютите чушки, за да идентифицира протеин в нервните клетки, който реагира на неприятно високите температури. Д-р Патапутян, молекулярен биолог от Изследователския институт „Скрипс“ в Ла Хоя, Калифорния, ръководил екип, който, мушкайки отделни клетки с миниатюрна пипетка, открил рецептор, реагиращ на натиск, докосване и позиционирането на частите на тялото.

Защо спечелиха?

Болката и натискът бяха сред последните още непроучени области в опитите на изследователите да опишат молекулярната основа на усещанията. През 2004 година Нобеловата награда за медицина беше присъдена на труд, изясняващ как работи обонянието. А още през 1967 година наградата беше заслужена от учени, изследвали зрението.

Но за разлика от зрението и обонянието, възприятията за болка или допир не са локализирани в отделна част на тялото и учените даже не знаеха какви молекули да търсят. „Това беше последната сетивна система, която се предаде пред молекулярния анализ“, заяви д-р Джулиъс в онлайн брифинг.

Най-голямото предизвикателство в неговата работа било как да се прерови библиотека от милиони ДНК фрагменти, кодиращи различни протеини в сетивните неврони, в търсене на някой, който реагира на капсаицина, главната съставка на лютите чушки. Решението било тези гени да се вкарат в клетки, които иначе не реагират на съединението, докато се открие един, който прави клетките способни да реагират.

В този момент учените от лабораторията на Дейвид Джулиъс знаели, че идентифицираният от тях ген, кодиращ рецептор TRPV1 – йонен канал върху повърхността на клетките, активиран от капсаицина, трябва да се е развил основно за по-разпространен стимул, извън редките случаи, когато човек би могъл да консумира люти чушки. Този друг стимул се оказал топлината и TRPV1 можел да бъде активиран от високи температури, възприемани като болезнени.

Това откритие дало възможност за идентифициране на още няколко рецептора, които са чувствителни както към високите, така и към ниските температури. Така например TRPV8 е рецептор в кожата, който реагира на студа; той бил открит посредством опити, използващи ментол като стимул. (Екипите на Джулиъс и Патапутян открили TRPV8 независимо един от друг през 2002 година.)

Но така наречената соматосетивност (ще прочетете повече за нея по-нататък в текста) не е свързана само с възприятието за температура, а и с това за допир и механичен натиск. И докато температурата може да бъде преобразувана от рецептори на йонни канали, които следят за физиологични изменения в клетките, допирът изглежда изисквал сензор, който би реагирал на механични стимули. Такива сензори били открити при бактерии, но преди две десетилетия никога не били наблюдавани при гръбначни животни.

И точно тук идва ролята на Патапутян и колегите му. След като открили клетки, които реагирали на измененията в силата на натиска, те идентифицирали 72 възможни гена, които биха могли да кодират рецептори на йонни канали, за да спомогнат за тази сетивност. От тях те намерили само един, който правел това. Той кодирал новооткрит протеин на йонен канал, Piezo1, който можел да бъде активиран от механична сила.

Патапутян и екипът му показали, че друг рецептор от това семейство протеини, Piezo2, играе решаваща роля за възприемането на допир и за усещането на движенията на самото тяло. По-нататъшни изследвания демонстрирали, че и Piezo1, и Piezo2 са нужни за регулирането на различни други вътрешни процеси, включително дишането и кръвното налягане.

Учените продължават да надграждат проучванията на Джулиъс и Патапутян, не само за да обяснят как усещаме нашата среда – както външна, така вътрешна, но и с надеждата да разработят нови терапии и медикаменти за различни състояния, в това число хроничната болка.

Какво е соматосетивност?

Често казваме, че имаме пет сетива: зрение, слух, обоняние, вкус и допир. Но допирът е толкова широка категория, че в действителност трябва да бъде третиран като повече от едно сетиво. Осезанието е само един компонент на соматосетивната система, която освен това включва и възприятието за температура, болка, позиция на тялото и собствено движение.

Способността да усещаме топло и студено, да разпознаваме обекти само чрез допир, да реагираме на болка, да пазим равновесие върху греда – всичко това попада под шапката на соматосетивността. Соматосетивната система спомага и за регулирането на голям брой ключови физиологични процеси, включително кръвното налягане, дишането, уринирането и ремоделирането на костите.

По какво се различава соматосетивността от другите сетива?

Рецепторите за останалите сетива се откриват предимно в специализирани сетивни органи – ретината на очите за зрението, охлювът (кохлеята) на ушите за слуха, носа за обонянието, езика за вкуса. Соматосетивните рецептори обаче се намират навсякъде из тялото – в кожата, мускулите, вътрешните органи, костите, ставите и други системи.

Това, което прави соматосетивната система още по-сложна, е че тя трябва да разграничава усещания, степенувани по сила, но понякога много различни по ефект: леката топлина може да прерасне в изгаряща горещина, а онова, което е започнало като приятна прегръдка, може да се превърне в смазващ натиск. Нещо повече, тези прагове могат да се променят в зависимост от контекста: едно леко докосване може да бъде приятно или пък болезнено, ако сте изгорели от слънцето, а преживяването ни на един и същи стимул може да се променя в различни социални обстановки. Соматосетивната система трябва да интегрира широк спектър от различни сигнали, за да интерпретира правилно какво се случва и как да реагира.

Как работят соматосетивните рецептори?

Както показаха изследванията на Джулиъс и Патапутян, соматосетивните рецептори са йонни канали. Когато бъдат стимулирани – от някаква степен на температура или физическа сила, или от химично съединение, тези канали се отварят и пропускат заредени частици в нервна клетка, което на свой ред позволява на клетката да предаде соматосетивна информация под формата на електрически сигнали.

Дори в рамките само на една категория соматосетивност различни рецептори реагират на различен набор от стимули. Има отделни рецептори за определени диапазони на температурата; рецептори за остра болка и други за тъпа; за леко докосване, бързо вибриране или за твърд натиск. И съвсем различни рецептори следят как мускулите или сухожилията може да се съкращават или да се разтягат.

Как соматосетивните възприятия влияят върху други процеси в тялото?

Различните потоци информация от соматосетивните рецептори се препредават по периферните нерви, през гръбначния мозък и мозъчния ствол до таламуса и най-накрая до соматосетивната кора, където биват интегрирани в нашите комплексни възприятия.

Макар че соматосетивните сигнали участват в регулирането на различни вътрешни физиологични процеси, те освен това се връщат обратно към мозъка, засягайки възприятието и когнитивната функция. Изследователи откриха например, че информацията за сърдечния ритъм не само помага на мозъка да регулира нивата на кръвното налягане, но и влияе на това, как мозъкът обработва външните и емоционалните стимули, в това число страха, и следователно на начина, по който възприемаме и реагираме на света около нас. Същото важи и за сигнали, идващи от белия дроб, червата и други органи – те оказват решаващо въздействие и в двете посоки. В момента учени изследват как соматосетивните сигнали дори биха могли да лежат в основата на чувството за самоосъзнатост.

Как стои въпросът с болката?

Макар че всички типове соматосетивна информация са жизненоважни за ежедневните дейности и оцеляването, тяхната роля за болката е особено важна. Целта на болката е да привлича незабавно вниманието ни и да сигнализира за възможни опасности, било то външни или вътрешни. Свободните нервни окончания реагират на съединения, отделяни от възпалена или повредена тъкан, или на прекалени нива на механична сила, които възприемаме като болезнени. Различни рецептори разграничават между видовете болка: остра, пронизваща, тъпа, мъчителна...

Когато соматосетивната информация не се обработва нормално обаче, тя може да доведе до свръхчувствителност към определени стимули и даже до хронична болка. Изследователите се надяват да разработят терапии за такива състояния, като се целят в рецептори като онези, открити от Джулиъс и Патапутян.

 Превод от английски
Борислава СТАНКОВА