Введение
Терморецептор – это неспециализированный сенсорный рецептор, или точнее, рецептивная часть сенсорного нейрона, кодирующая абсолютные и относительные изменения температуры, преимущественно в пределах не вызывающего повреждений диапазона. В периферической нервной системе млекопитающих тепловые рецепторы, как считается, представлены немиелинизированными C-волокнами (низкая скорость проведения), в то время как рецепторы, реагирующие на холод, представлены как C-волокнами, так и тонко миелинизированными Aδ-волокнами (более высокая скорость проведения). Адекватным стимулом для теплового рецептора является повышение температуры, что приводит к увеличению частоты генерации потенциалов действия. Охлаждение приводит к снижению частоты разряда тепловых рецепторов. Для холодовых рецепторов частота их импульсации увеличивается при охлаждении и уменьшается при нагревании. Некоторые холодовые рецепторы также реагируют кратковременным выбросом потенциалов действия на высокие температуры, то есть обычно выше 45 °C, что известно как парадоксальная реакция на тепло. Механизм, лежащий в основе этого явления, не установлен.
A thermoreceptor is a non specialised sense receptor, or more accurately the receptive portion of a sensory neuron, that codes absolute and relative changes in temperature, primarily within the innocuous range. In the mammalian peripheral nervous system, warmth receptors are thought to be unmyelinated C fibres (low conduction velocity), while those responding to cold have both C fibers and thinly myelinated A delta fibers (faster conduction velocity). The adequate stimulus for a warm receptor is warming, which results in an increase in their action potential discharge rate. Cooling results in a decrease in warm receptor discharge rate. For cold receptors their firing rate increases during cooling and decreases during warming. Some cold receptors also respond with a brief action potential discharge to high temperatures, i. e. typically above 45 °C, and this is known as a paradoxical response to heat. The mechanism responsible for this behavior has not been determined.
Местоположение
У людей ощущения температуры или давления поступают в спинной мозг по аксонам Лиссауэровского тракта. Лиссауэровский тракт образует синапсы с нейронами первого порядка в сером веществе задних рогов спинного мозга, на один или два позвоночных сегмента выше. Аксоны этих нейронов второго порядка затем перекрещиваются, присоединяясь к спиноталамовому тракту по пути к нейронам в вентролатеральном ядре таламуса. У млекопитающих температурные рецепторы иннервируют различные ткани, включая кожу (в виде кожных рецепторов), роговицу и мочевой пузырь. Также описаны нейроны преоптической и гипоталамусной областей мозга, реагирующие на незначительные изменения температуры и предоставляющие информацию о температуре тела. Гипоталамус участвует в терморегуляции, а терморецепторы обеспечивают опережающие реакции на прогнозируемое изменение температуры тела в ответ на меняющиеся условия окружающей среды.
Структура
Терморецепторы классически описываются как имеющие свободные, неспециализированные окончания. Механизм активации в ответ на изменения температуры изучен не до конца.
Функция
Чувствительные к холоду терморецепторы вызывают ощущения охлаждения, холода и свежести. В роговице считается, что холодовые рецепторы реагируют на охлаждение, вызванное испарением слезной жидкости («слез»), с увеличением частоты импульсации, и тем самым вызывают моргательный рефлекс. Другие терморецепторы реагируют на противоположные стимулы и вызывают ощущение тепла, а в некоторых случаях даже жжения. Это часто ощущается при контакте с капсаицином – активным химическим веществом, обычно содержащимся в перце чили. При контакте с языком (или любой внутренней поверхностью) капсаицин деполяризует нервные волокна, позволяя ионам натрия и кальция проникать внутрь. Для этого волокна должны обладать специфическим терморецептором. Терморецептор, реагирующий на капсаицин и другие вещества, вызывающие ощущение тепла, известен как TRPV1. В ответ на тепло рецептор TRPV1 открывает каналы, через которые проходят ионы, вызывая ощущение тепла или жжения. TRPV1 также имеет молекулярный аналог – TRPM8. В отличие от TRPV1, TRPM8 вызывает ощущения охлаждения, как упоминалось ранее. Подобно TRPV1, TRPM8 реагирует на определенный химический стимул, открывая свои ионные каналы. В данном случае, таким стимулом часто является ментол или другие охлаждающие агенты. Исследования на мышах показали, что наличие обоих этих рецепторов обеспечивает градиент восприятия температуры. Мыши, у которых отсутствовал рецептор TRPV1, все еще могли определять области, значительно более холодные, чем на нагретой платформе. Однако мыши, у которых отсутствовал рецептор TRPM8, не могли различить теплую и холодную платформы, что указывает на то, что мы полагаемся на TRPM8 для определения ощущений холода.
Распространение
Теплые и холодные рецепторы участвуют в восприятии безвредных температур окружающей среды. Температуры, способные повредить организм, воспринимаются подкатегориями ноцицепторов, которые могут реагировать на болезненный холод, болезненный жар или на несколько видов болезненных стимулов (то есть они полимодальны). Нервные окончания сенсорных нейронов, преимущественно реагирующих на охлаждение, встречаются в умеренной плотности в коже, но также в относительно высокой пространственной плотности в роговице, на языке, в мочевом пузыре и на коже лица. Существует предположение, что лингвальные холодовые рецепторы передают информацию, модулирующую восприятие вкуса; то есть некоторые продукты кажутся вкусными холодными, а другие – нет.
Механизм преобразования
Эта область исследований в последнее время привлекла значительное внимание с идентификацией и клонированием семейства белков транзиторного рецепторного потенциала (TRP). Трансдукция температуры в холодовых рецепторах частично опосредована каналом TRPM8. Этот канал пропускает смешанный входящий катионный (преимущественно переносимый ионами Na+, хотя канал также проницаем для Ca2+) ток, величина которого обратно пропорциональна температуре. Канал чувствителен в диапазоне температур примерно от 10 до 35 °C. TRPM8 также может быть активирован связыванием с внеклеточным лигандом. Ментол способен активировать канал TRPM8 подобным образом. Поскольку TRPM8 экспрессируется в нейронах, физиологическая роль которых заключается в передаче сигнала об охлаждении, нанесение ментола на различные поверхности тела вызывает ощущение прохлады. Ощущение свежести, связанное с активацией холодовых рецепторов ментолом, особенно в областях лица с аксонами в тройничном нерве (V), объясняет его использование в многочисленных средствах гигиены, включая зубную пасту, лосьоны после бритья, кремы для лица и тому подобное. Другим молекулярным компонентом трансдукции холода является температурная зависимость так называемых утечных каналов, которые пропускают исходящий ток, переносимый ионами калия. Некоторые утечные каналы происходят из семейства калийных каналов с двумя порами (2P). Среди различных представителей 2P-каналов домена некоторые довольно быстро закрываются при температурах ниже примерно 28 °C (например, KCNK4 (TRAAK), TREK). Температура также модулирует активность Na+/K+ АТФазы. Na+/K+ АТФаза – это P-тип насоса, который выводит 3 иона Na+ в обмен на 2 иона K+ при каждом гидролитическом расщеплении АТФ. Это приводит к чистому выходу положительного заряда из клетки, то есть к гиперполяризующему току. Величина этого тока пропорциональна скорости работы насоса. Предполагается, что именно сочетание различных термочувствительных белков в нейроне формирует холодовый рецептор. Считается, что это эмерджентное свойство нейрона включает в себя экспрессию вышеупомянутых белков, а также различные каналы, чувствительные к напряжению, включая активируемый гиперполяризацией, циклический нуклеотидный канал (HCN) и быстро активирующийся и инактивирующийся преходящий калийный канал (IKA).