Când temperatura se ridică peste un anumit prag (să spunem 35°C), începem să ne simțim inconfortabil și, probabil, să transpirăm. La temperaturi scăzute începem să tremurăm. Cum anume detectează corpul creșterea temperaturii? Cum detectează corpul scăderea temperaturii?

Ați observat senzația de rece pe care o aveți atunci când introduceți în gură un produs mentolat? Dar senzația de fierbinte pe care o produce un ardei iute? Să fie vreo legătură între „rece”, „cald”, produsul mentolat și ardeiul iute?

Ați observat că atunci când mergeți la piscină, deși la început apa pare să fie rece, după câteva secunde de la intrarea în apă, senzația de rece dispare? De ce? La aceste întrebări vom răspunde în articolul de față.


Natura și evoluția au înzestrat organismul uman cu instrumentele necesare pentru a supraviețui într-un mediu cu nenumărați stimuli chimici și fizici. Ca urmare, corpul nostru dispune de senzori specializați care identifică acești stimuli. Prin gust și miros identificăm substanțele chimice din mediul exterior. Prin identificarea undelor electromagnetice (simțul vederii) observăm lucrurile din jurul nostru. Prin detectarea frecvenței și intensității variațiilor presiunii aerului (simțul auzului) identificăm mișcările (manifestate ca sunete) din proximitate. Sistemul vestibular identifică starea de echilibru, mișcarea și orientarea corpului și a capului. Alți senzori sunt sensibili la atingere (presiune), poziția membrelor corpului (propriocepție) și durere.

În fine, organismul dispune de senzori specializați care identifică temperatura mediului exterior. Vom descrie în acest articol mecanismul identificării temperaturii prin intermediul acestor senzori.

• Temperatura vs căldură
Temperatura reprezintă cantitatea de energie termică a unui material, măsura energiei cinetice medii a acestuia rezultate din mişcarea atomilor şi moleculelor constituente.
Căldura se referă la mişcarea energiei termice dintr-un loc în altul ori, mai tehnic spus, schimbul energiei interne (energie asociată mişcării particulelor) dintre sistemele implicate în schimbul de căldură. Căldura are tendinţa de a se muta dintr-un un loc mai cald către unul mai rece. Întrucât căldura este o formă de energie, este măsurată în Jouli.

Ceea ce numim, în limbaj colocvial, „căldura dintr-o cameră” se referă la cât de multă mișcare a moleculelor de aer avem în acea cameră. Mișcarea se manifestă prin coliziuni nenumărate între moleculele care constituie aerul din cameră.


• Mecanismul detectării temperaturii - pe scurt

O serie de proteine specializate (TRP), situate în membrana neuronilor, reacționează la schimbările de temperatură și de voltaj. De la receptori informația este transmisă către creier, unde această informația poate fi utilizată pentru a genera un răspuns (de exemplu, vasoconstricția).


• Detecția temperaturii la nivelul molecular, prin intermediul TRP

Transducerea temperaturii exterioare (procesul de transformare a temperaturii exterioare în informație neuronală) este mediată de proteine numite TRP (de la „Transient Receptor Potential”). În literatura de specialitate se mai folosește și formula „canal ionic TRP”, dat fiind că, în fapt, este vorba despre un mecanism care presupune deschiderea unor „pori” în membrana celulară care permit transferul de ioni în și din afara celulei.

Aceste proteine specializate sunt extrem de sensibile la schimbările de temperatură. Acestea au coeficientul de temperatură 10° (Q10) ridicat; Q10 indică rata de schimbare a unei reacții chimice sau biologice atunci când temperatura crește cu 10° C. Orice reacție este afectată de temperatură; de aceea, orice proces celular este afectat.

Proteinele identificate până în prezent, asociate identificării temperaturii, sunt de două feluri: reacționează la temperaturi scăzute și temperaturi mari. „Scăzut” și ”mare” este în funcție de o plajă neutră de temperaturi, între 30°C și 36°C; ce este sub 30°C este temperatură scăzută, iar ce este peste 36°C este considerată temperatură mare. În cadrul acestor două grupuri de receptori s-a observat că unii reacționează la temperaturi care pot provoca durere. Peste 43°C și sub 17°C - stimulii sunt considerați dureroși. Grație acestor receptori, omul poate detecta modificări ale temperaturii între 10°C și 50°C.


• Proteinele care reacționează la temperaturi ridicate

⇒ Proteina TRPV1

TRPV1 este prima proteină identificată. Aceasta reacționează la contactul cu capsaicina (un compus chimic găsit în toate alimentele iuți, cum ar fi ardeiul iute). Așadar, senzația de arsură pe care o încercăm atunci când mâncăm un ardei iute apare pentru că, în fapt, aceeași proteină este implicată și în semnalarea unei temperaturi ridicate. TRPV1 se activează la temperaturi de peste 42°C.






⇒ Proteina TRPV2
TRPV2 este activată de temperaturi de peste 52°C.

⇒ Proteina TRPV3
TRPV3 se activează la 33°C, dar este activă și la temperaturi mai ridicate, cum ar fi 43°C.


Mecanismul molecular al identificării temperaturii de către proteina TRPV3


 

⇒ Proteina TRPV4
TRPV4 este activă între 27°C și 42°C.


• Proteinele care reacționează la temperaturi scăzute

⇒ Proteina TRPM8
TRPM8 este primul receptor pentru temperaturi scăzute. Acest canal ionic se activează în prezența mentolului (pe care-l regăsiți în medicamente, unele parfumuri, guma de mestecat, pasta de dinți șamd). Această proteină, așadar, este cea care face să avem impresia de „rece” atunci când introducem în cavitatea bucală un produs cu mentol. TRPM8 se activează la temperaturi între 28°C și 8°C.

⇒ Proteina TRPA1
Aceasta este ultima proteină identificată ca fiind implicată în detecția temperaturii. Se activează la temperaturi sub 17°C.

În plus, au fost identificate și alte proteine, non-TRP, implicate în detecția temperaturii: TREK-1, DEGyENaC, P2X3 și altele.


• Cum se deschid canalele ionice?

Așa cum spuneam, aceste proteine sunt, în fapt, canale ionice, ce permit mișcarea ionilor în / din interiorul celulei. Mecanismul care determină deschiderea și închiderea canalelor nu este, deocamdată, pe deplin cunoscut. Ce se cunoaște, pe baza studiilor efectuate, este că modificări ale temperaturii și ale voltajului membranei celulare sunt implicate în aceste modificări (trecerea de la închis la deschis și invers).


• Nivelul neuronal

Cum spuneam la începutul articolului, proteinele implicate în detecția temperaturii sunt situate în membrana unor neuroni; mai precis, în terminațiile nervoase.

Neuronii implicați în detectarea temperaturilor mari se află situați la mai mare distanță de suprafața pielii față de cei implicați în detectarea temperaturilor scăzute, după cum se poate observa în imaginea de mai jos.

Pielea are trei straturi: epiderma, derma și țesutul subcutanat. Receptorii de temperaturi scăzute sunt situați în epidermă, la 0,2 mm de suprafață, pe când cei pentru temperaturi înalte la circa 0,5 mm.




Receptorii pentru temperaturi mari (în roșu) sunt situați mai adânc decât cei pentru temperaturi scăzute (în albastru)



O consecință a adâncimii diferite la care se află cele două tipuri de receptori (pentru temperaturi mari/scăzute) este aceea că timpul de detecție al receptorilor pentru temperaturi mari (situați la mai mare „adâncime”) este mai mare.

Mai trebuie menționat că neuronii sunt capabili să transfere către creier atât informații despre temperaturi scăzute, cât și despre temperaturi mari, pe canale diferite, dacă au receptori de ambele tipuri pe terminațiile nervoase.

Faptul că mai mulți receptori (proteine) au anumite plaje de temperaturi comune și că, cel mai probabil, sunt mai multe elemente implicate în detecția temperaturii decât știm în prezent - face ca senzația pe care o avem cu privire la temperatură să fie rezultatul unui proces complex de analiză și reacție la nivelul creierului, de care vorbim în continuare.


• Nivelul sistemului nervos central

Informațiile transmise către creier ajung, în fapt, în hipotalamus, unde sunt integrate informațiile despre temperatură venite atât de receptorii interni, cât și cei externi. Hipotalamusul este considerat centrul de control al emoțiilor și este, de asemenea, implicat în reglarea hormonală.

La nivelul hipotalamusului au loc o serie de reacții la primirea informațiilor de temperatură. Atunci când temperatura corpului scade, corpul încearcă să păstreze căldură prin vasoconstricție cutanată sau tremurat. Atunci când temperatura corpului crește, sunt generate reacții de răspuns ca: respirația rapidă și profundă, transpiratul și vasodilatarea.


• De ce ne obișnuim cu apa relativ rece din piscină?

Așa cum știți, atunci când intrați într-o piscină cu apa relativ rece, la început, până „vă obișnuiți”, aveți o senzație de frig, semn că proteinele specializate pentru temperatura apei s-au activat. Dar după câteva minute această senzație de frig dispare. De ce? Pentru că expunerea la aceiași stimuli a receptorilor duce la o „obosire” a acestora, adică reducerea activității (dezactivarea totală sau parțială).


Această diminuare a activității receptorilor are efecte interesante. Puteți face următorul exercițiu simplu, ca să vedeți cum funcționează receptorii și cum își pierd sensibilitatea după o vreme:
1. umpleți trei castroane cu apă: rece (apă de chiuvetă cu 10 cuburi de gheață), la temperatura camerei și apă caldă.
2. introduceți mâna dreaptă în castronul cu apă rece, iar mâna stângă în castronul cu apă caldă - pentru 2 minute.
3. scoateți mâinile din cele două castroane și introduceți-le pe amândouă în castronul din mijloc cu apă la temperatura camerei.

Ce ar trebui să constatați:
1. Că după o vreme după ce ați introdus mâinile în castroanele cu apă rece și caldă, apare obișnuința, adică apa nu mai pare așa caldă / rece. Ceea ce înseamnă că receptorii s-au cam dezactivat.
2. Că atunci când introduceți mâinile în castronul cu apă la temperatura camerei, mâna care a fost în castronul rece are impresia că apa este călduță (căci această mână mai are activi doar receptorii de temperatură ridicată), iar mâna care a fost în castronul cald transmite semnale că apa este rece (căci receptorii de temperatură ridicată sunt dezactivați). Cele două mâine, aflate în același mediu (castronul cu apă la temperatura camerei) transmit informații contradictorii către creier, ca urmare a faptului că o parte din receptori sunt dezactivați ca urmare a experienței anterioare.


Așadar, în sumar, în detecția temperaturii sunt implicate cel puțin șase proteine, menționate pe scurt mai sus. Aceste proteine, specializate pe plaje de valori ale temperaturii, transferă informații către creier, prin intermediul unor neuroni. La nivelul creierului se integrează informații de la toți senzorii (proteinele-receptor) și se iau decizii în consecință (vasoconstricția, vasodilatația șamd).


Citiți și:

Cum se transferă căldura
De ce ne dă mâncarea iute o senzație de arsură?



Sursa principală:
Reviews in Neurosciences

Puteți comenta folosind contul de pe site, de FB, Twitter sau Google ori ca vizitator (fără înregistrare). Pt vizitatori comentariile sunt moderate (aprobate de admin).

Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Fii primul care comentează.

Spune-ne care-i părerea ta...
caractere rămase.
Loghează-te ( Fă-ți un cont! )
ori scrie un comentariu ca „vizitator”

 


OK, conținutul site-ului a fost și va rămâne gratuit,
dar chiar ne-ar ajuta dacă ne-ai sprijini cu
o donaţie.


PayPal ()


Contact
| T&C | © 2020 Scientia.ro