Как и почему мы чувствуем холод?
Зимой мороз утомляет и раздражает, но в знойную жару люди, наоборот, радуются освежающему ветерку и возможности искупаться в бодрящей воде. Хотя не все. Есть те, кто холод практически не чувствует. Чтобы разобраться, почему так происходит, нужно понять, как клетки нашего тела реагируют на температуру.
На поверхности клеток кожи есть особые белки, образующие ионные каналы, которые ведут с поверхности внутрь. Некоторые из них открываются в ответ на присутствие определенных молекул, а есть такие, которые реагируют на физический раздражитель, например на температуру. Стоит ей подняться или опуститься, как ионный канал открывается — и через него проходят молекулы. Собственно, они и информируют клетку об изменении условий окружающей среды, о чем незамедлительно отправляется сигнал по нервной сети в головной мозг. Подобная система защищает нас. Если мозг получает сигнал о том, что снаружи похолодало, мы спешим одеться или укрыться в теплом помещении.
Интересно, что тепло или холод можно ощущать и через пищу. Например, если пожевать что-то острое, во рту ощущается жар. А ментол, наоборот, дает холодок. За это отвечают особые рецепторы: TRPM8 связан с восприятием холода (и таких веществ, как ментол), TRPV1 — с ощущением тепла и острой еды. Последний был открыт американским физиологом Дэвидом Джулиусом. В 2021 году он получил Нобелевскую премию по медицине за изучение работы ионных каналов и объяснение феномена сенсорного восприятия.
Около 15 % существующих лекарств воздействуют на ионные каналы Изображение: © Artur Plawgo
Чтобы поддерживать нормальную температуру тела, белки ионных каналов посылают сигналы, заставляющие кровеносные сосуды кожи сокращаться или расширяться. Они же связаны с ощущением боли и регуляцией других важных процессов.
Первый термочувствительный белок — TRPV1, который наиболее активен в головном мозге и участвует в передаче сигналов между нейронами, был открыт более 20 лет назад. С тех пор ученые активно изучают такие вещества. Многочисленные эксперименты по всему миру позволили выявить белки, реагирующие на высокие и средние температуры, а вот те, которые чувствительны к температуре ниже +15 ℃, найти не удавалось. Это смогли сделать лишь несколько лет назад, в 2019 году. Первый белок рецепторов холода исследователи обнаружили у крошечной нематоды Caenorhabditis elegans. Ген, который кодирует данный белок, консервативен, то есть он примерно одинаковый у разных видов, в том числе у людей. Это может быть доказательством того, что ген возник именно для термочувствительности, а уже потом, при появлении мозга нашел применение и там.
А недавно ученые из University of Michigan разобрались в механизме работы белка, который заставляет сильно мерзнуть. Сначала они исследовали его функции у нематоды, а потом продолжили эксперименты на мышах. Исследователи отключили, или, как еще говорят, нокаутировали ген GluK2 и изучили поведенческие ответы животных на температуру. Мыши реагировали на жар, тепло и незначительный холод, а вот к сильному морозу они стали нечувствительны. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Neuroscience.
В 2021 году ученые из Karolinska Institutet опубликовали результаты исследования, посвященного мутациям, которые свойственны северным народам. Речь как раз о тех изменениях в ДНК, которые позволяют поддерживать более высокую температуру тела при низкой в окружающей среде. В мышцах северян отсутствовал белок альфа-актинин-3, что повышало их холодоусточивость.
На Ямале температура воздуха может падать до –60 °С и даже ниже Фото: © longtaildog / Shutterstock / FOTODOM
Помимо значения сделанного открытия для фундаментальной науки, оно может внести вклад и в медицину. Например, больные раком, которые проходят химиотерапию, часто становятся чрезмерно чувствительны к холоду. Возможно, ученые смогут понять причину подобной реакции и найдут способ помочь онкологическим пациентам избавиться от этого побочного эффекта.
