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高温和低温为何会使我们产生疼痛感?远离危险来源
2022-07-11

新浪科技讯 北京时间3月8日消息,据国外媒体报道,乍看之下,一块炽热的烙铁和一块冰并没有什么相同之处,但它们都能引起疼痛感。极高温和极低温都可以使人类皮肤感到极端不适,并且研究显示,大脑感受两种极端温度的方式也很相似。

我们通常认为,皮肤和其中埋藏的神经是我们产生触觉的关键,但生物学家所说的“体感系统”(somatosensation)其实也包含了多种感觉。当然,触觉、或者说皮肤感觉到的机械刺激也是其中之一。但除此之外还有“本体感觉”(proprioception)即我们感受到的身体朝向和位置,以及“痛觉感受”(nociception“,即身体察觉有害刺激的能力。疼痛感就是身体产生痛觉感受时的反应。

无论这种痛苦是由机械、化学还是高温导致的,痛觉感受都会促使我们远离疼痛来源。假如你把手插入火中,焚烧感便会刺激身体尽快把手抽出。虽然疼痛的感觉并不美好,但它说明你的身体在努力保护你平安。若丧失了感觉疼痛的能力,事情就麻烦了。

“遍布全身的感觉神经元无论在感受到高温还是低温时,信息传输渠道都会被直接激活。”杜克大学神经生物学家约尔格·格兰德尔(Jorg Grandl)指出。十五年来,研究人员通过研究基因经过编辑的小鼠发现,神经元的信息传输渠道、即神经元细胞中嵌入的蛋白质,与对温度的感受直接相关。

其中,人们最熟悉的信息传输通道名叫TRPV1,它负责感受极端高温。当刺激温度达42摄氏度以上时,TRPV1便会被激活,并激活整条神经,将疼痛信号传递到大脑。

我们感受寒冷的能力与体内一种特殊蛋白质有关。 把手指放在烛火上,便可激活TRPV1通道。

“人体感受寒冷也采用了相同的机制。”格兰德尔解释道,只不过与之相关的蛋白质名叫TRPM8。此外,这一通道只需感觉到寒冷便可激活、不需要冷到令人感到疼痛的程度。负责感受极端寒冷的通道名叫TRPA1,人们对它的了解还十分有限。研究人员只知道,它在感受到极低温刺激时会被激活,但并不确定它是否也参与了探温过程。

上述三种蛋白质使皮肤得以感受多种温度,并使身体做出相应反应。此外,由于它们属于痛觉感受器官,这些蛋白质可帮你避开温度极高或极低的环境。例如,TRPM8失灵的小鼠不会躲避低温,说明它们不会主动寻找温度更宜人的环境。不过,它们会主动避开极低温和极高温,更喜欢待在温暖惬意的地方。

虽然研究人员已经确定了上述三种感受器的激活温度,但它们并不是一成不变的。例如,当皮肤被晒伤时,温水浇在身上就如同滚烫的沸水。“这是因为皮肤炎症使TRPV1通道变得格外敏感,降低了这些神经向大脑传递疼痛感的温度下限。”格兰德尔解释道。

但温度并非激活这些感受器的唯一因素,植物也能做到。TRPV1不仅可被极高温激活,还可被辣椒素激活。TRPM8既对低温敏感,又能感受到薄荷醇的降温效果。TRPA1又叫“芥末感受器”,因为它能感受到芥末中的刺激性化学成分。

TRPV1不仅可被极高温激活,还可被辣椒素激活。

为何植物会产生能激活上述感受器的化学物质呢?华盛顿大学分子生物学家阿杰·达卡(Ajay Dhaka)解释道,辣椒素对鱼类、鸟类或兔子的TRPV1通道不起作用,仅对人类和啮齿动物有效。“因此植物分泌辣椒素也许是为了防止被吃掉。”薄荷醇和芥末也能用同样的原理来解释。

换句话说,植物与温度间的神秘关系也许更能反映植物的进化史。或许植物找到了某种控制人体感温能力的方法,进而演变出了能够与高温和低温产生相同效果的化学物质。因此,我们吃辣时之所以会汗流浃背,只是因为辣椒素和高温激活皮肤和身体神经的方式相同。

这些植物对动物体内的痛觉感受器加以利用,有效避免了被吃掉的厄运……虽然火辣的食物和辛辣的芥末还是令我们大快朵颐。下次吃完一大碗麻辣烫之后,可以花时间想一想,你此时的感受其实是植物和动物数百万年来互相斗争的结果。而就目前而言,我们似乎占了上风。

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